Estudio de carga NEC 220.87: uso de la demanda medida para dimensionar una acometida existente

El NEC 220.87 le permite dimensionar carga nueva en un alimentador o una acometida existente a partir de su demanda máxima medida, en lugar de una carga calculada. La demanda máxima se obtiene de un año de datos de demanda de la compañía suministradora o, cuando no se dispone de ellos, de un registro continuo de al menos 30 días. Si el 125 por ciento de esa demanda máxima más la carga nueva no excede la ampacidad del alimentador ni la capacidad nominal de la acometida, y el alimentador y la acometida cuentan con la protección contra sobrecorriente y sobrecarga que exige el código, el equipo existente puede admitir la carga nueva.

Con frecuencia, eso marca la diferencia entre agregar cargadores de vehículos eléctricos, una unidad de climatización en azotea o una línea de producción a la acometida que ya tiene, o pagar por la ampliación de la acometida. A continuación explicamos lo que exige la regla, cómo se instala e interpreta un registro de 30 días, un ejemplo resuelto y los errores por los que se rechazan los estudios de carga.

NEC 220.87 en resumen#

El número de sección y la redacción anteriores corresponden a las ediciones 2020 y 2023. Su autoridad competente (AHJ) aplica una edición específica, a veces con modificaciones locales, y esa edición es la que rige. El NEC 2026 trasladó las reglas de cálculo de cargas del Article 220 a un nuevo Article 120, por lo que en las jurisdicciones que adopten la edición 2026 esta disposición es la 120.87; verifique la edición y la sección que cita su AHJ.

Por qué la demanda medida suele ser menor que una carga calculada#

Un cálculo estándar conforme al Article 220 suma las cargas de alumbrado, contactos, motores y equipos a partir de sus placas de datos y aplica los factores de demanda que permite el código. Tiene que ser conservador, porque está pensado para edificios que todavía no existen. En un edificio existente, no todas las cargas operan a su valor de placa ni todas operan al mismo tiempo. La demanda máxima medida refleja directamente esa diversidad.

Una acometida que en papel parece estar a plena carga con frecuencia muestra capacidad disponible cuando se mide su demanda. También puede ocurrir lo contrario: un edificio cuyo uso se ha intensificado desde que se diseñó puede demandar ya más de lo que sugieren sus planos. En cualquier caso, la medición sustituye una suposición sobre la carga existente por un número concreto.

Solo la carga existente proviene de la medición. La carga nueva se sigue calculando conforme al Article 220; por ejemplo, para cada cargador de vehículos eléctricos, a 7,200 watts o a su valor nominal de placa, lo que sea mayor, según la 220.57 (edición 2020 y posteriores).

Opción 1: un año de datos de demanda de la compañía suministradora#

Si la compañía suministradora ha medido la acometida con un medidor de demanda durante al menos un año, la demanda más alta de ese año puede tomarse como la carga existente. Solicite a la compañía suministradora los datos por intervalos o 12 meses de demanda facturada del medidor específico, y confirme lo siguiente:

• El medidor alimenta únicamente esta acometida. Un medidor que totaliza varias acometidas, o una acometida alimentada desde más de un medidor, requiere aclararse primero.
• Las unidades. Las compañías suministradoras suelen facturar la demanda en kilowatts. Convertir kilowatts a amperes requiere el voltaje y el factor de potencia, y suponer un factor de potencia de 1 subestima la corriente.
• La demanda real, no la demanda facturada. Algunas tarifas facturan una demanda mínima o con cláusula de trinquete (ratchet) que no corresponde a lo que registró el medidor. Use la demanda máxima medida.
• El año fue representativo. Un año con un piso desocupado, un paro o la salida de un inquilino no lo es.
• No hay generación en sitio detrás del medidor. El medidor de la compañía suministradora registra la demanda neta. Con fotovoltaico (PV) o almacenamiento en baterías en la acometida, el valor neto puede subestimar la carga que realmente conducen los conductores de la acometida cuando el sistema PV no está generando.

Opción 2: un registro de carga de 30 días#

Cuando no se dispone de un año de datos, el NEC acepta un registro de al menos 30 días. La regla es breve, y cada frase que contiene es importante.

Lo que debe captar el registro

• Registro continuo durante al menos 30 días. Una interrupción por una batería agotada, una tarjeta de memoria llena o un disparo en la alimentación del medidor rompe la continuidad que exige el código. Prevea reiniciar el registro.
• El promedio de 15 minutos más alto. La demanda es el promedio más alto de kilowatts alcanzado y sostenido durante un intervalo de 15 minutos. No cuentan los picos instantáneos, como la corriente de arranque de los motores, ni tampoco un promedio más largo que suaviza el pico.
• La fase con mayor carga. La regla la menciona porque normalmente una fase tiene más carga que las demás. Registrar todas las fases muestra cuál es.
• Un edificio ocupado. El registro debe tomarse mientras el edificio o el espacio esté ocupado y operando normalmente.
• Carga estacional. El registro debe incluir, por medición o por cálculo, la mayor de las cargas de los equipos de calefacción o de enfriamiento y cualquier otra carga periódica o estacional. A un registro hecho en un mes templado hay que agregarle por cálculo la carga de enfriamiento o de calefacción, y el informe debe mostrar cómo se hizo.

Instalación del medidor

El registro se realiza con un medidor registrador de potencia instalado en los conductores de la acometida o del alimentador: un sensor de corriente en cada fase y en el neutro, y conexiones de voltaje a cada fase, como se muestra en la Figura 1. Registrar el voltaje, los kilowatts y los kVA, además de la corriente, permite al ingeniero convertir entre estas magnitudes con el factor de potencia medido en lugar de uno supuesto.

Instalar sensores de corriente en un tablero de distribución energizado es trabajo con equipo energizado según NFPA 70E. Lo realizan personas calificadas, después de las evaluaciones de riesgo de descarga eléctrica y de arco eléctrico, y usando el equipo de protección personal (PPE) que indica la etiqueta de arco eléctrico. Cuando es posible programar un corte breve, la mejor opción es instalar los sensores con el equipo desenergizado.

Cómo interpretar el resultado

Registre a intervalos de 1 minuto o menores. Así, el promedio de 15 minutos puede calcularse para cada ventana de 15 minutos, no solo para las que comienzan en un cuarto de hora exacto. El promedio móvil de 15 minutos más alto es igual o mayor que el valor más alto por bloques fijos, por lo que es la cifra conservadora que debe reportarse. La Figura 2 muestra cuánto puede sobrestimar la demanda un pico instantáneo y cómo un intervalo de promediado largo puede subestimarla.

Cuándo no se permite la opción de 30 días#

El NEC no permite la opción de 30 días en un alimentador o una acometida con un sistema de energía renovable, como fotovoltaico (PV) o eólico, ni en uno que utilice cualquier forma de recorte de picos de carga. La generación en sitio y el recorte de picos reducen la demanda que ve el medidor, por lo que una ventana de 30 días podría no captar la demanda que realmente soportan los conductores cuando el sistema PV no está generando o el sistema de recorte de picos está fuera de servicio.

El recorte de picos de carga puede adoptar varias formas: almacenamiento en baterías o generadores que se despachan para limitar la demanda, o controles que desconectan carga cuando la demanda aumenta. Si alguno de estos está presente en la acometida, pregunte a la AHJ cómo interpreta la regla y prevea un año de datos por intervalos o un cálculo completo conforme al Article 220.

La prueba del 125 por ciento: un ejemplo resuelto#

Un edificio hipotético tiene una acometida trifásica de 1,200 A, 208Y/120 V. El propietario quiere agregar seis cargadores de vehículos eléctricos de nivel 2, cada uno de 32 A a 208 V monofásicos (alrededor de 6.7 kVA), dos en cada par de fases.

1. Demanda máxima medida. El registro de 30 días, tomado en julio con el edificio totalmente ocupado, muestra un promedio de 15 minutos máximo de 610 A en la fase B.
2. 125 por ciento de la demanda máxima. 1.25 × 610 A = 762.5 A.
3. Carga nueva. Según la 220.57, cada cargador se considera de 7,200 VA, el mayor entre 7,200 VA y su valor de placa, para un total de 43,200 VA. El Article 625 trata la carga de vehículos eléctricos como una carga continua, y este ejemplo lo traslada a la verificación de la acometida al 125 por ciento, que es la opción conservadora: 54,000 VA. Repartida de forma equilibrada entre las tres fases, equivale a 54,000 VA ÷ (1.732 × 208 V) ≈ 150 A por fase.
4. Total. 762.5 A + 150 A = 912.5 A, por debajo de la capacidad nominal de la acometida de 1,200 A.
5. Protección. La acometida tiene protección contra sobrecarga conforme a 230.90, por lo que se cumple la condición.

La acometida cumple, con 287.5 A de margen. Un sistema de gestión de energía que limite la corriente combinada de los cargadores puede reducir aún más el valor de la carga nueva, siempre que la edición que aplica su AHJ lo permita.

Lo que la 220.87 no verifica#

Un cálculo según la 220.87 con resultado favorable demuestra que el alimentador o la acometida tiene capacidad para la carga nueva. No verifica todo lo demás que afecta la carga nueva:

• El transformador de la compañía suministradora. Es propiedad de la compañía suministradora, que decide si puede soportar más carga. Avísele con anticipación.
• Capacidades nominales del tablero y de las barras, y espacios disponibles. El tablero que alimenta la carga nueva necesita la capacidad y los espacios, no solo la acometida.
• Caída de tensión en los nuevos circuitos derivados y alimentadores, sobre todo en los recorridos largos, comunes en los estacionamientos. Nuestra calculadora de caída de tensión ofrece una primera verificación.
• Carga del neutro cuando la carga nueva es de fase a neutro o no lineal.
• Cortocircuito y arco eléctrico. Agregar carga por sí solo no cambia la corriente de falla disponible, pero un transformador nuevo, un alimentador nuevo o ajustes distintos en los interruptores sí la cambian. Cuando el sistema cambia, los estudios de cortocircuito y estudios de arco eléctrico y las etiquetas deben actualizarse.

Errores comunes en los estudios de carga según la 220.87#

1. Registrar menos de 30 días, o con interrupciones. “Aproximadamente un mes” con una interrupción de dos días no es un registro continuo de 30 días.
2. Reportar el pico instantáneo. La corriente de arranque de los motores infla el valor y puede echar abajo un proyecto que habría cumplido.
3. Reportar un promedio diario o por hora. Oculta el pico de 15 minutos que exige el código y hace que una acometida parezca estar mejor de lo que está.
4. Registrar una fase que no es la de mayor carga. Sin las tres fases, no hay forma de demostrar que la fase medida era la de mayor carga.
5. Registrar un edificio a media ocupación. Los días festivos, un paro, un local desocupado o turnos reducidos reducen el valor.
6. Ignorar la temporada. Un registro de primavera en Texas omite gran parte de la carga de enfriamiento, a menos que se agregue por cálculo.
7. Usar la opción de 30 días en una acometida con PV o con recorte de picos. El código no lo permite.
8. Aplicar el factor del 125 por ciento al valor equivocado. Se aplica a la demanda máxima medida. La carga nueva se calcula por separado conforme al Article 220.
9. Convertir kilowatts a amperes con factor de potencia unitario. La mayoría de las instalaciones operan por debajo del factor unitario, por lo que la corriente convertida resulta demasiado baja.
10. Omitir cómo se realizó el estudio. Sin el medidor, los puntos de conexión, las fechas y el intervalo, la AHJ no puede verificar el resultado y nadie puede repetirlo.

Qué debe incluir un informe de estudio de carga#

Un informe que la AHJ pueda revisar sin necesidad de hacer una llamada incluye:

• La acometida o el alimentador medido, su capacidad nominal o ampacidad, y su protección contra sobrecorriente y sobrecarga
• La marca y el modelo del medidor, las capacidades nominales de los sensores de corriente y los puntos donde se conectaron
• Las fechas y horas de inicio y fin, el intervalo de registro y cómo se calculó la demanda de 15 minutos
• Las condiciones de ocupación y operación durante el registro, y el clima cuando la calefacción o el enfriamiento son relevantes
• La demanda máxima de 15 minutos en cada fase, con su fecha y hora, y gráficas del registro completo
• Cualquier carga estacional agregada por cálculo, y el método utilizado
• El cálculo de la carga nueva conforme al Article 220
• La prueba del 125 por ciento y una conclusión clara
• Un sello de PE cuando la AHJ o el propietario lo requieran

Preguntas frecuentes#

¿Puedo usar las facturas de electricidad en lugar de un registro de 30 días?

Sí, si abarcan un año completo de demanda máxima de esa acometida. Pueden servir doce demandas facturadas mensuales de un solo medidor que mida únicamente esa acometida. Solicite a la compañía suministradora los datos por intervalos cuando estén disponibles, y convierta los kilowatts a amperes con un factor de potencia realista.

¿Cuánto tiempo toma un estudio de carga NEC 220.87?

El registro en sí dura al menos 30 días continuos. Considere tiempo antes para planear la conexión del medidor y, cuando sea posible, programar un corte, y tiempo después para analizar los datos y redactar el informe.

¿Un estudio de carga según la 220.87 requiere sello de PE?

El NEC no lo exige. Muchas AHJ y muchos propietarios sí lo exigen, especialmente en acometidas comerciales, así que verifíquelo antes de que comience el registro.

¿Un estudio de carga puede evitar la ampliación de la acometida para cargadores de vehículos eléctricos?

Con frecuencia, sí. La carga de vehículos eléctricos es un motivo común para realizar un estudio según la 220.87, porque la carga calculada de un edificio antiguo a menudo no deja espacio para los cargadores, aunque su demanda medida sí lo haga. Nuestra publicación sobre la integración de estaciones de carga para vehículos eléctricos en el diseño eléctrico comercial aborda el resto del diseño.

Cómo puede ayudar Dreiym Engineering#

Realizamos registros de carga y cálculos de capacidad según NEC 220.87 como parte de nuestro servicio de análisis de carga eléctrica que abarca desde la instalación del medidor hasta un informe que su AHJ pueda revisar. Nuestros estudios de sistemas eléctricos de potencia están dirigidos por Brian J. Brackensick, M.S., P.E., con recopilación de datos en campo a cargo de Ruben A. Rodriguez, y los informes llevan sello de PE cuando se requiere. Cuando la carga nueva modifica el sistema, también actualizamos análisis de cortocircuitos y estudios de arco eléctrico, y nuestros servicios de diseño eléctrico puede llevar el proyecto hasta los planos de construcción. Para más contexto, consulte nuestras publicaciones sobre cuándo solicitar un análisis de carga residencial y el las herramientas utilizadas en el análisis de carga eléctrica. Contacte con nosotros o llame al (866) 621-6920 para recibir una cotización gratuita. Normalmente respondemos en un día hábil.