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Solución de mitigación de falla de arco

El arco eléctrico es uno de los fenómenos más potentes y peligrosos que pueden presentarse en los sistemas eléctricos de potencia. Dado que sus efectos son sumamente violentos y suceden con mucha rapidez, un operador que se encuentra en el área de acción del fenómeno no podría ponerse a salvo. Actualmente, existen algunas medidas para combatirlo, las cuales permiten reducir la peligrosidad de sus efectos

Por Carlos Limón

A0CE0042879La falla de arco es un cortocircuito a través de gas ionizado (aire normal) entre una parte viva y tierra o entre partes vivas. Esta falla puede ser caracterizada como una explosión eléctrica, por la velocidad, la potencia, el calor y la presión del fenómeno.

La resistencia del cortocircuito de arco puede variar. Este fenómeno resulta en una alta radiación tanto de luz invisible como visible (300-1500 nm). La falla del arco se mueve con un rango de velocidad muy elevado de hasta 100 metros por segundo (360 km / h).

Los efectos principales del arco eléctrico son luz intensa, con radiación cegadora y quemante; temperaA0CE0042878turas de hasta 20000 °K; generación de aire caliente que origina una onda de presión y sonido potente; los componentes de cobre se vaporizan, alcanzando un volumen 67 mil veces mayor que el del cobre sólido, lo que provoca una onda de presión y gases tóxicos; asimismo, el metal derretido por acción del calor es arrojado, y se presenta un voltaje altamente peligroso para los operadores.

Cuando ocurre el fenómeno del arco eléctrico, el personal que pudiera encontrarse en presencia del fenómeno sufriría diversos daños, desde graves hasta letales. Por principio, la luA0CE0042877z emitida por el fenómeno es capaz de causar daños en la visión de las personas, debido a su intensidad. Además, la explosión causada, cuya intensidad es sumamente elevada, puede dañar los oídos o los pulmones de los operadores.

La expulsión de material incandescente a muy altas temperaturas puede provocar quemaduras de distintos grados a las personas, dependiendo del nivel de protección con el que cuente, mientras que los equipos y objetos aledaños también se dañarían gravemente. La gravedad de las quemaduras por arco depende de la distancia de trabajo, del voltaje, de la corriente y de la duración del fenómeno. Por otro lado, el óxido de cobre es un gas tóxico que se desprende como resultado del arco eléctrico y que podría ser inhalado por los operadores, con resultados perjudiciaA0CE0042876les para su salud.

La forma más sencilla de limitar la energía liberada es limitar la duración del arco mediante una protección de alta velocidad. En este sentido, no se pueden escatimar recursos para la implementación de un programa de seguridad eléctrica, pues, como tal, el arco eléctrico puede resultar letal o con daños de consecuencias mayores para aquellos expuestos a él. En lo que respecta al equipo que resultaría dañado, su reemplazo lleva tiempo y puede causar inactividad productiva, con sus respectivas consecuencias financieras para las empresas.

A0CE0042873Una manera de enfrentar el fenómeno es mediante un estudio de arco eléctrico, con el cual es posible disminuir su duración. Si se lleva a cabo un estudio de este tipo, podría implementarse una solución de interrupción de arco, con lo cual el fenómeno podría mitigarse. Se debe recordar que, por las características del arco eléctrico, el trabajador está prácticamente desprotegido, pero su seguridad podría aumentarse con un estudio previamente realizado.

Causas típicas del arco eléctrico
Existe una serie de elementos dentro de un sistema eléctrico que pueden originar el fenómeno del arco eléctrico. Las conexiones mal instaladas son una causa potencial de arco eléctrico, el cual puede ocurrir si éstas se encuentran flojas o si existe vibración en ellas. Asimismo, si las dimensiones mecánicas de las conexiones son insuficientes, el arco eléctrico puede presentarse, al igual que si el aislamiento o el grado de protección de los componentes es reducido o no cumple con las necesidades eléctricas del sistema.A0CE0042875

Los animales, la falta de mantenimiento o la acumulación de suciedad o líquidos en los equipos, entre otros elementos, pueden provocar el fenómeno. De acuerdo con el estándar IEC 62271-200, el compartimiento de cables es el lugar de mayor riesgo de falla de arco, sin operadores.

Métodos para mitigar las consecuencias de falla de arco o prevenirlo
En la industria, existen diferentes métodos para mitigar las consecuencias de la falla de arco eléctrico o para prevenir que suceda. La primera es incrementar la distancia de trabajo, lo cual generalmente es difícil, debido a que el operador debe entrar en contacto directo con los equipos para manipularlos o revisarlos. Por ello, se han desarrollado equipos de protección personal que ofrecen un nivel de protección adecuado para reducir los daños que le podría provocar el fenómeno.A0CE0042874

Desde el punto de vista tecnológico, pueden implementarse sistemas de protección, como celdas resistivas al arco eléctrico, las cuales cuentan con puertas cerradas que brindan una barrera mecánica; no obstante, si las puertas están abiertas, la protección se disipa, además de que aún con puertas cerradas existe la posibilidad de que los equipos se dañen.

Otro método posible es la reducción de corriente, mediante el uso de reactores o filtros limitadores de corriente. Finalmente, es posible reducir el tiempo del arco eléctrico, lo que implica disminuir el tiempo de respuesta de los sistemas de protección. Este método se considera, normalmente, el más eficiente, práctico y seguro.A0CE0042873

Entre los métodos existentes para reducir el tiempo del fenómeno, se tiene la protección convencional de sobrecorriente, la cual, no obstante, resulta demasiado lenta. También es posible utilizar protección diferencial de barras o enclavamiento selectivo por zonas. Un método más es la instalación de una llave de mantenimiento (maintenance switch). Este equipo puede mejorar la protección contra el fenómeno al reducir de manera sencilla el tiempo de compensación. Finalmente, es posible utilizar un sistema de protección basado en detección de luz y corriente.

A0CE0042872En resumen, se puede afirmar que la falla de arco representa el peor tipo de falla en un sistema de potencia. Debido a sus características, la protección contra sobrecorriente no protege contra el fenómeno de arco eléctrico. En cambio, implementar un sistema de protección contra arco eléctrico es simple y económico, además de que provee protección de barras de media tensión y es aplicable para media y baja tensión.

Carlos Limón Durán
Ingeniero electricista por el Instituto Politécnico Nacional. Se incorporó a Schneider Electric México en 2010. Tiene 23 años de experiencia en el sector eléctrico, en el que se ha desempeñado en diferentes posiciones, liderando equipos de trabajo, proyectos de soluciones de distribución eléctrica y monitoreo y control de subestaciones y redes eléctricas. Anteriormente, trabajó como director Comercial en AREVA T&D y ALSTOM T&D. Hoy en día, colabora como gerente de Desarrollo de Negocios en la División de Energía para Schneider Electric México y Centroamérica.

Más información en la revista Constructor Eléctrico, edición de diciembre 2015

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