Presentación Relé Arc Flash

© ABB Group February 16, 2011 | Slide 1

REA Arc protection Relay System“Mejora en la seguridad de Celdas de Media Tensión usando Reles de Arco Eléctrico”

ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.

Agenda de la Presentación

1. Definición y Efectos del Arc Flash

2. Códigos Regulatorios & Estándares

• IEEE 1584 - 2002

• NFPA 70 - 2004

3. Técnicas de Mitigación del Arc Flash

• Reduciendo la corriente de arco (E~Ia)

• Incremento de distancias de trabajo (E~1/D)

• Reduciendo tiempo de apertura (E~t)

4. Relé de Arc Flash

5. Caso: Luz del Sur


REA Arc protection Relay SystemDefinición y Efectos del Arco Eléctrico


Arc Flash:

Condición peligrosa asociada con el incremento de energía

causado por un arco eléctrico. (Fuente: NFPA 70E)

La unidad de medida es cal/cm2 y se encuentra en términos de

energía incidente.

Arco Eléctrico:

Asociado a la liberación de una gran Energía

Definición del Arc Flash

La industria busca la manera de cuantificar los riesgos

asociados a los peligros Arc Flash. La información sobre la

evaluación del riesgo de explosión por Arco, la NFPA 70E y IEEE

1584 cuantifican la presión y la daños que puede resultar debido

a una fallo por arco eléctrico.


¿Qué pasa durante el Arc Flash?


Incremento Rápido de

Temperatura.

(hasta 20,000°C)

Incremento Rápido de

Presión

Liberación de

fragmentos de

material y gases

calientes

Vapor de metal y restos

de material de

aislamiento

Serios daños a personal en

Celdas sin clasificación de arco

eléctrico

Serios daños dentro en el interior

de la celda, para los dispositivos y

para la parte física de la celda.

Efectos del Arco Eléctrico


Fotos de accidentes de Arc Flash


Video de accidentes por Arc Flash


Video de accidente por Arc Flash


REA Arc protection Relay SystemCódigos Regulatorios & Estándares


IEEE Standard 1584-2002

Guía para cálculo del Arc Flash

NFPA 70E-2004

Estándar para requerimientos de

seguridad eléctrica en lugares de

trabajo

OSHA 29

Código de Regulación Federal (CFR)

Part 1910 Subpart S

NFPA 70 – 2005

National Electric Code (NEC)

Código Regulatorios & Estándares


Los estándares proveen una guía para la implementación apropiada para

procedimientos de seguridad y cálculos para arco eléctrico.

Guía & Calculation Standards

IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”

NFPA 70E-2004, “Standard for Electrical Safety in the Workplace”



Es una guía para realizar el cálculo de arco eléctrico.

Las ecuaciones empíricas son desarrolladas por IEEE con un grupo de trabajo

sobre el arco eléctrico. Estas ecuaciones son basadas en resultados de

pruebas y son aplicables a condiciones especiales.


Pasos para proceder con el cálculo



La norma define una serie de límites relacionados con la seguridad eléctrica

cuando se trabaja sobre equipos energizados. Solo la gente calificada puede

entrar en estos límites y ellos necesitan usar apropiados equipos de

protección personal (PPE).

NFPA 70E-2004,“Standard for Electrical Safety in the Workplace”


1.-Flash protection boundary: Se define como “Un enfoque del límite en distancia

de las partes vivas expuestas dentro del cual una persona podría recibir

quemaduras de segundo grado si es que un arco eléctrico se hubiere producido.”

Estos límites de una fuente de energía que incide con un calor que cae sobre la

superficie de la piel es de 1.2 calorías/cm2 normalmente resultaría en una

quemadura de segundo grado.

2.-Limited approach boundary: Se define como “Un enfoque límite en distancia de

una parte viva expuesta en el que existe peligro de descarga eléctrica.”

3.-Restricted approach boundary: Se define como ”Un enfoque límite en distancia

de una parte viva expuesta donde existe un mayor riesgo de descarga debido a

un arco eléctrico combinada con movimientos involuntarios, para el personal que

trabaja muy cerca a partes vivas”

4.-Prohibited approach boundary: Se define como “Un enfoque límite en distancia

de una parte viva expuesta con los que trabajan, se considera lo mismo que

hacer un contacto con la parte viva.”

NFPA 70E-2004,“Standard for Electrical Safety in the Workplace”


Clasificación de riesgos y peligros de la NFPA 70E

La norma clasifica en niveles de categoría de riesgo para los peligros del Arc

Flash basados en la incidencia de energía en las distancias de trabajo

mostradas

NFPA 70E-2004 no se refiere a categorías de riesgo para tensiones superiores a

7,2 kV.

IEEE 1584-2002 método calcula la energía incidente con ecuaciones empíricas

desarrolladas a partir del análisis estadístico tomadas de numerosas pruebas de

laboratorio.

Para la realización de "tareas" a nivel de tensión superior a 15 kV, el IEEE 1584-

2002 utiliza la teoría derivada LEE Método. Este es el único método que define el

Arco con categoría y límites de riesgo.

Comparación de Métodos para Determinar la Energía Incidente

NFPA 70E-2000 and IEEE 1584-2002 Standards

NFPA 70E-2000 IEEE 1584-2002

Unidad Medida Calories / cm2 Calories / cm2

Rango Voltage 208 V – 600 V 208 V – 15kV (empírico)

15kV+ (Lee Metodo)

Rango Corriente 16 kA – 50 kA 0.7 kA – 106 kA

Rango Duración Arco ¼ cycle – 120 cycles ¼ cycle – 120 cycles

Instalación Open Air, Cubic Box Open Air, Cubic Box

Resumen de Resultados de la comparación entre la norma NFPA 70E-2000 y los estándares

de IEEE 1584-2002

Cálculos con la NFPA 70E-2000 y las normas IEEE 1584-2002 se realizaron en el mismo sistema.

El sistema de autobuses que figuran en los niveles de tensión que varían de 208 voltios a 35.000

voltios. Con base en el cuadro anterior, la norma NFPA ha sido diseñado específicamente para

manejar 208 a 600 voltios y 16-50 kAsc. Por lo tanto, los valores se muestran en el caso de 208V,

4.16 kV, y 35 kV son los resultados extrapolados de la norma NFPA 70E-2000.

Comparación de Métodos para Determinar la Energía Incidente

Etiqueta de Advertencia


REA Arc protection Relay SystemTécnicas de Mitigación del Arc Flash



Técnicas de Atenuación del Arc Flash

• Reduciendo la corriente de arco (E~I)

• Incremento de distancia de trabajo (E~1/D)

• Reduciendo tiempo de apertura (E~t)


Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES / ABB)

Duración de arco menor a 4 ms

Ultra Rápida detección por el dispositvo electrónico tipo QRU1

Ultra Rápida extinsión del arco interno por un interruptor UFES como elemento primario

Tiempo de apertura final de la corriente de falla aguas arriba por el interruptor de llegada

Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)


Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)



Instalación de UFES



Usando aparatos de extracción remotos podrían reducir los incidentes de arcos eléctricos.

Técnicas de Atenuación del Arc FlashIncremento de la distancia de trabajo (E~1/D)


Subestación tipica de MT con reles de sobrecorriente

Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo el tiempo de apertura (E~t)

Adquisición información +

procesamiento información = 15 a 30

ms

Contacto de salida de relé 5 ms

Tiempo de coordinación: 30-350 ms

Tiempo operación interruptor: 25-

130 ms

Tiempo Total de apertura:

Celda Salida

15+5+30+80=130 ms

Celda Llegada

15+5+350+80=450 ms


Subestación típica de MT protección Bus Bar


Bus Bar tiempo de operación

Aprox. 20 ms

Contacto de salida de relé 5 ms

Tiempo operación interruptor: 25-

130 ms


Celda Llegada/Salida

20+5+80=105 ms

Desventajas:

CT’s adicionales

Cableado adicional y mayor costo.


Detección por Luz (Relé Arc Flash)


Detección Luz +

adquisición información +

procesamiento información

+ contacto de salida < 2.5

ms

Tiempo operación

interruptor 25-130 ms


2.5 + 80 = 82.5 ms


REA Arc protection Relay SystemRelé de Arco Eléctrico



REA 10_ Arc Protection Relay SystemFamilia de reles

Módulo Principal:

REA 101.

Módulos de Extensión:

REA 103

REA 105

REA 107


REA 10_ Arc Protection SystemCaracterísticas comunes de las unidades REA

La unidad central REA 101

tiene protección contra falla

del interruptor.

Total tiempo de operación

del REA <2.5 ms

La unidad central REA 101,

suministra la tensión a las

demás unidades de

extensión REA 103, REA

105 y REA 107.


REA 101 Arc Protection Relay SystemCaracterística

Rápido, ajustable, three-phasesobrecorriente or dos fases desobrecorriente & falla a tierra.

Dos salidas de disparo de altavelocidad hacia interruptores.

Unidad independiente o extendiblecon uno o más unidades de extensiónREA.

Dos cables ópticos de comunicaciónentre unidades centrales (REA 101)units

Protección contra fallo de interruptor.

Dos puertos RJ-45 para conexionesentre unidades de extensión.


REA 101 Arc Protection Relay SystemEsquema Eléctrico



Dos salidas para sensor.

Dos contactos de señal

para cada sensor.

Dos puertos RJ-45 para la

conexión hacia el REA 101

o unidades de extensión.



Entrada para un sensor.

Dos salidas de alta velocidad para disparo hacia el

interruptor.

Un contacto de alarma.

Tres puertos RJ-45 para la conexión para uno o

dos unidades principales de protección o

adicionalmente unidad de extensión.

Trips independently or on initialization by the main

arc protection unit



Ocho entradas de sensores de lentes.

Dos señales de contactos de alarma.

Dos puertos RJ-45 para conexión hacia una o

dos unidades principales y modulos de

extensión.


Los sensores son conectados y

amarrados con cintillos.

Fácil de instación utilizando

herramientas básicas para su

instalación.

REA Arc Protection Relay SystemFácil Instalación


REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°1: REA 101 con extensión REA107

Arco en compartimientos cables y interruptor :

La extensión REA 107 detecta elarco y envía una señal hacia el reléREA101 para la apertura delinterruptor principal.

Arco en compartimiento Bus Bar y Llegada:

REA101 detecta el arco y envía undisparo hacia la celda de llegada yaguas arriba de la celdas.



Arco en el compartimiento de Bus de Barras izquierdo

El REA101 de la izquierda detecta laluz.

Ambos REA101 detectan la sobrecorriente.

Los REA101 envían la informaciónde la corriente a los interruptores.

El Bus de Barras de la izquierda esdesconectado.



Arco en el compartimiento de Bus de Barras derecho

El REA101 de la derecha detecta laluz.

El REA101 de la derecha detecta lasobre corriente. Ambos REA 101detectan la sobre corriente.

El REA101 envía la información dela corriente a todas las unidadesconectadas

El Bus de Barras de la derecha esdesconectado.


REA 10_ Arc Protection Relay SystemConfiguración N°2: REA 101 con extensión REA105

Arco en el compartimiento del Interruptor de acople

Ambos REA101 detectan la luz.

Ambos REA101 detectan la sobrecorriente

Ambos REA101 envía la informaciónde la corriente a todas las unidadesconectadas

El Bus de Barras de la derecha esdesconectado por ambos REA101



Arco en el compartimiento de cables

REA105 detectan la luz.

Ambos REA101 detectan la sobrecorriente

Ambos REA101 envía la informaciónde la corriente a todas las unidadesconectadas

Solo el la celda de salida esdesconectada por el REA 105


REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°3: REA con relé RELION REF615

Arco en compartimiento cables:

El IED protege la salida de cablesdisparando al interruptor de salidacuando detecta una falla en elcompartimiento de cables.

Arco en compartimiento Bus Bar y Llegada:

REA detecta el arco con el sensortipo anillo disparando el interruptorprincipal. El REA genera una disparoexterno para los IED’s de salidapara una mayor seguridad.


REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°4: Arc Flash con reles Relion

Arco en compartimiento cables:

El IED protege la salida de cables disparando al interruptor de salida cuando detecta una falla en el compartimiento de cables.

Arco compartimientos Bus Bar y interruptor:

El IED de salida detecta una falla en el bus bar o en el compartimiento del interruptor, se genera el envío de una señal al IED de llegada.

IED de llegada dispara interruptor principal y genera disparo externo para los IED de salida para mayor seguridad.

© ABB Group February 16, 2011 | Slide 54© ABB Group February 16, 2011 | Slide 54

TVOC-2 Arc Guard SystemVideo: Sin relé TVOC-2 en Tablero de Baja Tensión


TVOC-2 Arc Guard SystemVideo: Con relé TVOC-2 en Celda de Baja Tensión


REA 10_ Arc Protection SystemVideo: Con y sin relé REA en Celda de M.T


REA 10_ Arc Protection Relay SystemREA Caso: Datmarovice, Czech Republic

Operación exitosa del Sistema REA 10_ en la planta Datmarovice 26.06.2002

Los bloqueos mecánicos de la celda fueron deshabilitados y el interruptor fue extraído a la fuerza cuando se encontraba energizado.

El sistema REA reaccionó y salvo dos vidas y peores daños materiales.


REA 10_ Arc Protection Relay SystemLista de usuarios a nivel mundial


REA 10_ Arc Protection Relay SystemREA Presupuesto

Lista de Precios

REA 101 $ 3,393.

REA 103 $ 1,006.

REA 105 $ 1,064.

REA 107 $ 1,840.

Cable de conexión $20-200.entre equipos:

Sensor Radial $ 2 /mt

Fibra Anillo $ 4-5/mt. :


REA Arc protection Relay SystemCaso de Aplicación: Celdas Luz del Sur



Caso de Aplicación: Luz del SurConfiguración de Sistema de Protección de Arco


Caso de Aplicación: Luz del SurZona de actuación de los relés de Arco Eléctrico


Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Subestación Limatambo


Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Llegada


Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Salida 1 y 2


Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Medición


Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Bus de Barras y parte posterior


REA Arc protection Relay System

www.abb.com/[email protected]


http://www.abb.com/substationautomation



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