Evolución del Calculo de Arco eléctrico: desde 1980 a la fecha
Una
de las principales variables utilizadas para la energía incidente y los
cálculos de las fronteras límites de arco eléctrico es la corriente de
cortocircuito por arco. La forma en que se calcula la corriente de arco ha
pasado por una evolución que comenzó en la década de 1980 hasta hoy.
La
corriente de arco siempre será menor que el cortocircuito "franco"
determinado mediante la realización de un estudio de cortocircuito
"tradicional" que se utiliza para evaluar la capacidad interruptiva
de los dispositivos de protección. Durante un arco eléctrico, la corriente de
cortocircuito fluye a través de un espacio de aire que introduce una impedancia
de arco. El resultado es que la corriente de cortocircuito por arco siempre
será menor que la corriente de cortocircuito franco en el mismo lugar.
¿Por
qué sería tan importante una corriente reducida por la impedancia del arco?
Parece que más corriente sería una situación peor. Al evaluar las capacidades
interruptivas, una corriente mayor es el peor de los casos, pero en un estudio
de arco eléctrico es diferente.
La
energía incidente esperada por un arco eléctrico depende de dos variables
principales: la corriente de cortocircuito por arco y la duración del arco, que
se define por el tiempo que tarda en operar un dispositivo de protección aguas
arriba. Una corriente de arco más baja puede hacer que el dispositivo de
protección tarde más en dispararse, lo que resulta en una mayor duración y una
energía incidente mayor (y más peligrosa).
1980 - Sin corriente de arco
En
la década de 1980, también conocida como los primeros días de los cálculos de
arco eléctrico, las ecuaciones eran teóricas y bastante primitivas para los
estándares actuales, ¡pero fue un buen comienzo! Las primeras ecuaciones no
consideraron la corriente de arco y se basaron en la corriente de cortocircuito
franco. Al determinar cuánto tiempo puede tardar un dispositivo de protección
en funcionar, esa característica tiempo-corriente es usada. Si se utilizó la
corriente de cortocircuito franco, podría indicar que el dispositivo de
protección se dispara instantáneamente. Sin embargo, la corriente de arco más
baja (y desconocida) podría hacer que el dispositivo tarde más en dispararse,
lo que llevaría a una mayor energía incidente.
2000 – Corriente de falla franca y
38%
Las
ecuaciones de un documento técnico publicado en 2000 se enumeran en el Anexo
D.3 de NFPA 70E. Estas ecuaciones se basan en pruebas reales de arco eléctrico,
una mejora significativa de los métodos teóricos anteriores. Sin embargo, todavía
no había ecuaciones de cortocircuito por arco. Como alternativa, el método hace
referencia a investigaciones anteriores y afirma: "Para los sistemas de
480 V, la industria aceptó que el nivel mínimo para una falla de arco sostenido
es el 38% de la falla franca disponible". Eso fue todo: multiplique la
corriente de cortocircuito franco por 38% y determinar si la corriente reducida
hace que el dispositivo de protección tarde más en funcionar, lo que genera una
mayor energía incidente. ¡ES UN PROGRESO!
2002 - Corriente por arco y 85%
Cuando
se publicó la primera edición de IEEE Std. 1584 en 2002, una de las mejoras más
significativas fue la introducción de ecuaciones de corriente de cortocircuito por
arco. Sin embargo, dado que podría haber muchos factores desconocidos que
influyen en la corriente de arco real, comúnmente se le conoce como
"estimación". Como estimación, ¿qué pasa si la corriente de arco real
es menor? De nuevo, podría resultar en que el dispositivo de protección tarde
más en operar y conduzca a una mayor energía incidente.
¿La
solución? Agregue un paso adicional donde la corriente de arco estimada
simplemente se multiplicaría por 85% y el tiempo de operación del dispositivo
de protección se reevaluaría con la corriente ligeramente más baja. El caso del
100% y el caso del 85% se compararían y el peor de los casos se usaría para el
resultado del estudio. El multiplicador del 85% se usó para todos los cálculos
de corriente de arco para sistemas de menos de 1000 V.
2018 - Corriente de arco y VarCf
Basada
en casi 2000 nuevas pruebas de arco eléctrico, la Edición 2018 de IEEE Std. 1584
ha realizado más mejoras en los cálculos de corriente por arco para una mayor
precisión. Sin embargo, las nuevas ecuaciones son mucho más complejas e
incluyen diferentes configuraciones de electrodos, diez coeficientes diferentes
y otras variables. El proceso implica varios pasos de cálculo, incluida la
determinación de la "Corriente de arco promedio intermedia" con
ecuaciones basadas en 600, 2700 y 14,300 V. El segundo paso es utilizar la(s)
corriente(s) intermedia(s) y resolver la corriente de arco final a la tensión
específica del sistema.
Al
igual que en la edición de 2002, se calcula una segunda duración de arco
utilizando una corriente de arco reducida para determinar si hay un efecto en
el tiempo de funcionamiento del dispositivo de protección. A diferencia del
valor fijo del 85% utilizado en la edición de 2002, la edición de 2018 ha
introducido una nueva ecuación para un Factor de corrección de variación de
corriente de arco VarCf
que se utiliza para todas las tensiones de 208 a 15,000 V. El VarCf depende en gran medida
de la tensión y tiene el mayor impacto en tensiones entre 208 y 600 V.
La evolución continúa
Se
han necesitado varias décadas, cientos de personas, decenas de miles de horas
hombre y millones de dólares en investigación para llevar nuestra comprensión
del arco eléctrico y los cálculos relacionados a este nivel. Algunos dicen que
el costo y el tiempo es demasiado. Para los trabajadores eléctricos que han
sobrevivido a un arco eléctrico con lesiones mínimas o nulas debido a este
esfuerzo, saben que vale la pena.
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