Efectos negativos del Arco Eléctrico

Julián Andrés Arenas

Andrés Felipe Estupiñán

Germán Ricardo García

Juan David Muñoz

Indice1. Protecciones Eléctricas Generalidades

2. Interruptores Norma IEC 60947

3. Selectividad interruptores

4. Mantenimiento Norma NEMA AB 4

5. Arco Interno enfoque IEC 61641

6. Arco Interno enfoque NFPA 70E y IEEE std 1584-2002

7. Selección de cables teniendo en cuenta las normas IEC 60909 y IEEE std 242

8. MCC`s y SWG y la norma IEC 60439-1

9. Norma IEC 60890 e IEC 60865-1.

Generalidades

Cuales leyes básicas aplican a la ingeniería eléctrica?

Cuales leyes básicas aplican a la ingeniería Mecánica?

Cuales con los efectos sobre la seguridad?

A&D M2

Protección en Redes de Baja Tensión

Leyes y efectos en ingeniería eléctrica

A&D M2

Ley de Ohm : V = I * R

Efecto Joule : Q = 0,24 * R * I2 * t

∫ I2 dt

Maxwell y Electromagnetismo

Ecuación de fuerza de Lorenz:

F = q ( E + v * B )

q es una carga E campo eléctrico y B campo magnético a velocidad v

Protección en Redes de Baja Tensión

Leyes y efectos en ingeniería mecánica resistencia de materiales

A&D M2

Fuerza = masa x aceleración

Esfuerzo = Fuerza N/m2 Area

Esfuerzo cortante

τ = Fuerza aplicada Area cortante

Protección en Redes de Baja Tensión

CONCEPTOS

• NEMA

Mayor disipación, mayores espacios para instalaciones eléctricas.

• IEC

Mayor velocidad de respuesta, menores espacios para instalaciones eléctricas.

Protección en Redes de Baja Tensión

INTENSIDADES NOMINALES.

Intensidad permanente nominal Iu :Es la intensidad de la corriente que puede conducir por tiempo ilimitado el interruptor de potencia en condiciones normales de servicio y ambientales, sin sobrepasar las temperaturas límite correspondientes.

Intensidad de servicio nominal :Es la intensidad por tiempo ilimitado fijada por las condiciones de utilización del interruptor. En caso de mayores temperaturas ambientales o altura deben reducirse las intensidades de servicio nominales. Derrating

Intensidad de ajuste Ir :Es la intensidad ajustada de acuerdo a la red.

Protección en Redes de Baja Tensión

Interruptores de potencia con extinción al paso por cero

Estos interruptores extinguen el arco eléctrico en corriente alterna al paso natural de la corriente por cero (al empezar la segunda semionda).

Interruptores Automáticos Circuit Breakers e interruptores limitadores de corriente

Estos interruptores realizan la desconexión dentro de los 10 primeros ciclos, después de detectada la falla.

Protección en Redes de Baja Tensión

Molded Case Circuit Breakers

Estos interruptores realizan la desconexión dentro de los 10 primeros ciclos, después de detectada la falla.

Molded Case Circuit Breakers con Limitación de Corriente

Interruptores con Limitación de la corriente

Estos interruptores realizan la desconexión de la corriente de cortocircuito en la zona ascendente de la primera semionda antes de alcanzar su valor de pico (impulso de la corriente de cortocircuito Is) limitandose así a una menor corriente de paso Id

Protección en Redes de Baja Tensión

La interrupción de la corriente generalmente es acompañada por la prolongación de un arco el cual se origina mientras se separan los contactos.

Para eliminar este arco en los interruptores se recurre a los cámaras apagachispas.

� Por acción magnética es guiado el arco dentro de la cámara donde es segmentado en pequeñas porciones facilitando el enfriamiento de los gases ionizados.

� Esta expansión y segmentación del arco incrementa rápidamente la impedancia del circuito causando que el arco sea extinguido rápidamente

Protección en Redes de Baja Tensión

Arco Eléctrico

Protección en Redes de Baja Tensión

Protección en Redes de Baja Tensión

Protección en Redes de Baja Tensión

Arco EléctricoIEC 61641

The occurrence of arcs inside enclosed low-voltage switchgear and controlgear assemblies -hereafter called ASSEMBLIES - is coupled with various physical phenomena. For example,the arc energy resulting from an arc developed in air at atmospheric pressure within theenclosure will cause an internal overpressure and local overheating which will result inmechanical and thermal stressing of the ASSEMBLY. Moreover, the materials involved mayproduce hot decomposition products, either gases or vapours, which may be discharged tothe outside of the enclosure.

This technical report makes allowance for internal overpressure acting on covers, doors, etc.and also takes into consideration the thermal effects of the arc or its roots on the enclosuresand of ejected hot gases and glowing particles, but not damage to internal partitions. It doesnot cover all effects which may constitute a risk, such as toxic gases. The test proceduresimulates only situations when doors and covers are closed and correctly secured.The interpretation of results is subject to an agreement between the manufacturer and theuser.

ARCO ELECTRICO

IEC 61641Procedimiento de prueba para las celdas fabricadas según IEC 60439-1:1999

-Condiciones de prueba-Procedimientos de prueba-Indicadores-Resultado de la Prueba

ARCO ELECTRICO

ARCO ELECTRICO

Personal protection is achieved when these criteria are fulfilled:– 1) correctly secured doors, covers, etc., do not open;– 2) parts (of the ASSEMBLY), which may cause a hazard, do not fly off. (This

includeslarge parts or those with sharp edges, for example inspection windows, pressure reliefflaps, cover plates, etc.);

– 3) arcing does not cause holes to develop in the freely accessible external parts of theenclosure as a result of burning or other effects;

– 4) the indicators arranged vertically do not ignite (indicators ignited as a result of paint orstickers burning are excluded from this assessment);

– 5) the protective circuit for accessible parts of the enclosure is still effective.Assembly protection is achieved when criteria 1) to 6) are fulfilled:

– 6) the ASSEMBLY is capable of confining the arc to the defined area where it ignited, andthere is no propagation of the arc to other areas within the ASSEMBLY .

ARCO ELECTRICO

ARCO ELECTRICO

Arco EléctricoArco EléctricoIEEE IEEE

NFPA 70E y IEEE std 1584-2002

Arco Eléctrico IEEE

IEEE std 1584-2002

Abstract:This guide provides techniques for designers and facility operators to apply in determining the arc-flash hazard distance and the incident energy to which employees could be exposed during their work on or near electrical equipment.

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

Corriente de arco

Arco Eléctrico IEEE

Energía Normalizada

Arco Eléctrico IEEE

Energía incidente

Arco Eléctrico IEEE

Límite de alcance

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

Arco Eléctrico IEEE

IEC 60909IEC 60909

•RESISTENCIA A LOS CORTO CIRCUITOS

•La corriente de corto circuito es determinante para la elección de los aparatos de maniobra y distribución en función de su:

•Resistencia a los cortocircuitos y•Capacidad de ruptura (poder de corte)

•La corriente de cortocircuito al final de los conductores (corriente de cortocircuito mínima) es determinante para la medida de la protección mediante puesta a neutro

IEC 60909

� CALCULO DE CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO

� Durante un servicio normal, la corriente de servicio Ie fluye a través de los conductores. Ella está determinada por la tensión de servicio Ue y la suma de las impedancias de la red Zl y de la carga Z. En caso de cortocircuito desaparece la impedancia de la carga. Por lo tanto, la corriente de cortocircuito está solamente determinada por la tensión de servicio, la impedancia de la red y la impedancia del sitio del cortocircuito.

IEC 60909

•CLASES DE CORTOCIRCUITOS

•CORTOCIRCUITO TRIPOLAR (para el caso de cortocircuitos alejados del generador presenta las mayores corrientes de cortocircuito ).•CORTOCIRCUITO BIPOLAR SIN CONTACTO A TIERRA•CORTOCIRCUITO BIPOLAR CON CONTACTO A TIERRA(para el caso de cortocircuitos cercanos al generador puede presentar las mayores corrientes de cortocircuito ).•CORTOCIRCUITO UNIPOLAR A TIERRA•CONTACTO DOBLE A TIERRA

IEC 60909

Potencia del transformador [KVA]

Voltaje del secundario [V]

Impedancia de corto circuito [%]Ik

Zk

Ejemplo: Potencia: 800 KVA (Sn), Voltaje primario: 13.200V Voltaje secundario: 220V (Vs)

Is = Sn

√3 * Vs

800.000VA

√3 * 220V = = 2.105A

Ik = Is

Zk

2.105A

0.05 = = 42.100A

IEC 60909

M~~

M~

M~ ~

M

M~

M~ ~

M~~

M~

M~ ~

M

M~

M~ ~

M

M~ M~ ~

M

M~ M~ ~

Zt

ZL1

ZL2

ZL3

ZL4

M~

M~ M~ ~ ~

CALCULO DE CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO Y SELECTIVIDAD

TRNSFORMADOR

POTENCIA NOMINAL (VA) 500.000,00

VOLTAJE NOMINAL L-L MT(V) 13.200,00

VOLTAJE NOMINAL BT L-L (V) 208,00

VOLTAJE NOMINAL BT L-N (V) 120,00

CORRIENTE NOMINAL (A) 1.388,89

U (%) Tomada anexo 1 5%

IMPEDANCIA BASE (Ω) 0,08640

IMPEDANCIA TRANSFORMADOR (Ω) 0,00432

CAPACIDAD DE RUPTURA A LA SALIDA DEL TRANSFORMADOR (A) Iruptura=Voltaje nominal fase-neutro 27.777,78

Resistencia Transformador

Zt

ZL1

ZL2

ZL3

ZL4

CALIBRE DE CONDUCTOR AL INTERRUPTOR TOTALIZADOR 2(7x4/0)+2x4/0

RESISTENCIA POR METRO (Ω) Tomada anexo 2 pasada a metros / No conductores 0,0000117143

DISTANCIA (M) 5,00

RESISTENCIA TOTAL (Ω) 0,0000585714

CAPACIDAD RUPTURA NECESARIA Iruptura= Voltaje nominal fase-neutro (A) 27.406,20

Resistencia Transf+Resistencia cable

REFERENCIA 3WL

CAPACIDAD DE RUPTURA ofrecida (A) 65.000,00

DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 12.000,00

DERIVACION 1 3VL

DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 4.875,00

DERIVACION 2 3VL5740 1DC36 0AA0

DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 3.000,00

DERIVACION 3 3VL3720 1DC36 0AA0

DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 2.000,00

DERIVACION 4 3VL1716 1DD33 0AA0

DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 1.600,00

Zt

ZL1

ZL2

ZL3

ZL4

IEEE 242

•Corrientes de cortocircuito con fusibles para protección líneas DIN EN 60269-1

OTRAS NORMAS

Modular Technology:22

0080

01000

/12

2600

80010

00/12

00

60080

0/100

0

Device compartment

Horizontal busbar compartment

Cross-wiring compartment (optional)

Cable connection compartment optionally at the side or bottom (depending on the technology used)

Cable compartment for cable connection rear or cables from above

Diseño para tableros de Distribuciòn

Motor and Cable Feeder Cubicle in Withdrawable

Unit Design: Withdrawable Principle

Disconnected position0

Test positionTEST

Connecting position

I

Normas

IEC 60890 IEC 60865-1

IEC 60439-1 Type tests include the following:

a) verification of temperature-rise limits (8.2.1);b) verification of the dielectric properties (8.2.2);c) verification of the short-circuit withstand strength (8.2.3);d) verification of the effectiveness of the protective circuit (8.2.4);e) verification of clearances and creepage distances (8.2.5);f) verification of mechanical operation (8.2.6);g) verification of the degree of protection (8.2.7);h) EMC tests (see 7.10 and, if applicable, annex H).

Introduction

In IEC Publication 439-1, in the series of type tests, a temperature-rise test is specified.However, for certain types of assemblies for which the performance of a temperature-rise test is either not feasible or economically not justifiable a calculation of the temperature rise in the form of extrapolation from data found by tests on other assemblies may be made instead.Such assemblies are then called partially type-tested assemblies (PTTA).Various methods of calculation can be conceived and are acceptable. The factors and coefficients, set out in this report have been derived from measurements on numerous assemblies and the method has been verified by comparison with test results. The method described in this report is therefore one possible method and may for partially type-tested assemblies be used to prove compliance with the requirements of Sub-clause 8.2.1 of I EC Publication 439-1. This report applies to PTTAs only.

IEC 60890

IEC 60890

Introduction

This International Standard is applicable to the mechanical and thermal effects of shortcircuitcurrents. It contains standardized procedures for the calculation of the effects of theshort-circuit currents in two sections as follows:– Section 2 - The electromagnetic effect on rigid conductors and flexible conductors.- Section 3 - The thermal effect on bare conductors and electrical equipment.For cables and insulated conductors reference is made, for example, to IEC 949 and IEC 986.Only a.c. systems for rated voltages up to and including 420 kV are dealt with in thisstandard.

IEC 60865-1

IEC 60865-1

IEC 60865-1

IEC 60865-1

GRACIAS!!

Gracias!• John Buitrago

Responsable Regional Tableros de Baja Tensión y equipos de DistribuciónResponsable para Colombia de Protecciones de Baja TensiònI BT LV DS AAN

Siemens S.A.

Tel: 0057 – (1) 2942257Fax: 0057 – (1) 2942454Mobile: 0057 – 3212415520

E-Mail: john.buitrago@siemens.com