Cómo realizar un estudio de arco eléctrico – Parte 2
Corriente de falla de arco

Corriente de falla de arco: efecto de la separación, el voltaje y la configuración de los electrodos

Un arco eléctrico se produce cuando una corriente de cortocircuito atraviesa un espacio de aire entre conductores energizados. El evento normalmente es el resultado de un contacto inicial (e involuntario) entre conductores energizados que crea el cortocircuito. Durante el evento, los conductores o un objeto conductor pueden fundirse o volar hacia atrás, lo que produce un espacio de aire. Cuando la corriente fluye a través del espacio, ioniza el aire, lo que da como resultado un plasma conductor y una nube térmica. IEEE 1584 – Guía IEEE para realizar cálculos de riesgo de arco eléctrico se refiere a esto como el Corriente de falla de arco que se define como:

Una corriente de falla que fluye a través de un plasma de arco eléctrico. Para calcular la corriente de falla de arco, las ecuaciones IEEE 1584 requieren muchas variables de entrada tales como: corriente de cortocircuito trifásica, distancia de separación de barras, configuración de electrodos y voltaje.

Distancia de separación

La distancia de separación es la distancia física entre los conductores por los que fluye la corriente durante un arco eléctrico. Medir la distancia de separación real puede resultar poco práctico, ya que requeriría evaluar cada equipo que pueda recibir energía, lo que requiere que se lo coloque en una condición de trabajo eléctricamente segura. Además, puede haber varias distancias de separación diferentes en el mismo equipo según dónde se produzca el arco eléctrico.

La norma IEEE 1584 proporciona un rango de distancias de separación válidas de 0,25 pulgadas a 3 pulgadas para voltajes de 208 V a 600 V. La norma también enumera distancias de separación típicas para clases de equipos, como 1 pulgada (25 mm) para centros de control de motores y tableros de distribución de bajo voltaje y 1,25 pulgadas (32 mm) para aparamenta de bajo voltaje. Estos valores se utilizan comúnmente para estudios de arco eléctrico en ausencia de mediciones. El problema de ejemplo utilizado para los cálculos se definió en la Parte 1 de esta serie y se basa en una corriente de falla atornillada de 28.500 amperios a 480 voltios.

Tabla 1 En la figura se muestra la corriente de falla de arco calculada utilizando diferentes distancias de separación. Se ilustra cómo la corriente de arco aumenta a medida que la distancia de separación disminuye y viceversa.

Voltaje

La magnitud de la corriente de falla por arco también depende del voltaje. A medida que el voltaje disminuye, la corriente de arco también disminuye, como se muestra en Tabla 2.  La diferencia entre la corriente de falla de arco y la corriente de falla de descarga es mayor a voltajes más bajos. Esto se debe a que la impedancia equivalente de la corriente de falla de descarga es menor a voltajes más bajos, por lo que la impedancia del arco tiene un impacto más significativo.

Configuración de electrodos

La introducción de diferentes configuraciones de electrodos fue una de las adiciones más significativas a la segunda edición de IEEE 1584. Se incluyen cinco configuraciones de electrodos diferentes y tres configuraciones utilizadas para equipos dentro de un gabinete. Estas incluyen: VCB: conductores verticales dentro de una caja de metal, VCBB: conductores verticales terminados en una barrera aislante dentro de una caja de metal y HCB: conductores horizontales dentro de una caja de metal. Artículo de febrero de 2019 para obtener detalles sobre las configuraciones de electrodos.

IEEE 1584 proporciona cierta orientación con respecto a la selección de configuraciones de electrodos; sin embargo, depende de la persona calificada que realiza el estudio tomar la determinación final.  Tabla 3 enumera los resultados de los cálculos de corriente de arco para nuestro ejemplo utilizando diferentes configuraciones de electrodos. Es posible tener varias configuraciones de electrodos diferentes en un solo equipo según dónde se produzca el arco eléctrico. Además, el hecho de que el equipo tenga una orientación horizontal no significa automáticamente que la configuración de electrodos sea HCB. HCB es para barras/electrodos horizontales dirigidos al trabajador. De manera similar, si la barra del equipo está en orientación vertical, eso no se traduce necesariamente en VCB o VCBB. ¿Qué sucede si hay puntas apuntando hacia el trabajador desde la barra vertical? Eso puede dar como resultado una configuración HCB.

La configuración de los electrodos afecta la trayectoria del arco y la impedancia del mismo. La VCBB produce la menor impedancia del arco debido a la concentración de plasma en la barrera aislante y produce una mayor corriente de falla del arco. Cada configuración de electrodos puede generar una corriente de arco, una energía incidente y un límite de arco eléctrico diferentes.

Los cálculos para nuestro ejemplo de tablero de distribución definido en la Parte 1 probablemente utilizarían tanto VCB como VCBB. ¿Por qué? Cuando los conductores terminan en un dispositivo de protección principal, como la parte superior de un panel, puede comportarse como una configuración VCBB en esa ubicación. Sin embargo, si se produce un arco eléctrico en un dispositivo derivado, esto puede actuar más como VCB. ¿Por qué analizar ambos? Porque cualquiera de los dos podría dar como resultado la energía incidente del peor caso. Si la duración del arco es la misma para cada caso, VCBB dará como resultado la mayor energía incidente. Sin embargo, VCB puede dar como resultado una corriente de arco más baja que podría hacer que un dispositivo de protección aguas arriba demore más en funcionar. La mayor duración del arco podría dar como resultado una mayor energía incidente para VCB.

Este artículo se publicó originalmente en la edición de noviembre de 2021 de la revista Electrical Contractor.