Cómo realizar un estudio de arco eléctrico: parte 5 Cálculos de la energía incidente y de los límites del arco eléctrico

La parte final de esta serie examina los cálculos de la energía incidente y los límites de arco eléctrico para el ejemplo de tablero de distribución de 480 V utilizado en esta serie. La norma IEEE 1584 (Guía IEEE para realizar cálculos de riesgo de arco eléctrico) define la energía incidente como “la cantidad de energía térmica impresa sobre una superficie, a cierta distancia de la fuente, generada durante un evento de arco eléctrico”. Se puede utilizar para determinar la clasificación de arco de la ropa y el equipo de protección como parte de una evaluación de riesgo de arco eléctrico.

Dos variables importantes son la corriente de falla de arco y la duración del arco. La corriente de falla de arco se abordó en la parte 2. La duración del arco define la exposición total evaluando la característica de corriente de tiempo del dispositivo de protección que se espera que funcione y elimine el arco eléctrico. La parte 4 concluyó que el dispositivo para este ejemplo funcionará en 1 ciclo eléctrico, o 0,167 segundos.

Distancia de trabajo

La norma IEEE 1584 define la distancia de trabajo como la distancia entre la fuente de arco potencial y la cara y el pecho del trabajador. La energía incidente varía exponencialmente con la inversa de la distancia: cuanto mayor es la distancia, menor es la energía incidente y viceversa. La norma IEEE 1584 enumera distancias de trabajo “típicas” de 18 pulgadas para equipos de bajo voltaje, como paneles y centros de control de motores, 24 pulgadas para tableros de distribución de bajo voltaje y 36 pulgadas para equipos de medio voltaje. Sin embargo, también se debe considerar la tarea específica al definir esta distancia. Para el ejemplo del tablero de distribución de 480 V, se utilizan 18 pulgadas.

Configuración de electrodos

Otra variable importante es la configuración de los electrodos. La primera edición de IEEE 1584 se basó en dos configuraciones de electrodos: denominadas configuración de caja (recinto) y configuración abierta (al aire). En cada caso, los electrodos estaban orientados verticalmente, lo que equivale hoy a conductores/electrodos verticales dentro de una caja/recinto metálico (VCB) y conductores/electrodos verticales al aire libre (VOA). Con base en investigaciones posteriores, se determinó que la energía incidente puede verse muy afectada por otras orientaciones de los electrodos e influir en la trayectoria del arco. Para un recinto, esto condujo a la introducción de conductores/electrodos verticales terminados en una barrera aislante dentro de una caja/recinto metálico (VCBB) y conductores/electrodos horizontales dentro de una caja/recinto metálico (HCB). HOA es para aire libre.

La Tabla 1 ofrece una comparación de la energía incidente y el límite del arco eléctrico en función de las configuraciones VCB, VCBB y HCB. La energía incidente aumenta con VCBB y aumenta más con HCB. Para tableros de distribución como este ejemplo, se utiliza normalmente VCB, así como VCBB si el alimentador termina en un disyuntor, posiblemente comportándose como VCBB. Se debe evitar la tentación de utilizar HCB en el peor de los casos, a menos que sea una configuración realista. Probablemente no se utilizaría a menos que un conductor o barra colectora estuviera dirigida hacia el trabajador.

Tamaño del recinto

Cuando se produce un arco eléctrico, el recinto tiene un efecto de concentración de la energía incidente. Las ecuaciones IEEE 1584 para los cálculos de la energía incidente y del límite del arco eléctrico se basan en una abertura de recinto normalizada de 20 x 20 pulgadas. Si la abertura del recinto es más grande, la energía estará menos concentrada, lo que dará como resultado menos energía por unidad de área. La Tabla 2 compara la energía incidente calculada utilizando la configuración VCB y una distancia de trabajo de 18 pulgadas con diferentes tamaños de recinto que van desde 20 x 20 pulgadas hasta 36 x 36 pulgadas.

Límite de arco eléctrico

La norma IEEE 1584 define el límite del arco eléctrico como “la distancia desde una posible fuente de arco en la que la energía incidente se calcula en 1,2 cal/cm2”. Este es el valor de la energía incidente en el que se requiere ropa resistente al arco y equipo de protección asociado. Las tablas 1, 2 y 3 también incluyen el límite del arco eléctrico para ilustrar el efecto de la configuración del electrodo, el tamaño del gabinete y la duración del arco en el límite.

Duración

Los resultados del cálculo de la parte 5 indican que la energía incidente es baja y, en algunos casos, inferior a 1,2 cal/cm2. Esto se debe al tiempo de despeje muy rápido de 1 ciclo. La duración suele considerarse la variable más crítica y, si la duración aumenta, la energía incidente aumenta proporcionalmente. La tabla 3 ilustra el efecto que pueden tener las duraciones de arco más prolongadas.

Los estudios de arco eléctrico pueden ser complejos y requieren decisiones importantes en cuanto a las variables utilizadas. Cada una de ellas debe considerarse cuidadosamente porque todas pueden afectar significativamente los resultados.

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