Estudio de arco eléctrico, coordinación y cortocircuito para un campus federal, Houston (2019, actualizado en 2024)

En 2019 terminamos un estudio de arco eléctrico, coordinación y cortocircuito para un campus federal de varios edificios en Houston, Texas, y en 2024 lo actualizamos. Los datos del cliente son confidenciales.

Un campus, seis formas de operarlo

El campus alberga equipos, seguridad, oficinas y espacios arrendados. Dos acometidas de la compañía eléctrica, cada una con un transformador de 3,000 kVA, alimentan los tableros de distribución (switchgear) principales en 480Y/277V, y dos generadores de respaldo de 2,000 kVA respaldan el sitio sin operar en paralelo con la red. Los interruptores de enlace, los interruptores de transferencia automática y un bypass de UPS permiten alimentar la misma barra de varias maneras, y cada arreglo produce una corriente de falla distinta. Modelamos seis configuraciones de operación para estudiar cada barra con el arreglo de fuentes más desfavorable para ella. En todos los casos, un interruptor de transferencia manual se fijó en su fuente más conservadora.

Cómo se construyó el modelo

Los datos del sistema provinieron de los diagramas unifilares del propietario, de recorridos de campo de nuestros ingenieros junto con el personal de la instalación y de los datos de falla de la compañía eléctrica. Cada barra principal se modeló en ETAP con el equipo que la rodea, incluidos longitudes y calibres de cable, transformadores, tableros, interruptores de transferencia automática y generadores. Cuando un interruptor no se podía revisar sin un corte de energía, lo modelamos sin función de disparo, lo que da un resultado conservador. Se usaron valores típicos para las relaciones X/R de los transformadores y las impedancias de motores y generadores, y dimensiones típicas de gabinete y separación entre barras de IEEE 1584-2018 en lugar de medir equipo energizado.

Qué se calculó

Calculamos las corrientes de falla trifásica y de línea a tierra en cada barra. La capacidad de los equipos se revisó conforme a ANSI C37.010, y la capacidad interruptiva de los interruptores de baja tensión conforme a C37.13 y UL 489. Un ingeniero electricista ajustó la coordinación interruptor por interruptor, y un documento de ajustes enumera cada ajuste de disparo y de relevador del que depende la coordinación. La energía incidente y los límites de arco eléctrico se calcularon con IEEE 1584-2018 y NFPA 70E-2018, con el tiempo de arco limitado a 2 segundos, como permite IEEE 1584-2018 cuando el trabajador puede alejarse del arco.

Hallazgos que requerían acción del propietario

Un dispositivo requería verificar su capacidad interruptiva frente a la corriente de falla disponible antes de colocar las etiquetas. Las barras de la acometida principal y de los generadores de respaldo resultaron por encima de 40 cal/cm², y ningún cambio de ajustes pudo reducirlas con el equipo instalado. Para esas barras recomendamos agregar protección contra arco eléctrico en una modernización futura, ya sea un sistema con sensores de luz que dispare un interruptor con bobina de disparo o relevadores con detección de falla de arco. También pedimos al propietario fotografiar los tableros cuyos datos no se pudieron obtener sin un corte, para sustituir los supuestos conservadores por ajustes reales.

La actualización a cinco años

NFPA 70E exige revisar el análisis de energía incidente al menos cada cinco años y siempre que el sistema cambie. En 2024 actualizamos el modelo, los informes y los archivos de etiquetas. La actualización redujo los ajustes de los dos interruptores principales: el arranque de falla a tierra de 0.6 a 0.4, el arranque de tiempo corto de 4 a 3 y el retardo de tiempo largo de 10 a 3.5. La coordinación con la red mejoró, pero el despeje en esas barras seguía siendo lento, por lo que la actualización reiteró la recomendación de detección dedicada de fallas de arco. El entregable de 2024 volvió a cubrir seis escenarios de operación.

Etiquetas que siguen siendo correctas

Una etiqueta vale lo que vale el modelo que la respalda. Lo que incluye un estudio se explica en nuestra página de servicios de estudio de arco eléctrico. La parte de los ajustes se cubre en nuestro trabajo de protección y coordinación.