Cómo realizar un estudio de arco eléctrico – Parte 3
Duración del arco

El tiempo lo es todo cuando se produce un arco eléctrico. Cuanto mayor sea la duración, mayor será la exposición a la energía incidente, que es directamente proporcional a la duración.

La edición 2018 de IEEE 1584 define la duración del arco, también conocido como tiempo de limpieza como:

El tiempo total entre el comienzo de una sobrecorriente especificada y la interrupción final de la circuito a tensión nominal.

También se hace referencia al término tiempo de despeje porque la duración del arco normalmente se basa en cuánto tiempo tarda un dispositivo de protección contra sobrecorriente aguas arriba en interrumpir y despejar la corriente de falla del arco. Un concepto bastante simple, excepto que ¿cómo se determina qué dispositivo es probable que interrumpa y cómo se determina la duración real? 

Determinar qué dispositivo

Cuando la corriente de arco de un arco eléctrico salta a través de un espacio de aire, se produce un plasma conductor que podría envolver a otros conductores y escalar, así como propagarse a otras ubicaciones. Si el plasma se propaga al lado de la línea del dispositivo principal, como el principal en el panel PP-1 que se muestra en la Figura 1, incluso si el principal se dispara, es posible que el arco eléctrico no se elimine. Puede continuar hasta que se dispare un dispositivo más arriba, como el alimentador en el Panel de distribución principal (MDP). Una situación similar puede ocurrir si el arco eléctrico se origina en el lado de la línea del dispositivo principal.

Debido a la incertidumbre sobre si el dispositivo principal interrumpiría y despejaría un arco eléctrico, un enfoque común es considerar el tiempo de despeje de un dispositivo fuera del área que podría verse afectada por el arco eléctrico. Este sería un dispositivo en un gabinete separado, como el alimentador ubicado en MDP.

En el caso de equipos tales como tableros de distribución revestidos de metal, donde los dispositivos están ubicados en compartimentos individuales, se debe utilizar el criterio de ingeniería al considerar si la línea principal no se vería afectada por un arco eléctrico en un alimentador.

Determinación de la duración

La determinación del tiempo de desconexión del dispositivo de protección depende de la característica de disparo del dispositivo, así como de la magnitud de la corriente de arco. Como mínimo, los dispositivos de protección contra sobrecorriente tendrán dos características de disparo distintas. La región de sobrecarga, que proporciona un retardo de tiempo para corrientes de menor magnitud, y la región instantánea, que se disparará para corrientes de mayor magnitud. En el mundo de la energía eléctrica, el término "instantáneo" significa que no hay un retardo de tiempo intencional. Existe un retardo no intencional de hasta varios ciclos eléctricos, que es el tiempo que tarda el dispositivo en abrirse físicamente y despejar el arco eléctrico.

El tipo de dispositivo, como si se trata de un disyuntor de caja moldeada o de disparo electrónico, fusibles limitadores de corriente y si tiene configuraciones ajustables, todo ayuda a definir la característica de disparo. Además, el estado de mantenimiento del dispositivo es importante. Si un dispositivo es antiguo y no se mantiene adecuadamente, ¿funcionará como se espera? Tal vez no, lo que podría dar lugar a una mayor duración del arco.   

Demasiado largo – Dos segundos

Si la corriente de cortocircuito que produce el arco es de una magnitud menor, como ocurre con impedancias más altas de conductores largos o transformadores más pequeños, el análisis del dispositivo puede indicar que puede dispararse en la región de sobrecarga para el arco eléctrico, lo que puede tardar varios segundos o más. En este caso, aunque la corriente más baja da como resultado un arco eléctrico menos intenso, la duración podría dar lugar a una energía incidente total mayor.  

Para los casos en los que hay tiempos de limpieza prolongados, la norma IEEE 1584 contiene un texto al que muchas personas denominan la “regla de los 2 segundos”. Aunque en realidad no es una regla, este texto permite limitar la duración del arco utilizado en el cálculo a 2 segundos. El texto real establece lo siguiente:

Si el tiempo total de desactivación del dispositivo de protección es superior a dos segundos (2 s), considere cuánto tiempo es probable que una persona permanezca en el lugar del arco eléctrico. Es probable que una persona expuesta a un arco eléctrico se aleje rápidamente si es físicamente posible y 2 s suele ser una suposición razonable para la duración del arco a fin de determinar la energía incidente.

El lenguaje contiene advertencias como que la decisión de utilizar dos segundos requiere un criterio de ingeniería basado en la tarea, la ubicación y la capacidad de la persona para alejarse. El concepto se basa en la reacción y respuesta humana. Si existe una amenaza, como un arco eléctrico, la persona reacciona y responde automáticamente. Además, aunque en este lenguaje se utiliza el término "duración del arco", dos segundos no significa que el arco se extinga en dos segundos, sino que se refiere a la exposición de una persona.

La parte 4 abordará el uso de las características de tiempo-corriente para determinar la duración del arco.

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