Un arco eléctrico es una descarga de energía de luz y calor que se forma cuando ocurre una falla en un circuito eléctrico.
El arco eléctrico da como resultado una enorme cantidad de energía que se libera como corriente que fluye a través del aire ionizado. Una explosión de arco (Arc Blast), es diferente de un arco eléctrico (Arc Flash), el Arc Blast es una onda de choque supersónica producida cuando el arco incontrolado vaporiza los conductores metálicos. Los términos se usan indistintamente, sin embargo, en realidad son entidades diferentes.
Las temperaturas en las terminales del arco pueden alcanzar o superar los 35.000 grados Fahrenheit (F), o cuatro veces la temperatura de la superficie del sol. El aire y los gases que rodean el arco se calientan instantáneamente y los conductores se vaporizan provocando una onda de presión llamada explosión de arco (Arc Blast).
El personal expuesto directamente a eventos de arco eléctrico (Arc-Flash) y explosión de arco (Arc-Blast) está sujeto a quemaduras de tercer grado, posible ceguera, golpes, efectos de explosión y pérdida auditiva.
Incluso los arcos relativamente pequeños pueden causar lesiones graves. El efecto secundario de los arcos incluye gases tóxicos, escombros en el aire y daños potenciales a equipos eléctricos, cuartos y conductos.
Las altas temperaturas del arco y los metales fundidos y vaporizados encienden rápidamente cualquier material inflamable. Si bien estos incendios pueden causar grandes daños a la propiedad y pérdida de producción, los peligros para el personal siempre son mayores.
Cualquier conductor eléctrico energizado que haga contacto accidental con otro conductor o con tierra producirá un arco eléctrico. La corriente de arco continuará fluyendo hasta que el dispositivo de protección contra sobrecorriente utilizado aguas arriba abra el circuito o hasta que algo más haga que la corriente deje de fluir.
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Unidades de medida del arco eléctrico
Para determinar los efectos potenciales de un arco eléctrico, necesitamos comprender algunos términos básicos. Un arco eléctrico (Arc-Flash) produce un calor intenso en el punto del arco. La energía térmica se mide en unidades como BTU, julios y calorías.
Una caloría es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.
Los siguientes datos proporcionan una base para medir la energía térmica:
- Energía (E) = Potencia (P) × Tiempo (t)
- Potencia (P) = Voltios (V) × Amperios (I)
- Calorías (E) = Voltios (V) × Amperios (I) × Tiempo (t)
- 1 Caloría = 4.1868 watts-segundos
- 1 Joule= 1 watts-segundo
Dado que la energía es igual a la potencia multiplicada por el tiempo, y la potencia (watts) es voltios por amperios, podemos ver que las calorías están directamente relacionadas con los amperios, el voltaje y el tiempo. Cuanto mayor sea la corriente, el voltaje y el tiempo, más calorías se producen.
Para definir la magnitud de un arco eléctrico (Arc-Flash) y los peligros asociados, se han establecido algunos términos básicos:
- La cantidad de energía térmica instantánea liberada por un arco eléctrico (Arc-Flash) generalmente se llama energía incidente. Por lo general, se expresa en calorías por centímetro cuadrado (cal / cm2) y se define como la energía térmica impresa en un área que mide un centímetro cuadrado (cm2). Sin embargo, algunos métodos de cálculo expresan la energía térmica en Joule / cm2 y se pueden convertir a calorías / cm2 dividiendo entre 4,1868.
Si colocamos instrumentos que miden la energía incidente a diferentes distancias de un arco eléctrico (Arc-Flash) controlado, aprenderíamos que la cantidad de energía incidente varía con la distancia del arco y disminuye aproximadamente con el cuadrado de la distancia en pies. Al igual que al entrar en una habitación con chimenea, cuanto más cerca estemos, mayor será la energía térmica.
Las pruebas han indicado que una energía incidente de solo 1,2 cal / cm2 provocará una quemadura de segundo grado en la piel desprotegida. Una quemadura de segundo grado se puede definir como «simplemente» curable.
Con el fin de comprender los efectos potenciales de un arco eléctrico, debe determinar la distancia de trabajo desde una parte expuesta «viva». La mayoría de las mediciones o cálculos se realizan a una distancia de trabajo de 45cm (18 pulgadas).
Esta distancia se utiliza porque es la distancia aproximada que la cara de un trabajador o la parte superior del cuerpo puede estar lejos de un arco, en caso de que ocurra uno.
Algunas partes de un trabajador pueden estar a menos de 45cm (18 pulgadas) de distancia y algunas otras a mayores distancias. La distancia de trabajo es una estimación que se utiliza para determinar el grado de riesgo y el tipo de equipo de protección personal necesario para protegerse contra el peligro.
Categorías de clasificación de los peligros de arcos eléctricos y ejemplos de energía incidente
La NFPA 70E, Norma para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo clasifica los peligros de arco eléctrico en cinco categorías de riesgo de peligro (HRC 0 a 4).
Basado en la cantidad de energía que se puede liberar a una cierta distancia de trabajo durante un evento de arco eléctrico, las categorías son:
| Energía (cal / cm2) |
Categoría de riesgo |
| 0 to 1.2 | 0 |
| 1.21 to 4 | 1 |
| 4 .1 to 8 | 2 |
| 8.1 to 25 | 3 |
| 25.1 to 40 | 4 |
Resultados de energía incidente por un arco eléctrico
| Energía incidente (cal / cm2) |
Resultados / ejemplo |
| 0.0033 | Cantidad de energía que produce el sol en 0.1 seg. en la superficie del suelo en el ecuador. |
| 1 | Equivalente a la punta de un dedo expuesta a la llama de un encendedor de cigarrillos durante un segundo |
| 1,2 | Cantidad de energía que causará instantáneamente quemaduras de segundo grado en la piel desnuda |
| 4 | Cantidad de energía que encenderá instantáneamente una camisa de algodón |
| 8 | Cantidad de energía que causará instantáneamente quemaduras incurables de tercer grado en la piel desnuda |
Los estudios muestran que muchos eventos industriales de arco eléctrico producen 8 cal / cm2 (HRC 2) o menos, pero otros accidentes pueden producir 100 cal / cm2 o más (excediendo todos los HRC). Es importante recordar que solo se necesitan 1,2 cal / cm2 (HRC 0) para provocar una quemadura de segundo grado en la piel desprotegida.
¿Qué determina la gravedad de un arco eléctrico?
Varios grupos y organizaciones han desarrollado fórmulas para determinar la energía incidente disponible a varias distancias de trabajo de un arco eléctrico (Arc-Flash). En todos los casos, la gravedad del arco eléctrico depende de uno o más de los siguientes criterios:
- Corriente de cortocircuito disponible en las barras del tablero
- Voltaje del sistema
- Espacio de arco
- Distancia del arco
- Tiempo de apertura del dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD «overcurrent protection device»)
Cuando ocurre un arco eléctrico suficientemente severo, el dispositivo de protección contra sobrecorriente (fusible, disyuntor o breaker) arriba de la falla interrumpe la corriente.
La cantidad de energía incidente a la que un trabajador puede estar expuesto durante un arco eléctrico es directamente proporcional al total de amperios al cuadrado protegidos (I²t) por el dispositivo de protección contra sobrecorriente durante la falla. Una corriente alta y un tiempo de exposición más prolongado producen una mayor energía incidente.
La única variable que se puede controlar de manera positiva y eficaz es el tiempo que tarda el dispositivo de protección contra sobrecorriente en extinguir el arco. Una forma práctica y significativa de reducir la duración de un arco eléctrico y, por lo tanto, la energía incidente es utilizar dispositivos de protección contra sobrecorriente limitadores en todo el sistema eléctrico.
Los dispositivos limitadores de corriente se abrirán en ½ ciclo de AC (8,33 milisegundos) o menos en condiciones de cortocircuito. Los estudios han demostrado que muchos interruptores automáticos de caja moldeada existentes tardan hasta 6 ciclos de AC (100 milisegundos) o más en abrirse en condiciones de cortocircuito. Consulte la siguiente tabla que muestra los tiempos de apertura típicos para varios dispositivos de protección contra sobrecorriente.
Tiempos típicos de apertura para protecciones de sobrecorriente tipo fusible o disyuntor/Breaker/interruptor
| Dispositivo de protección contra sobrecorriente | Tiempo típico de apertura cuando circula 8 veces la corriente nominal | Tiempo típico de apertura cuando circula 20 veces la corriente nominal |
| Fusibles limitadores de corriente o disyuntores/Breaker/interruptores limitadores de corriente | 0.1 a 1 segundos | < ½ ciclos = 8.3 milisegundos |
| Braker/ interruptores de caja moldeada sin adjuste de disparo | 5 a 8 segundos | 1,5 ciclos = 25 milisegundos |
| Braker/ interruptores de caja moldeada con disparo ajustable | 1 a 20 segundos | 1,5 ciclos = 25 milisegundos |
| Braker/ interruptores de aire grandes con disparo electrónico | 5 a 20 segundos | 3 ciclos = 50 milisegundos |
| Braker/ interruptores de media tensión con disparo electrónico | 5 a 20 segundos | 5 a 6 ciclos = 100 milisegundos |
¿Cuándo se requiere realizar un estudio de arco eléctrico?
Tanto OSHA como NFPA 70E requieren un análisis de peligros eléctricos antes de comenzar a trabajar en o cerca de conductores eléctricos que estén o puedan recibir energía.
El análisis debe incluir todos los peligros eléctricos: descarga, arco eléctrico, explosión de arco eléctrico y quemaduras.
El artículo 110.4 de NFPA 70E requiere específicamente el análisis de peligros eléctricos dentro de todas las áreas del sistema eléctrico que operan a 50 voltios o más.
Los resultados del análisis de peligros eléctricos determinarán las prácticas de trabajo, los límites de protección, el equipo de protección personal y otros procedimientos necesarios para proteger a los empleados del arco eléctrico o del contacto con conductores energizados.
Análisis de peligro de descarga eléctrica
Los artículos 110 de NFPA 70E requieren un análisis de peligro de descarga eléctrica. El Análisis de peligro de descarga eléctrica tiene en cuenta el voltaje del sistema al que puede estar expuesto el personal, los requisitos de los límites de protección establecidos segun NFPA 70E e identifica el equipo de protección personal (EPP) necesario para minimizar los riesgos de descarga eléctrica.
Límites de aproximación
La NFPA 70E ha establecido tres límites de protección contra descargas eléctricas:
1. Límite de aproximación limitada
El límite de aproximación limitada es un límite de aproximación para proteger al personal de descargas eléctricas. Se establece una distancia límite desde una parte energizada en función del voltaje del sistema. Para ingresar a este límite, las personas no calificadas deben estar acompañadas por una persona calificada y usar EPP(equipo de protección personal).
2. Límite de aproximación restringida
El límite de aproximación restringida es un límite de aproximación para proteger al personal de descargas eléctricas. Se establece una distancia límite desde una parte energizada en función del voltaje del sistema. Solo se permiten personas calificadas en este límite y deben usar EPP(equipo de protección personal).
3. Límite de aproximación prohibida
El límite de aproximación prohibida es un límite de aproximación para proteger al personal de descargas eléctricas. El trabajo en este límite se considera lo mismo que hacer contacto directo con una parte energizada. Solo las personas calificadas pueden ingresar a este límite y deben usar EPP (equipo de protección personal).
Los límites de protección contra descargas eléctricas se basan en el voltaje del sistema y si los componentes energizados expuestos son fijos o móviles.
La Tabla 130.4 (D)(a) de NFPA 70E define estas distancias límite para voltajes nominales del sistema fase-fase de 50 voltios a 800 kV.
Las distancias de los límites de aproximación pueden variar de una pulgada a varios pies o de milímetros a metros. Consulte la siguiente tabla 130.4 (D)(a) de NFPA 70E :
En resumen, se realiza un análisis de peligro de descarga eléctrica para reducir el potencial de choque directo. Establecerá límites de protección contra descargas eléctricas y determinará el EPP (equipo de protección personal) requerido para proteger a los trabajadores contra los peligros de descargas eléctricas.
1. Límite de aproximación limitada
2. Límite de aproximación restringido
3. Límite de aproximación prohibido
A. Parte energizada
Análisis de peligro de arco eléctrico «flash» (Destellos)
Un análisis de peligro eléctrico completo también debe contener un análisis de peligro de arco eléctrico llamado «flash» en ingles. La NFPA 70E requiere que se realice este análisis:
“Se debe realizar un análisis de peligro de flash (arco eléctrico) para proteger al personal de la posibilidad de resultar lesionado por un arco eléctrico. El análisis determinará el límite de protección contra arcos «flash» destellos y el equipo de protección personal que deben utilizar las personas dentro del límite de protección contra arcos «flash» destellos.
El análisis requiere que se calcule y documente la corriente de falla máxima en cada punto del sistema eléctrico. Esto incluye todos los componentes del sistema.
El resultado final de esta investigación será un diagrama unifilar preciso y documentado, que proporcionará los datos de un análisis de cortocircuito y los otros cálculos que determinan el límite de protección contra «flash» (arco eléctrico) y el nivel requerido de EPP (equipo de protección personal).
En parte, los cálculos de peligro de arco eléctrico se basan en la corriente de falla disponible y el tiempo de apertura de los dispositivos de protección contra sobrecorriente. NFPA 70E también ha asignado categorías de riesgo de peligro según la energía incidente estimada (generalmente expresada en cal / cm²), de un arco eléctrico.
El límite de protección de «flash» (Arco eléctrico) en ingles «Flash Protection Boundary» (FPB) es la distancia en pies (Dc) desde una fuente de arco determinada que producirá una quemadura de segundo grado en la piel desnuda expuesta.
A diferencia de los límites de protección de peligro de descarga eléctrica que se basan únicamente en el voltaje del sistema como se puede observar en la tabla 130.4 (D)(a) de NFPA 70E, el límite de protección de arco flash (destello) no es fijo. Para determinar el peligro potencial de arco eléctrico, se deben calcular los límites de protección contra flash (arco eléctrico) en cada punto donde se pueda requerir servicio o mantenimiento de equipos, dispositivos o conductores que deban estar energizados mientras se realizan los trabajos.
La discusión y los ejemplos que siguen están destinados a presentar a los lectores los datos requeridos y algunos de los métodos para realizar un análisis de peligro de descargas eléctricas a 600 voltios y menos. Se advierte a los lectores que los cálculos para sistemas con diferentes voltajes, equipos, dispositivos y un rango más amplio de corrientes de falla requieren los métodos más completos contenidos en NFPA 70E Artículo 130 y Anexo D.
Se requieren los siguientes datos para completar el análisis de peligros de «flash» (arco eléctrico):
- Diagrama unifilar actualizado del sistema de distribución eléctrica
- Corriente de falla disponible de la red pública o del generador
- Corrientes máximas de falla disponibles en cada tablero y protección
- Corriente de arco mínima autosostenida en cada tablero y protección
- Tiempos de actuación de todos los dispositivos de protección contra sobrecorriente
Dado que la energía se distribuye por todas las instalaciones, es importante recordar que, aunque los niveles de voltaje pueden ser más altos en la entrada de la acometida del operador de red, los transformadores de distribución de energía secundarios pueden producir niveles de corriente y niveles de energía de arco eléctrico mucho más altos.
Se debe consultar con regularidad a las empresas eléctricas para establecer la corriente de falla máxima disponible en la ubicación de la entrada de la acometida a su edificio. Se pueden utilizar cálculos manuales o software comercial para estimar la corriente de cortocircuito máxima disponible en cada punto de acceso a su sistema eléctrico.
Cálculos de arcos eléctricos según NFPA 70E
Si se conoce la corriente de falla máxima o de cortocircuito disponible en un barraje o tablero, entonces un análisis del dispositivo de protección contra sobrecorriente (Breaker) aguas arriba determinará qué tan rápido el dispositivo despejará la corriente de falla. Si se conocen estos dos factores, se puede calcular la cantidad de energía incidente y el límite de protección contra flash «destellos».
El límite de protección contra flash (arco eléctrico) (Dc) medido en pies se basa en los MVA de falla (MVAbf) y el tiempo de actuación (t) del breaker o protección. Si no se conoce la corriente de falla (Isc), se puede calcular con base en los MVA y la impedancia del transformador fuente.
En NFPA 70E proporciona un método alternativo para determinar el límite de protección de arco eléctrico basado en la clasificación MVA de un transformador de fuente con una impedancia y el tiempo de protección (t) del breaker o disyuntor.
Fórmula básica para calcular el límite de protección contra arcos eléctricos
Dc = [2.65 x MVAbf x t]½
o
Dc = [53 x MVA x t]½
Donde:
DC = Distancia FPB «Flash Protection Boundary» (limite de protección) en pies desde el Arco.
MVAbf = MVA de falla disponible en megavoltios-amperios en el punto de falla.
MVA = capacidad del transformador en megavolt-amperios.
t = tiempo de eliminación de falla del dispositivo de protección contra sobrecorriente en segundos
También se proporcionan varios métodos en el Anexo D de NFPA 70E para estimar la energía incidente en condiciones variables. Los resultados pueden variar drásticamente según los parámetros específicos del sistema.
Una falla de arco también producirá niveles de energía incidiente muy diferentes dependiendo de si el arco está al aire libre o confinado en una caja.
Formula de estimación de falla en tablero
La siguiente fórmula estima la energía incidente para una falla que ocurre en una caja cúbica de 20 pulgadas con un lado abierto. Esta estimación simula el efecto potencial de un arco eléctrico mientras se trabaja en equipos y tableros eléctricos.
EEM=1038.7 x DB-1.4738 x tA[0.0093 x F2 -0.3453 x F + 5.9675] cal/cm2
Donde:
EEM = Energía incidente máxima de caja de 20 pulgadas cúbicas
DB = Distancia de los electrodos de arco (generalmente 18 pulg.)
tA = duración del arco, segundos
F = Corriente de falla en kA.
Nota: La fórmula de la anterior solo se aplica a los sistemas en los que la corriente de cortocircuito disponible está en el rango de 16 kA a 50 kA.
Ejemplos de cálculo de arco eléctrico
Los siguientes ejemplos desglosan los cálculos y comparan la categoría de riesgo de peligro (HRC-Hazard Risk
Category ), la energía del incidente (cal / cm²), el límite de protección contra arcos (FPB-«Flash Protection Boundary» ) y el PPE-personal protective equipment (equipo de protección personal) necesarios para trabajar en un sistema energizado de 480 V protegido por Fusibles de 2500 Amperios Clase L o un disyuntor/Breaker/interruptor de bajo voltaje de 2500 Amp.
Ejemplo 1 – transformador de 2000kVA – 2500Amperios – Fusible o breaker: tiempo despeje 0.01seg a 43.7kA
Cálculo para trabajo energizado en la sección de medida (baja tensión) del transformador de una subestación de 2000 kVA. Transformador protegido en el secundario con fusibles limitadores de corriente.
NFPA 70E. Calculo distancia límite de protección contra arco eléctrico: FPB-«Flash Protection Boundary»
1. Calcular MVAbf :
2. Calculate Dc:
Dc=0.98 ft = 12Inc = 30cm (Distancia limite de protección desde el Arco)
NFPA 70E. Calculo exposición a energía incidente: «Incident Energy Exposure»
1. Calculo Isc:
2. Calculo F:
Calculate E MB:
E MB = 1.27 cal/cm2 (Energía incidente máxima)
Ejemplo 2 – transformador de 2000kVA – 2500Amperios – Disyuntor/ breaker/ interruptor: tiempo despeje 0.083seg a 43.7kA
Cálculo para trabajo energizado en la sección de medida (baja tension) del transformador de una subestación de 2000 kVA. Transformador protegido en el secundario con disyuntor, breaker o interruptor.
NFPA 70E. Calculo de distancia límite de protección contra arco eléctrico: FPB-«Flash Protection Boundary»
1. Calcular MVAbf :
2. Calculate Dc:
Dc=2.83 ft = 34Inc = 86cm (Distancia limite de protección desde el Arco)
NFPA 70E. Calculo exposición a energía incidente: «Incident Energy Exposure»
1. Calculo Isc:
2. Calculo F:
Calculate E MB:
E MB = 10.54 cal/cm2 (Energía incidente máxima)
Comparando los dos anteriores ejemplos podemos ver que a menor tiempo de operación de la protección de sobrecorriente la energía incidente es mucho menor.
Tabla resumen de los anteriores ejemplos (Isc, Dc, E MB, Categoria de riesgo)
| Datos | Ejemplo 1 – Fusible | Ejemplo 2 – Breaker, disyuntor o interruptor |
| Corriente de falla o cortocircuito (Isc) | 43,7 kA | 43,7 kA |
| Limite de proteccion contra arco (Dc) | 12 puldas (30 cm) | 34 puldas (86 cm) |
| Energia incidente (E MB) | 1,27 cal/cm2 | 10,54 cal/cm2 |
| Categoría de riesgo | 1 (De tabla de categorías de riesgo) | 3 (De tabla de categorías de riesgo) |
Conclusión de resultados de anteriores ejemplos
Como muestran los ejemplos, el límite de protección contra arcos (Dc), la energía incidente (E MB) y la categoría de riesgo de peligro pueden variar mucho según el dispositivo de protección contra sobrecorriente que se utilice.
En esta comparación particular, el nivel requerido de EPP también sería bastante diferente entre el fusible y el disyuntor, breaker o interruptor. Los cálculos anteriores también se pueden realizar utilizando programas de software disponibles comercialmente.
Método de calculo de categoría de riesgo y EPP alternativo según NFPA 70E
Aunque NFPA 70E requiere un análisis de peligro de arco eléctrico, también proporciona un método alternativo para determinar las categorías de riesgo de peligro y el EPP requerido. Esto se denomina comúnmente “Método basado en la tabla” y se basa en varias tareas a realizar en equipos energizados (consulte la Tabla 130 de NFPA 70E. (C) (15) (a)). En algunos casos, se puede utilizar este método en lugar de un análisis de peligro de arco completo. Sin embargo, un análisis completo proporciona resultados más precisos.
Se recomienda precaución al utilizar el «método basado en la tabla«. Todas las notas a pie de página enumeradas al final de la Tabla 130.7 (C) (15) (a) de NFPA 70E y en cualquier parte de la norma que pueda aplicar deben ser observadas y todas las condiciones prescritas deben ser verificadas. Si una tarea no está listada en la Tabla 130.7 (C) (15) (a) de NFPA 70E o no puede ser verificada, entonces NFPA 70E no deja otra alternativa que hacer una evaluación completa del riesgo de peligros usando uno de los otros métodos de cálculo.
Pasos necesarios para utilizar el calculo según «Método basado en la tabla» – NFPA 70E
Paso 1
Una vez que se identifica el equipo donde se va a realizar el trabajo, revise el diagrama unifilar actualizado para obtener información sobre la corriente de cortocircuito y otros detalles sobre la ubicación de los equipo. Si el unifilar no está actualizado o si se desconoce el cortocircuito disponible, debe calcularse.
Paso 2
Consulte la Tabla 130.7 (C) (15) (a) de NFPA 70E y busque la tarea a realizar. Si la tarea que se desea realizar no figura en la lista, no se puede utilizar el «método de tabla» y se requiere un análisis de peligro de arco completo.
Paso 3
Una vez que encuentre su tarea en la tabla, identifique la Categoría de riesgo y peligro y determine si se requieren guantes o herramientas con voltaje nominal.
Paso 4
Verifique que las condiciones establecidas en las notas al pie de la tabla 130.7 (C) (15) (a) de NFPA 70E, y cualquier Enmienda provisional , como las establecidas en NFPA 70E, sean aplicables a la tarea.
Paso 5
Utilizando las Tablas 130.7 (C) (15)(c) de NFPA 70E y la información correspondientes en la Tabla 130.7 (C) (15) (a), identifique el EPP requerido para la tarea.
Paso 6
El método de tabla NFPA 70E no proporciona el límite de protección contra arcos eléctricos, por ello debe calcularse.
Pasos de calculo de arco eléctrico según IEEE 1584
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publica la «Guía para realizar cálculos de peligro de arco eléctrico» IEEE 1584. Contiene métodos y datos detallados que se pueden utilizar para calcular los riesgos de arco eléctrico para los sistemas más simples a los más complejos.
El comité de la industria química y del petróleo del IEEE pasó muchos años desarrollando estos métodos. Se basan en pruebas empíricas de fusibles clase RK1 y clase L, disyuntores de caja moldeada de bajo voltaje, disyuntores de caja aislada y de bajo voltaje, interruptores de potencia con modelación teórica. En la norma 1584 se incluyen programas de hojas de cálculo que simplifican el cálculo de la energía incidente y los límites de protección contra descargas eléctricas.
IEEE 1584 no trata las prácticas laborales relacionadas con la seguridad de la misma manera que NFPA 70E. IEEE 1584 se ocupa principalmente de realizar los cálculos que puedan ser necesarios para determinar prácticas seguras.
Los métodos de cálculo en el Anexo D de NFPA 70E se basan en IEEE 1584 pero no contienen todos los datos o descripciones de cómo se desarrollaron estos métodos.
9 pasos necesarios para realizar correctamente un cálculo de peligro de arco eléctrico segun IEEE 1584
Paso 1, Recopile los datos del sistema y de la instalación
Dependiendo de si está haciendo un análisis completo de todos los equipos o solo mirando una parte individual, este paso puede tardar unos minutos o varias semanas en realizarse.
Comience por revisar los últimos diagramas unifilares actualizados del equipo o sistema que está analizando. Si los diagramas unifilares no están disponibles, debe crearlos. La empresa de servicios públicos puede proporcionarle el MVA de falla disponible y la relación X / R en la entrada de su instalación.
Si genera su propia electricidad, o si tiene generadores de emergencia o de reserva y motores grandes, se debe realizar un análisis más detallado.
Para calcular la corriente de falla disponible en el punto de su aplicación, debe registrar en su diagrama unifilar todos los transformadores y sus características, disyuntores, breakers, interruptores o fusibles y sus características, CCM(Centro de control de motores) y todos los demás equipos entre la fuente de alimentación y el área que le interesa. A continuación, debe registrar el tamaño, tipo, longitud y número de cables o barras colectoras, etc. utilizados entre la empresa de servicios públicos y el equipo de distribución y control que se analiza. También se debe registrar el tipo de conducto o canalización. Todos los datos del transformador deben registrarse, incluidas las clasificaciones de MVA y la impedancia, y todos los dispositivos de protección contra sobrecorriente deben identificarse con sus características específicas o clasificaciones de disparo registradas.
Paso 2, Determine los modos de funcionamiento del sistema
La mayoría de las instalaciones tienen un solo modo de funcionamiento con una conexión de servicio al operador de red. Sin embargo, los edificios industriales o comerciales más grandes o las plantas de fabricación pueden tener dos o más alimentadores de servicios públicos con conmutación o transferencia de dos o más transformadores, o cogeneradores que funcionan en paralelo. Cada modo puede ser muy complejo y requerir un análisis de peligros detallado.
Paso 3, Determine las corrientes de falla o cortocircuito
Puede realizar cálculos manuales o utilizar programas de software disponibles comercialmente, como el software Littelfuse EDR, para calcular las corrientes de falla o cortocircuito en todos los puntos entre la red eléctrica y el equipo de distribución o control que está analizando. Será necesario ingresar todos los datos que haya registrado sobre los transformadores, tamaños y longitudes de cables, y tipo de conducto, etc. utilizados en cada instalación para determinar las corrientes de falla.
Paso 4, Determine las corrientes de falla de arco
Después de determinar las corrientes de falla o cortocircuito, IEEE 1584 proporciona una fórmula para calcular la corriente de falla de arco predicha debido a la impedancia de arco típica y otros factores. La corriente de falla de arco prevista para voltajes del sistema por debajo de 1 kV depende de la corriente de cortocircuito, la tensión del sistema, el espacio del arco y si es más probable que el arco ocurra al aire libre o en una configuración de caja cerrada o tablero electrico.
Paso 5, Encuentre las características del dispositivo de protección y la duración de los arcos
A partir de los datos recopilados en el Paso 1 y la corriente de falla de arco determinada en el Paso 4, el siguiente paso es establecer el tiempo total que se tarda el dispositivo de protección contra sobrecorriente para operar ante cortocircuito. Si el fabricante del fusible o del disyuntor, breaker o interruptor publica los tiempos de actuación máximos y mínimos, es importante utilizar el tiempo de actuación máximos para calcular la corriente de falla de arco prevista.
NOTA: Este paso se puede omitir si los dispositivos de protección contra sobrecorriente son los que ya se probaron y se enumeran en el documento IEEE 1584. Consulte la Sección 4.6 de IEEE 1584.
Paso 6, Documentar los voltajes del sistema y las clases de equipo
Asegúrese de documentar los voltajes del sistema y la clase de equipo, como celdas de 15 kV, celdas de 5 kV, tableros de baja tensión, CCM de baja tensión y tableros, o tendidos de cables.
Paso 7, Seleccione las distancias de trabajo
IEEE 1584 ha establecido tres distancias de trabajo típicas para diferentes clases de equipos.
Como se mencionó anteriormente, los cálculos de energía incidente y las categorías de riesgo de peligro dependerán de las distancias de trabajo seleccionadas.
Paso 8, Determine la energía incidente para todos los equipos
Puede utilizar fórmulas incluidas en el documento IEEE 1584 o software disponible comercialmente para calcular la energía incidente posible en cal/cm2 a la distancia de trabajo seleccionada.
Paso 9, Determine el límite (distancia) de protección contra descargas eléctricas para todos los equipos
Las fórmulas proporcionadas en IEEE 1584 se pueden utilizar para determinar la distancia desde el arco a la que se producirá el inicio de una quemadura de segundo grado en la piel desprotegida. Esta distancia debe establecerse y variará según los parámetros del sistema.
Los programas de software calculan automáticamente la distancia en función de la corriente de falla del arco, el voltaje del sistema, el espacio del arco y la duración del arco. Si los dispositivos de protección contra sobrecorriente son distintos a los cubiertos por IEEE 1584, o si los niveles de voltaje y las corrientes de cortocircuito exceden las limitaciones de IEEE 1584, entonces se deben analizar los tiempos de apertura de los dispositivos de protección contra sobrecorriente, la protección contra arco y la energía incidente mediante otro método.
Ya sea que se realicen cálculos o se utilice el «método basado en Tabla» de NFPA 70E, los resultados de un Análisis de peligro eléctrico (Análisis de peligro de descarga y descarga eléctrica) determinarán lo siguiente:
- El límite del aproximación limitado
- El límite del aproximación restringido
- El límite de aproximación prohibido
- Energía incidente posible en cada ubicación
- Límite de protección de arco
- Categoría de riesgo
- EPP necesario para trabajar en equipo energizado
Excelente informacion