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Cómo reducir la energía incidente de arco eléctrico

Cómo reducir la energía incidente de arco eléctrico: tiempo de despeje, modo mantenimiento, relés de arco, enclavamiento por zonas, distancia y celdas.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

MT50/51principal BTUDmant.modo mant.barra BTUDUDZSIarcoluz + Isensordistanciaunidad del principal con retardo de corto tiempoarco en la barra: despeje lentomodo mantenimiento activadoel mismo arco: despeje rápidoItI arconormalmant.energíaenergía incidente ∝ tiempo de despejeMitigaciónTiempo de despejeDistanciaEquipoEtiqueta© tizagrp.comMT50/51principal BTUDmant.modo mant.barra BTUDUDZSIarcoluz + Isensordistanciaunidad del principal con retardo de corto tiempoarco en la barra: despeje lentomodo mantenimiento activadoel mismo arco: despeje rápidoItI arconormalmant.energíaenergía incidente ∝ tiempo de despejeMitigaciónTiempo de despejeDistanciaEquipoEtiqueta© tizagrp.com
Cómo reducir la energía incidente: modo mantenimiento, relé de arco y ZSI. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

La energía incidente de un arco crece casi en proporción al tiempo que tarda la protección en despejarlo, así que la medida más eficaz es despejar más rápido: un modo de mantenimiento en el relé o la unidad de disparo, relés de detección de arco por luz y corriente, enclavamiento selectivo por zonas o protección diferencial. Además se puede alejar al trabajador con operación y extracción remotas, usar celdas resistentes al arco o limitar la corriente con fusibles. Cada medida se valida con el estudio de arco eléctrico, porque bajar la corriente sin acelerar la protección puede subir la energía.

La variable que más pesa: el tiempo

La energía incidente que recibe un trabajador frente a un tablero depende de la corriente de arco, de la configuración del equipo, de la distancia de trabajo y, sobre todo, del tiempo que el arco dura, que es el tiempo que tarda la protección en abrir. En el modelo de IEEE 1584 la energía es prácticamente proporcional a ese tiempo: si el despeje pasa de medio segundo a una fracción de él, la energía baja en la misma proporción.

Por eso la mayoría de las medidas eficaces actúan sobre la protección, y por eso un ajuste conservador puesto «por si acaso» puede convertir un tablero de categoría 2 en uno donde no se puede trabajar energizado.

Medidas que reducen el tiempo de despeje

MedidaCómo actúaA tener en cuenta
Modo mantenimiento (interruptor de mantenimiento)Activa una instantánea baja mientras se trabajaSe pierde la selectividad durante el trabajo; necesita indicación y procedimiento
Revisión de ajustesElimina retardos innecesarios y baja instantáneas donde la coordinación lo permiteDebe salir de un estudio de coordinación
Relés de detección de arcoCombinan sensor de luz y detección de sobrecorriente; disparan en milisegundosRequieren sensores en cada compartimento y pruebas de la lógica
Enclavamiento selectivo por zonas (ZSI)El interruptor aguas arriba dispara rápido si el de abajo no ve la fallaNo funciona con interruptores termomagnéticos; necesita cableado o comunicación
Protección de barras por enclavamiento inversoEl relé de la acometida dispara rápido si ningún alimentador ve la fallaSolución económica en celdas de media tensión
Protección diferencial de barra o de transformadorDespeja instantáneamente las fallas dentro de su zonaMás CT y cableado; se usa sobre todo en media tensión

El modo mantenimiento es la medida más simple en plantas con relés o unidades de disparo electrónicas que lo admiten. El enclavamiento inverso es su equivalente automático en celdas de media tensión; vea protección de barras por enclavamiento inverso. Las dos dependen de que la lógica esté bien configurada y probada: una señal de bloqueo mal cableada deja la barra sin protección rápida sin que nadie lo note.

En Estados Unidos, la sección 240.87 del NEC obliga a incluir un método de reducción de la energía de arco en interruptores cuyo ajuste continuo máximo es de 1200 A o más, y la lista de métodos aceptados creció en las ediciones recientes. Es una referencia útil para cualquier planta de la región.

Por dónde empezar a reducir la energía
  • ¿La protección que despeja la falla tiene retardo intencional?
    • Sí¿La coordinación permite acortarlo?
      • SíAjustar con el estudio de coordinación
      • NoModo mantenimiento, enclavamiento por zonas o diferencial
    • No¿El equipo está en el lado de línea del interruptor principal?
      • SíProtección rápida en el primario o relé de arco con disparo aguas arriba
      • NoRelé de arco, distancia u operación remota

Medidas que alejan al trabajador

  • Operación remota de interruptores desde un panel fuera de la frontera de arco o desde el sistema de control.
  • Extracción e inserción remotas de interruptores en celdas, con mandos motorizados o accesorios portátiles.
  • Ventanas de inspección infrarroja y sensores de temperatura para no abrir puertas al inspeccionar.
  • Medición fuera del compartimento, con puntos de prueba.

La energía incidente disminuye con la distancia, así que cada metro cuenta. Estas medidas no cambian la etiqueta del equipo, pero sí la exposición del trabajador en la tarea.

Medidas sobre el equipo y la corriente

  • Celdas resistentes al arco interno, ensayadas según IEC 62271-200 (clasificación IAC) o IEEE C37.20.7. Protegen con las puertas cerradas; con la puerta abierta el equipo se comporta como uno convencional.
  • Fusibles limitadores de corriente, que en su zona de limitación despejan en menos de medio ciclo.
  • Dividir la barra o separar transformadores para reducir la corriente de falla, siempre comprobando el efecto en el tiempo de despeje.

La advertencia de la sección anterior vale aquí: bajar la corriente sin acelerar la protección puede subir la energía. IEEE 1584 pide calcular también con una corriente de arco reducida justamente por eso. Toda medida se valida en el estudio de arco eléctrico, en los escenarios de red normal, red mínima y planta de emergencia.

El lugar más difícil: el lado de línea del principal

Una falla entre el transformador y el interruptor principal de baja tensión no la ve ese interruptor: la despeja la protección del primario del transformador, normalmente lenta y a veces un fusible. Es donde suelen aparecer las energías más altas de la planta. Las soluciones pasan por protección rápida en el primario (un relé con detección de arco que dispare el interruptor de media tensión, o una diferencial del transformador) o por separar físicamente ese compartimento. Vea protección de sobrecorriente 50/51.

Antes de elegir: medir el efecto de cada medida

No todas las medidas valen lo mismo en todos los equipos. Por eso el orden de trabajo es:

  1. Calcular la energía incidente actual de cada equipo en todos los escenarios de operación.
  2. Identificar en cada equipo con energía alta qué protección despeja la falla y en qué parte de su curva.
  3. Simular cada medida candidata (nuevo ajuste, modo mantenimiento, relé de arco, enclavamiento) y su efecto en la energía y en la selectividad.
  4. Elegir la combinación que más baja la energía por cada peso invertido, sin dejar fallas sin despejar.
  5. Implementar, probar la lógica y actualizar las etiquetas.

Con frecuencia la medida más barata, un ajuste revisado en el relé que ya existe, resuelve la mayoría de los equipos. Las inversiones en relés de arco o celdas nuevas quedan para los puntos donde el ajuste no alcanza. Un estudio de coordinación hecho junto con el de arco evita que la mejora de un lado empeore el otro.

Configuramos sus relés para bajar la energía

Nuestro equipo calcula la energía incidente de su planta, propone las medidas que más la reducen sin perder selectividad, y configura el modo mantenimiento, el enclavamiento inverso o la lógica de los relés de arco. Los ajustes los cargamos con configuración remota de relés; el estudio lo hacemos con nuestro servicio de diseño de ingeniería y estudios y, en Colombia, probamos la lógica en sitio. Escríbanos por contacto.

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Referencias

  • IEEE 1584-2018, IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations.
  • NFPA 70E, Standard for Electrical Safety in the Workplace, edición 2024.
  • NFPA 70, National Electrical Code, sección 240.87 (reducción de la energía de arco).
  • IEC 62271-200, AC metal-enclosed switchgear and controlgear (clasificación de arco interno IAC).
  • IEEE C37.20.7, IEEE Guide for Testing Switchgear Rated Up to 52 kV for Internal Arcing Faults.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el modo mantenimiento de un relé o de una unidad de disparo?

Es un grupo de ajustes más rápido, normalmente una instantánea baja y sin retardo, que se activa con un selector o una entrada mientras alguien trabaja cerca del equipo. Reduce el tiempo de despeje y con él la energía incidente; al terminar el trabajo se vuelve a los ajustes normales, que mantienen la selectividad.

¿Bajar la corriente de cortocircuito siempre reduce la energía incidente?

No. Si la corriente de arco baja tanto que la protección deja de operar en su zona instantánea y pasa a su curva temporizada, el tiempo de despeje aumenta y la energía puede subir. Por eso IEEE 1584 obliga a evaluar también una corriente de arco reducida y el estudio revisa ambos casos.

¿Qué exige el NEC para interruptores de 1200 A o más?

La sección 240.87 del NEC pide, en interruptores cuyo ajuste continuo máximo es de 1200 A o más, un método de reducción de la energía de arco, como enclavamiento selectivo por zonas, protección diferencial, interruptor de mantenimiento con indicación local, un sistema activo de mitigación o una instantánea ajustada por debajo de la corriente de arco, según la edición adoptada.

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