Estudio de arco eléctrico: IEEE 1584 y NFPA 70E

Qué es un estudio de arco eléctrico

Un arco eléctrico es la corriente de falla que salta por el aire entre conductores o hacia tierra. En milisegundos libera calor, luz, presión y metal fundido. El estudio de arco eléctrico (en inglés, arc flash study) calcula, para cada tablero, celda o centro de control de motores, dos cosas:

• La energía incidente: la energía térmica por unidad de área, en cal/cm², que recibiría el cuerpo de una persona a su distancia de trabajo.
• La frontera de arco: la distancia a la que esa energía baja a 1,2 cal/cm² (5 J/cm²), el valor que el RETIE y NFPA 70E usan como umbral de quemadura de segundo grado.

Con esos dos números se decide qué ropa y protección necesita quien opera o interviene el equipo energizado, y qué dice la etiqueta pegada en la puerta. El estudio no reemplaza el trabajo sin tensión: sirve para cuando la maniobra, la medición o la prueba obligan a abrir o acercarse a un equipo en servicio.

Cuándo se exige

• RETIE. En los requisitos del diseño detallado (numeral 3.3.1.1), el reglamento lista el «análisis y cálculos de cortocircuito, arco eléctrico y falla a tierra» entre los temas que se deben evaluar según la complejidad y el riesgo de la instalación. Además, en los trabajos en o cerca de partes energizadas (artículo 3.10.5) exige que en tableros y celdas con energía incidente igual o superior a 5 J/cm² (1,2 cal/cm²) se fije un aviso con la frontera de arco, los datos del riesgo y la leyenda «riesgo de arco eléctrico». Sin calcular la energía, no se puede saber dónde va ese aviso ni qué dice.
• NFPA 70E-2024. Pide una evaluación del riesgo de arco antes de trabajar en equipos energizados y el etiquetado de los equipos que puedan requerir examen, ajuste, servicio o mantenimiento con tensión. La evaluación se revisa a intervalos que no superen cinco años y cada vez que una modificación cambie el riesgo.
• OSHA, para empresas con casa matriz o contratos en Estados Unidos: la norma 29 CFR 1910.269 obliga al empleador a hacer un estimado razonable de la energía incidente a la que se expondría cada trabajador.
• Aseguradoras y contratistas. Es frecuente que una aseguradora, un cliente corporativo o un contratista de mantenimiento pidan el estudio como condición para trabajar. Cuando lo pidan, conviene preguntar con qué norma y edición lo quieren.

Qué necesitamos de usted

1. Diagrama unifilar actualizado, con la topología real y las fuentes que pueden operar en paralelo (red, plantas de emergencia, generación solar).
2. Nivel de cortocircuito en el punto de conexión, que entrega el operador de red.
3. Datos de placa de transformadores, generadores y motores grandes; longitudes y calibres de cables y barras.
4. Protecciones instaladas: marca, modelo y ajustes reales de relés, unidades de disparo y fusibles. El ajuste que está cargado en el equipo, no el del plano.
5. Tipo de cada equipo: tablero, celda, CCM, caja de paso; su encerramiento y sus dimensiones, y la separación entre barras.
6. Procedimientos de operación: qué se maniobra con tensión, desde dónde y con qué distancia de trabajo.

Si no hay ajustes registrados, los leemos de los relés; muchas veces también se hace en remoto.

Método y norma

El cálculo sigue IEEE 1584-2018, la guía de IEEE para calcular la energía incidente y la frontera de arco. Su modelo cubre equipos trifásicos de corriente alterna de 208 V a 15 kV y se apoya en más de 1800 ensayos, frente a unos 300 de la edición de 2002. Los pasos, sin entrar en el programa de cálculo, son:

1. Cortocircuito franco en cada barra, con el modelo de la red. Vea estudio de cortocircuito.
2. Corriente de arco, que es menor que la franca, y una segunda corriente reducida que pide la norma para cubrir la variación del arco. Las dos se evalúan, porque una corriente menor puede hacer que la protección tarde más.
3. Tiempo de despeje: se lee en las curvas de la protección que realmente abre la falla. Aquí el estudio depende del estudio de coordinación de protecciones.
4. Configuración de electrodos: IEEE 1584-2018 distingue cinco (VCB, VCBB, HCB, VOA y HOA): barras verticales u horizontales, dentro de un encerramiento o al aire, con o sin barrera aislante al final. La horizontal en caja empuja el arco hacia afuera y suele dar la energía más alta.
5. Energía incidente y frontera a la distancia de trabajo de cada equipo.

Por encima de 15 kV la guía ya no aplica y se usan otros métodos, que el informe debe declarar. Con la energía calculada, NFPA 70E permite elegir la protección por dos caminos: el análisis de energía incidente, que da el valor exacto por equipo, o el método de categorías de EPP con sus tablas, que solo vale dentro de los límites de corriente y tiempo de esas tablas. Las categorías piden ropa con una clasificación de arco mínima:

Qué entregamos

• Memoria de cálculo con el modelo, los supuestos, los escenarios de operación y la norma y edición usadas.
• Tabla por equipo: corriente de falla franca y de arco, protección que despeja, tiempo, distancia de trabajo, energía incidente, frontera de arco y protección requerida.
• Etiquetas listas para imprimir, con la tensión nominal, la frontera de arco y la información de protección (energía incidente a la distancia de trabajo o categoría de EPP, según el método elegido), y el aviso que pide el RETIE.
• Recomendaciones de mitigación priorizadas, con el efecto de cada una sobre la energía.

Hallazgos típicos y lo que cuestan si se ignoran

• Energía alta en el lado de línea del interruptor principal. Una falla entre el transformador y el interruptor principal de baja tensión solo la despeja la protección del primario, que suele ser lenta. Ignorarlo expone al electricista que abre ese tablero a la energía más alta de la planta.
• Ajustes conservadores que alargan el arco. Un retardo de corto tiempo puesto «por si acaso» multiplica la energía. Se corrige con modo de mantenimiento, enclavamiento selectivo por zonas, protección diferencial o relés de detección de arco por luz y corriente.
• Etiquetas viejas o genéricas. Una etiqueta que no corresponde al ajuste actual hace que el trabajador elija mal su ropa; un accidente así tiene consecuencias legales y laborales serias para la empresa.
• Corriente de arco baja que no ve la instantánea. Con generación de emergencia o con poca corriente de cortocircuito, la protección puede caer en su curva lenta. Por eso se estudian los escenarios de mínima.

Un arco grave detiene la producción, destruye el equipo y, lo más importante, puede dejar a una persona con quemaduras graves. El estudio cuesta mucho menos que cualquiera de esas consecuencias.

Estudios eléctricos con Tiza Group

Nuestro equipo hace el estudio de arco eléctrico junto con el cortocircuito y la coordinación, porque los tres comparten el mismo modelo, y le propone ajustes que bajan la energía sin perder selectividad. Si los ajustes nuevos hay que cargarlos, lo hacemos con configuración remota de relés o en sitio. Vea nuestros estudios eléctricos y escríbanos por contacto con su unifilar.

Guías relacionadas

• Estudio de cortocircuito: IEC 60909 y ANSI/IEEE
• Selectividad en baja tensión
• Coordinación y selectividad de protecciones eléctricas
• Unidad de disparo de baja tensión
• Tablero de baja tensión y CCM
• Celdas de media tensión
• Certificación RETIE y dictamen de inspección

Referencias

• IEEE 1584-2018, IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations.
• NFPA 70E-2024, Standard for Electrical Safety in the Workplace.
• OSHA 29 CFR 1910.269, Electric Power Generation, Transmission, and Distribution.
• RETIE, Resolución 40117 de 2024 del Ministerio de Minas y Energía, y sus modificaciones (numerales 3.3.1.1 y 3.10.5).

Preguntas frecuentes