Análisis de los Sistemas de Análisis de los Sistemas de detección de detección de Arco InternoArco Interno

Medium Voltage

Raul Piña TovarRaul Piña TovarTechnical Support ManagerTechnical Support ManagerTel. 52 (55) 53284263 Tel. 52 (55) 53284263 ee--mail. raul.pina@siemens.commail. raul.pina@siemens.com

Arco Interno

Accidente Eléctrico

Circulación de corrientea través del cuerpo por

Contacto Directo

Contacto Indirecto

Accidentes eléctricos

ENERGY ED MV

Eléctrico ArcFlash (arco eléctrico)

Es un cortocircuito a través del aire, producido cu ando:

•Es aislamiento entre dos conductores energizados se colapsa•Idem entre un conductor y tierra, provocan una expl osión a causa de una liberación de energía

¿Que es un riesgo por Arco eléctrico?

NFPA 70E define un riesgo de arco eléctrico

Arco Interno

ENERGY ED MV

NFPA 70E define un riesgo de arco eléctrico como:

“una situación de peligro asociada con la liberación de energía causada por un arco eléctrico.”

(un riesgo más allá del shock y electrocución).

¿Cuando ocurre un Arc Flash?

�Como consecuencia de un falso contacto

�Fallas de aislamiento

Arco Interno

ENERGY ED MV

�Defecto de componentes

�Mal dimensionamiento de equipos

�Mantenimientos inadecuados

�Contactos accidentales inadvertidos de herramientas

�Partes sueltas durante maniobras

Tipos de riesgo por Arco Electrico

Hay principalmente cinco maneras en que un arco eléctrico

(ArcFlash) puede ocasionar daño e incluso la muerte:

� Riesgo Térmico

ENERGY ED MV

� Riesgo por Presión

� Riesgo de Audición

� Riesgo por Proyectiles

� Riesgo por Inhalación

¿Que es lo que sucede?

ENERGY ED MV

Presión

� Al vaporizarse, el cobre se expande en un factor de

67.000.

� 1 cm3 de cobre, al vaporizarse ocuparía el volumen

ENERGY ED MV

� 1 cm3 de cobre, al vaporizarse ocuparía el volumen de un cubo de 41cm de lado, es decir 67.000 cm3.

� A 60 cm de distancia, un cortocircuito de 22 KA puede producir alrededor de 230Kg sobre el operario.

Audicion

� El cambio brusco de presión puede causar la ruptura de

tímpanos o bien la pérdida permanente de la audición .

� Los niveles sonoros producidos por un arco eléctrico puede

ENERGY ED MV

� Los niveles sonoros producidos por un arco eléctrico puede

superar los 160dB. Como referencia, un disparo de revolver es de

130dB.

� Como medida, siempre se debe proveer protección para los

oídos en lugares donde es posible que se produzca un accidente

por Arc Flash.

Proyectiles

� Se expulsan partes de metal fundido e impurezas a gran velocidad.

Nota: El objetivo de la vestimenta para retardo de fuego es únicamente reducir los efectos térmicos frente a un arco eléctrico y n o frente a proyectiles.

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Inhalacion

�La inhalación de aire extremadamente caliente, metal fundido y/o

metal en forma de vapor, aislamientos quemados, humo, etc.,

pueden ocasionar daños severos en los pulmones

Accidentes por arco electrico

�En promedio, se reportan entre 5 y 10 accidentes por arco eléctrico todos los días en Estados Unidos

Arco Interno

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todos los días en Estados Unidos

�Se estima que ocurren muchos más accidentes, pero que no son reportados

¿De que depende la severidad de un arco electrico?

La energía térmica que se libera durante la falla está en función de:

�1. Corriente de cortocircuito y la tensión del sistema

�2. Distancia al punto de cortocircuito

�3. Tiempo de exposición del arco, interrupción de la energía

ENERGY ED MV

La falla puede ocurrir, por ejemplo, durante tareas de mantenimiento a cargo

de personal de la planta o de subcontratistas, o como un evento al azar en

un equipo que haya vencido el aislamiento entre sus conductores debido a

una sobretensión, etc.

A menudo causa serios daños o incluso la muerte a menos que se empleen

tableros a prueba de arcos internos y aun mejor con detectores de arco

interno.

Proteger vidas

Hay 5 criterios definidos, cada criterio debe ser probado y evaluado positivamente sin excepción

Criterio 1: Las puertas y cubiertas permanec en c cerradas

Clasificación de arco interno IAC A FLR

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c cerradas

Criterio 2: No pueden haber proyecciones de trozos pequeños (>60 g)

Criterio 3: No se deben originar orificios en las caras accesibles

Criterio 4: Los indicadores no deben inflamarse

Criterio 5: Las conexiones a tierra deben perdurar

Sistema de detección de arco mas populares conforme a IEC-ANSI

El efecto de la fase térmica puede ser reducido con la pronta detección

del arco y aislando el tablero en >100ms

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Sensores de arco más populares:

�Presión: Reacciona al aumento de presión

�Luz: reaccionan ante la luz y aumento de corriente

�Diferencial de Barras

RELEVADOR DIFERENCIAL DE BARRAS

ENERGY ED MV

CONEXIÓN ATRAVES DE TRANSFORMADORES DE ADAPTACION .

Al conectar a través de transformadores de adaptaci ón basta con un solo relevador del tipo 7UT612, para el bus principal, y a que aquí las 3 corrientes de fase respectivas de cada derivación, se suman en un trasformador de adaptación (TM ) formando una corriente equivalente monofásica . Debido a la mezcla asimétrica de las corrientes de las fases la sensib ilidad es distinta para diferentes clases de fallo. Es necesario definir un a corriente unitaria para el bus principal.

Sensores: : : : Dependientes de presión

Interruptores de presión con tubos como

sensores

Unidad de prueba (opcional)

Relevador de bloqueo de disparo (Opcional)

ENERGY ED MV

Sensores: Dependientes de luz

ENERGY ED MV

Componentes:1. Foto diodo como sensor.2. Conexión entre el sensor y la unidad esclava.3. Unidad esclava para transmitir la señal a la unidad maestra.4. Unidad maestra para prevenir disparos innecesarios.

Comparación de sistemas detectores de arco

Presión Luz

Detección de arco Pico de presión (dinámico)

Aumento en la intensidad luminosa (dinámico)

Componentes requeridos

1. Sensor: Un simple tubo en cada compartimiento de media tensión con su respectivo interruptor en el compartimiento

1. Sensor: Un fotodiodo en cada compartimiento (la luz se transforma en corriente).

ENERGY ED MV

interruptor en el compartimiento de baja tensión.

2. No aplica.

3. Relevador de bloqueo de disparo (Opcional).

2. Filtro pasa bandas y amplificador (unidad esclava) y de forma opcional una unidad maestra.

3. Relevador de bloqueo de disparo (Opcional).

Comparación de sistemas detectores de arco

Presión Luz

Interferencia electromagnética

No cables eléctricos en el comportamiento de alto voltaje.

Cuestionable, como fotodiodos en el compartimiento de media tensión. En otro caso se requieren fibras ópticas.

Confiabilidad ante El sistema reacciona a un aumento El sistema es sensible a otras

ENERGY ED MV

Confiabilidad ante comportamientos no deseados

El sistema reacciona a un aumento de presión en caso de un arco.

El sistema es sensible a otras perturbaciones luminosas. Además una unidad maestra con protección de sobre corriente es necesaria.

Prueba de sistema Simple dispositivo de prueba (botella con bomba de presión) (Opcional)

Luz de flash. Necesario accesar al compartimiento de media tensión.

Comparación de sistemas detectores de arco

Presión Luz

Criterio para el disparo

Señal directa del interruptor de presión u opcionalmente del relevador de bloqueo de disparo.

Señal de la unidad maestra y además una protección de sobrecorriente para evitar disparos en falso. Un relevador opcional de disparo puede ser utilizado.

ENERGY ED MV

utilizado.

Costo de instalación Económico Costoso

Nosotros recomendamos un sistema dependiente de pre sión

• Más confiables que los de luz debido a que son meno s interfaces.• No implica compromiso en requerimientos técnicos.• Una prueba en línea es opcional.• Más barato en comparación con los sistemas dependie ntes de luz.

Presion caracteristica de una falla por arco

ENERGY ED MV

Arco interno de 31.5 KA de un segundo en el compart imiento de cables.

Presión característica de una falla por arco

ENERGY ED MV

Arco interno de 31.5 KA de un segundo en el compart imiento del interruptor.

Presion característica de una falla por arco

ENERGY ED MV

Arco interno de 31.5 KA de un segundo en el compart imiento del Bus

Presión característica de una falla por arco

ENERGY ED MV

1. Mayor pico de presión en los primeros 10 ms.

2. El pico de presión causa un daño severo al tabler o.

3. Fase térmica después de 100 ms.

4. Durante la fase térmica el material se derrite, s e vaporiza y descompone. Esto resultará en un incendio que emi ta gases calientes y productos descompuestos.

Presión de operación del interruptor. 10 ±0,75 hPa

Presión de reset del interruptor.3 ±0,75 hPa

Datos técnicos del interruptor de presión

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Corriente de arco mínima para operación (para un compartimiento con un volumen mayor a 1.3 m3).

4 kA

Tiempo de respuesta del detector de presión.10-15 ms

Tiempo de apertura del interruptor con bobina de disparo normal.

< 45 ms

Ensamble del interruptor de presion en el NXAIR, para deteccion de arco

interno

1. Relevador de bloqueo de disparo (opcional).

2. Interruptores de presión.

ENERGY ED MV

2. Interruptores de presión.

3. Tubos.

ARCO ELÉCTRICO

100ms

ARCO ELÉCTRICO

1s

ARCO ELÉCTRICO

1S

� Confinamiento del arco interno al compartimento respectivo: Ninguna consecuencia sobre compartimentos adyacentes en caso de arco interno, verificación por medio de ensayo con

Confiabilidad y satisfaccion, aumenta la productividad

NXAIR: Separadores resistentes a la presión, alivio de presión

ENERGY ED MV

interno, verificación por medio de ensayo con tensión asignada.

� Alivio de presión de todos los compartimentos hacia arriba a un canal común.Alivio definido de este canal por medio de un absorbedor hacia la sala de las celdas.

� Cantidad y posición de los absorbedores dependiente de la cantidad de celdas y de los dispositivos en el embarrado.

Confiabilidad y satisfaccion, aumentar la productividad

ENERGY ED MV

Alivio de presión del sistema de canalización por medio de un absorbedor

Alivio de presión hacia el sistema de canalización

Tapas de alivio de presión para el compartimento d el dispositivo de maniobra, así como para el canal tr asero de alivio para los compartimentos de conexión y de embarrado

Proteccion de vidas

� Todas las operaciones de maniobra con alta tensión A PUERTA A PUERTA

CERRADACERRADA

� Indicadores de posición del interruptor y elementos de control sobre

la puerta de alta tensión

ENERGY ED MV

�� BLOQUEOS ENBLOQUEOS EN LA PUERTALA PUERTA de alta tensión, no es posible SU SU

APERTURAAPERTURA si el interruptor no esta desconectado y fuera de s ervicio

� Bloqueos mecánicos lógicos de un sistema metal clad removible,

TODO ATODO A PUERTA CERRADAPUERTA CERRADA

� Uso de los interruptores libre de mantenimiento

� Grado de protección estandarizado IP 3X D

ARCO ELÉCTRICO

1. Si el interruptor y las protecciones están instalad os, operados y con

mantenimiento según las instrucciones del fabricant e, debe existir una

pequeña probabilidad de que ocurra un arco eléctric o durante su vida en

servicio, pero este no puede ser completamente desc artado.

Conclusiones

ENERGY ED MV

2. Un tablero calificado para arco eléctrico por la I EC62271-200 ofrecerá la

mayor seguridad al personal en el periodo en el que el tablero fue probado.

3. Para reducir los efectos de la fase térmica, un sis tema de detección de arco

que lo limite en los primeros 100ms es la opción más recomendablees la opción más recomendable.

4. Si un sistema de detección del arco es requerido, e ntonces el sistema el sistema

basado en presión es el recomendado.basado en presión es el recomendado.

Gracias por Gracias por su atenciónsu atención

Medium Voltage

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