Arco Electrico

TCNICAS DE ALTA TENSIN

INGENIERA ELCTRICA - UNSA Pgina 1

DEDICATORIA

El presente tema de investigacin est dedicado con mucho cario

a mis padres quienes me brindan su apoyo, incentivacin a lo largo

de mi formacin acadmica

que necesito para trabajar da con da,

ya que son los testigos del trabajo perseverante

para lograr un nuevo xito en mi vida profesional.



Contenido INTRODUCCIN........................................................................................................................ 4

QU ES UN ARCO ELCTRICO?............................................................................................... 5

DEFINICION .............................................................................................................................. 7

CARACTERISTICAS DE UN ARCO ELECTRICO ......................................................................... 10

CONSECUENCIAS DE LA EXPOSICION A UN ARCO ELCTRICO ................................................ 11

CAUSAS DEL ARCO ELCTRICO ............................................................................................. 13

RIESGOS POR ARCO ELECTRICO ........................................................................................... 14

LESIONES POR ARCO ELECTRICO .......................................................................................... 15

PROBABILIDAD DE SOBREVIVIR ............................................................................................. 17

EL ARCO ELECTRICO EN INSTALACIONES .............................................................................. 18

ENERGIA LIBERADA POR UN ARCO ELCTRICO ....................................................... 19

ENSAYOS DE ARCO ELCTRICO DE INDUMENTARIA DE PROTECCION ................ 19

ENSAYOS DE ARCO ELCTRICO EN EL LABORATORIO DE POTENCIA .................. 21

EXTINSION DEL ARCO ............................................................................................................ 30

ELEMENTOS PARA LA EXTINCIN DEL ARCO ........................................................... 31

CRITERIOS METODOLOGICOS PARA LA EVALUACION DEL RIESGO ........................................ 37

DIFERENCIAS ENTRE FALLAS FRANCAS Y FALLAS POR ARCO ELCTRICO ............................. 39

COMPONENTES PROPUESTOS PARA LA ELABORACION DE UN PROGRAMA DE PREVENCION

DE RIESGO POR ARCO ELECTRICO ........................................................................................ 41

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 43

BIBLIOGRAFIA................................................................................................................... 44



ARCO ELCTRICO



INTRODUCCIN

Recientemente con el incremento de los daos, las perdidas humanas y

econmicas que son causadas por el Arc Flash, se ha puesto especial inters en los

eventos del arc flash en equipos que operan en diferentes niveles de voltaje.

Donde la energa incidente del arqueo de una falla es directamente

proporcional al tiempo de aislamiento del arco, reduciendo el tiempo de arqueo se

tiene un beneficio muy bueno. Esto tambin resulta benfico en la reduccin del

nivel del equipo de proteccin personal (PPE) y limitando ambos daos directo y

colateral de los equipos.

El arco elctrico no es un invento; se le present ya al primer fsico que

intent abrir un circuito recorrido por una corriente elctrica.

En efecto, el circuito, siempre inductivo, dota a los electrones de suficiente

energa para salvar la distancia que aparece en la zona de separacin de los

conductores.

Normalmente, son estos electrones pioneros los que ionizan el gas, sea el

que sea, y la creacin de plasma facilita desde el principio el paso de la corriente.

En estas condiciones podramos imaginar que la ruptura total es muy difcil

de conseguir a no ser que, un mejor conocimiento de este fenmeno nos permita

descubrir algunas propiedades que nos van a resultar irreemplazables.

Un arco elctrico o el arqueo de una falla es un flashover de corriente elctrica

a travs del aire en los equipos elctricos con un conductor vivo expuesto a otro o a

tierra. El Arc Flash es peligroso debido a la exposicin excesiva de calor y serios

daos por quemaduras causadas por el arqueo de una falla en los sistemas

elctricos. El arco elctrico produce intenso calor, explosiones sonoras y ondas de



presin. Se tienen temperaturas extremadamente altas, intenso calor radiante,

puede quemar la ropa y causar severas quemaduras que pueden ser fatales.

QU ES UN ARCO ELCTRICO?

El aire tiene propiedades aislantes respecto a la conduccin de la corriente

elctrica. Sin embargo, si la diferencia de potencial elctrico entre dos puntos

separados por aire una cierta distancia es lo suficientemente grande, puede

superarse la rigidez dielctrica del mismo, permitiendo pasar la corriente a travs

de l. En ese momento se produce el denominado arco elctrico, una especie de

salto de la corriente elctrica a travs del aire desde un elemento conductor a

otro.

En un arco elctrico pueden producirse temperaturas de miles de grados

centgrados, temperaturas capaces de fundir los elementos metlicos, normalmente

de cobre, existentes en sus proximidades.

Tras generarse el arco, se produce una dilatacin sbita del aire (explosin) que

proyecta los metales fundidos (a modo de metralla) a distancias que pueden

alcanzar varios metros.

Todas estas caractersticas hacen que un trabajador expuesto a un arco elctrico

pueda verse expuesto, entre otros, a los siguientes tipos de riesgos:

Altas temperaturas y emisin de radiaciones ultravioletas, capaces de provocar

quemaduras de tercer grado a la persona expuesta.

Proyecciones de materiales fundidos, con capacidad para penetrar en el cuerpo de

la persona afectada.

Altos niveles de ruido que pueden producir roturas timpnicas (posibilidad de

superar los 160dB).



Ionizacin del aire circundante, pudiendo provocar arcos en cadena entre otros

elementos en tensin.

El dao potencial que el arco es capaz de producir va a depender bsicamente de:

1) Intensidad de cortocircuito en el punto de operacin (Icc).

2) Tiempo de respuesta de las protecciones elctricas instaladas.

La Icc va a estar en funcin de:

Punto de la instalacin en el que nos encontremos (a medida que nos alejemos del

transformador su valor se ir reduciendo paulatinamente).

Intensidad nominal en el punto de operacin.

Intensidad que ser lgicamente proporcional a la potencia admisible en el circuito.

Tensin de alimentacin.

El tiempo de respuesta de las protecciones elctricas instaladas ser a su vez

funcin de:

Caractersticas intrnsecas de los equipos de proteccin, tiempo de apertura.

Estado de mantenimiento de los mismos.

Criterio de selectividad definido en funcin de los requerimientos funcionales de la

instalacin.

No slo valores altos de Icc son capaces de provocar daos significativos, al ser el

tiempo de respuesta de los dispositivos de proteccin funcin del nivel de la Icc, si

la Icc es ms pequea, aumentar el tiempo de respuesta del dispositivo de

proteccin, incrementndose as tambin el nivel de riesgo.



DEFINICION

Un arco elctrico es una descarga que se mantiene por s misma en una atmsfera

gaseosa.

Esta descarga se origina por la ionizacin del gas y produce un enlace elctrico

conductor entre electrodos de diferente potencial, con diferente relacin de fases o

entre una de estas fases y tierra.

Los arcos elctricos no aparecen solo en cortocircuitos, sino tambin en acciones de

desconexin o interrupcin de circuitos elctricos bajo corriente (fusibles,

interruptores, cables, conexin de cables, puntos de fijacin) si no se toman

precauciones especiales.

Tambin estos arcos elctricos de conexin pueden provocar arcos elctricos.

Sin embargo las mayores energas se liberan en caso de arcos elctricos por

cortocircuito.

Mientras que en el sector de baja tensin se necesita antes de un cortocircuito

galvnico para que se produzca un arco elctrico, en el sector de alta tensin solo el

hecho de no mantener la correspondiente distancia de aire a las piezas que se

encuentran bajo tensin es suficiente para el surgimiento de un arco elctrico

(descarga disruptiva o contorneo).

Los arcos elctricos representan un riesgo de consideracin teniendo en cuenta la

exposicin al calor excesivo, explosin y enormes rfagas de presin que genera,

funde los materiales de los equipos, los cuales son expulsados como partculas y

pueden producir quemaduras severas incluso fatales.



La liberacin de electrones en el arco elctrico se produce desde el ctodo por

termo-emisin, la temperatura necesaria para alcanzar este estado de actividad la

provoca el mismo arco, a travs de la delgada zona de intenso campo elctrico que

aparece delante de dicho electrodo, y en el cual, los iones positivos libres que van

llegando, experimentan una gran aceleracin, impactando fuertemente el metal del

electrodo catdico, lo que causa el aumento de temperatura.

De este modo, el arco se mantiene por simple emisin trmica; sin embargo esto no

explica la alta densidad de corriente, adems, de la causa que aporta el trabajo

necesario para el arranque de los electrones al ctodo.

La causa hay que atribuirla a la gran intensidad de campo elctrico que existe

frente al electrodo (zona de cada de tensin catdica), capaz de equilibrar las

fuerzas que tienden a mantener unidos los electrones al ctodo.

En la figura, se pretende mostrar el comportamiento ideal de un arco elctrico.

La temperatura en el ctodo llega a 1900C, como mnimo y frente al mismo queda

una franja de 10-4cm de espesor mximo (zona de cada de tensin catdica) en la

que se pierden de 5 a 20V, a los que corresponde una intensidad de campo de 50 a

1000 kV/cm.

Este espacio se encuentra lleno de vapores metlicos procedentes del electrodo que

a esta temperatura ya est fundido, el vapor est lleno de abundantes iones

positivos con escaso nmero de electrones a los que les corresponde un 10 al 20%

de la corriente transportada.

La potencia desarrollada, con una corriente de 10kA, sera de 50 a 200kW, y

proviene de la energa cintica y potencial de los iones positivos, aumentada por las

reacciones qumicas y el calor de la columna gaseosa.

Toda esta energa cubre las prdidas producidas por las radiacin, conveccin y

conduccin trmica, vaporizacin del electrodo y arranque de los electrones.

A continuacin del campo de tensin catdica se establece el espacio ameante

(llama catdica), conocida como zona de transicin, se guido de la columna del



arco, que puede llegar a ser del orden de centmetros, incluso hasta metros, sin que

vare la naturaleza del arco.

La columna de arco se compone de molculas gaseosas, y no de molculas

metlicas, por efecto de la difusin.

El transporte de las cargas es debido a los electrones, que alcanzan una velocidad

alrededor de los 16km/s y una temperatura en su ncleo cerca de los 20000C.

Luego nos encontramos otra zona de transicin (llama andica), en la que tambin

se presenta una cada de tensin (zona de cada de tensin andica), esta franja es

de espesor superior a 10-4cm, la intensidad de campo y la cada de tensin en esta

zona es inferior a la del ctodo, llegando a ser esta ltima de 2 a 6V.



En el nodo, la temperatura alcanza los 2200C y los electrones predominan sobre

los iones positivos, ya que este, atrae a los de signo contrario; esta zona tambin se

encuentra llena de vapores de metal, debido a la alta temperatura.

Pero cabe preguntarse: De dnde proviene la alta temperatura, en un arco

elctrico?

La respuesta es simple, esta proviene del transporte de iones y electrones, a travs

de la masa gaseosa, anlogo al caso de un conductor metlico, o mejor an, lquido.

Los portadores de cargas, se ven acelerados por la accin del campo elctrico en la

direccin longitudinal del arco, y los choques elsticos, entre ellos y las molculas

del gas, hace que vayan ganando temperatura, y a la vez se la transmitan a las

molculas neutras del gas.

CARACTERISTICAS DE UN ARCO

ELECTRICO

Un arco elctrico oscilar y aumentar / se intensificar si no es

Controlado/limitado en su expansin

Un arco elctrico monofsico puede envolver un segundo o un tercer

conductor en solo dos ciclos

La corriente de un arco elctrico lanza / impulsa al arco lejos de la fuente de

energa



CONSECUENCIAS DE LA EXPOSICION A UN

ARCO ELCTRICO

Los efectos que puede causar un arco elctrico, son muchos, empezando con las

graves lesiones por quemadura o prdida de vidas humanas, la posible prdida en

el suministro del servicio, prdidas materiales, daos a las instalaciones, entre

otras.

En resumen, los riesgos a los que se encuentran expuestas las personas, al

presentarse una falla de arco, son:

* Calor: las altas temperaturas que se presentan en un arco pueden causar

quemaduras mortales a distancias de hasta 3m.

* Presin (Arc Blast): el arco elctrico no solo tiene una alta temperatura, sino

tambin una onda de presin de hasta 0.3MPa, que equivale a una presin de

30T/m2, que podra arrojar a una persona varios metros, o desprender objetos.

*Objetos: debido a la alta presin que se presenta, un arco elctrico puede contener

metal fundido u objetos que se desprenden de celdas, los cuales al viajar a altas

velocidades y presiones actan como proyectiles.

*Sonido: el sbito aumento de presin en el momento que se presenta el arco

elctrico, puede producir sonidos de hasta 140dB, que pueden producir daos en el

sistema auditivo.

*Productos txicos: la desintegracin de los materiales y el humo liberado,

producto de un arco elctrico, constituyen un gran peligro para las personas que se

encuentren cerca e inhalen estos, produciendo severos daos a los pulmones.

*Radiacin ultravioleta: Un arco elctrico produce una luz brillante y tambin

emite rayos ultravioleta e infrarrojos invisibles, los cuales pueden producir

quemaduras a los ojos y la piel.



En la grfica, se muestra la tolerancia de la piel a la temperatura, segn el tiempo

de exposicin. Se muestran dos curvas de comparacin, que se utilizan para

pronosticar el comienzo de quemaduras de segundo grado, en ella se puede

observar que para un tiempo superior a 0.1s y una temperatura mayor a 96C, se

presenta muerte del tejido de la piel, y para este mismo tiempo, con una

temperatura por debajo de 80C, se producira una quemadura curable.

Las consecuencias de la exposicin al arco, dependen de lo siguiente:

El nmero de veces en que los trabajadores laboran expuestos a equipos

energizados.

Condiciones de los equipos.

Condiciones y tipo de herramientas utilizadas y uso de elementos de

proteccin personal.

De la complejidad de la labor a desempear.

Del entrenamiento, habilidades, agilidad mental y fsica de la persona que

realiza la labor.



CAUSAS DEL ARCO ELCTRICO

El arco puede ser iniciado por las siguientes causas:

Impurezas y Polvo

Las impurezas y polvo en la superficie del aislamiento pueden proporcionar un

camino para la corriente, permitiendo un flashover y creando la descarga del arco a

travs de la superficie. Esto puede desarrollar un mayor arqueo.

Corrosin

La corrosin de los equipos puede proporcionar impurezas en la superficie del

aislamiento. La corrosin tambin debilita el contacto entre las terminales de los

conductores incrementando la resistencia de contacto a travs de la oxidacin u

alguna otra contaminacin corrosiva.

La condensacin del vapor y el goteo del agua pueden crear un camino en la

superficie de los materiales aislantes. Esto puede crear un flashover a tierra y la

intensificacin del potencial del arco de fase a fase.

Contactos Accidentales:

El contacto accidental con la exposicin de las partes vivas puede iniciar el arco de

una falla.

Cada de Herramienta

La cada accidental de la herramienta puede causar un cortocircuito momentneo,

produciendo chispas e iniciando el arco.



Sobre-Voltajes a travs de espacios estrechos:

Cuando el espacio de aire entre conductores de diferentes fases es muy estrecho

(debido a la mala calidad o al dao de los conductores), el arco puede ocurrir

durante los sobre-voltajes temporales.

Falla de los materiales aislantes.

El arco elctrico tambin es causado por lo siguiente:

Utilizacin o diseo inapropiado del equipo.

Procedimientos de trabajo inapropiados.

RIESGOS POR ARCO ELECTRICO

Algunos de los riesgos del arqueo de una falla son las siguientes:

Calor

Quemaduras fatales pueden ocurrir cuando la victima se encuentra a varios metros

del arco.

Serias quemaduras son comunes a una distancia de 3 metros.

Objetos

La extensin del arco produce la cada de pequeos objetos metlicos a alta

presin. La explosin puede penetrar el cuerpo.

Presin

La onda de presin de la explosin puede lanzar a los trabajadores a travs del

cuarto, noquendolos.

La presin en el pecho puede ser mayor a 2000 lb2ft.

Ropa

La ropa es quemada a varios metros.



El rea de la ropa, puede ser quemada ms severamente que la piel expuesta.

Prdida auditiva por explosin sonora.

El sonido puede tener una magnitud hasta de 140 dB a una distancia de 60.96 cm

del arco

LESIONES POR ARCO ELECTRICO

Descarga elctrica

Quemaduras graves

Prdida de la visin debido a la intensidad del destello de luz

Lesiones por la onda expansiva:



Heridas por esquirlas

Lesiones a los pulmones por la explosin

Ruptura de los tmpanos

Lesiones por las ondas de Presin

Un arco elctrico puede lanzar/arrojar/derribar a un trabajador:

De una escalera

Contra las paredes o equipos cercanos



Una presin de 2000 lbs/ft2 sobre el cuerpo puede causar:

Conmocin cerebral

Colapso de los pulmones

Otras lesiones internas

PROBABILIDAD DE SOBREVIVIR

La siguiente tabla muestra la probabilidad de sobrevivir de una persona de acuerdo

a su edad y porcentaje de quemaduras en el cuerpo.

Explicacin:

Una persona tiene posibilidad de sobrevivir al 100% si se encuentra en el rango de

edad de 20-29.9 aos y si slo sufri quemaduras del 25%. Una persona de edad

avanzada, por ejemplo si tomamos el rango de 50-59.9 aos, slo tiene la

probabilidad de sobrevivir del 60%, si en su caso sufri quemaduras del 50%. Esto



quiere decir, a mayor edad y con un porcentaje alto de quemaduras, menor ser la

probabilidad de sobrevivir.

EL ARCO ELECTRICO EN INSTALACIONES

Entre los numerosos riesgos a los que se ven sometidos los trabajadores que

desarrollan actividades con equipos elctricos, se encuentra la Exposicin al Arco

Elctrico.

Sus orgenes pueden ser variados: falla de un aislamiento, cada de una

herramienta, etc.

La falla o cortocircuito, en general, ir acompaado de un Arco Elctrico de

Potencia, que fcilmente puede alcanzar a un operario en las cercanas del hecho.

El Arco Elctrico representa Riesgos Graves (potencialmente fatales):

quemaduras por el intenso calor y el desprendimiento de partculas de metal

incandescente, ruido y presin peligrosos, etc.



Los Trabajadores en riesgo deben estar entonces protegidos de estos efectos,

para lo cual se les provee de Indumentaria de Proteccin adecuada.

La condicin y cantidad de calor a los que se pueden ver expuestos los

trabajadores en riesgo, se expresa generalmente en trminos de Energa Incidente

(cal/cm2 o kW.s/m2)

ENERGIA LIBERADA POR UN ARCO ELCTRICO En estas condiciones, es esencial entonces:

Estimar la energa que puede provenir del Arco Elctrico, en puntos

caractersticos de la instalacin.

Caracterizar el tipo de indumentaria necesaria, para proteger al

personal que desarrolle tareas en zonas con riesgo de exposicin al

arco elctrico.

NFPA 70E, National Fire Protection Association, Standard for Electrical

Safety Requirements for Employee Workplaces. IEEE Standard 1584: Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations. BGI/GUV-I 5188 E: Thermal hazards from electric fault arc. Guide to the selection of Personal Protective Equipment for electrical work.

ENSAYOS DE ARCO ELCTRICO DE INDUMENTARIA DE

PROTECCION Normas para el ensayo de indumentaria a ser utilizada ante riesgo de

exposicin a un arco elctrico:

Arco Elctrico

Abierto:

ASTM F1959

IEC 61482-1-1 (15 kV, 8 kA)

Energa Incidente -> Valor de

Proteccin Trmica del Arco (ATPV).



Arco Elctrico Confinado (Box Test):

IRAM 3904

IEC 61482-1-2

ENV 50354

Clase 1: 400 V, 4 kA

Clase 2: 400 V, 7 Ka



ENSAYOS DE ARCO ELCTRICO EN EL LABORATORIO DE

POTENCIA Arco Elctrico

Confinado (Box Test)

IRAM 3904



Arco Elctrico Confinado Box Test IRAM 3904

ARCO ELECTRICO 7 KA , 400 V



EXTINSION DEL ARCO

Formacin del arco:

Si en un sistema ocurre una falla, esta debe ser detectada por el sistema de

proteccin (sensibilidad), el que despus de un *t = rel debe dar la orden de

disparo al o los interruptores ms adecuados para aclarar o despejar la falla

(selectividad).

El o los interruptores cuyas bobinas de disparo han sido energizadas por los

rels, despus de *t = tiempo de apertura, empiezan a separar sus contactos a

travs de las cuales circula IF (KA).

Al separare los contactos, la corriente no cae a cero, ya que la R entre los

contactos aumenta y el I2R genera calor ionizado el aire y/o vaporizando el

ionizando el aceite, los que actan como un conductor debido al nmero de

electrones libres, permitiendo que circule la corriente.

El arco es una columna de calor, gas ionizado. La R arco es una resistencia

no lineal.

Extincin

No obstante que mediante la separacin de los contactos se puede llegar a

cortar el arco: R sube, por lo tanto I baja, no siempre es factible aumentar el arco al

valor necesario para apagarlo.

Tambin es factible reducir la ionizacin y la seccin del arco. Aumentar la

fuerza dielctrica del espacio del arco.



En general, para apagar un arco, primero se alarga (R sube) y luego se enfra

(se pueden agregar sustancias aislantes fras: aceite mineral, aire comprimido).

La extincin de un arco de C.A es mucho ms fcil que un arco de C.C,

debido a que la corriente alterna se hace igual a cero dos veces en cada ciclo.

Al pasar por cero la C.A el arco se corta; en ese instante se aumenta la

resistencia dielctrica entre contactos de manera que no se reencienda el arco (lo

que sucede 1,3,5,8 ciclos despus de iniciado el arco) ,es decir, la resistencia

dielctrica del espacio del arco debe aumentarse ms rpidamente que el voltaje a

travs de este mismo espacio.

ELEMENTOS PARA LA EXTINCIN DEL ARCO

Aire: Se emplean de preferencia para baja tensin y en algunos sistemas de

tensiones medias.

Al empezar a separarse los contactos A y B se establece arco en la base.

Calor generado, hace que la corriente de aire obligue al arco a ascender.

Las fuerzas electromagnticas dentro de un lazo tienden a aumentar su rea,

el arco es an ms impulsado hacia arriba.

El arco ms largo se enfra con mayor facilidad por conveccin, por

corrientes de aire y por radiacin. A mayor arco se necesita una mayor er para

mantenerlo.

En interruptores de este tipo el arco debe extinguirse antes de que llegue a

los extremos superiores de los cuernos.

Algunos interruptores emplean bobinas que producen un campo magntico

que contribuya al movimiento del arco hacia los extremos de los cuernos (soplo

magntico). Se emplean hasta nivel de distribucin. (> 23 KV).

Arco seccionalizado

Un mayor alargamiento del arco se logra si se emplean barreras de material



aislante, lo que permite interrumpir corrientes de mayor magnitud.

Las superficies de las lminas aislantes se pueden enfriar. El arco se alarga

por efecto de un soplo magntico (bobinas alimentadas por la corriente del sistema,

en serie con el arco).

Gran volumen aceite

Ventajas

Mayor conductibilidad trmica del aceite que el aire (enfra el arco y

los contactos).

Al formarse el arco el aceite vecino se evapora formando una

burbuja que lo rodea. La descomposicin del aceite produce un gas

con alto contenido de hidrgeno, el que es desfavorable a la formacin

de iones.

Los gases de alta presin introducen turbulencias dentro de la

columna del arco.

La interrupcin del arco depende:

Alargamiento

Refrigeracin

Introduccin de gas desfavorable a su formacin.

Cmara aislante

Cada polo o fase tiene doble cmara interruptiva conectadas en serie.

Cmara de contactos cerrados

Para tensiones y capacidades de ruptura o de interrupcin muy grandes, cada

fase de un interruptor va dentro de un tanque separado, aunque el

accionamiento de los tres polos es simultneo, por medio de un mando

comn.

Cmara de contactos abiertos

Al descender el contacto mvil, el arco sale por la garganta.

La parte del arco que esta dentro de la cmara genera gas que expele el aceite

por la garganta ponindolo en ntimo contacto con el arco, enfrindolo y

arrastrndolo fsicamente hacia fuera a los electrones libres y los iones

positivos.

En algunos diseos el soplo de aceite es transversal.



Soplo longitudinal soplo transversal

Peligro: Incendio de aceite en caso de que el tanque se rompa por presin

interna muy elevada.

Aire comprimido o aire a presin o neumtico

Ventajas:

Peligro de incendio est reducido a un mnimo.

Velocidad de separacin de los contactos puede ser muy grande.

Funcionamiento

Al tomarse el arco un chorro de aire e alta presin lo enfra y elimina el

gas ionizado de entre los contactos en separacin.

El poder de ruptura aumenta casi proporcionalmente a la presin del aire

inyectado, esta vara entre 8 y 13 kg/cm. La extincin del arco se efecta

en un tiempo muy corto del orden de 3 ciclos, lo cual produce

sobretensiones mayores que en los casos anteriores.

Debido a que algunos interruptores producen mayores sobretensiones, es

comn en los fabricantes insertar en paralelo con los contactos

principales, resistencias amortiguadoras y capacitancias que producen

altas impedancias y reparten las tensiones de las cmaras.

Pequeo volumen de aceite

Las cmaras de extincin tienen la propiedad de que el efecto de extincin

aumenta a medida que la corriente que va a interrumpir crece. Por eso al

extinguir las corrientes de baja intensidad, las tensiones generadas son

pequeas.

La potencia de apertura es limitada slo por la presin de los gases

desarrollados por el arco, presin que debe ser soportada por la resistencia

mecnica de la cmara de arqueo. Para potencias interruptivas altas, el soplo

de los gases sobre el arco se hace perpendicularmente al eje e los contactos,

mientras que para potencias bajas, el soplo de os gases se inyecta de forma



axial.

El desarrollo de los gases de extincin depende ms de la corriente que la

tensin, lo que origina que la potencia de cortocircuito aumente

constantemente con la tensin, como se puede observar en la figura 6.33, que

relaciona la potencia mxima de cortocircuito en por ciento con la tensin de

restablecimiento, tambin en por ciento.

En dicha grfica se puede apreciar que si la tensin de restablecimiento

alcanza un valor doble, la potencia de ruptura aumenta en un 50%. Los

interruptores de este tipo usan un mando que energiza por medio de resortes.

El tiempo de la extincin de arco es del orden de 6 ciclos.

Curvas de potencia de cortocircuito tensin de restablecimiento

Hexafloruro de azufre (SF6)

Las cmaras de extincin operan dentro de un gas llamado hexafloruro de

azufre (SF6) que tiene una capacidad dielctrica superior a otros fluidos

dielctricos conocidos. Esto hace ms compactos y ms durables los

interruptores desde el punto de vista de mantenimiento.

Propiedades del SF6: Es un gas qumicamente estable e inerte, su peso

especfico es de 6.14 g/l. Alcanza unas tres veces la rigidez dielctrica del aire,

a la misma presin.

A la temperatura de 2000 oK conserva todava alta conductividad trmica,

que ayuda a enfriar el plasma creado por el arco elctrico y al pasar por cero la

onda de corriente, facilita la extincin del arco.

Fsicamente el gas tiene caractersticas electronegativas, o sea, la propiedad

de capturar electrones libres transformando los tomos en iones negativos, lo

cual provoca en el gas las altas caractersticas de ruptura del arco elctrico y

por lo tanto la gran velocidad de recuperacin dielctrica entre los contactos,

despus de la extincin del arco.

Los interruptores con este gas pueden librar las fallas hasta en dos ciclos y

para limitar las sobretensiones altas producidas por esta velocidad, los

contactos vienen con resistencias limitadoras.



Las principales averas de este tipo de interruptores son las fugas de gas, que

requieren aparatos especiales para detectar el punto de la fuga. En un aparato

bien instalado, las prdidas de gas deben ser inferiores al 2% anual del

volumen total de gas encerrado dentro del aparato.

En caso de prdida total de la presin del gas y debido a la alta rigidez

dielctrica del SF6, la tensin que pueden soportar los contactos cuando estn

abiertos es igual al doble de la tensin de fase a tierra. De cualquier forma, no

es conveniente operar un interruptor de SF6 cuando ha bajado su presin por

una fuga y debe ser bloqueado el circuito de control de apertura para evitar un

accidente.

En los interruptores trifsicos, la apertura de los contactos es simultnea,

aunque conviene que haya dispersin de un milisegundo, entre los tres polos;

se entiende por dispersin a la diferencia en tiempo que existe entre el

instante del cierre del primero y el instante de cierre del ltimo polo del

interruptor. El uso de la dispersin es importante, pues sirve para reducir las

sobretensiones debidas a impulsos por maniobra.

El vaco

Los aparatos que utilizan este sistema, en teora, abren en un ciclo debido a la

pequea inercia de sus contactos y a su pequea distancia.

Los contactos estn dentro de botellas especiales en las que se ha hecho el

vaco casi absoluto. El contacto fijo esta sellado con la cmara de vaco y por el

otro lado entra el contacto mvil, que tambin esta sellado al otro extremo de

la cmara, y que en lugar de deslizarse, se mueve junto con la contraccin de

un fuelle de un material que parece ser una aleacin del tipo del latn.

Al abrir los contacto dentro de la cmara de vaco, no se produce ionizacin y,

por tanto, no es necesario el soplado del arco ya que este se extingue

prcticamente al paso por cero despus del primer ciclo.

Este tipo de utiliza en instalaciones de hasta 34,5 KV dentro de tableros

blindados.

Los dos inconvenientes principales son:

Que por algn defecto o accidente, se pueda perder el vaco de la cmara y al

entrar el aire y producirse el arco, pueda reventar la cmara.



Debido a su rapidez producen grandes sobretensiones entre sus contactos y

estos emiten ligeras

La electricidad ha sido el motor del progreso en el siglo XX y la utilizacin de

ella es una de las mayores preocupaciones que debemos tener como futuros

Instaladores Elctricos, en lo que se refiere a la seleccin de las Protecciones

Elctricas.

Como nos pudimos dar cuenta con este trabajo, se ha avanzado mucho en

materia de seguridad, pero existe un gran riesgo difcil de eliminar y que es el

control de la energa liberada por los arcos elctricos en los aparatos y equipos

elctricos.

Cuando se realiza una desconexin de un aparato de maniobra o de

proteccin, sea en forma manual (si se va a realizar algn trabajo o mantencin en

la instalacin), o en forma automtica (debido a la operacin de la proteccin), no

solo se abren los contactos del interruptor, sino que tambin debe ser apagado el

arco elctrico que se presenta cuando los contactos se abren.

Si no se tienen las precauciones necesarias, un arco elctrico que tan solo dure

30 [ms], puede provocar grandes desperfectos en una instalacin elctrica.

Los arcos elctricos, entre muchas causas, se generan cuando se reduce el

aislamiento entre las partes conductoras a distinto potencial, lo cual puede ser

debido a:

Cargas mecnicas, trmicas o elctricas muy elevadas.

Sobretensiones.

Cuerpos extraos en el interior de los equipos de maniobra.



CRITERIOS METODOLOGICOS PARA LA

EVALUACION DEL RIESGO

Para llevar a cabo un anlisis de riesgo por arco elctrico con la metodologa

existente, se tendr que tener en cuenta los parmetros que se necesiten del

sistema, para eso se hace necesario:

Recopilar datos de la subestacin a evaluar:

Se debe tener un estudio de cortocircuito y coordinacin de protecciones,

la potencia de falla disponible y datos de placas en todas las zonas de

trabajo o en donde se pretenda hacer la evaluacin.

Conocer las caractersticas elctricas de la subestacin: Se debe conocer las

caractersticas elctricas de la subestacin, su funcionamiento y otras

caractersticas que puedan afectar los parmetros necesarios para hacer

la evaluacin.

Determinar las corrientes de fallas francas: Es tas corrientes pueden estar

ya determinadas, en caso contrario, habra que hacer un estudio de

cortocircuito que arroje estos valores, ya que estas son un parmetro de

suma importancia en el anlisis.

Determinar la corriente de falla de arco: La corriente de arco depende

principalmente de la corriente de falla franca, hay que tener en cuenta, que

se debe hacer un segundo clculo de la energa incidente con una reduccin

del 15% de la corriente arco, y un nuevo tiempo de actuacin de los

dispositivos de proteccin para esta nueva corriente, ya que la energa

incidente depende linealmente de esta.

Encontrar las caractersticas de los dispositivos de proteccin: Esto es

importante, ya que con tener denidos las caractersticas de los

dispositivos de proteccin, se pueden obtener fcilmente los tiempos de

actuacin de stos y la duracin del arco.

Documentar las tensiones y la clase de equipos de la subestacin: Al igual

que la corriente, la tensin es otro parmetro importante en clculo de la



energa incidente por lo tanto es importante tener identicado el nivel de

tensin en cada barraje.

Determinar las distancias de trabajo: Para esto se pueden tomar las que

aparecen en las tablas de la NFPA-70E, o las que se tengan para cada caso.

Determinar la energa incidente de todos los equipos: Se puede hacer uso

de un software que pida los datos de ingresos y comparar los resultados

obtenidos por ste, con las ecuaciones de los diferentes mtodos.

Determinar las fronteras de proteccin contra arco para cada equipo: En

base a los clculos anteriores y la energa incidente calcular la distancia para

la frontera de proteccin y de marcarla.

Demarcacin de zonas y equipos: Luego de hacer los clculos y

determinar la energa incidente en cada equipo o barraje de trabajo en la

subestacin, se debe proceder a marcar el equipo con una etiqueta que

indique la energa incidente, el nivel de riesgo y el tipo de EPP a utilizar en

l, segn normas.

En la tabla, se describen los EPP, segn el nivel de energa, tambin se

define la categora del riesgo.



DIFERENCIAS ENTRE FALLAS FRANCAS Y

FALLAS POR ARCO ELCTRICO

Una corriente de corto circuito es quella que circula en un circuito elctrico cuando

existe el contacto entre dos o mas conductores al perderse el aislamiento entre ellos

o entre ellos y tierra.

La magnitud de la corriente de corto circuito es mucho mayor que la corriente

nominal o de carga que circula por el circulo.

Las fallas francas, se caracterizan por el hecho de que existe una conexin

solida, causando el flujo de altas corrientes de corto circuito.

Las fallas por arco elctrico son causadas por la perdida de distancia de

aislamiento entre equipos energizados.

Un arco elctrico o una falla por arco es una formacin de un arco de

corriente elctrica a travez del aire, desde un conductor vivo expuesto a otro a

tierra.

El arco elctrico es de manera general u corto circuito atravez del aire.

La corriente de falla por arco es de menor magnitud que las fallas francas

debido a que el aire o vapor actan como una impedancia entre los materiales

conductores.

El arco elctrico es peligroso debido a la explosin excesiva de calor y serios

daos por quemaduras causadas por el arqueo de una falla en los sistemas



elctricos.

Se tienen temperaturas extremadamente altas, intenso calor ardiente, puede

quemar la ropa y causar severas quemaduras quepueden ser fatales.

Aunque los programas de seguridad elctrica han existidos desde los inicios

de la electricidad, los riesgos por arco elctrico no haban sido tomados en cuenta

hasta hace relativamente poco tiempo.



COMPONENTES PROPUESTOS PARA LA

ELABORACION DE UN PROGRAMA DE

PREVENCION DE RIESGO POR ARCO

ELECTRICO

El programa de riesgo por arco elctrico se implementar como parte del programa

global de seguridad elctrica de la empresa. El principal objetivo del programa es

prevenir o reducir al mnimo las lesiones por un ameo de arco a los trabajadores o

a cualquier persona involucrada en los procesos de la empresa. El programa de

riesgo por arco elctrico, se implementar en las siguientes etapas:

* Evaluacin de riesgos: clculos basados en parmetros del sistema de energa

para determinar el lmite de proteccin contra ameo, la energa incidente a la que

un trabajador puede estar expuesto y categora de riesgo. Una tarea importante en

la evaluacin es revisar los datos tcnicos en los Bancos de Informacin

Tcnica disponibles y la recopilacin de los datos restantes necesarios.

Documentacin: es necesario documentar los resultados de la evaluacin de

riesgo por ameo de arco y tambin proporcionar los letreros y etiquetas en el

equipo y en las reas peligrosas.

* Implementar procedimientos para minimizar los riesgos: los riesgos potenciales

pueden ser reducidos al mnimo con mtodos de trabajo seguro, suministro de EPP

adecuados, la planicacin del trabajo, etc. El tiempo de exposicin al ameo de

arco elctrico tambin puede reducirse mediante la mejora de diseos de sistemas,

utilizando los actuales dispositivos de proteccin y el ajuste de tiempos de rels y

actuacin de los dispositivos de proteccin.

* Uso de EPP: basado en la evaluacin de los riesgos, los equipos de proteccin

personal deben ser seleccionados y proporcionados a los trabajadores. Los



trabajadores deben vestir estos adecuadamente, proporcionar atencin y

mantenimiento de los mismos e inspeccionar antes de cada uso.

*Formacin y entrenamiento de los trabajadores: las personas que estn expuestos,

constantemente, al peligro de ameo de arco elctrico deben estar capacitados y

entender el fenmeno, cmo se inicia, cmo leer las etiquetas de advertencia, la

manera correcta de usar los EPP, y cmo se puede reducir el peligro haciendo uso

de los procedimientos de trabajo seguro.

* Mejoramiento continuo: el programa puede ser mejorado continuamente

mediante la inclusin de nuevos desarrollos y normas que se vayan presentando.

Debido a que los sistemas elctricos van cambiando con el tiempo, es necesario

actualizar la informacin de la evaluacin en una base de datos siempre disponible.

Adems, la experiencia puede aportar nuevas ideas de los trabajadores que pueden

ser incluidas en el programa.

El programa de riesgo por arco elctrico se implementar como parte del

programa global de seguridad elctrica de la empresa. El principal objetivo del

programa es prevenir o reducir al mnimo las lesiones por un ameo de arco a los

trabajadores o a cualquier persona involucrada en los procesos de la empresa. El

programa de riesgo por arco elctrico, se implementar en las siguientes etapas:

Normalizacin: todos los procedimientos, guas, fichas tcnicas, deben estar

normalizadas para aplicarse en cada caso, esto con el fin de garantizar la

coherencia en las prcticas de seguridad y tener un enfoque unificado.



CONCLUSIONES

Con lo que respecta al trabajo realizado, podemos concluir que es indispensable

realizar una evaluacin del sistema elctrico con los estudios de cortocircuito y

coordinacin de protecciones previamente, antes de abordar con el estudio de Arc

Flash, ya que el estudio de cortocircuito proporciona la magnitud de corriente en

condiciones de falla, as como en el estudio de coordinacin de protecciones se

determina el tiempo de operacin de los equipos de proteccin y las condiciones de

sobrecarga.

Es importante realizar el anlisis de Arc Flash, ya que con esto se tiene una

estimacin correcta de la energa incidente y los lmites de proteccin a los que se

debe de trabajar, as como determinar la categora y tipo de equipo de proteccin

personal que se debe emplear de acuerdo al nivel de energa incidente y no sobre

dimensionar el equipo de proteccin, ya que podra causar incomodidad

propiciando accidentes que causaran la iniciacin del arco.

Asimismo se evita en un 90% siniestros tales como quemaduras fatales que

propiciaran un periodo largo de recuperacin del personal afectado y en su caso

hasta la muerte; significando perdidas humanas, econmicas y de produccin para

la empresa, adems de sustitucin de equipo que integra el sistema elctrico en

cuestin.



BIBLIOGRAFIA

https://www.osha.gov/dte/grant_materials/fy09/sh-19492-

09/seguridad_con_la_electricidad.pdf

http://www.sf-

electric.com/media/pdf/catalogues/14.pdf?PHPSESSID=7gi5u9etsh68244r

h31tljl790

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52

.100/271/A5.pdf?sequence=5

http://www.funken.com.mx/activosfunken_base/Analisis%20del%20Arco

%20Electrico.pdf

https://www.navarra.es/NR/rdonlyres/EF1224A4-E797-4B30-9ED7-

E04C53A3F829/226031/FTP40ArcosElectricos.pdf

http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/1404/1/ES

TUDIOS%20DE%20C%C3%81LCULO%20DEL%20ARCO%20EL%C3%89

CTRICO%20EN%20SISTEMAS%20INDUSTRIA.pdf

http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/pro_ma/17.pdf

http://www.ruelsa.com/cime/boletin/2009/bt31.pdf

http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/electrica-ingenieria/analisis-de-

sistemas-de-potencia-ii/2015/i/guia5.pdf

http://www.cebora.it/istr/ist190E.pdf

https://www.unirioja.es/servicios/sprl/pdf/riesgos_electricos.pdf

http://186.113.12.12/discoext/collections/0152/0021/01670021.pdf

http://ingemecanica.com/tutoriales/tutorialesdelasemana/Tutorial_N41_2

010.pdf

http://www05.abb.com/global/scot/scot209.nsf/veritydisplay/d7675d96c7

d80bf2c12579ec002c5f65/$file/WP7_Monitor%20de%20arco%20interno

%20TVOC-

2_ES_CC02_1TXA007446G0701%20000312_PRINT%20OK.pdf

http://www.arcadvisor.com/pdf/arco-electrico-AFA41.pdf

http://www.urgenciauc.com/profesion/pdf/lesiones_electricas.pdf

http://campus.fi.uba.ar/pluginfile.php/106479/mod_resource/content/1/F

isica%20del%20Arco%20Electrico.pdf

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