UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA
Contenido ARCO ELECTRICO.........................................................................................................................................2 Introducción..................................................................................................................................................3
NATURALEZA NATURALEZA DEL ARCO................................................................... ARCO.........................................................................................................................4 ......................................................4 DEFINICIÓN DE ARCO ELÉCTRICO.......................................................................................................4 DESCRICIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO..................................................................................................! CAUSAS DEL ARCO ELÉCTRICO............................................................................................................" ESTUDIO DE ARC FLAS#.........................................................................................................................$ NFA NFA %&E................................................................................................................................................ %&E................................................................................................................................................ ....1& CONSECUENCIAS DE LA E'OSICIÓN A UN ARCO ELÉCTRICO.................................................1& RIES(OS DEL AR)UEO DE UNA FALLA........................................................................................ FALLA.............................................................................................12 .....12 RO*A*ILIDAD DE SO*RE+I+IR........................................................................................................13 I,ACTOS I,ACTOS DEL ARC ARC FLAS#........................................................................................................... .......14 ....... 14 RE(LA,ENTACIÓN RE(LA,ENTACIÓN - NOR,ATI+IDAD.................................................................................... NOR,ATI+IDAD............................................................................................ ........1 1 OTRAS NOR,AS DE INTERÉS..............................................................................................................1 DISE/O DE E ARA ARA ARCOS ELECTRICOS......................................................................................1! ELECTRICOS...................................................................................... 1! E+ALUACIÓN DE LOS ,ÉTODOS DE C0LCULO DE LA ENER(A INCIDENTE.....................1% NFA %&E....................................................................................................................................................1" %&E....................................................................................................................................................1" IEEE 1"4....................................................................................................................................................2& ,ÉTODO ALTERNA ALTERNATI+O TI+O TEÓRICO.................................................................. TEÓRICO.................................................................................................. ................................23 23 LAS ECUACIONES ARA LOS C0LCULOS........................................................................................23 CLASIFICACIÓN DE LOS RIES(OS - ELECCIÓN DE LOS E....................................................24 CRITERIOS ,ETODOLÓ(ICOS ARA LA E+ALUACIÓN DEL RIES(O........................................24 CO,ONENTES ROUESTOS ARA LA ELA*ORACIÓN DE UN RO(RA,A DE RE+ENCIÓN DE RIES(O OR ARCO ELÉCTRICO...........................................................................2% CONCLUSIONES - RECO,ENDACIONES...........................................................................................2" *I*LIO(RAFA 5 SITIOS 6E*................................................................................................................2"
Arco Eléctrico Eléctrico
Técnicas de Alta Alta Tensión Tensión
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ARCO ARC O ELECTRIC ELECTRICO O
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Introducción
El fenómeno del arco eléctrico ha sido objeto de estudios e investigaciones durante mucho tiempo, en especial, en la caracterización del fenómeno para el diseño de los interruptores de potencia. Los modelos aplicados a esas investigaciones reciben el nombre de modelo de caja negra (Blac Bo! "odels#, $ue e!presan el fenómeno matem%ticamente en ecuaciones diferenciales& los primeros modelos de caja negra conocidos fueron los modelos de 'assie "a)r *+ *-, estos fueron desarrollados en +/ +0/ respectivamente. 1e estudiara las causas naturaleza del arco eléctrico donde debemos tener importancia este tema a $ue es mu importante peligroso si ocurre un arco eléctrico .
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NATURALEZA DEL ARCO El arco eleé ctrico produce algunas de las mayores temperaturas conocidas que ocurren en la tierra, alrededor de 35,000 grados a!ren!eit" Esto es cuatro #eces la temperatura super$icial del sol" El intenso calor del arco causa la e%pansioé n sué &ita del aire" Esto resulta en una e%plosioé n con muy alta presioé n del aire" Todos los materiales conocidos son e#apori'ados a esta temperatura" Cuando los materiales son e#apori'ados, estos se e%panden en #olumen (Co&re ) *+,000 #eces Agua - .*+0 #eces/" La e%plosioén puede propagar el metal derretido en el aire a mayores distancias con gran uer'a" En la siguiente $igura se muestra el arco eleéctrico en entre dos terminales y se descri&en cada consecuencia al ocurrir dic!o arco"
DEFINICIÓN DE ARCO ELÉCTRICO. El arco eleéctrico es una descarga continuada entre dos conductores separados ligeramente, por donde pasa la corriente, al !acerse conductor el aire o gas comprendido entre los mismos" 1e mani$iesta con gran desprendimiento de lu' y calor" El arco, por otra parte, es
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA la uente de calor que utili'an muc!os de los procesos de soldeo por dos ra'ones undamentales2
roporciona altas intensidades de calor Es aécilmente controla&le a tra#eés de medio eleéctricos ara producir el arco necesitamos dos conductores, a los que llamaremos electrodos , y un gas conductor al que denominaremos plasma. El aire tiene propiedades aislantes respecto a la conduccioén de la corriente eleéctrica" 1in em&argo, si la dierencia de potencial eleéctrico entre dos puntos separados por aire una cierta distancia es lo su$icientemente grande, puede superarse la rigide' dieleéctrica del mismo, permitiendo pasar la corriente a tra#eés de eél" En ese momento se produce el denominado arco eleé ctrico, una especie de 4salto de la corriente eleéctrica a tra#eé s del aire desde un elemento conductor a otro" En un arco eleéctrico pueden producirse temperaturas de miles de grados cent6é grados, temperaturas capaces de undir los elementos metaélicos, normalmente de co&re, e%istentes en sus pro%imidades" Tras generarse el arco, se produce una dilatacioé n sué &ita del aire (e%plosioé n/ que proyecta los metales undidos (a modo de metralla/ a distancias que pueden alcan'ar #arios metros" Todas estas caracter6ésticas !acen que un tra&a7ador e%puesto a un arco eleéctrico pueda #erse e%puesto, entre otros, a los siguientes tipos de riesgos2
Altas temperaturas y emisioé n de radiaciones ultra#ioletas, capaces de pro#ocar quemaduras de tercer grado a la persona e%puesta"
royecciones de materiales undidos, con capacidad para penetrar en el cuerpo de la persona aectada"
Altos ni#eles de ruido que pueden producir roturas timpaé nicas (posi&ilidad de superar los .*0d8/"
Ioni'acioé n del aire circundante, pudiendo pro#ocar arcos en cadena entre otros elementos en tensioé n"
El dan9o potencial que el arco es capa' de producir #a a depender &aésicamente de2 ./ Intensidad de cortocircuito en el punto de operacioé n (Icc/" :/ Tiempo de respuesta de las protecciones eleé ctricas instaladas" La Icc #a a estar en uncioé n de2 unto de la instalacioén en el que nos encontremos (a medida que nos ale7emos del transormador su #alor se iraé reduciendo paulatinamente/"
Intensidad nominal en el punto de operacioé n" Intensidad que seraé loé gicamente
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proporcional a la potencia admisi&le en el circuito"
Tensioé n de alimentacioé n
Estado de mantenimiento de los mismos"
Criterio de selecti#idad de$inido en uncioé n de los requerimientos uncionales de la instalacioé n"
;o soélo #alores altos de Icc son capaces de pro#ocar dan9os signi$icati#os, al ser el tiempo de respuesta de los dispositi#os de proteccioén uncioén del ni#el de la Icc, si la Icc es maés pequen9 a , aumentaraé el tiempo de respuesta del dispositi#o de proteccioé n , incrementaéndose as6é tam&ieé n el ni#el de riesgo
DESCRIPCIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO El arco eleéctrico consiste en una descarga independiente capa' de engendrar por s6é misma la cantidad de iones y electrones necesarios para transportar corriente eleéctrica a tra#eés del seno de una masa gaseosa o liquida, en el se presenta una densidad de corriente muy alta (del orden de .0 3 A00?C, como m6énimo y rente al mismo queda una ran7a de .0)@cm de espesor maé %imo ('ona de ca6éda de tensioé n catoé dica/ en la que se pierden de 5 a :0, a los que corresponde una intensidad de campo de 50 a .000 B
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA !asta metros, sin que #ar6ée la naturale'a del arco" La columna de arco se compone de moleéculas gaseosas, y no de moleé culas metaélicas, por eecto de la diusioé n
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El transporte de las cargas es de&ido a los electrones, que alcan'an una #elocidad alrededor de los .*Bm
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA ero ca&e preguntarse2 =e doé nde pro#iene la alta temperatura, en un arco eleéctricoF La res) puesta es simple, esta pro#iene del transporte de iones y electrones, a tra#eés de la masa gaseosa, anaé logo al caso de un conductor metaé lico, o me7or aué n, l6équido" Los portadores de cargas, se #en acelerados por la accioén del campo eleéctrico en la direccioén longitudinal del arco , y los c!oques elásticos, entre ellos y las moleéculas del gas, !ace que #ayan ganando temperatura, y a la #e' se la transmitan a las moleéculas neutras del gas"
CAUSAS DEL ARCO ELÉCTRICO 1 El arco puede ser iniciado por las siguientes causas2
Impurezas y Polvo
Las impure'as y pol#o en la super$icie del aislamiento pueden proporcionar un camino para la corriente, permitiendo un $las!o#er y creando la descarga del arco a tra#eés de la super$icie" Esto puede desarrollar un mayor arqueo"
Corrosión
La corrosioé n de los equipos puede proporcionar impure'as en la super$icie del aislamiento" La corrosioé n tam&ieén de&ilita el contacto entre las terminales de los conductores incrementando la resistencia de contacto a tra#eé s de la o%idacioé n u alguna otra contaminacioé n corrosi#a" La condensacioé n del #apor y el goteo del agua pueden crear un camino en la super$icie de los materiales aislantes" Esto puede crear un $las!o#er a tierra y la intensi$icacioén del potencial del arco de ase a ase" Contactos Accidentales:
El contacto accidental con la e%posicioén de las partes #i#as puede iniciar el arco de una alla"
Caída de Herramienta
La ca6éda accidental de la !erramienta puede causar un cortocircuito momentaé neo, produciendo c!ispas e iniciando el arco" Sobre-Voltaes a trav!s de espacios estrec"os:
Cuando el espacio de aire entre conductores de dierentes ases es muy estrec!o (de&ido a la mala calidad o al dan9 o de los conductores/, el arco puede ocurrir durante el so&re) #olta7e temporal" #alla de los materiales aislantes.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA El arco eleé ctrico tam&ieé n es causado por lo siguiente2 Gtili'acioé n o disen9 o inapropiado del equipo" rocedimientos de tra&a7o inapropiados
ESTUDIO DE ARC FLASH El anaélisis de un estudio de Arc las! de&e ser reali'ado en asociacioé n con los estudios de cortocircuito y de coordinacioé n de protecciones, ya que am&os estudios aportan la inormacioén necesaria para reali'ar el anaélisis de los riegos del Arc las!" Los resultados del anaélisis de los riesgos del Arc las! son usados para identi$icar el l6é mite de proteccioé n de $las!eo y la energ6éa incidente en las distancias de tra&a7o asignadas a tra#eés de cualquier punto o ni#el en el sistema de generacioé n eleé ctrica, transmisioé n, distri&ucioé n"
Otra de las utili'aciones de los resultados o&tenidos del anaé lisis del Arc las!, es especi$icar el adecuado equipo de proteccioén personal (E por sus siglas en ingleés/, el cual de&e ser del tipo y calidad para proteger todas las partes del cuerpo que esteé n e%puestas al Arc las!" =ic!o (E/ estaé conormado por ropa resistente a la $lama, casco, protector para cara, lentes, guantes y 'apatos de seguridad" En las $iguras @, 5 y * se muestran algunos equipos de proteccioén personal" El caélculo de los riesgos de Arc las! es reali'ado mediante di#ersos meétodos" El meétodo elegido puede estar &asado en la inormacioé n disponi&le, #olué menes de caé lculo de tra&a7o, la necesidad de precisioé n, la disponi&ilidad y la calidad del programa del Arc las!" Cualquier meétodo empleado, requiere que lo realice personal cali$icado, el cual de&e darse cuenta de las limitaciones que el meétodo contiene, con la $inalidad de o&tener los me7ores resultados" Los meé todos para el anaé lisis son de acuerdo a lo esta&lecido por las siguientes normas2
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NFPA 70E IEEE 1tandard .5H@
Con el estudio de Arc las! y el adecuado dimensionamiento del equipo de proteccioé n, se pueden e#itar siniestros, tales como quemaduras atales que propiciar6éan un periodo largo de recuperacioé n del personal aectado y en su caso !asta la muerte signi$icando perdidas !umanas, econoé micas y de produccioé n para la empresa, ademaé s de sustitucioé n de equipo que integra el sistema eleéctrico en cuestioé n" El uso de equipo de proteccioé n personal, tal #e' no garantice la e%posicioé n a las altas temperaturas y los dan9 os por las e%plosiones, pero si reduce las quemaduras a grados considerados cura&les" En las $iguras : y 3 se muestran e7emplos de e#entos ocurridos del Arc las!
CONSECUENCIAS DE LA EPOSICIÓN A UN ARCO ELÉCTRICO Los eectos que puede causar un arco eleéctrico, son muc!os, empe'ando con las gra#es lesiones por quemadura o peérdida de #idas !umanas, la posi&le peérdida en el suministro del ser#icio, peérdidas materiales, dan9 os a las instalaciones, entre otras" En resumen, los riesgos a los que se encuentran e%puestas las personas, al presentarse una alla de arco, son2
Calor2 las altas temperaturas que se presentan en un arco pueden causar quemaduras mortales a distancias de !asta 3m"
resioé n (Arc 8last/2 el arco eleé ctrico no solo tiene una alta temperatura, sino tam&ieé n una onda de presioén de !asta 0"3Ja, que equi#ale a una presioén de K 30T
O&7etos2 de&ido a la alta presioé n que se presenta, un arco eleé ctrico puede contener metal undido u o&7etos que se desprenden de celdas, los cuales al #ia7ar a altas #elocidades y presiones actué an como proyectiles"
1onido2 el sué&ito aumento de presioé n en el momento que se presenta el arco eleéctrico, puede producir sonidos de !asta .@0d8, que pueden producir dan9os en el sistema auditi#o"
roductos toé%icos2 la desintegracioé n de los materiales y el !umo li&erado, producto de un arco eleé ctrico, constituyen un gran peligro para las personas que se encuentren cerca e in!alen estos, produciendo se#eros dan9os a los pulmones"
Radiacioé n ultra#ioleta2 Gn arco eleé ctrico pro) duce una lu' &rillante y tam&ieé n emite rayos ultra#ioleta e inrarro7os in#isi&les, los cuales pueden producir quemaduras a los
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA o7os y la piel"
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En la graé 0 ica . (paég" siguiente/, se muestra la tolerancia de la piel a la temperatura, segué n el tiempo de e%posicioé n" 1e muestran dos cur#as de comparacioén, que se utili'an para pronosticar el comien'o de quemaduras de segundo grado, en ella se puede o&ser#ar que para un tiempo superior a 0".s y una temperatura mayor a >*?C, se presenta muerte del te7ido de la piel, y para este mismo tiempo, con una temperatura por de&a7o de H0?C, se producir6éa una quemadura cura&le" Las consecuencias de la e%posicioé n al arco, de) penden de lo siguiente2
El nué mero de #eces en que los tra&a7adores la&oran e%puestos a equipos energi'ados"
Condiciones y tipo de !erramientas utili'adas y uso de elementos de proteccioé n personal"
Condiciones de los equipos"
=e la comple7idad de la la&or a desempen9 ar"
=el entrenamiento, !a&ilidades, agilidad mental y 6ésica de la persona que reali'a la la&or
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RIES!OS DEL AR"UEO DE UNA FALLA. Algunos de los riesgos del arqueo de una alla son las siguientes2
Calor
uemaduras atales pueden ocurrir cuando la #ictima se encuentra a #arios metros del arco" 1erias quemaduras son comunes a una distancia de 3 metros"
$betos
La e%tensioé n del arco produce la ca6éda de pequen9os o&7etos metaélicos a alta presioé n" La e%plosioé n puede penetrar el cuerpo"
Presión
La onda de presioé n de la e%plosioé n puede lan'ar a los tra&a7adores a tra#eé s del cuarto, noqueaéndolos" La presioén en el pec!o puede ser mayor a :000 l&:t"
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA %opa
La ropa es quemada a #arios metros" El aérea de la ropa, puede ser quemada maés se#eramente que la piel e%puesta"
P!rdida auditiva por e&plosión sonora"
El sonido puede tener una magnitud !asta de .@0 d8 a una distancia de *0">* cm del arco"
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PRO#A#ILIDAD DE SO#RE$I$IR La siguiente ta&la muestra la pro&a&ilidad de so&re#i#ir de una persona de acuerdo a su edad y porcenta7e de quemaduras en el cuerpo"
E%plicacioé n2 Gna persona tiene posi&ilidad de so&re#i#ir al .00 si se encuentra en el rango de edad de :0):>"> an9 os y si soé lo surioé quemaduras del :5" Gna persona de edad a#an'ada, por e7emplo si tomamos el rango de 50)5>"> an9 os, soé lo tiene la pro&a&ilidad de so&re#i#ir del *0, si en su caso surioé quemaduras del 50" Esto quiere decir, a mayor edad y con un porcenta7e alto de quemaduras, menor seraé la pro&a&ilidad de so&re#i#ir"
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I%PACTOS DEL ARC FLASH =e&ido a las quemaduras producidas por el arco, la piel puede requerir an9 os de tratamiento con medicamento y re!a&ilitacioé n" La #ictima podr6éa no regresar a tra&a7ar o no tener la misma calidad de #ida" Algunos de los costos directos son2
El tratamiento puede e%ceder de M ., 000, 000 de doélares por caso" Litigacioé n de !onorarios eérdidas de produccioén
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RE!LA%ENTACIÓN & NOR%ATI$IDAD En Colom&ia, el RETIE (Res" .H).:>@ del 0*<0H<0H/, en el Art6éculo 5 incluye el arco eleéctrico como uno de los actores de riesgo a tener en cuenta en un anaélisis de riesgo eleéctrico adicionalmente en el Art6éculo .3, se adoptan algunos requisitos de la ;A)+0E" El RETIE, agrupa en cuatro categor6éas los requerimientos para mitigar los eectos por arco eleé ctrico procedimientos seguros de tra&a7o, equipos de proteccioén personal, requerimientos para ga&inetes y ta&leros eleé ctricos y sen9 ali'acioé n de las 'onas de tra&a7os y distancias de seguridad" 1e de&en tomar en cuenta otras normas, que tienen como o&7eti#o, la pre#encioé n de allas de arco, el cuidado y la integridad de las personas y de los equipos"
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OTRAS NOR%AS DE INTERÉS Nay un nué mero amplio de normas encamina) das a mitigar y minimi'ar los eectos ocasionados por un arco eleéctrico, a continuacioé n se mencionan las maé s rele#antes, para cada caso2
IEC *.@3>).2 esta norma de$ine #arios aspectos undamentales, que se de&en cumplir para garanti'ar, la seguridad de las personas y la con $ia&ilidad operati#a de las celdas de &a7a tensioé n"
IEC *.*@.2 es una gu6éa para ensayos a ta&leros, &a7o condiciones de arco de&ido a allas internas con esta prue&a se &usca estimar la capacidad de la celda para limitar el peligro a las personas, en caso de alla"
IEC *::+.):002 esta norma es aplica&le para aparamenta en el rango de tensioé n de . a 5:B, de$ine cinco criterios para apro&ar una celda de seguridad aumentada (Resistente al Arco interno IAC/" En general, estas normas de $inen dos ormas de !acer prue&as (TTA y TTA/, que !ay tener en cuenta en el momento de la adquisicioén de una celda" 1e recomienda que las celdas sean IAC, y en lo posi&le se les aplique la prue&a TTA, a las prue&as tipos, recomendadas por las normas" TTA2 totalmente pro&ado y apro&ado en todas las prue&as tipo especi $icadas en la norma" TTA2 parcialmente pro&ado, sometido a algunas prue&as tipo pero no a todas"
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DISE'O DE EPP PARA ARCOS ELECTRICOS ara la especi$icacioé n y adquisicioé n de los E, se de&eraé tener en cuenta las siguientes normas, que aplican para el material de estos2
IEC *.@H:2 la cual esta&lece procedimientos para e#aluar y clasi$icar el material utili'ado para los #estidos anti $lamas, que pueden estar e%puestos a arco eleé ctrico"
ara especi$icar indi#idualmente los E, se podraé !acer uso de las normas especi$icadas en la ;A +0)E, la cual discrimina elemento por elemento" o o o o o o o o o o
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roteccioé n de la ca&e'a2 A;1I H>"." roteccioé n de los o7os y cara2 A;1I H+"." Puantes2 A1TJ = .:0)0:" Jangas2 A1TJ = .05.)0:" Cal'ado2 A1TJ ...+)>H" Puantes y mangas2 A1TJ @>*)0:" Inspeccioé n #isual2 A1TJ .:3*)0." roductos de proteccioé n acial2 A1TJ :.+H)0:" rotectores de cuero2 A1TJ *>*)0:" Ropa2 A1TJ .50*):a"
En la otogra6éa ., se muestra los tra7es, que se de&en utili'ar, como elemento de proteccioé n personal contra arco eleéctrico"
4.1.3 Demarcación y etiquetado
ara la demarcacioén de las 'onas de tra&a7o y etiquetado de equipos, se podraé !acer uso de las normas A;1I, de la serie 535" En la $igura :, se muestra una etiqueta tipo, que contiene la inormacioén necesaria" La inormacioén contenida en las etiquetas, que se implementaraén en los equipos de la empresa, de&eraé n ser en espan9 ol, con el $in de que sea clara, para todo el personal"
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E$ALUACIÓN DE LOS %ÉTODOS DE C(LCULO DE LA ENER!)A INCIDENTE ara e#aluar el ni#el de riesgo por arco eleéctrico e%isten #arios meétodos o normas, todos los que se conocen tienen sus limitaciones, antes de utili'arlos en un anaélisis !ay que comprenderlos" Las ta&las de la ;A)+0E pueden ser muy aéciles de utili'ar y requieren menos caélculos, sin em&argo son muy generales y !acen muc!as apro%imaciones la IEEE).5H@ &asa sus ecuaciones en prue&as de la&oratorios, donde las condiciones pueden ser dierentes a las que se tengan en el lugar donde se pretenda !acer el anaélisis, estas ecuaciones tam&ieén son &asadas en algunos rangos de #alores de prue&as tales como la corriente de alla, separacioén entre conductores (gap/, ni#el de tensioé n, entre otros, por eso se !ace necesario #er si los paraémetros del lugar que se quiere anali'ar estaé n dentro de estos rangos"
La naturale'a #aria&le del arco eleé ctrico !ace que sea di6écil precisar un modelo, los cuales de penden &aésicamente de algunos paraémetros del sistema" Las preguntas que !ay que !acerse es2 Cuaél escogerF, Cuaél me sir#eF uedo com&inarlosF
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA La respuesta depende de la inormacioé n disponi&le que del sistema se tenga y de la necesidad de e%actitud que se desee, ya que un mal anaélisis podr6éa causar un incon#eniente mayor, ya que podr6éa arro7ar #alores conser#ati#os o #alores que conlle#en a la eleccioé n de una proteccioé n no ade) cuada de las personas" ara esto se !i'o un anaé lisis de los dierentes meétodos"
NFPA 70E Este meétodo requiere menos tiempo y es muy adecuado cuando se dispone de inormacioé n limitada de los paraémetros del sistema" Este meé todo es el menos preciso, ya que es muy general" La e#aluacioé n asume el peor de los casos, que se presenta cuando la impedancia de alla es cero supone que la corriente del arco eleéctrico es igual a la corriente maé %ima de alla, esta suposicioé n es &uena para sistemas superiores a *00 y al aire li&re (arco a&ierto/" Las ecuaciones para calcular la rontera de proteccioé n y la energ6éa incidente estaé n &asadas en el meé todo de Lee, con las que se encuentra una distancia m6énima a la cual una persona e%puesta sin ninguna clase de proteccioén, podr6éa reci&ir una quemadura cura&le de segundo grado de&ido a una energ6éa incidente de (5 Q
rontera de proteccioé n contra arco, las! rotection 8oundary rontera de apro%imacioé n limitada, Limited Approac! 8oundary" rontera de apro%imacioé n restringida, Restricted Approac! 8oundary" rontera de apro%imacioén pro!i&ida, ro!i&ited Approac! 8oundary"
La rontera de proteccioén contra arco (#er $iguras 3, @ y 5/, es de$inida como la distancia m6énima desde la uente de arco !asta el punto donde la energ6éa incidente en caso de presentarse una alla de arco eleéctrico ser6éa de 5 Q
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Métodos de cálculos
La ;A)+0E tiene : meé todos para determinar la rontera de proteccioé n2 Gna distancia $i7a de @ t K .":: m" ara una alla donde se presente una corriente de alla con una duracioé n menor de 5000 A
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MVA:
'VA nominal del trans(ormador. Para trans(ormadores por debao de ).*+ 'VA, se multiplica por .+ los 'VA del trans(ormador. t : tiempo de e&posición al arco /s0.
IEEE *+,La IEEE).5H@ contiene meé todos de caé lculos que permiten un anaé lisis proundo y una completa solucioé n para allas de arco eleé ctrico en sistemas monoaésicos: y triaésicos, al aire li&re o en sistemas triaésicos de recintos cerrados como celdas de media o &a7a tensioé n" Las ecuaciones pro#een las distancias l6émite para personal sin ninguna clase de proteccioé n y la energ6éa incidente en el espacio de tra&a7o para el personal cali$icado que tra&a7e cerca de equipos energi'ados" Las ecuaciones utili'adas estaé n respaldadas por mué ltiples prue&as de la&oratorio que las #alidan" ara la utili'acioé n adecuada de esta gu6éa se necesita una e#aluacioé n pre#ia del lugar mayor inormacioé n del sistema a anali'ar, como un estudio pre#io de cortocircuito para tener a la mano la inormacioé n de los ni#eles de corriente de cortocircuito en todos los puntos de intereés un anaé lisis de la coordinacioé n de protecciones, que indique los tiempos de
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA despe7es de allas de los dispositi#os de proteccioén aguas arri&as, tipos de interruptores y demaés" Lo detallado que es eéste meétodo !ace que sea la opcioé n preerida para un anaé lisis de Rameo por arco eleéctrico pero a su #e' !ace que se necesite de una !o7a de caélculo comple7a o programa de sotSare para ser utili'ado de manera e $iciente" 5.2.1 Las ecuaciones para los cálculos son:
Caé l culo de la Corriente de arco2 ara tensiones .000
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%ÉTODO ALTERNATI$O TEÓRICO/ Este meétodo es #aélido para predecir la energ6é a incidente en arcos triaésicos que se presenten al aire a&ierto o en celdas, en estas condiciones soé lo es #aélido para tensiones ineriores a *00 para tensiones superiores a *00 soé lo se considera el arco eleé ctrico triaésico y al aire li&re" Las ecuaciones (.3/ y (.@/ ueron deri#adas de un tra&a7o de la IEEE U..V"
LAS ECUACIONES PARA LOS C(LCULOS ara tensiones menores a *002
Caé lculo de la Energ6éa incidente
=onde2 E 2 energ6éa incidente del arco, en Ucal
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA D2 distancia a la uente de arco eleéctrico, en UpulgV"
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CLASIFICACIÓN DE LOS RIES!OS & ELECCIÓN DE LOS EPP Teniendo en cuenta, pre#iamente, las normas mencionada en el numeral @"."., para la eleccioé n de los E" La norma ;A)+0E, de$ine 5 ni!eles de categor"a de riesgo &asado en el caé lculo de la energ6éa incidente y la distancia de tra&a7o, tam&ieén sugiere los equipos de proteccioé n personal a utili'ar en cada caso" (er ta&la :/"
CRITERIOS %ETODOLÓ!ICOS PARA LA E$ALUACIÓN DEL RIES!O ara lle#ar a ca&o un anaélisis de riesgo por arco eleéctrico con la metodolog6éa e%istente, se tendraé que tener en cuenta los paraémetros que se necesiten del sistema, para eso se !ace necesario2
Recopilar datos de la su&estacioé n a e#aluar2 1e de&e tener un estudio de cortocircuito y coordinacioén de protecciones, la potencia de alla disponi&le y datos de placas en todas las 'onas de tra&a7o o en donde se pretenda !a) cer la e#aluacioé n"
Conocer las caracter6ésticas eleé ctricas de la su&estacioé n2 1e de&e conocer las caracter6ésticas eleéctricas de la su&estacioén, su uncionamiento y otras caracter6ésticas que puedan aectar los paraémetros necesarios para !acer la e#aluacioé n"
=eterminar las corrientes de allas rancas2 Es) tas corrientes pueden estar ya determinadas, en caso contrario, !a&r6é a que !acer un estudio de cortocircuito que arro7e estos #alores, ya que estas son un paraémetro de suma importancia en el anaé lisis"
=eterminar la corriente de alla de arco2 La corriente de arco depende principalmente de la corriente de alla ranca, !ay que tener en cuenta, que se de&e !acer un segundo caélculo de la energ6éa incidente con una reduccioén del .5 de la corriente arco, y un nue#o tiempo de actuacioé n de los dispositi#os de
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA proteccioé n para esta nue#a corriente, ya que la energ6éa incidente depende linealmente de esta"
Encontrar las caracter6ésticas de los dispositi#os de proteccioé n2 Esto es importante, ya que con tener de$inidos las caracter6ésticas de los dispositi#os de proteccioén, se pueden o&tener aé cilmente los tiempos de actuacioé n de eéstos y la duracioé n del arco"
=ocumentar las tensiones y la clase de equipos de la su&estacioé n2 Al igual que la corriente, la tensioén es otro paraémetro importante en caélculo de la energ6éa incidente por lo tanto es importante tener identi $icado el ni#el de tensioén en cada &arra7e"
=eterminar las distancias de tra&a7o2 a r a esto se pueden tomar las que aparecen en las ta&las de la ;A)+0E, o las que se tengan para cada caso"
=eterminar la energ6éa incidente de todos los equipos2 1e puede !acer uso de un sotSare que pida los datos de ingresos y comparar los resultados o&tenidos por eéste, con las ecuaciones de los dierentes meétodos"
=eterminar las ronteras de proteccioé n contra arco para cada equipo2 En &ase a los caélculos anteriores y la energ6éa incidente calcular la distancia para la rontera de proteccioé n y de) marcarla"
=emarcacioé n de 'onas y equipos2 Luego de !acer los caélculos y determinar la energ6éa incidente en cada equipo o &arra7e de tra&a7o en la su&estacioén, se de&e proceder a marcar el equipo con una etiqueta que indique la energ6éa incidente, el ni#el de riesgo y el tipo de E a utili'ar en eé l, segué n normas" En la ta&la :, se descri&en los E, segué n el ni) #el de energ6éa, tam&ieén se deWne la categor6éa del riesgo"
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A continuacioén se muestran unas otogra6éas, en las que se e#idencia, el no cumplimiento del RETIE, con respecto al riesgo por arco eleéctrico, en una de las su&estaciones de la sede principal de I1A" La otogra6éa :, demuestra claramente la alta de sen9 ali'acioé n y demarcacioé n de la rontera de proteccioén contra arco, rontera pro!i&ida y l6é mite de apro%imacioén" Las otogra6éas 3 y @, muestran la celda de un transormador y un ta&lero respecti#amente, sin rente muerto, a los que se puede acceder aécil) mente a partes energi'adas" La otogra6éa 5, muestra un ta&lero, sin ninguna clase de etiqueta, que indique el ni#el de tensioé n, ni el ni#el de riesgo al que estaé e%puesto el personal que lo inter#iene
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CO%PONENTES PROPUESTOS PARA LA ELA#ORACIÓN DE UN PRO!RA%A DE PRE$ENCIÓN DE RIES!O POR ARCO ELÉCTRICO El programa de riesgo por arco eleé ctrico se implementaraé como parte del programa glo&al de seguridad eleé ctrica de la empresa" El principal o&7eti#o del programa es pre#enir o reducir al m6énimo las lesiones por un $lameo de arco a los tra&a7adores o a cualquier persona in#olucrada en los procesos de la empresa" El programa de riesgo por arco eleé ctrico, se implementaraé en las siguientes etapas2
E#aluacioé n de riesgos2 caélculos &asados en paraé metros del sistema de energ6éa para determinar el l6émite de proteccioén contra $lameo, la energ6éa incidente a la que un tra&a7ador puede estar e%puesto y categor6éa de riesgo" Gna tarea importante en la e#aluacioé n es re#isar los datos teé cnicos en los 8ancos de Inormacioé n Teé cnica disponi&les y
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA la recopilacioé n de los da) tos restantes necesarios"
=ocumentacioé n2 es necesario documentar los resultados de la e#aluacioé n de riesgo por $lameo de arco y tam&ieé n proporcionar los letreros y etiquetas en el equipo y en las aéreas peligrosas"
Implementar procedimientos para minimi'ar los riesgos2 los riesgos potenciales pueden ser reducidos al m6énimo con meé todos de tra&a7o seguro, suministro de E adecuados, la plani$icacioén del tra&a7o, etc" El tiempo de e%posicioén al $lameo de arco eleéctrico tam&ieén puede reducirse mediante la me7ora de disen9os de sistemas, utili'ando los actuales dispositi#os de proteccioé n y el a7uste de tiempos de releé s y actuacioén de los dispositi#os de proteccioén"
Gso de E2 &asado en la e#aluacioé n de los riesgos, los equipos de proteccioé n personal de&en ser seleccionados y proporcionados a los tra&a7adores" Los tra&a7adores de&en #estir estos adecuadamente, proporcionar atencioé n y mantenimiento de los mismos e inspeccionar antes de cada uso" ormacioén y entrenamiento de los tra&a7a) dores2 las personas que estaé n e%puestos, constantemente, al peligro de $lameo de arco eleéctrico de&en estar capacitados y entender el enoé meno, coé mo se inicia, coé mo leer las etiquetas de ad#ertencia, la manera correcta de usar los E, y coé mo se puede reducir el peligro !aciendo uso de los procedimientos de tra&a7o seguro"
Je7oramiento continuo2 el programa puede ser me7orado continuamente mediante la inclusioé n de nue#os desarrollos y normas que se #ayan presentando" =e&ido a que los sis) temas eleé ctricos #an cam&iando con el tiempo, es necesario actuali'ar la inormacioé n de la e#aluacioé n en una &ase de datos siempre disponi&le" Ademaés, la e%periencia puede aportar nue#as ideas de los tra&a7adores que pueden ser i ncluidas en el programa"
;ormali'acioé n2 todos los procedimientos, gu6éas, $ic!as teécnicas, de&en estar normali'adas para aplicarse en cada caso, esto con el $in de garanti'ar la la co!erencia en las praécticas de seguridad y tener un enoque uni$icado"
CONCLUSIONES & RECO%ENDACIONES
Aunque en las empresas del sector eleé ctrico se dispone de panoramas de actores de riesgo, donde se identi$ica el actor del riesgo eleéctrico, e%iste desconocimiento o alta documentacioén, so&re el riesgo por arco eleéctrico y la de $inicioé n de medidas de control, que cumplan con todos los requisitos legales #igentes y normas teécnicas de reerencia aplica&les"
1e recomienda disen9ar programas de pre#encioé n de riesgo eleé ctrico, de acuerdo con los procesos producti#os o de ser#icios que desarrolla cada empresa, que contengan estudios de riesgo por arco eleéctrico, donde se identi $iquen, se #aloren y se de$inan los controles, en la uente, en el medio y la persona, con criterios de costo)"&ene$icio"
;o es recomenda&le la adquisicioé n de los E, sin !a&er ela&orado pre#iamente un
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA INGENIERIA LECTRICA estudio de riesgo por arco eleéctrico en la instalacioé n donde se #an a utili'ar"
1e recomienda implementar en las Pu6éas de Aplicacioén ;ormali'adas (PA;/ los meétodos de control para mitigar el riesgo por arco, ademaés de preparar un plan de ormacioé n, entrenamiento y sensi&ili'acioé n, so&re el tema de arco eleéctrico, para el personal que pueda estar e%puesto"
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