La duración de un arco eléctrico se define generalmente por el tiempo que tarda un dispositivo de protección contra sobrecorrientes aguas arriba en funcionar y eliminar la falla. Esto requiere el uso de la característica de tiempo-corriente (TCC) del dispositivo, que se basa en el tipo de dispositivo específico, la clasificación, los ajustes (si están disponibles) y el fabricante. Si recuerdo mis días como fabricante de disyuntores, incluso el año en que se fabricó el dispositivo es importante, ya que las TCC pueden cambiar con el tiempo.

La TCC del dispositivo utilizado en este ejemplo se ilustra en la figura. El eje horizontal está representado en amperios multiplicados por un factor de 10. Esto significa que el 10 A en el gráfico se reescala para representar 10 A por 10, o 100 A, y el 100 representa 100 A por 10, o 1000 A, etc.

El eje vertical representa el tiempo en segundos. Cada eje emplea una escala logarítmica que no es lineal y se utiliza cuando se analiza una amplia gama de cantidades, como el tiempo y la corriente en este caso. En lugar de aumentar en incrementos iguales, cada intervalo, o década como se lo conoce, aumenta en un factor de 10.

Conceptos básicos de TCC

La TCC de un disyuntor tendrá al menos dos partes distintas. La banda superior izquierda se conoce comúnmente como región de sobrecarga o retardo de tiempo. Puede ser un elemento térmico o un elemento electrónico o digital. La curva inclinada se conoce comúnmente como característica de "tiempo inverso" porque la corriente y el tiempo son inversos entre sí. Cuanto más corriente fluya a través del dispositivo, menos tiempo tardará en funcionar. La banda, o el grosor, se basa en el tiempo de funcionamiento y de liberación, así como en la tolerancia del fabricante.

La parte horizontal del TCC en la parte inferior derecha representa el tiempo que tarda en dispararse instantáneamente, lo que significa que no hay demora intencional. El grosor de la banda instantánea representa el tiempo que tarda el dispositivo en abrirse y eliminar la falla, que en este caso es un ciclo eléctrico o 0,0167 segundos. Algunos dispositivos pueden tardar varios ciclos en dispararse instantáneamente.

La banda vertical en el medio es el punto de transición entre sobrecarga y operación instantánea, comúnmente llamada ajuste de disparo instantáneo. Si la corriente cae a la izquierda de la banda, el dispositivo opera en la región de retardo de tiempo. Si cae a la derecha, entonces se dispara instantáneamente. Si la corriente cae en el medio de la banda, no se sabe qué elemento funcionará; aunque existe un valor de corriente específico para la transición de sobrecarga a instantáneo, también hay una tolerancia más/menos, por lo que el punto real está en algún lugar dentro de la banda. Si la corriente de arco cae dentro de la banda, el peor de los casos supone que podría dispararse en la región de sobrecarga, lo que resulta en un retraso de tiempo significativo.

Duración del arco y TCC

Para determinar cuánto tiempo debe tardar un dispositivo en funcionar con una corriente específica, se ubica la corriente en el eje horizontal y se traza una línea hacia arriba hasta que intersecta la parte superior de la curva. Mirando hacia la izquierda se indica el tiempo correspondiente.

El gráfico que se muestra representa el TCC del disyuntor de 225 A utilizado en nuestro ejemplo. Está ubicado aguas arriba del panel en estudio y es el dispositivo que debería disparar y eliminar el arco eléctrico.

La segunda parte de esta serie, “Cálculo de una corriente de falla de arco”, proporcionó la corriente de falla de arco calculada de 23 010 A o 23,01 kA. Se utilizaron condiciones específicas, como una separación de barra de 1 pulgada y orientación de electrodo VCCB. Esta corriente está etiquetada en la parte instantánea de la TCC hacia la parte inferior derecha del gráfico. Trazar una línea en este valor hasta la parte superior de la TCC y luego trazar una línea hacia la izquierda para determinar la duración indica que el dispositivo debería dispararse en 0,0167 segundos o un ciclo eléctrico. Este valor se utiliza como duración del arco y parte del cálculo de energía incidente en una parte posterior de esta serie.

Al realizar un estudio de arco eléctrico, podría surgir un problema si la corriente de arco es demasiado baja y pasa dentro o hacia la izquierda de la banda vertical. Esto indicaría que el dispositivo opera en la región de retardo de tiempo que aumentaría en gran medida la duración del arco y la energía incidente resultante. Cuando los resultados de un estudio de arco eléctrico indican una gran energía incidente en una ubicación determinada, a menudo significa que la corriente de arco era demasiado baja para que el dispositivo de sobrecorriente designado se disparara instantáneamente

Este artículo se publicó originalmente en la edición de marzo de 2022 de la revista Electrical Contractor.