Protección contra arco eléctrico | -Tecnología activa de eliminación de arcos

Un arco eléctrico es uno de los incidentes industriales más destructivos que puede encontrar. En un instante, su equipo de conmutación puede ser destruido, el equipo aguas abajo severamente dañado, las operaciones suspendidas por días o semanas, y el personal seriamente herido o muerto.

En ciertas instalaciones o aplicaciones, el riesgo potencial de arco eléctrico es muy bajo; se puede usar equipo de conmutación convencional (sin protección contra arcos) con un riesgo mínimo. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, tiene mucho más sentido confiar en equipos que incorporan características diseñadas para mitigar los peligros de arcos eléctricos, proporcionando una prudente "póliza de seguro" contra las consecuencias catastróficas de un incidente de arco.

El potencial de destrucción es inmenso. La energía liberada durante un arco eléctrico en equipo de conmutación de 11 kV es equivalente a la energía requerida para lanzar seis transbordadores espaciales. Las temperaturas pueden alcanzar hasta 20,000°C—cinco veces más caliente que la superficie del sol—capaz de vaporizar metal.

Los fallos de arco pueden ser raros, pero representan el tipo de fallo más grave que puede ocurrir en un sistema de conmutación. Las causas potenciales son variadas, incluyendo el error humano (el más común), falla técnica/equipamiento, y factores ambientales.

Puede elegir entre varios métodos para reducir el riesgo de daño e lesiones por arco eléctrico. A continuación se describen tres de los más comunes.

Protección Pasiva Interna de Arco

Con la protección pasiva interna de arco, un fallo de arco se interrumpe después de que ocurre mediante relés protectores convencionales. El tiempo promedio entre la iniciación del arco y el disparo del relé varía de 100 a 1,000 milisegundos (ms)—literalmente en un parpadeo, que normalmente se mide de 100 a 400 ms.

Aunque esta duración es extremadamente breve, el evento de arco casi con seguridad causará suficiente daño como para requerir la reparación o reemplazo de partes del equipo de conmutación. Los procesos de producción dependientes del equipo de conmutación también pueden sufrir una interrupción severa.

El equipo de conmutación con protección pasiva interna de arco incorpora un tipo de sistema de conductos que proporciona una "ruta de escape" para gases de alta presión, alta temperatura y potencialmente tóxicos. Algunos equipos de conmutación incluyen un conducto que lleva a un área externa. Esta solución se utiliza típicamente en salas de equipo de conmutación más pequeñas. Si el equipo de conmutación está ubicado en una sala más grande o lejos de las paredes exteriores, el conducto puede ventilar en la sala donde está instalado el equipo de conmutación.

Ambas estrategias de ventilación reducen o eliminan la expulsión de gases de arco desde la parte frontal del equipo de conmutación, ayudando a minimizar el potencial de lesiones. También ayudan a disipar la presión explosiva, reduciendo el daño interno al equipo de conmutación.

Interrupción Activa Interna de Arco

En el equipo de conmutación equipado con interrupción activa interna de arco, el circuito de protección opera independientemente del relé protector. El tiempo típico de interrupción de arco es aproximadamente de 60 a 80 ms, que es la suma del tiempo necesario para detectar el arco, iniciar el interruptor automático y completar la operación del interruptor.

La tecnología de detección envía una señal al interruptor automático aguas arriba para interrumpir el circuito, detectando el arco muy rápidamente. Dos métodos comunes de detección de arco son dispositivos de detección de corriente y/o sensores ópticos de luz que "ven" el destello. El tiempo de respuesta es más rápido que la protección pasiva interna de arco, pero aún insuficiente para prevenir un daño e lesiones potencialmente significativos.

Es bien conocido que los interruptores automáticos accionados por resorte pueden aumentar su tiempo de disparo a medida que envejecen, resultando en tiempos de extinción de arco más largos. Los tiempos de disparo más largos están directamente relacionados con un mayor daño por arco eléctrico. Este no es un problema con los interruptores automáticos magnéticos, que no se ralentizan con el tiempo.

Eliminación Activa de Arco

Los dos métodos anteriores ayudan a reducir el daño y lesiones potenciales causados por arcos, pero es importante señalar que ambos son reactivos—responden solo después de que ha ocurrido un arco. El tercer método, la eliminación activa de arco, está diseñado para responder tan rápidamente que puede casi eliminar por completo el arco.

Técnicamente, como los métodos anteriores, también reacciona a un arco una vez que ocurre, pero su respuesta es tan rápida que el daño al equipo de conmutación es típicamente mínimo, y el riesgo de lesiones al personal es insignificante o inexistente. Logra una respuesta significativamente más rápida—generalmente menos de 1.5 ms y nunca excede 4 ms. En lugar de hacer saltar el interruptor automático aguas arriba, usa un Interruptor de Tierra Ultra Rápido (UFES) para iniciar un cortocircuito trifásico a tierra cuando ocurre un fallo de arco.

El UFES, combinado con una detección de fallas rápida y confiable a través de diversos métodos de detección, ayuda a asegurar que un fallo de arco se extinga casi inmediatamente después de que ocurre. Esto resulta en una reducción dramática de calor y presión. Restablecer el equipo de conmutación generalmente requiere solo limpiar el interior y reemplazar los elementos de conmutación primarios—todo lo cual se puede completar generalmente en unas pocas horas.

Resumen

Si se produce un incendio en su hogar, tener un sistema de detección y alarma que alerte inmediatamente al departamento de bomberos, trayéndolos en cuestión de minutos, es reconfortante. Pero aún más reconfortante sería un sistema que prevenga que el fuego se inicie en primer lugar. Esto es análogo a cómo la eliminación activa de arco se distingue de otros métodos de gestión de fallos de arco.

La eliminación activa de arco es, con argumento, el método más efectivo para reducir los peligros de arcos eléctricos, aunque viene a un costo ligeramente más alto en comparación con otros métodos de protección. Para el equipo de conmutación que carece de cualquier diseño de protección contra arcos, la eliminación activa de arco representa una inversión relativamente pequeña en relación con el valor del equipo de conmutación que protege. Al evaluar la relación costo-beneficio, también es importante considerar los costos adicionales que surgen de las interrupciones de producción o proceso después de un evento de arco.

Para ayudar a proporcionar el nivel más alto de protección para su personal y equipo de conmutación, y para minimizar el riesgo de interrupción operativa, la eliminación activa de arco a través de un interruptor de tierra ultra rápido es la elección correcta para su equipo de conmutación.