Análisis del
Riesgo por Arco Eléctrico (Arc Flash Hazard)
Recientemente con el incremento de los
daños, las perdidas humanas y económicas que son causadas por el
Arc Flash, se ha puesto especial interés en los eventos del arc
flash en equipos que operan en diferentes niveles de voltaje. Donde
la energía 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
también resulta benéfico en la reducción del nivel del equipo de
protección personal (PPE) y limitando ambos daños directo y colateral
de los equipos.
1. El Arco Eléctrico
Un arco eléctrico o el arqueo de una
falla es un flashover de corriente eléctrica a través del aire en
los equipos eléctricos con un conductor vivo expuesto a otro o a
tierra. El Arc Flash es peligroso debido a la exposición excesiva
de calor y serios daños por quemaduras causadas por el arqueo de
una falla en los sistemas eléctricos. El arco eléctrico produce
intenso calor, explosiones sonoras y ondas de presión. Se tienen
temperaturas extremadamente altas, intenso calor radiante, puede
quemar la ropa y causar severas quemaduras que pueden ser fatales.
-
2.Naturaleza del Arco
El arco eléctrico produce algunas de
las mayores temperaturas conocidas que ocurren en la tierra, alrededor
de 35,000 grados Fahrenheit. Esto es cuatro veces la temperatura
superficial del sol. El intenso calor del arco causa la expansión
súbita del aire. Esto resulta en una explosión con muy alta presión
del aire. Todos los materiales conocidos son evaporizados a esta
temperatura. Cuando los materiales son evaporizados, estos se expanden
en volumen (Cobre - 67,000 veces; Agua – 1670 veces). La explosión
puede propagar el metal derretido en el aire a mayores distancias
con gran fuerza.
En la siguiente figura se muestra el
arco eléctrico en entre dos terminales y se describen cada consecuencia
al ocurrir dicho arco.
3. Causas del Arco Eléctrico
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 través de la superficie. Esto puede desarrollar un mayor
arqueo.
-Corrosión: La corrosión de los equipos
puede proporcionar impurezas en la superficie del aislamiento. La
corrosión también debilita el contacto entre las terminales de los
conductores incrementando la resistencia de contacto a través de
la oxidación u alguna otra contaminación corrosiva. La condensación
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 intensificación del potencial del arco de fase a fase.
-Contactos Accidentales: El contacto
accidental con la exposición de las partes vivas puede iniciar el
arco de una falla.
-Caída de Herramienta: La caída accidental
de la herramienta puede causar un cortocircuito momentáneo, produciendo
chispas e iniciando el arco.
-Sobre-Voltajes a través de espacios
estrechos: Cuando el espacio de aire entre conductores de diferentes
fases es muy estrecho (debido a la mala calidad o al daño de los
conductores), el arco puede ocurrir durante los sobre-voltajes temporales.
-Falla de los materiales aislantes: El
arco eléctrico también es causado por lo siguiente, Utilización
o diseño inapropiado del equipo y/o procedimientos de trabajo inapropiados.
-
4.Estudio de Arc Flash
El análisis de un estudio de Arc Flash
debe ser realizado en asociación con los estudios de cortocircuito
y de coordinación de protecciones, ya que ambos estudios aportan
la información necesaria para realizar el análisis de los riegos
del Arc Flash. Los resultados del análisis de los riesgos del Arc
Flash son usados para identificar el límite de protección de flasheo
y la energía incidente en las distancias de trabajo asignadas a
través de cualquier punto o nivel en el sistema de generación eléctrica,
transmisión, distribución.
Otra de las utilizaciones de los resultados
obtenidos del análisis del Arc Flash, es especificar el adecuado
equipo de protección personal (PPE por sus siglas en inglés), el
cual debe ser del tipo y calidad para proteger todas las partes
del cuerpo que estén expuestas al Arc Flash. Dicho (PPE) está conformado
por ropa resistente a la flama, casco, protector para cara, lentes,
guantes y zapatos de seguridad. Mas adelante se muestran algunos
equipos de protección personal.
El cálculo de los riesgos de Arc Flash
es realizado mediante diversos métodos. El método elegido puede
estar basado en la información disponible, volúmenes de cálculo
de trabajo, la necesidad de precisión, la disponibilidad y la calidad
del programa del Arc Flash. Cualquier método empleado, requiere
que lo realice personal calificado, el cual debe darse cuenta de
las limitaciones que el método contiene, con la finalidad de obtener
los mejores resultados. Los métodos para el análisis son de acuerdo
a lo establecido por las siguientes normas:
-NFPA 70E
-IEEE Standard 1584
Con el estudio de Arc Flash y el adecuado
dimensionamiento del equipo de protección, se pueden evitar siniestros,
tales como quemaduras fatales que propiciarían un periodo largo
de recuperación del personal afectado y en su caso hasta la muerte;
significando perdidas humanas, económicas y de producción para la
empresa, además de sustitución de equipo que integra el sistema
eléctrico en cuestión. El uso de equipo de protección personal,
tal vez no garantice la exposición a las altas temperaturas y los
daños por las explosiones, pero si reduce las quemaduras a grados
considerados curables.
En la figura se muestra un ejemplo de
evento ocurrido del Arc Flash.
-
5.Riesgos del Arqueo de una Falla.
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 extensión del arco produce
la caída de pequeños objetos metálicos a alta presión. La explosión
puede penetrar el cuerpo.
-Presión:La onda de presión de la explosión
puede lanzar a los trabajadores a través del cuarto, noqueándolos.
La presión en el pecho puede ser mayor a 2000 lb2ft.
-Ropa: La ropa es quemada a varios metros.
El área de la ropa, puede ser quemada más severamente que la piel
expuesta.
-Perdida auditiva por explosión sonora:
El sonido puede tener una magnitud hasta de 140 dB a una distancia
de 60.96 cm del arco.
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6.Probabilidad de sobrevivir
El siguiente analisis, muestra la probabilidad
de sobrevivir de una persona de acuerdo a su edad y porcentaje de
quemaduras en el cuerpo.
Explicación: Una persona tiene posibilidad
de sobrevivir al 100% si se encuentra en el rango de edad de 20-29.9
años y si sólo sufrió quemaduras del 25%. Una persona de edad avanzada,
por ejemplo si tomamos el rango de 50-59.9 años, sólo tiene la probabilidad
de sobrevivir del 60%, si en su caso sufrió quemaduras del 50%.
Esto quiere decir, a mayor edad y con un porcentaje alto de quemaduras,
menor será la probabilidad de sobrevivir.
7. Impactos del Arc Flash
Debido a las quemaduras producidas por
el arco, la piel puede requerir años de tratamiento con medicamento
y rehabilitación. La victima podría no regresar a trabajar o no
tener la misma calidad de vida. Algunos de los costos directos son:
-El tratamiento puede exceder de $ 1,
000, 000 de dólares por caso.
-Litigación de honorarios
-Perdidas de producción
Tipos de EPP, recomendados dentro de
los resultados del estudio de Arco Eléctrico, de acuerdo al nivel
de Energía Radiante de la Ropa resistente a la Flama. (a) Chamarra;
(b) Overall; (c) Traje completo.
8. Conclusiones
Es indispensable realizar una evaluación
del sistema eléctrico con los estudios de cortocircuito y coordinación
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, así como en el
estudio de coordinación de protecciones se determina el tiempo de
operación de los equipos de protección y las condiciones de sobrecarga.
Es importante realizar el análisis de
Arc Flash, ya que con esto se tiene una estimación correcta de la
energía incidente y los límites de protección a los que se debe
de trabajar, así como determinar la categoría y tipo de equipo de
protección personal que se debe emplear de acuerdo al nivel de energía
incidente y no sobre dimensionar el equipo de protección, ya que
podría causar incomodidad propiciando accidentes que causarían la
iniciación del arco.
Asimismo se evita en un 90% siniestros
tales como quemaduras fatales que propiciarían un periodo largo
de recuperación del personal afectado y en su caso hasta la muerte;
significando perdidas humanas, económicas y de producción para la
empresa, además de sustitución de equipo que integra el sistema
eléctrico en cuestión.
Tomado de FUNKEN INGENIEROS Ing Juan
Meza Hernandez
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Ingeniero
Javier Botero García Especialista - Consultor
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