Actualización de la revisión de la norma IEEE 1584: edición 201X

IEEE 1584: dónde empezó todo (2002)

Mucho ha sucedido desde 2002, cuando se publicó por primera vez la IEEE 1584 – Guía IEEE para cálculos de riesgo de arco eléctrico. El desarrollo de este documento emblemático incluyó la realización de más de 300 pruebas de arco eléctrico que se utilizaron para crear las ecuaciones derivadas empíricamente. Aplicable para cálculos trifásicos y voltajes que van desde 208 voltios a 15.000 voltios, cuatro métodos de cálculo principales son la columna vertebral de esta norma e incluyen:

• Corriente de cortocircuito por arco eléctrico: sistemas de menos de 1000 V
• Corriente de cortocircuito por arco eléctrico: sistemas de 1000 a 15 000 V
• Energía incidente
• Límite de riesgo de relámpago (conocido hoy como límite de arco eléctrico)

Vamos a colaborar

Cuando se introdujo por primera vez la norma IEEE 1584, no solo se convirtió en la norma principal para los estudios de arco eléctrico en los Estados Unidos y Norteamérica, sino que también obtuvo rápidamente una amplia aceptación mundial. Sin querer dormirse en los laureles con el logro de producir la edición de 2002, el enfoque comenzó a cambiar hacia la mejora de lo que ya teníamos y la exploración de otras áreas. Todos comenzaron a tener la misma pregunta: ¿Cómo llevamos esta norma al siguiente nivel?

Las pruebas de arco eléctrico utilizadas para la edición de 2002 se basaron en los electrodos colocados en una configuración vertical similar a la Figura 1. Las ideas comenzaron a orientarse hacia la respuesta a nuevas preguntas. "¿Qué pasaría si los electrodos fueran horizontales en lugar de verticales?" "¿Qué pasaría si el gabinete fuera de un tamaño diferente?" "¿Qué pasaría si fuera un arco eléctrico de CC?" La lista de "qué pasaría si..." comenzó a crecer rápidamente, lo que ayudó a definir lo que podría incluir la próxima edición de IEEE 1584.

Las preguntas no solo provenían de la comunidad IEEE, sino también de la NFPA, que publica la norma NFPA 70E para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo. Dado que la investigación y las pruebas requieren importantes recursos financieros, se desarrolló un esfuerzo colaborativo en el que participarían tanto el IEEE como la NFPA. Esta nueva colaboración, combinada con el apoyo financiero de muchas empresas e individuos de la industria, daría como resultado un proyecto plurianual que incluiría la realización de más de mil nuevas pruebas, así como nuevas investigaciones y análisis para llevar lo que sabemos sobre los arcos eléctricos al siguiente nivel.

¡Precaución! La ciencia en progreso

Aunque las pruebas y la investigación se han llevado a cabo durante varios años, el trabajo aún no ha finalizado y continúa en la actualidad. Además, gran parte del mismo todavía se encuentra en la etapa de revisión patentada (lo siento, no es justo). El análisis de datos, las pruebas adicionales y el ajuste fino de los modelos son solo algunas de las muchas tareas que quedan por hacer; todavía es un trabajo en progreso. Esto significa que la información de este artículo debe considerarse preliminar y está sujeta a cambios.

El comité IEEE 1584 seguirá evaluando nueva información, como datos de pruebas y ecuaciones, a medida que el equipo del proyecto la vaya proporcionando. En última instancia, el comité IEEE 1584 considerará toda la nueva información para su posible uso en la próxima edición de la norma.

Orientación de electrodos/buses

La edición 2002 de IEEE 1584 se basó en tres electrodos colocados en una orientación vertical como se muestra en la Figura 1. Cuando se produce un arco eléctrico con esta orientación, el plasma del arco se dirige hacia la parte inferior de la caja y a menudo se derrama por el frente.

Investigaciones posteriores han demostrado que la energía incidente también puede verse influida por la orientación de los electrodos. Como resultado, el equipo del proyecto ha realizado pruebas utilizando orientaciones de electrodos adicionales, incluidos electrodos horizontales y verticales que terminan en una barrera aislante similar a la Figura 2.

Cuando los electrodos se colocan horizontalmente, el plasma del arco se dirige desde los extremos de los electrodos hacia afuera. Las investigaciones también han indicado que si los electrodos verticales terminan en una barrera aislante, el arco golpea la barrera y la nube de plasma se dirige más hacia la abertura del gabinete. La configuración de barrera es relativamente común y representa condiciones como cuando los conductores terminan en un bloque de terminales u otro dispositivo.

En el programa de pruebas se han incluido un total de cinco configuraciones de bus diferentes, que incluyen:

• Electrodos verticales en una caja metálica cúbica
• Electrodos verticales terminados en una “Barrera” – Caja metálica cúbica
• Electrodos horizontales en una caja metálica cúbica
• Electrodos verticales al aire libre
• Electrodos horizontales al aire libre

Los nuevos resultados de las pruebas se han utilizado para desarrollar ecuaciones preliminares que el comité revisará más a fondo y posiblemente incluirá en la nueva norma. En la actualidad, las nuevas ecuaciones no se han hecho públicas, ya que se siguen perfeccionando a medida que avanza la investigación.

Con todas las diferentes orientaciones de los electrodos combinadas con muchas variables como la distancia entre electrodos, el voltaje, el tamaño del gabinete y otras, la nueva norma tiene el potencial de hacer que el modelado sea más complejo. Afortunadamente, se creó un grupo de trabajo que tengo el privilegio de dirigir y que está explorando el uso de las nuevas ecuaciones para el modelado de equipos.

Más que solo energía incidente

En el pasado, el objetivo principal de un estudio de arco eléctrico era predecir la energía incidente potencial. Sin embargo, ahora se están investigando otras áreas.

Presión de explosión: se han realizado algunas pruebas para evaluar la presión de explosión de un arco eléctrico. Una de esas pruebas se realizó utilizando una corriente de cortocircuito de 20 000 amperios con una separación de arco de 25 mm y una duración de 12 ciclos. El resultado fueron presiones de entre 110 y 200 libras de fuerza que un trabajador podría experimentar en un área de 1 pie x 1,5 pies. Aunque esta prueba específica en el nivel más bajo de corriente de falla puede no resultar necesariamente en un golpe aplastante, podría derribar a un trabajador y posiblemente contribuir a otras lesiones.

Presión sonora: la presión sonora del arco eléctrico puede provocar graves daños auditivos. Algunas pruebas a 4160 voltios han producido niveles de sonido promedio de entre 155 y 160 db a distancias de tres metros o más. Los niveles de sonido se ven afectados por la corriente de cortocircuito, así como por el tamaño y la forma del laboratorio de pruebas.

Luz: cuando se produce un arco eléctrico, puede producirse un destello de luz cegador que puede causar lesiones oculares y ceguera. Como parte del programa de pruebas, se han realizado algunas mediciones de luz (luminancia). Como marco de referencia, se ha indicado que el nivel de luminancia en un día de verano brillante tendrá una iluminación a nivel del suelo al mediodía del orden de 100.000 lux, donde lux es una medida de la intensidad de la luz. Las mediciones de luminancia para varios niveles diferentes de corriente de cortocircuito han dado como resultado registros de decenas de millones de lux durante el arco eléctrico.

Tamaño del recinto: es ampliamente aceptado que la energía incidente de un arco eléctrico también puede verse influenciada por el tamaño del recinto. El equipo del proyecto ha estado evaluando el efecto del tamaño del recinto y se está considerando el uso de factores de ajuste para diferentes dimensiones como parte del proceso de cálculo.

Arco eléctrico de corriente continua

Los rectificadores de gran tamaño, los sistemas de tracción de CC y los sistemas de baterías de gran tamaño son sólo algunas de las posibles fuentes de un arco eléctrico de CC. Aunque la edición 2002 de la norma IEEE 1584 no consideró el arco eléctrico de CC, se han realizado algunas pruebas privadas y se han elaborado documentos técnicos sobre el tema. La esperanza es que se realicen pruebas de arco eléctrico de CC en las fases finales de este proyecto.

Excepción de 125 kVA

La edición 2002 de la norma IEEE 1584, a la que a menudo se hace referencia como la “excepción de 125 kVA”, contiene un texto que permite que un estudio excluya los cálculos en circuitos con voltajes inferiores a 240 voltios y alimentados por transformadores de 125 kVA o menores. Esta excepción se basó en algunas pruebas que indicaban que si se produce un arco eléctrico a voltajes más bajos y también con una magnitud menor de corriente de cortocircuito, sería difícil sostener el arco y daría como resultado un nivel menor de energía incidente.

Desde 2002, se han realizado pruebas importantes que indican que, en determinadas condiciones, es posible soportar un arco eléctrico con niveles mucho más bajos de corriente de cortocircuito. Aunque esta excepción aún se encuentra en evaluación y revisión, es probable que el límite de corte se reduzca considerablemente con respecto al tamaño actual de los transformadores de 125 kVA.

¿Qué es un estudio de arco eléctrico? IEEE 1584.1

Si le preguntas a diez personas diferentes qué es un estudio de cálculo de riesgo de arco eléctrico, probablemente recibirás diez respuestas diferentes. Las respuestas pueden ser:

“¿No tomas simplemente algunos datos, los vuelcas en un programa y aparecen algunas etiquetas?”

Para: “Requiere un modelado de sistemas, análisis y recopilación de datos muy complejos y es una tarea bastante enorme”

Además, muchos estudios sobre arcos eléctricos fueron encargados por gerentes de seguridad que tenían un conocimiento limitado de lo que implica un estudio de arco eléctrico, lo que dificultó la comparación de las propuestas de varios consultores.

Dado que existen opiniones muy diversas sobre qué es un estudio de arco eléctrico y qué debe incluirse, el comité IEEE 1584 formó un grupo de trabajo independiente para abordar este problema. Tuve el privilegio de ser una de las dos personas que dirigieron este grupo que desarrolló lo que se conocería como “Guía IEEE para la especificación de los requisitos de alcance y entregables para un estudio de cálculos de riesgo de arco eléctrico de acuerdo con la norma IEEE 1584”. Este nuevo documento recibiría la designación: IEEE 1584.1 o “punto uno”, como todos comenzamos a llamarlo.

El objetivo de esta guía, que se publicará próximamente, es proporcionar orientación sobre la información necesaria y los resultados sugeridos para un estudio de cálculo del riesgo de arco eléctrico. También describe los requisitos mínimos recomendados para el estudio.

Ahora, en la recta final del proceso de elaboración de normas, el IEEE 1584.1 “punto uno” debería estar disponible a finales de este año en el IEEE.

Avance rápido: ¿qué sigue?

Hasta ahora se han realizado más de 1000 nuevas pruebas de arco eléctrico y se realizarán muchas más. Las pruebas adicionales combinadas con una revisión y análisis detallados de los resultados, la validación de los modelos y el desarrollo de un nuevo texto para la próxima edición llevarán algún tiempo. Una vez que esté listo un borrador completo de la norma, comienza el proceso de votación. Se abordan los comentarios y pueden ocurrir cambios adicionales. Sí, llevará algún tiempo completarlo, pero el esfuerzo valdrá la pena la espera. ¡Lo mejor está por venir!

Por Jim Phillips | Brainfiller, Inc. | Foro ArcFlash.com
Publicado originalmente: mayo de 2013 | Revista del contratista eléctrico