Plasma: ¿Modificar la clasificación del arco o modificar los cálculos de energía incidente?

Plasma: ¿Modificar la clasificación del arco o modificar los cálculos de energía incidente?

Con frecuencia me hacen preguntas sobre la aplicación de la edición 2018 de IEEE 1584, especialmente sobre configuraciones de electrodos y, más específicamente, sobre HCB (conductores/electrodos horizontales dentro de una caja/gabinete de metal).

Recientemente tuve el privilegio de copresentar un artículo en el Taller de Seguridad Eléctrica del IEEE que se centró en los EPP, las clasificaciones de arco y el peligro de arco eléctrico. Añadí algo de último momento a la presentación que no se incluyó en el artículo publicado. Proporciona una correlación directa entre el uso de la configuración IEEE 1584 HCB 2018 y las conclusiones de un artículo técnico de 2010 sobre la reducción de la clasificación de los EPP para los flujos convectivos externos durante un arco eléctrico.

El artículo IEEE-ESW 2010 de Lang, Jones y Neal se titula: Impacto de los eventos de arco eléctrico con flujos convectivos salientes en las estrategias de protección de los trabajadores, y abordó la cuestión de la ropa con clasificación de protección contra arcos eléctricos que está sujeta a la energía convectiva además de la energía radiante de un arco eléctrico. El documento afirmó que la energía convectiva incluye la transferencia de calor debido al contacto directo con el plasma generado durante el arco eléctrico.

Está bien documentado que el rendimiento de algunas prendas con clasificación de protección contra arcos eléctricos puede ser bastante diferente cuando se las somete directamente a flujos convectivos. Mis colegas que escribieron el artículo de 2010 realizaron muchas pruebas y proporcionaron un análisis detallado del comportamiento de los EPP. La conclusión fue que en algunos casos puede ser necesario ajustar la clasificación de protección contra arcos eléctricos a la baja para tener en cuenta el diferente rendimiento en los flujos convectivos.

Tabulé sus hallazgos en la Tabla a continuación. Los casos 1 y 2 ilustran dos configuraciones de EPP del artículo y las clasificaciones de arco correspondientes. El caso 1 tiene una clasificación de 41 cal/cm² y el caso 2 tiene una calificación de 70 cal/cm² como se muestra en la columna 3. La conclusión fue que si el material se colocaba en el flujo convectivo utilizando electrodos horizontales, tenía una clasificación de arco efectiva de 21 y 35 cal/cm.² respectivamente como se muestra en la columna 4.

En los años posteriores al documento de 2010, las normas ASTM para pruebas de EPP y clasificaciones de arco se han mantenido fundamentalmente iguales.

Perspectiva: ¿Ajustar la clasificación del arco o los cálculos?

Decidí analizar el tema desde una perspectiva diferente. En lugar de reducir la potencia del EPI, ¿qué pasaría si se ajustaran los cálculos de energía incidente? Eso es exactamente lo que plantea la edición 2018 de la norma IEEE 1584: Guía IEEE para realizar cálculos de riesgo de arco eléctrico Se trata de proporcionar diferentes opciones de modelado.

Para ilustrar esta idea, realicé cálculos de energía incidente en un sistema de 480 V con una corriente de cortocircuito de 50 000 amperios (50 kA). Se seleccioné una distancia entre electrodos de 25 mm y una distancia de trabajo de 18 pulgadas, así como una abertura de caja de 20 x 20 pulgadas.

Para que la energía incidente calculada coincida estrechamente con los valores de clasificación de arco efectivo del documento de 2010 (columna 4), la variable más fácil de ajustar fue la duración del arco que se muestra en la columna 5. Los cálculos se basan en el uso de la configuración VCB (conductores/electrodos verticales dentro de una caja/gabinete de metal), que era la única configuración de gabinete disponible en el momento del documento de 2010. Los cálculos resultantes que se muestran en la columna 7 son similares a las clasificaciones de arco efectivo que se muestran en la columna 4. La columna 6 muestra los cálculos utilizando la edición 2002 de IEEE 1584.

Luego vino la parte interesante. Cambié la configuración de cada cálculo de VCB a HCB para representar la configuración horizontal utilizada en el artículo de 2010. Estos resultados se muestran en la columna 8 e ilustran lo que sucede si se abordan los flujos convectivos modificando la configuración de electrodos de los cálculos de energía incidente en lugar de ajustar la clasificación de PPE. Me llevé una agradable sorpresa (quedé atónito y pasmado tal vez sería una descripción más apropiada) al descubrir que los resultados de HCB estaban muy cerca de las clasificaciones de arco de PPE originales en la columna 3.

¿Qué significa todo esto?  

En lugar de abordar el problema del flujo convectivo reduciendo la potencia del EPP, de estos dos ejemplos se desprende que la situación se puede solucionar utilizando HCB, que no estaba disponible antes de 2018. En lugar de indicar un valor de 41 cal/cm² La clasificación de arco tiene una clasificación efectiva de 21 cal/cm² Cuando se somete a flujos convectivos, utilizando HCB para los cálculos, se obtiene una energía incidente de 42,40 cal/cm² en lugar de 21,19 cal/cm² con el VCB. El resultado indica una clasificación de arco más alta que logra el mismo objetivo. Siempre puede haber un caso atípico, pero está bastante claro que mis amigos tenían algo de razón en 2010 con la reducción de la clasificación de los EPI. Sin embargo, la última edición de IEEE 1584 y HCB proporciona un método para abordar la situación desde la perspectiva del cálculo de la energía incidente en lugar de la reducción de la clasificación de los EPI.

Jim Phillips, PE, es el fundador de Brainfiller.com y ofrece capacitación sobre energía eléctrica, arco eléctrico y seguridad eléctrica a nivel mundial. Sus cuatro décadas de experiencia incluyen la planificación de sistemas de transmisión, el diseño y análisis de sistemas de energía industriales, comerciales y de servicios públicos y el diseño de plantas de cogeneración. Es vicepresidente del grupo de trabajo sobre arco eléctrico IEEE 1584, presidente internacional de IEC TC78 Live Working, comité directivo del proyecto de investigación colaborativa sobre arco eléctrico IEEE/NFPA, miembro del comité técnico NFPA 70E y director asociado de Electrical Safety UK Ltd. Rotherham, Inglaterra

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