Una de las principales variables que forman parte de un estudio de arco eléctrico es la corriente de cortocircuito por arco. Sin embargo, si nos remontamos a la evolución de los cálculos de arco eléctrico, no siempre se tuvo en cuenta este valor. Debido a la impedancia del arco, la corriente de arco siempre será menor que la corriente de cortocircuito máxima y el valor más bajo podría generar una mayor energía incidente. ¿Por qué? Porque la corriente más baja podría provocar que el dispositivo de protección aguas arriba tarde más en funcionar, lo que daría lugar a una mayor duración del arco eléctrico. Echemos un vistazo a algunos hitos relacionados con los cálculos de corriente de arco mediante el uso del factor de variación de corriente de arco que se encuentra en la edición 2018 de IEEE 1584.

Década de 1980: Sin corriente de arco

A principios de la década de 1980, la primera generación de ecuaciones de arco eléctrico era bastante primitiva en comparación con los estándares actuales. De hecho, ni siquiera se consideraba la corriente de arco; solo se utilizaba la corriente de cortocircuito. Al evaluar la duración de un arco eléctrico, el tiempo de despeje de un dispositivo de protección aguas arriba se determinaba a partir de curvas de tiempo-corriente. El uso de la corriente de cortocircuito podría indicar que el dispositivo de protección podría dispararse instantáneamente, lo que daría como resultado una energía incidente menor. Sin embargo, la corriente de arco más baja (y desconocida) podría hacer que el dispositivo demore más en dispararse.

2000—Corriente máxima de 38 por ciento

El Anexo D.3 de la norma NFPA 70E incluye ecuaciones extraídas de un documento técnico publicado en 2000. Estas ecuaciones se basan en pruebas de arco eléctrico reales, lo que supone una mejora significativa. Sin embargo, todavía no existía una ecuación para calcular la corriente de arco. En su lugar, este método contiene una solución alternativa para la corriente de arco, que establece: “Para sistemas de 480 voltios, el nivel mínimo aceptado por la industria para una falla de arco eléctrico sostenida es el 38 por ciento de la falla de emergencia disponible”. Eso fue todo. Simplemente multiplique la corriente de falla de emergencia por el 38 por ciento y evalúe la corriente más baja para ver si dio como resultado un tiempo de despeje del dispositivo más prolongado y una energía incidente en el peor de los casos.

2002—Corriente de arco y 85 por ciento

Cuando se publicó la primera edición de IEEE 1584 en 2002, una de las mejoras más significativas fue la introducción de ecuaciones de corriente de cortocircuito por arco. Sin embargo, dado que podría haber muchos factores desconocidos que influyeran en la corriente de arco real, se la denominaba comúnmente "estimación". ¿Qué sucedería si la corriente de arco real fuera menor? Podría volver a provocar que el dispositivo de protección tardara más en funcionar y generara una mayor energía incidente. ¿La solución? Agregar un paso adicional en el que la corriente de arco estimada se multiplicaría por el 85 por ciento y se volvería a evaluar el tiempo de funcionamiento del dispositivo de protección con la corriente ligeramente menor. Se compararían los casos del 100 por ciento y del 85 por ciento, y se utilizaría el peor de los casos para el resultado del estudio. El multiplicador del 85 por ciento se utilizó para todos los cálculos de corriente de arco para sistemas de menos de 1000 voltios (V).

2018—Corriente de arco y VarCf

Basándose en casi 2000 nuevas pruebas de arco eléctrico, la edición 2018 de IEEE 1584 ha realizado mejoras adicionales en los cálculos de corriente de arco para lograr una mayor precisión. Sin embargo, las nuevas ecuaciones son más complejas e incluyen diferentes configuraciones de electrodos, 10 coeficientes diferentes y otras variables. El proceso implica varios pasos de cálculo, incluida la determinación de la "corriente de arco promedio intermedia" con ecuaciones basadas en 600 V, 2700 V y 14 300 V. El segundo paso es utilizar la(s) corriente(s) intermedia(s) y calcular la corriente de arco final en el voltaje específico del sistema. De manera similar a la edición 2002, se calcula una segunda duración de arco utilizando una corriente de arco reducida para determinar si hay un efecto en el tiempo de funcionamiento del dispositivo de protección. A diferencia del valor fijo del 85 por ciento utilizado en la edición de 2002, la edición de 2018 ha introducido una nueva ecuación para un factor de corrección de variación de corriente de arco VarCf que se utiliza para todos los voltajes de 208 V a 15 000 V. El VarCf depende en gran medida del voltaje y tiene el mayor impacto en voltajes entre 208 V y 600 V. La curva de tiempo-corriente en la Figura 1 ilustra cómo una corriente de arco ligeramente menor hace que el dispositivo de protección pase de un tiempo de despeje de 5 ciclos a 18 ciclos, ¡más de tres veces más largo!

La evolución continúa

Han sido necesarias varias décadas, cientos de personas, decenas de miles de horas de trabajo y millones de dólares en investigación para que nuestra comprensión de los arcos eléctricos y los cálculos relacionados llegue a este nivel. Algunos dicen que el costo y el tiempo son demasiado altos. Los trabajadores eléctricos que han sobrevivido a un arco eléctrico con lesiones mínimas o nulas gracias a este esfuerzo saben que vale la pena. Basado en mi artículo publicado originalmente en la revista Electrical Contractor – marzo de 2019