Eléctrico Interactivo
Los pasos para completar un análisis de arco eléctrico
Aprenda los pasos del análisis de arco eléctrico que siguen los ingenieros (recopilación de diagramas unifilares, verificación de campo, modelado y etiquetado) además de los requisitos de OSHA y NFPA 70E.
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Contenido
- ¿Qué es un arco eléctrico?
- La OSHA, las explosiones de arco y la evolución de los requisitos
- ¿Cuáles son los pasos para completar un análisis de arco eléctrico?
- Calculadora de energía incidente de arco eléctrico (IEEE 1584-2018)
- Los beneficios de invertir en un análisis de arco eléctrico para su empresa
La importancia de la seguridad en el lugar de trabajo de una empresa empieza desde arriba. Cuando los propietarios y la dirección de una empresa dan prioridad a la seguridad en el lugar de trabajo y a las medidas preventivas, es probable que sus empleados también lo hagan. La seguridad en el lugar de trabajo no sólo es imprescindible para el bienestar del personal in situ, sino que también desempeña un papel fundamental en la protección de su propiedad frente a daños y desastres evitables.
Una vez hecho el primer análisis, estudios regulares de arco eléctrico manténlo preciso a medida que tu sistema cambia.
Especialmente en una gran empresa, prestar atención a los detalles de seguridad es fundamental, tanto es así que existe una organización para verificar la salud y la seguridad de su compañía, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA). OSHA también vela por la seguridad eléctrica de las empresas, incluida su protección contra arcos eléctricos. Su empresa debe invertir en un análisis de arco eléctrico para reducir el riesgo de un arco eléctrico y todos sus daños potenciales. Aunque consultores de arco eléctrico debe realizar estos complejos análisis, puede revisar los pasos para completar un análisis de arco eléctrico, la importancia de obtener uno y los requisitos de OSHA sobre arcos eléctricos, para familiarizarse con el proceso.
¿Qué es un arco eléctrico?
Un arco eléctrico es el término que se utiliza cuando unas conexiones de resistencia eléctrica deficientes dentro de un sistema eléctrico proyectan una descarga eléctrica no deseada a través de la atmósfera y hacia otra fase de tensión o hacia tierra. Como contrapartida, la temperatura y la presión ambientales del sistema eléctrico aumentan considerablemente. Demasiado calor y presión dan lugar a lo que se conoce como "arco eléctrico" o explosión eléctrica.
Los peligros perjudiciales de las descargas de arco eléctrico
Si la idea de una explosión eléctrica no es suficiente para convencerle de que invierta en un análisis de arco eléctrico, he aquí algunos resultados desafortunados que pueden derivarse de la aparición de un arco eléctrico.
- Incendios eléctricos
- Ondas de presión
- Metralla voladora
Cada uno de estos efectos de un arco eléctrico puede causar daños graves a los empleados dentro de sus límites (en casos extremos, la muerte) y daños considerables a su propiedad. Debido a que este tipo de explosiones ocurren sin previo aviso, es vital adoptar la mayor cantidad medidas preventivas como sea posible.
Las causas más comunes de los arcos eléctricos en los sistemas eléctricos
Para ser algo tan perjudicial para su negocio, probablemente sienta curiosidad por saber qué causa un arco eléctrico. A continuación, Dreiym Engineering enumera las causas más comunes de los arcos eléctricos en los sistemas eléctricos de las empresas:
- Equipos y accesorios eléctricos defectuosos
- Aislamiento obstaculizado
- Instalación y mantenimiento inadecuados
- Cables de alta tensión
- Electricidad estática
- Encuentros del equipo eléctrico con el agua
- Cables corroídos
- Cables o conductores con corriente expuestos
- Conexiones sueltas
La OSHA, las explosiones de arco y la evolución de los requisitos
Mantener las normas de seguridad para sus empleados no es simplemente un acto altruista; es un requisito legal. La OSHA se esfuerza por garantizar que todas las empresas proporcionen condiciones de trabajo adecuadas para su personal mediante capacitación, difusión, educación y asistencia.
Si su empresa infringe alguno de los requisitos de salud y seguridad establecidos por la OSHA, se expone a fuertes multas, a una reputación condenatoria y, potencialmente, incluso a pasar tiempo en prisión. Además de la OSHA, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y el Código Nacional de Seguridad Eléctrica también tienen sus exigencias que las empresas deben cumplir:
Normas OSHA para el arco eléctrico
- OSHA 29 CFR 1910.132(d)(1)
- OSHA 29 CFR 1910.332(b)(1)
- OSHA 29 CFR 1910.333(b)(2)(iv)(B)
- OSHA 29 CFR 1910.335(a)(1)(i)
- OSHA 29 CFR 1910.335(a)(1)(v)
Artículos del Código 70E de la NFPA que se aplican al arco eléctrico
- Artículo 130.5
- Artículo 130.7
Artículos de la NEC (NFPA 70) que aplican al arco eléctrico
- Artículo 110.16(A)
- Artículo 110.16(B)
Para las instalaciones de servicios públicos cubiertas por el NESC (IEEE C2) en lugar del NEC, el requisito de evaluación de arco eléctrico aparece en la Regla 410.A.3.
IEEE 1584
La norma IEEE 1584 es la Guía para realizar cálculos del riesgo de arco eléctrico. Ha evolucionado desde su creación en 2002 para garantizar la precisión de los análisis de arco eléctrico. La IEEE 1584 proporciona información útil para identificar las configuraciones de los electrodos, los rangos de tensión, los tamaños de los recintos y otras mediciones necesarias para la evaluación.
¿Cuáles son los pasos para completar un análisis de arco eléctrico?
Con una apreciación de la necesidad preventiva de un análisis de arco eléctrico, Dreiym Engineering examina ahora los pasos para completar un análisis de arco eléctrico que los profesionales de la electricidad suelen seguir para una evaluación precisa.
Recopile los esquemas eléctricos existentes
El primer paso para cualquier análisis de arco eléctrico es recopilar todos los documentos existentes sobre la disposición eléctrica. Tendrá que transmitir al equipo o a la persona que realice el análisis documentos como planos de planta y diagramas unifilares del elevador.
Si actualmente no dispone de documentación de trazado eléctrico, va a necesitar que se la hagan. Todo estudio de campo exhaustivo requiere una documentación precisa de las líneas eléctricas únicas. Un documento de línea única eléctrica sirve como mapa de ruta de la distribución eléctrica de sus instalaciones, algo imprescindible para realizar con éxito un análisis de arco eléctrico.
Verifique sobre el terreno la documentación de su diseño
Todos los esquemas y planos deben ser verificados antes de ser procesados por el software de análisis de arco eléctrico. Para verificar los documentos, los profesionales realizarán una inspección sobre el terreno de cada lugar que se vaya a evaluar.
Para producir un diagrama unifilar eléctrico lo más preciso posible, los consultores eléctricos anotarán cualquier información faltante en el unifilar original. La recolección de datos requiere acceso a los datos de la placa de características, los ajustes de la unidad de disparo, y los calibres y longitudes de los conductores. Siempre que sea necesario retirar cubiertas, el equipo debe colocarse en una condición de trabajo eléctricamente segura de acuerdo con la norma NFPA 70E 120.6 antes de retirar las cubiertas; por esta razón, es mejor programar el levantamiento de campo con un corte de energía planificado. Cuando un apagamiento no sea factible debido al diseño del equipo o a limitaciones operativas, el paso del levantamiento se trata como trabajo energizado: se justifica por escrito según la norma NFPA 70E 130.2, es autorizado por un permiso de trabajo eléctrico energizado, se realiza únicamente por personas calificadas y se ejecuta con el EPP para descargas eléctricas y arcos eléctricos establecido por una evaluación de riesgo preliminar.
Cargue la documentación en el software de análisis Arc Flash
Una vez que la línea única esté debidamente actualizada, los consultores podrán introducir los documentos en un software de análisis de arcos eléctricos. Los consultores eléctricos realizarán las siguientes pruebas con el software de confianza.
- Realice una evaluación del cortocircuito
- Completar Estudio de coordinación
- Evaluar el riesgo de arco eléctrico
Evaluación integral del sistema
Una vez que se ejecute cada análisis, el profesional que contrató creará y aplicará etiquetas de arco eléctrico para su equipo. Además, usted y ellos capacitarán al personal sobre qué significan las etiquetas y los procedimientos adecuados de seguridad eléctrica.
Calculadora de energía incidente de arco eléctrico (IEEE 1584-2018)
Estime la energía incidente y el límite de arco eléctrico de equipos trifásicos de 208 V a 15 kV con el modelo de IEEE 1584-2018, y vea el límite dibujado alrededor del equipo. Elija un inicio rápido o ingrese su propio equipo; el resultado se actualiza mientras escribe. Se muestra cada paso.
La calculadora necesita JavaScript. El método, los valores típicos y el rango del modelo están abajo.
Inicio rápido Llena el formulario. Después puede cambiar cualquier dato.
Resultado
Más de 1.2 cal/cm² a 457.2 mm
Estimación preliminar: energía incidente de 2.7 cal/cm² (11.1 J/cm²) a 457.2 mm; límite de arco eléctrico 750 mm (2 pies 6 pulg). El mayor de los dos casos: la corriente de arco (22.03 kA, liberada en 50 ms).
- Energía incidente a la distancia de trabajo
- 2.7 cal/cm²
- Límite de arco eléctrico
- 750 mm
- Corriente de arco usada
- 22.03 kA, 50 ms
Qué significa
Estimación preliminar. No sirve para etiquetas de equipos ni para elegir el EPP. Esta herramienta no da ninguna categoría de EPP. Los estudios de arco eléctrico dan valores con los que puede actuar, o pregunte a un ingeniero.
Resultados completos y pasos
| Caso | Corriente | Tiempo de liberación | Energía incidente | Límite de arco eléctrico |
|---|---|---|---|---|
| Corriente de arco | 22.03 kA | 50 ms | 2.7 cal/cm² (11.1 J/cm²) | 750 mm (2 pies 6 pulg) |
| Corriente de arco reducida | 19.32 kA | 50 ms | 2.3 cal/cm² (9.8 J/cm²) | 700 mm (2 pies 3 pulg) |
Datos usados
480 V, corriente de falla franca de 30 kA, VCB, separación de 25 mm, distancia de trabajo de 457.2 mm, gabinete de 355.6 mm × 304.8 mm × 254 mm (alto × ancho × profundidad), 60 Hz.
- Paso 2, corriente de arco intermedia a 600 V (ecuación 1): 24.123 kA
- Paso 3, corriente de arco a 480 V (ecuación 25): 22.032 kA
- Paso 4, factor de variación (ecuación 2): VarCf = 0.247; corriente de arco reducida = 22.032 × (1 − 0.5 × 0.247) = 19.317 kA
- Paso 5, gabinete típico (no es poco profundo: la profundidad es de más de 203.2 mm (8 pulg)): Width1 = 20.000 pulg, Height1 = 20.000 pulg, EES = 20.000 pulg, CF = 1.000 (ecuaciones 11 a 14)
- Paso 6, energía incidente con la corriente de arco, 50 ms (ecuación 6): 11.145 J/cm²
- Paso 8, límite de arco eléctrico con la corriente de arco (ecuación 10): 753.1 mm
- Paso 9, corriente de arco reducida, 50 ms (ecuaciones 6 y 10, Iarc_600 en el término k3): 9.827 J/cm², límite 696.0 mm
- Paso 10, resultado informado: energía incidente 11.145 J/cm² = 2.664 cal/cm² (corriente de arco); límite de arco eléctrico 753.1 mm (corriente de arco)
Notas
- Ingresó el mismo tiempo de liberación para ambas corrientes. En la mayoría de los dispositivos el tiempo con la corriente menor es igual o mayor; lea ambos en la curva del dispositivo.
- Lea cada tiempo en la curva tiempo-corriente del dispositivo de protección que libera una falla en este equipo, normalmente el dispositivo del lado de la alimentación, con la corriente indicada: el tiempo total de liberación (para un fusible, su curva de liberación total; para un interruptor automático, incluido su tiempo de apertura; para un relevador, el tiempo del relevador más el tiempo de apertura del interruptor). Si la corriente de arco queda por debajo de un ajuste de disparo instantáneo, el tiempo sale de la parte más lenta de la curva. Un estudio también revisa otras condiciones de operación y los dispositivos que solo ven parte de la corriente.
- Esta es una estimación preliminar, no un valor para una etiqueta de arco eléctrico.
- Solo sistemas trifásicos de corriente alterna.
- Los valores se muestran redondeados; el cálculo conserva la precisión completa.
¿Necesita valores de energía incidente con los que pueda actuar?
Los ingenieros profesionales con licencia de Dreiym realizan estudios de arco eléctrico conforme a IEEE 1584 y NFPA 70E, con sello de PE cuando se requiere: inspección en campo, modelos de cortocircuito y de coordinación, energía incidente en cada barra y las etiquetas de los equipos.
Seguridad y límites
No sirve para etiquetar equipos ni para seleccionar EPP. NFPA 70E exige que la evaluación de riesgo de arco eléctrico la realicen personas calificadas y se mantenga actualizada; consulte la sección 130.5 de NFPA 70E para saber qué significan la energía incidente y el límite de arco eléctrico. Esta herramienta no indica ninguna categoría de EPP.
Herramienta de evaluación preliminar: Estimación preliminar con fines educativos y de planificación. No es un estudio de ingeniería, no sustituye un análisis realizado por un ingeniero profesional con licencia y no sirve para etiquetar equipos ni para tomar decisiones de seguridad.
Cómo funciona el método de IEEE 1584-2018
- Corriente de arco: el modelo calcula la corriente de arco a 600 V, 2,700 V y 14,300 V a partir de la corriente de falla franca y la separación (ecuación 1) e interpola a la tensión del sistema (ecuaciones 16 a 18); a 600 V o menos usa su propia fórmula (ecuación 25).
- Corriente de arco reducida: la corriente de arco varía, así que el modelo también la reduce con un factor de variación que depende de la tensión y de la configuración de electrodos (ecuación 2). Una corriente menor puede tardar más en liberarse, por lo que la energía incidente se calcula con ambas corrientes, cada una con su propio tiempo de liberación, y se informa el resultado mayor.
- Gabinete: en las configuraciones dentro de gabinete, el tamaño del gabinete modifica la energía mediante un factor de corrección (ecuaciones 11 a 15). Por debajo de 600 V, un gabinete de menos de 508 mm (20 pulg) de alto y de ancho y de 203.2 mm (8 pulg) de profundidad o menos se considera poco profundo.
- La energía incidente a la distancia de trabajo depende de la corriente de arco, la corriente de falla franca, la separación, el tiempo de liberación y el factor del gabinete (ecuaciones 3 a 6); por encima de 600 V se interpola entre las tensiones del modelo (ecuaciones 19 a 21).
- Límite de arco eléctrico: la distancia a la que la energía incidente baja a 1.2 cal/cm² (5.0 J/cm²) (ecuaciones 7 a 10, interpoladas con las ecuaciones 22 a 24).
- IEEE 1584-2018 señala que en sistemas trifásicos de 240 V o menos con una corriente de cortocircuito disponible menor de 2,000 A es menos probable que un arco se sostenga, pero sigue siendo posible. No es una exención. La exclusión de la edición 2002 para equipos de menos de 240 V alimentados por un transformador de menos de 125 kVA se eliminó en 2018.
- Lea cada tiempo en la curva tiempo-corriente del dispositivo de protección que libera una falla en este equipo, normalmente el dispositivo del lado de la alimentación, con la corriente indicada: el tiempo total de liberación (para un fusible, su curva de liberación total; para un interruptor automático, incluido su tiempo de apertura; para un relevador, el tiempo del relevador más el tiempo de apertura del interruptor). Si la corriente de arco queda por debajo de un ajuste de disparo instantáneo, el tiempo sale de la parte más lenta de la curva. Un estudio también revisa otras condiciones de operación y los dispositivos que solo ven parte de la corriente.
Valores típicos y rango del modelo
| Clase de equipo | Separación típica (mm) | Gabinete | Distancia de trabajo típica |
|---|---|---|---|
| 600 V o menos | |||
| Tablero tipo switchgear de baja tensión | 32 | 508 × 508 × 508 mm (20 × 20 × 20 pulg) | 609.6 mm (24 pulg) |
| CCM o tablero de distribución, de 203 mm (8 pulg) de profundidad o menos | 25 | 355.6 × 304.8 × ≤ 203.2 mm (14 × 12 × ≤ 8 pulg) | 457.2 mm (18 pulg) |
| CCM o tablero de distribución, de más de 203 mm (8 pulg) de profundidad | 25 | 355.6 × 304.8 × > 203.2 mm (14 × 12 × > 8 pulg) | 457.2 mm (18 pulg) |
| Caja de empalme de cables, de 203 mm (8 pulg) de profundidad o menos | 13 | 355.6 × 304.8 × ≤ 203.2 mm (14 × 12 × ≤ 8 pulg) | 457.2 mm (18 pulg) |
| Caja de empalme de cables, de más de 203 mm (8 pulg) de profundidad | 13 | 355.6 × 304.8 × > 203.2 mm (14 × 12 × > 8 pulg) | 457.2 mm (18 pulg) |
| Más de 600 V | |||
| Centro de control de motores (CCM) de 5 kV | 104 | 660.4 × 660.4 × 660.4 mm (26 × 26 × 26 pulg) | 914.4 mm (36 pulg) |
| Tablero tipo switchgear de 5 kV, celda de 914 mm (36 pulg) | 104 | 914.4 × 914.4 × 914.4 mm (36 × 36 × 36 pulg) | 914.4 mm (36 pulg) |
| Tablero tipo switchgear de 5 kV, celda de 1143 × 762 mm (45 × 30 pulg) | 104 | 1,143 × 762 × 762 mm (45 × 30 × 30 pulg) | 914.4 mm (36 pulg) |
| Centro de control de motores (CCM) de 15 kV | 152 | 914.4 × 914.4 × 914.4 mm (36 × 36 × 36 pulg) | 914.4 mm (36 pulg) |
| Tablero tipo switchgear de 15 kV | 152 | 1,143 × 762 × 762 mm (45 × 30 × 30 pulg) | 914.4 mm (36 pulg) |
| Dato | Rango |
|---|---|
| Tensión del sistema, trifásica, entre líneas | 208 a 15,000 V |
| Corriente de falla franca, 600 V o menos | 0.5 a 106 kA |
| Corriente de falla franca, más de 600 V | 0.2 a 65 kA |
| Separación, 600 V o menos | 6.35 a 76.2 mm (0.25 a 3 pulg) |
| Separación, más de 600 V | 19.05 a 254 mm (0.75 a 10 pulg) |
| Distancia de trabajo | 304.8 mm (12 pulg) o más |
| Frecuencia | 50 Hz o 60 Hz |
| Altura del gabinete (VCB, VCBB, HCB) | por encima de 1,244.6 mm (49 pulg) la corrección usa 1,244.6 mm. Esta herramienta también exige 355.6 mm (14 pulg) o más en un gabinete poco profundo: es un límite de la herramienta que sigue el rango recomendado por ETAP, no un rango del modelo |
| Ancho del gabinete (VCB, VCBB, HCB) | al menos 4 × la separación; por encima de 1,244.6 mm (49 pulg) la corrección usa 1,244.6 mm |
Fuentes
Fuentes: el modelo de IEEE Std 1584-2018 (ecuaciones 1 a 25, tablas 1 a 10) según su reproducción y verificación cruzada en referencias públicas: L. Yip, arcflash (implementación de código abierto); J. Grimard, arc-flash-calculator (código abierto); páginas de referencia de IEEE 1584-2018 de Engineers Edge; calculadora de arco eléctrico de Turn2Engineering; ejemplos resueltos del Arc Flash Forum (brainfiller.com), Allumiax y arcflashcalculator.com; resúmenes de EasyPower, ETAP y SKM sobre los rangos del modelo y la regla de los dos casos; J. Phillips (brainfiller.com) y e-Hazard sobre el texto de baja tensión de 2018; NFPA 70E 130.5; NIST SP 811 (1 pulg = 25.4 mm, 1 cal = 4.184 J).
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Dreiym Engineering. Calculadora de arco eléctrico. Método: IEEE 1584-2018. https://www.dreiym.com/es/arc-flash-calculator-ieee-1584/
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