ARCO ELÉCTRICO consecuencias, normas y protección
El fenómeno del arco eléctrico, tercera causa de muerte en la industria, representa uno de los accidentes más comunes y peligrosos en el sector eléctrico. El número de personas que mueren al año debido a sus consecuencias supera el millar y más de 2 mil resultan gravemente heridas. Existen equipos de protección contra el fenómeno, pero conocer sus causas, sus riesgos y la manera de evitarlos representa la mejor seguridad.
Una de cada tres muertes es provocada por choque eléctrico.
Por Ramón Mariscal.
Los accidentes de arco eléctrico son el riesgo más común y menos visible, pero fatal, para la vida de los usuarios y operarios de equipo eléctrico. De acuerdo con información estadística, este fenómeno representa la tercera causa de muerte en la industria eléctrica al provocar 25 por ciento de las fatalidades.
Aproximadamente, ocurren 30 mil accidentes no fatales por choque eléctrico cada año. Según el National Safety Council (NSC, por sus siglas en inglés) de EUA, se estima que ocurren cerca de 1 mil fatalidades cada año por electrocución y cada año más de 2 mil personas entran a hospitales con quemaduras graves ocasionadas por arco eléctrico. Dichas cifras implican que una de cada tres muertes es provocada por estos accidentes.
Entre los daños, las quemaduras más severas pueden ser causadas por la misma ropa y no por la exposición al arco o fuego repentino; por lo cual, los esquemas de seguridad recomiendan utilizar tecnologías avanzadas, como prendas que protejan la vida de las personas ante cualquiera de estos accidentes.
El arco eléctrico pueden causarlo diversos motivos, como la presencia de polvo y la condensación en las instalaciones, así como los destellos de descarga por acercamiento accidental
El fenómeno y sus implicaciones
El arco eléctrico se define como el paso sustancial de energía a través del aire ionizado, el cual tiene una duración aproximada de menos de un segundo; sin embargo, debido a sus características y a la magnitud de la descarga, sus consecuencias son fatales, al igual que las del fuego repentino, pues pueden llegar a incendiar o derretir cualquier tipo de prenda convencional.
En la actualidad, se reportan entre cinco y 20 accidentes diarios debidos a este fenómeno. Las causas más comunes del arco eléctrico residen en polvo o impurezas, acercamiento eléctrico, caída de herramientas, sobrevoltajes, falla de los materiales aislantes, falla en el mantenimiento del equipo o exposición a partes energizadas, entre otros.
Las etapas del arco eléctrico se dividen en tres, aunque las consecuencias de todas son fatales. La primera es la ráfaga de arco. Ésta se debe a que las altas temperaturas ocasionadas por el arco eléctrico generan una onda explosiva que vaporiza el metal conductor. Los riesgos asociados son la alta presión, que puede ser mayor a 100 o 1 mil libras por pie cuadrado; el sonido, que alcanza niveles superiores a los 160 decibeles, y el metal conductor fundido, que puede alcanzar velocidades mayores a los 1 mil 600 kilómetros por hora.
La segunda etapa la representa el relámpago de arco, que alcanza temperaturas de hasta 19 mil grados centígrados; por esta razón, se recomienda protegerse contra arco eléctrico y fuego repentino. El relámpago de arco se presenta cuando una corriente eléctrica pasa a través del aire entre conductores sin conexión a tierra o entre conductores con conexión a tierra y conductores sin conexión a tierra.
La exposición a estas temperaturas extremas causa quemaduras de piel y ocasiona que la ropa se incendie, lo que incrementa las lesiones por quemadura. La mayoría de las admisiones en hospitales por accidentes eléctricos se deben a quemaduras por arco eléctrico, no por choques eléctricos. Cada año, más de 2 mil personas ingresan a centros especializados con quemaduras graves ocasionadas por arco eléctrico. El relámpago de arco puede ocasionar la muerte a una distancia de 3 metros (10 pies).
Finalmente, el choque eléctrico, tercera etapa, produce una estimulación repentina del sistema nervioso y la contracción convulsiva de los músculos. Aproximadamente, ocurren 30 mil accidentes no fatales por choque eléctrico cada año. En EUA, el NSC estima que ocurren cerca de 1 mil fatalidades cada año por electrocución, más de la mitad de ellos con sistemas energizados a más de 600 volts.
El choque eléctrico ocurre siempre que existe una diferencia de potencial entre el cuerpo de las personas en contacto con el equipo y el conductor que toque, de modo que cuando la corriente fluye de un punto a otro a través de un cuerpo cualquiera, la persona se convierte en un conductor.
Para mitigar el riesgo por arco eléctrico, diversas compañías trabajan continuamente para producir materiales que protejan la vida de las personas frente a estos riesgos. Asimismo, se ofrecen recomendaciones, como remover la fuente de energía, contar con personal capacitado en el fenómeno de arco eléctrico, programar las actividades de trabajo con anticipación para prevenir riesgos y usar equipo de protección adecuada, es decir, fabricado con ingeniería de diseño especializada.
Esto se debe a que la ropa común provoca mayor grado de quemaduras en la piel que en las áreas en las que no está presente, si bien en ambos casos daña a la persona severamente. Existen vestimentas de protección de fibra que, gracias a su tecnología, ofrecen la seguridad necesaria, pues brindan durabilidad, ligereza, corte, retención del color, incluyendo una alta protección contra flamas, calor, arco eléctrico y soldaduras.
El arco eléctrico puede ser ocasionado por diversas causas, entre las que se encuentran la presencia de polvo, las impurezas, la corrosión y la condensación en las instalaciones, además de los destellos de descarga ocasionados por el acercamiento accidental, la caída de herramientas, el sobrevoltaje, falla de los materiales aislantes, falla en el mantenimiento del equipo y exposición a partes energizadas.
El arco eléctrico se presenta como la tercera causa de muertes en la industria, aportando el 25 por ciento de las fatalidades en el sector eléctrico, lo equivalente a más de 1 mil fatalidades anuales por choque eléctrico al presentarse entre una y tres muertes diarias por este siniestro. Igualmente, a diario se presentan entre cinco y 20 reportes de accidentes relacionados con arco eléctrico; en estos accidentes, la probabilidad de supervivencia disminuye directamente en relación con las quemaduras y la edad.
Las heridas por quemaduras representan un costo de vida devastador, pues resultan de las lesiones más dolorosas y debilitantes para quien las sufre; son fuente de desfiguramiento, por lo que ocasionan una profunda depresión en las personas que son atacadas por este tipo de lesiones, lo que resulta en afectaciones en la vida diaria de los lesionados y un impacto profundo en los familiares de la víctima; en otras palabras, todos los involucrados de manera directa o indirecta con un accidente por arco eléctrico se ven afectados.
Utilizar y suministrar el EPP apropiado, además de capacitar al personal sobre los peligros, es vital para reducir los accidentes eléctricos
Exigible utilizar ropa resistente al arco eléctrico
Como se menciona, las quemaduras más severas pueden ser causadas por la misma ropa y no por la exposición a los fenómenos de arco o fuego repentino. Las prendas de uso diario que se encienden y derriten pueden causar mayores quemaduras que en las partes del cuerpo donde no existía ropa. No tener vestimenta resulta menos riesgoso que utilizar ropa fabricada con materiales inflamables o fundibles.
Un fuego repentino o un arco eléctrico pueden causar que las prendas se incendien e incluso derritan; si esto sucede, se incrementarán las heridas por quemadura. Algunas de las telas inflamables más comunes son el algodón, la lana y la seda; mientras que algunas telas inflamables que se derriten son el poliéster, el nylon y el polipropileno. El arco eléctrico y el fuego repentino pueden prender o derretir la ropa convencional de trabajo y quemar la piel no protegida.
Se recomienda utilizar la tabla NFPA-70E para determinar el riesgo y los requerimientos del equipo de protección personal
| Categoría de riesgo | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Rango mínimo de arco (cal/cm2) | ** | 4 | 8 | 25 | 40 |
| ** Nota: se requiere ropa retardadora de flama si > 1.2 cal/cm2 [Sección 130.7 (C) (5)] | |||||
| Tabla NFPA-70E | |||||
Marco legal vigente
Algunas de las normativas que regulan y prevén el riesgo por arco eléctrico son el Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, la NOM-029-STPS-2005, sobre el mantenimiento de las instalaciones eléctricas en los centros de trabajo y sus condiciones de seguridad, y la NOM-017-STPS-2008, que regula el equipo de protección personal y la selección, uso y manejo en los centros de trabajo.
Contar con diagramas unifilares actualizados, realizar análisis de riesgos eléctricos, seleccionar el EPP adecuado con base en cada tarea y su correspondiente riesgo, contar con procedimientos para emergencias eléctricas, capacitar al personal acerca de los
peligros eléctricos, usar y administrar el EPP adecuado; capacitar al personal para brindar primeros auxilios, resucitación cardiopulmonar y atención a víctimas ante accidentes eléctricos; difundir el marco legal vigente, entre muchas otras acciones, son prevenciones que pueden disminuir los riesgos asociados con el fenómeno.
La National Fire Protection Association (NFPA) es una organización privada sin fines de lucro que se encuentra íntimamente relacionada con los riesgos propios del arco eléctrico. Dicha Asociación la conforman compañías aseguradoras que buscan diseñar y promover las buenas prácticas en el trabajo, y desarrollar y actualizar estándares para la prevención contra fuego mediante la creación de un Comité Técnico.
Determinar la frontera de protección
En el cálculo para determinar la protección que se requiere para hacer frente al riesgo por arco eléctrico se maneja un límite superior, que no requiere el uso de prendas (FR/EPP), en el que se espera que no haya quemaduras de segundo grado, y un límite inferior, en el que el uso de prendas (FR/EPP) es requerido, ya que se presenta un riesgo mayor de quemaduras de segundo grado o superiores.
Las pautas vertidas en el documento NFPA-70E-2004, en su sección 130.3 (B) y anexo D, aconsejan llevar a cabo un análisis de riesgos para predecir la energía de un arco eléctrico, mientras que en la Sección 130.7 (C) (9) (a) y 130.7 (C) (11) se recomienda utilizar la tabla NFPA-70E para determinar el riesgo y los requerimientos de EPP.
Asimismo, se recomienda utilizar la tabla simplificada NFPA-70E para seleccionar entre ropa de uso diario (8 cal/cm2) o de switcheo eléctrico (40 cal/cm2).
Estándares internacionales asociados con el riesgo por arco eléctrico
a) US National Fire Protection Association-Standard NFPA-70E
b) Canadian Standards Association-Standard Z-462 (2009)
c) Institute of Electrical & Electronics Engineers-Standard 1584
d) Canadian Electrical Code-Rule 2-306
e) US Occupational Safety & Health Administration
f) Occupational Health & Safety Act-Applicable regulations
El IEEE Standard 1584 Guide to Performing Arc-Flash Hazard Calculations brinda una guía para determinar los riesgos por arco eléctrico, la distancia y energía incidental a la que los trabajadores podrían estar expuestos por el equipo eléctrico. El método del IEEE es un método diferente al presentado en el NFPA-70E.
Análisis de riesgo
1) Identificar las ubicaciones del equipo en las que se necesita realizar el análisis de riesgo por relámpago de arco
2) Recabar los datos pertinentes en cada ubicación de equipo:
- Las capacidades del transformador, incluyendo el voltaje, la impedancia porcentual, la relación de transformación y la relación X / R
- Las capacidades de los dispositivos de protección, incluyendo la corriente, las características de tiempo / corriente, los ajustes y los retrasos
- Los datos del tablero de distribución, incluyendo el espaciamiento entre las fases conductoras, el tipo de conexión a tierra y las distancias de trabajo adecuadas
3) Elaborar un modelo adecuado del sistema y un diagrama unifilar
4) Elaborar un estudio de cortocircuito para determinar la corriente de falla fija trifásica en cada ubicación
5) Realizar cálculos de relámpago de arco conforme a las normas NFPA-70E e IEEE 1584:
- Calcular la corriente de arco conforme a las directrices pertinentes
- Determinar los tiempos totales de despeje de los dispositivos de protección, basado en las características de tiempo/corriente
- Calcular el nivel de energía del incidente por relámpago de arco, basado en los tiempos totales de despeje de los dispositivos de protección
6) Determinar el equipo de protección personal adecuado conforme a los niveles de riesgo que se definen en la norma NFPA-70E
7) Calcular la distancia límite para protección contra relámpago de arco
8) Documentar los resultados:
- Elaborar un informe de los hallazgos
- Elaborar diagramas unifilares
- Preparar propuestas de etiquetas de advertencia para el equipo
- Etiquetar el equipo
IEEE 1584
1) Reunir la información de la instalación y del sistema eléctrico
2) Determinar los modos de operación del sistema eléctrico
3) Determinar las corrientes de fallas francas
4) Determinar las corrientes de fallas por arco
5) Analizar las características de los dispositivos de protección y la duración de los arcos
6) Documentar los voltajes del sistema y las clases de los equipos
7) Seleccionar las distancias de trabajo
8) Determinar la energía incidente para todos los equipos
9) Determinar los límites de protección contra flameo para los equipos
Ejemplo de evaluación de riesgo por arco eléctrico (estudio de cortocircuito)
Algunas consideraciones que se deben tomar en cuenta al utilizar un traje que proteja al usuario de riesgos al arco eléctrico son que todas las costuras, el velcro®, las etiquetas y los cierres deben ser inherentemente resistentes al fuego. Las propiedades inherentemente resistentes al fuego tienen que mantenerse aun después del lavado de la prenda y deben cumplir o exceder los requerimientos de las normas NFPA-70E y ASTM 1506. Asimismo, las vestimentas deben contar con un nivel de protección al arco eléctrico de 42.3 cal/cm2 ATPV.
De acuerdo con la NFPA-70E, el diseño de los trajes con protección contra arco eléctrico y el de su cerramiento deberán permitir el retiro fácil y rápido. El traje completo, incluido su protector facial, debe tener un nivel de protección conveniente para el momento de la exposición a la energía del relámpago de arco.
Al utilizar una capucha de protección se recomienda que permita la correcta transmisión de luz visible (VLT), que mantenga una cobertura antirrayaduras en la superficie del visor, con lo cual se obtiene una mayor durabilidad, y que se garantice un recubrimiento interior antipaño.
Además, debe cumplir o exceder los requerimientos de las normas NFPA-70E, ASTM F2178 y ANSI Z87.1.
La protección facial y la capucha deberán cumplir obligatoriamente con los requerimientos estipulados en la ASTM F2178. Cualquier equipo de protección facial que no cuente con un nivel de protección aprobado no se debe utilizar bajo ninguna circunstancia.
Por otra parte, también se recomienda la implementación de procedimientos de trabajo seguro que sean capaces de cubrir todos los aspectos fundamentales; por ejemplo, realizar pruebas de voltaje, utilizar voltímetros apropiados; conocer las herramientas, su uso y funcionamiento, y por supuesto, contar con personal calificado para utilizarlo.
El arco eléctrico puede presentarse cuando se realizan movimientos físicos en equipos, como cierre y apertura de interruptores; apertura y cierre de puertas y cubiertas; inserción y retiro de equipos; instalación de equipo de prueba y tierras de seguridad, y al realizar procedimientos de mantenimiento y medición en los sistemas, entre muchos otros.
Se recomienda implementar procedimientos de trabajo seguro que cubran todos los aspectos fundamentales, como pruebas de voltaje, conocer las herramientas y contar con personal calificado
Estándares aceptados para EPP completo
Principios de protección contra la formación de arco eléctrico
– El trabajador. El electricista debe estar calificado para llevar a cabo el trabajo que le ordenen realizar; si la tarea se encuentra más allá de sus capacidades, estará poniendo en peligro su vida, la vida de sus compañeros y un equipo eléctrico de gran valor.
– Prácticas de trabajo. Es evidente que el empleador no desea poner en riesgo a sus empleados, por ello, resulta de gran importancia minimizar los peligros potenciales a los que su personal se ve expuesto. Se debe establecer una serie de procedimientos o reglas de trabajo que deben seguirse. Los siguientes son algunos ejemplos:
– Trabajo en sistemas desenergizados
– Utilización de equipamiento de seguridad (herramientas aisladas, pertigas, etcétera)
– Implementación de Programas de Candado-Etiqueta
Evaluación del peligro
La norma NFPA-70E exige que todos los empleados que trabajan con electricidad realicen una evaluación del peligro de cualquier labor que implique más de 50 volts en donde haya posibilidades de un incidente con arco eléctrico.
El objetivo de esta evaluación es establecer el nivel de peligro al que se encuentra expuesto el empleado mientras realiza su labor. Como resultado de este análisis, el empleador podrá proveer a sus empleados de un EPP con el nivel de protección adecuada. El análisis del potencial de riesgo comienza con el ingreso de información sobre el equipo donde se realizará la tarea específica.
Protección mayor que el peligro
A fin de proteger a los empleados, se debe garantizar que la protección que están utilizando sea mayor que los fenómenos que el arco eléctrico podría generar en el trabajo que están realizando; en otras palabras, se debe contar con una indumentaria con nivel de protección mayor al posible arco eléctrico.
Tampoco es adecuado utilizar protección contra arcos eléctricos que se encuentra por debajo del potencial peligro de exposición. El resultado de la protección inadecuada será quemaduras graves y un alto potencial de muerte. Por ejemplo, si se utiliza un traje para un riesgo de 25 cal/cm² de protección, con una capucha para la cabeza con protección de hasta 15 cal/cm² y el empleado se ve expuesto a una explosión de arco de 25 calorías, el cuerpo estará protegido, pero su rostro y cabeza sufrirán terribles quemaduras.
Es igual de importante mantenerse protegido de pies a cabeza con un nivel superior de protección en cal/cm² que la del peligro potencial.
Capas
El objetivo se basa en agregar valor a la protección que ofrecen diferentes capas en la indumentaria (como la protección que brinda el espacio de aire entre las capas), a fin de crear un sistema de protección que iguale o supere el peligro.
Superficie cubierta
Si no está cubierto, no está protegido. Algunos empleados caen en la tentación de utilizar sólo una chaqueta o una capucha, o una chaqueta sin pantalones, lo que va en contra de lo establecido por la norma NFPA-70E.
Un peligro que supera las ocho calorías exige el uso de una capucha y una vestimenta que cubran todo el cuerpo por encima de este nivel (categorías de peligro 1 y 2, según la norma NFPA-70E).
Indumentaria
No toda la protección para arcos eléctricos es igual. Las normas NFPA-70E y ASTM F1506-02a exigen que toda la indumentaria para arco eléctrico establezca su grado de protección en una etiqueta en ATPV. Antes de adquirir cualquier EPP para arcos eléctricos, debe asegurarse de que el equipo haya sido aprobado bajo las normas y estándares NFPA-70E, ASTM F1506-02a y F2178-02a.
Las pruebas a las que se someten las prendas de protección deben incluir los siguientes elementos: amperaje, voltaje, abertura del arco, distancia del trabajador a la fuente del arco, duración del arco basada en ciclos (del interruptor, del fusible, etcétera) y la configuración del sistema (arco en caja o abierto).
Por otro lado, el personal que trabaje con equipos energizados necesitan conocer la manera correcta de usar el EPP. La protección que no se usa de la manera adecuada no brindará la protección esperada; por citar un ejemplo, si la chaqueta no se encuentra cerrada o se deja la capucha en el piso, es sumamente probable que el usuario sufra quemaduras tras la exposición a un arco, a pesar de todo el conocimiento, de la experiencia, de las bien intencionadas evaluaciones de peligro por parte de los empleadores y del gasto en indumentaria para arcos.
Según datos de un estudio recientemente elaborado por el Departamento de Estadísticas del Trabajo de Estados Unidos, los electricistas tienen la tercera profesión más peligrosa, por lo que es necesario tomar en consideración los riesgos a los cuales se enfrentan a diario.
Prácticas de seguridad en el trabajo
Las normas Occupational Safety & Health Administration (OSHA) 1910.333 (a) (1) y NFPA-70E 130.1 decretan que se debe establecer una condición de trabajo eléctricamente segura antes de que el trabajador realice actividades cerca de partes energizadas. Sugieren no trabajar en un ambiente energizado a menos que se justifique que la desenergización representa un riesgo mayor al trabajo energizado o que se presente infactibilidad debido al diseño del equipo o limitaciones operacionales.
Limitaciones de uso del EPP
Existe poca protección para riesgos por ráfaga de arco cuando se presentan energías mayores a 40 cal cm2, debido a la alta presión que se genera en una explosión de arco eléctrico.
El EPP protege contra el riesgo por relámpago de arco, por lo que exposiciones mayores a 40 cal/cm2 son consideradas peligrosas. Por ejemplo, un accidente ocurrió el 5 de enero de 1993, en Gulf States Electric Utilities, en la región de Beaumont, Texas, cuando un grupo de trabajadores y contratistas eléctricos forzaron un interruptor del circuito Federal Pacific de 5 kilovolts de una celda, después de que éste había sido colocado en la estructura, lo cual provocó un arco eléctrico que mató a dos empleados y causó quemaduras severas en otros tres.
Las dos personas que fallecieron y las tres que sufrieron quemaduras severas usaban EPP contra arco eléctrico. Ningún EPP podría haberlos protegido contra la ráfaga de arco que se formó. Incrementar la distancia de trabajo y usar equipo remoto pudo haber salvado la vida de los trabajadores.
En un caso similar en marzo 4 de 2009, ocurrido en el proyecto Jubail, en Riyadh, Arabia Saudita, tres trabajadores removieron un Molded Case Circuit Breaker (MCCB) de un Molded Case Circuit energizado cuando ocurrió un arco eléctrico. Los trabajadores sufrieron quemaduras de primer y segundo grado. Si el sistema se hubiera desenergizado para llevar a cabo la tarea, se habrían podido disminuir los riesgos por arco eléctrico; en caso de que desenergizar no hubiese sido posible, se habría podido remover el MCCB de manera remota.
Estrategia de selección de ropa de protección contra arco eléctrico
Muchos elementos críticos entran en juego al desarrollar un programa de seguridad exitoso. El aspecto más importante son los fundamentos basados en una fuerte cultura de la seguridad. Los EPP representan la última línea de defensa.
El riesgo por arco eléctrico se encuentra en función del tiempo de corriente de falla a una corriente de arco determinada y la distancia del trabajador al evento. Se emplean muchas técnicas para disminuir el riesgo por arco eléctrico.
Estrategias para mitigar riesgos de arco eléctrico
1) Remover la fuente de energía
2) Permitir sólo al personal entrenado hacer el trabajo
3) Permitir que se realice sólo el trabajo programado
4) Utilizar el EPP adecuado
5) Eliminar / reducir la magnitud y la frecuencia de exposición a través de soluciones de diseño de ingeniería más seguras
Un arco eléctrico se puede presentar al operar un interruptor de circuito, insertar o extraer un interruptor de circuito, abrir o cerrar una puerta de caja, remover una tapa (atornillada o con bisagras) y realizar pruebas de tensión cuando se está operando equipo energizado.
Otras medidas relacionadas con el control de riesgo del arco eléctrico radican en la reducción del tiempo de ciclo y de la corriente de cortocircuito, establecer planes de mantenimiento preventivo, usar equipo contra riesgo por arco eléctrico, aumentar la distancia de trabajo, reducir la energía de exposición, evitar la caída de piezas metálicas dentro de la caja (tornillos, herramienta), realizar trabajos desenergizados y sólo con previa autorización.
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