¿Debemos ajustar las protecciones para minimizar los niveles de incidentes por Arc Flash?

Los niveles de energía incidente (energía calorífica) en una falla con arco eléctrico dependen de las siguientes variables:

  1. El nivel de falla de cortocircuito en cada tablero y/o equipo.

En los sistemas industriales el nivel de falla de cortocircuito está determinado por el tamaño en KVA del transformador principal y del tamaño en KVA de los transformadores de distribución.

Los valores de corto circuito se determinan por medio de un Estudio de Corto Circuito.

2. El tiempo de interrupción de la corriente de falla por parte de los elementos de interrupción y protección.

Fusibles de potencia, interruptores termomagnéticos, interruptores con unidad de protección, relevadores de protección (sobre corriente, diferenciales de transformador y de bus).

Los ajustes de los tiempos de operación de las protecciones se determinan por medio de un Estudio de Coordinación de Protecciones.

Fig. 1 Hoja de coordinación de protecciones generada en software #ETAP

El orden para desarrollar un estudio de arc flash es el siguiente:

1) estudio de corto circuito

2) estudio de coordinación de protecciones

3) estudio de arco eléctrico (arc flash). Estos estudios se realizan con un software de análisis de ingeniería eléctrica, en nuestro caso la herramienta #ETAP.

La práctica extendida en la industria es ajustar las protecciones como: interruptores termomagnéticos, interruptores con unidad de protección y relevadores de protección para liberar las fallas de corto circuito en los mínimos tiempos posibles recomendados por el estándar IEEE 242-2001 – IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Buff Book). Al seguir las recomendaciones del Buff Book, se establece una correcta coordinación de protecciones, es decir, que las protecciones operan primero liberando el circuito fallado solamente y sin afectar otras zonas libres de fallas. Cuando en un estudio de arc flash obtenemos niveles de energía incidente igual o mayor 40 cal/cm2 (nivel de riesgo prohibido por riesgo de desprendimiento de metralla de cobre o acero) en equipos o tableros y ya están calculados los ajustes mínimos posibles en los elementos de protección, ya no es  posible disminuir los tiempos de operación para bajar los niveles resultantes de energía incidente porque empezamos a generar pérdida de coordinación en el sistema eléctrico, que implica apagar grandes áreas del sistema eléctrico por fallas en circuitos no esenciales o remotos.

La recomendación es mantener la prohibición para trabajar en vivo en equipos que desarrollen niveles de energía incidente de 40 cal/cm2 y no sacrificar la coordinación de protecciones que está relacionada directamente con la producción. Los circuitos que desarrollan 40 cal/cm2 o más deberán ser des energizados para poder ser intervenidos.

Acerca del Autor

Ing. Fernando Pérez Ross

Analista Senior de Sistemas Eléctricos Industriales.

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