Trabajar en sus instalaciones eléctricas implica inevitablemente el riesgo de que se produzcan arcos eléctricos. Este peligro se produce, por ejemplo, al abrir un armario con tensión, o cuando los empleados se encuentran cerca de barras colectoras o conductores abiertos. Trabajar en un armario desenergizado cuyos componentes, por descuido, siguen bajo tensión también supone un riesgo crítico. Aunque los arcos voltaicos son relativamente poco frecuentes, sus consecuencias pueden ser desastrosas para el personal y la infraestructura.
En un espacio confinado, una ráfaga de arco se acumula en una fracción de segundo; este proceso suele durar entre unos milisegundos y medio segundo. Durante este tiempo extremadamente corto, la presión sigue aumentando de forma continua. La duración exacta depende en gran medida de la característica corriente-tiempo y de la velocidad de reacción de los dispositivos de protección, como fusibles o disyuntores. En este lapso de tiempo, la presión en la sala puede aumentar hasta un múltiplo de la presión atmosférica estándar.
Esta acumulación de presión es especialmente peligrosa para todos los que se encuentran en las inmediaciones, y puede incluso provocar la destrucción total o parcial de edificios. Todo lo que se encuentre en un radio determinado puede quedar destruido en cuestión de segundos. Las ventanas se rompen, la madera se astilla e incluso la mampostería pesada y el metal pueden romperse. Las mediciones prácticas demuestran que un aumento de la presión atmosférica de tan sólo un 20% puede ser suficiente para destruir muros. Por razones de seguridad, es necesario calcular cómo se acumula esta onda de presión y qué presión experimentará una persona a una distancia determinada.
Muchos edificios no fueron diseñados específicamente para las pesadas instalaciones eléctricas que albergan. Además, la gente no siempre es consciente de lo destructivo que es un arco eléctrico, y no se da cuenta de que una frugalidad excesiva durante la construcción puede aumentar considerablemente el riesgo de daños. Aunque el uso de equipos de protección individual (EPI) es esencial para mitigar los riesgos térmicos inmediatos, es igualmente importante comprender la acumulación de presión para reducir los daños estructurales.
Predecir el comportamiento de estas explosiones de arco mediante cálculos precisos contribuye directamente a la seguridad, ya que se obtiene una visión precisa de los riesgos y se aprende a minimizarlos. El volumen de su edificio o espacio es muy importante aquí. En función del volumen disponible, una explosión de arco puede alejar a los empleados o incluso provocar la desintegración completa de estructuras físicas como paneles de motores y salas enteras. Lo ideal es que los paneles estén diseñados para resistir una ráfaga de arco. Cuando los armarios se encuentran en una disposición abierta, la presión se libera por todos los lados, haciendo que el edificio o espacio circundante actúe como un nuevo compartimento.
Si se tienen en cuenta las situaciones de arco eléctrico ya en la fase de diseño de una instalación, se pueden tomar las medidas adecuadas. Por ejemplo, los elementos estructurales pueden modificarse o reforzarse, y pueden definirse rutas de ventilación a través de las cuales la presión pueda escapar con un daño mínimo. Definitivamente, merece la pena realizar estos cálculos en los compartimentos de los armarios, ya que esto proporciona tranquilidad con respecto a los impactos de las explosiones de arco.
Mientras que la industria se ha centrado tradicionalmente en la energía térmica de un arco, se ha investigado relativamente poco sobre las explosiones de arco asociadas. Una ráfaga de arco se expande desde su origen en tres dimensiones. La cuantificación de esta presión se define como una combinación de la presión inicial esperada en el momento de la creación del arco, y el posterior aumento de presión hasta que el arco se extingue por completo.
Aunque las metodologías para los estudios de chorro de arco están menos establecidas y ampliamente aceptadas que las de los cálculos de arco térmico, existen enfoques basados en estudios y publicaciones científicas. Estos enfoques requieren un profundo conocimiento de las hipótesis, limitaciones y discrepancias asociadas.
Una medición de chorro de arco "normal" (destinada a determinar el EPI adecuado en función de los valores de energía) requiere principalmente datos sobre el armario y la instalación. Sin embargo, un cálculo de chorro de arco requiere más: también se necesitan datos detallados del edificio, como la disposición, las dimensiones y el volumen. Los resultados de estos cálculos muestran exactamente qué niveles de energía pueden esperarse y qué presiones se producirán en un edificio, incluidas las fuerzas que se producen en diferentes ubicaciones y distancias.
Para trasladar la teoría a la práctica, explicamos dos casos en los que se ha calculado con precisión el aumento de presión por chorro de arco a partir de mediciones y documentación. Estos análisis dan lugar a recomendaciones específicas para mitigar las consecuencias de un incidente. En este caso, es crucial mencionar que la optimización del momento de apagado del arco eléctrico reduce directamente el nivel de presión global. La exposición de una persona se ve afectada además por la explosión inicial y la distancia habitual de trabajo a la planta.
En esta situación, se conectó un nuevo edificio a la red pública con una corriente de cortocircuito de 8,77 kA en el punto de conexión. A través de un transformador de 630 kVA con un valor Uk de cortocircuito del 6%, la tensión se redujo a 400 V. El reto consistía en que podía producirse un arco eléctrico en el lado de media o baja tensión del transformador, que estaba situado en una sala dentro de un gran edificio. El cliente quería asegurarse de que las paredes especificadas por el constructor y el disyuntor instalado resistirían realmente varios escenarios de arco. Para calcular la presión del arco en el transformador, era importante determinar las dimensiones de la sala y la distancia entre electrodos (tanto para media como para baja tensión).
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En este caso se trataba de una caldera de 5 MW situada junto a una escalera y alimentada con media tensión a través de una caja eléctrica abierta con electrodos en la parte superior. Los cálculos HyTEPS de energía incidente, presión inicial, aumento de presión, temperatura y transferencia de calor mostraron que se esperaban altos niveles de energía. Sin embargo, el gran volumen del edificio tuvo una influencia positiva: la presión no pudo aumentar tanto como lo haría en el interior de un pequeño compartimento del armario. El punto caliente de temperatura estaba en los electrodos, y la transferencia de calor disminuía cuanto más lejos estaba el objeto o la persona de la ubicación del arco. En este punto, es crucial darse cuenta de que incluso un aumento de la presión atmosférica de sólo el 20% podría destruir literalmente las paredes.
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En la práctica, calcular y mitigar las explosiones de arco implica un aumento fundamental de la seguridad y la integridad estructural de sus instalaciones. Los conocimientos adquiridos le proporcionan las herramientas para realizar inversiones específicas en los dispositivos de protección y sistemas de ventilación adecuados. Al mismo tiempo, usted garantiza la protección de su personal y evita daños físicos catastróficos o largas paradas de producción tras un incidente. De este modo, garantiza una instalación segura. Al fin y al cabo, nadie debería tener que preocuparse por la fiabilidad y la seguridad de la electricidad.
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La seguridad de su personal y la continuidad de sus procesos no toleran suposiciones. Dado que el volumen de la sala y las características específicas corriente-tiempo determinan el impacto, cada instalación eléctrica reacciona de forma diferente ante un arco eléctrico.
Si conoce los riesgos de antemano, podrá evitar daños estructurales imprevistos. Exploremos cómo podemos calcular y minimizar los riesgos físicos de una explosión de arco para su instalación específica.
