UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICALABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS 1

DEDICATORIA

PRIMERAMENTE A DIOS POR HABERME PERMITIDO LLEGAR HASTA ESTE PUNTO Y HABERME DADO SALUD.

A MI MADRE POR HABERME APOYADO EN TODO MOMENTO, POR SUS CONSEJOS, SUS VALORES, POR LA MOTIVACIN CONSTANTE QUE ME HA PERMITIDO SER UNA PERSONA DE BIEN.

AL INGENIERO HOLGER MEZA DELGADO POR SU GRAN APOYO Y MOTIVACIN, POR SU APOYO OFRECIDO EN ESTE TRABAJO, POR HABERME TRANSMITIDO LOS CONOCIMIENTOS OBTENIDOS Y HABERME LLEVADO PAS A PASO EN EL APRENDIZAJE

NDICE

Introduccin..3Arco elctrico.51. definicin.52. naturaleza del arco.5

3. causas del arco elctrico.6

4. estudio de arc flash.7

5. riesgos del arqueo de una falla.8

6. probabilidad de sobrevivir..8

7. impactos del arc flash..9

8. conclusiones.12

9. bibliografa.12

ANEXO 1(Arco elctrico: estimacin de la energa calorfica incidente sobre un trabajador)

ANEXO 2(Metodologa para el diagnstico del nivel de riesgo por arco elctrico en subestaciones de transmisin de energa)

INTRODUCCINUn arco elctrico se define como un tipo de explosin elctrica, debida a un cortocircuito sostenido en el tiempo a travs del aire ionizado. Este es causado por una rpida liberacin de energa debido a una deficiencia en el aislamiento elctrico entre una parte energizada y otra a otro potencial (falla entre barras, falla a tierra, fallas fase-neutro). Un arco elctrico se genera generalmente a partir de un error en la manipulacin de los sistemas elctricos o bien por la falla en los aislamientos elctricos en un punto determinado de un sistema elctrico. En el momento de un arco elctrico, las temperaturas pueden alcanzar hasta 20.000C. Esta descarga repentina de energa tiene la capacidad de destruir barras de cobre o aluminio (usadas generalmente para la distribucin de energa) hasta su fase de vaporizacin. El resultado es un aumento brusco del volumen de los materiales contenidos en en el aire (explosin), la explosin de arco, estimada en una expansin de 40.000 a 1. Una explosin de arco puede devastar todo a su paso, produce los niveles de sonido superiores a 120 dB, y puede crear una metralla mortal durante su ocurrencia Las causas de aparicin de un arco de defecto en una instalacin pueden clasificarse en tres categoras: Las causas evolutivas Las causas mecnicas Las sobretensionesLas causa evolutivas Son consecuencia de un debilitamiento progresivo de la resistencia de aislamiento entre fases o entre fases y masa. Este debilitamiento puede ser consecuencia de depsitos que, si se produce una condensacin o un estado higromtrico excepcional, pueden provocar la formacin de un punto de resistencia superficial tal que puede abrirse una brecha en la superficie del aislante. La elevacin de la temperatura en un punto prximo a otro defectuoso puede inducir a la descomposicin y la carbonizacin progresiva de los aislantes cercanos, lo que puede ser el origen un arco de defecto, inicialmente entre fases o entre fase y masa y despus degenerar en un defecto trifsico Las causas mecnicas Se deben a la intervencin de un elemento conductor ajeno a la propia estructura de la instalacin. Este es el caso de intervenciones inadecuadas del personal de mantenimiento; no siempre se respetan estrictamente las normas que fijan las precauciones a tomar en caso de actuaciones en partes bajo tensin.

Las sobretensiones Algunas sobretensiones de valor elevado producen descargas en cuadros correctamente diseados e instalados. Sin embargo, estos casos excepcionales se pueden producir especialmente en baja tensin. En las redes de baja tensin pueden encontrarse sobretensiones que alcanzan los 8 10 kV. Provienen de la transmisin, por la capacidad de los transformadores de media tensin a baja tensin, de sobretensiones normales que aparecen en media tensin, por ejemplo, al cortar la corriente magnetizante de un transformador en vaco.

Arco elctrico1. DefinicinUn arco elctrico o el arqueo de una falla es un flashover de corriente elctrica a travs del aire en los equipos elctricos con un conductor vivo expuesto a otro o a tierra. El Arc Flash es peligroso debido a la exposicin excesiva de calor y serios daos por quemaduras causadas por el arqueo de una falla en los sistemas elctricos. El arco elctrico produce intenso calor, explosiones sonoras y ondas de presin. 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 elctrico 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 expansin sbita del aire. Esto resulta en una explosin con muy alta presin 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 explosin puede propagar el metal derretido en el aire a mayores distancias con gran fuerza.

En la siguiente figura se muestra el arco elctrico en entre dos terminales y se describen cada consecuencia al ocurrir dicho arco.

3. Causas del Arco Elctrico

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 travs de la superficie. Esto puede desarrollar un mayor arqueo.

Corrosin

La corrosin de los equipos puede proporcionar impurezas en la superficie del aislamiento. La corrosin tambin debilita el contacto entre las terminales de los conductores incrementando la resistencia de contacto a travs de la oxidacin u alguna otra contaminacin corrosiva.La condensacin 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 intensificacin del potencial del arco de fase a fase.

Contactos Accidentales:

El contacto accidental con la exposicin de las partes vivas puede iniciar el arco de una falla. Cada de Herramienta

La cada accidental de la herramienta puede causar un cortocircuito momentneo, produciendo chispas e iniciando el arco.

Sobre-Voltajes a travs de espacios estrechos:

Cuando el espacio de aire entre conductores de diferentes fases es muy estrecho (debido a la mala calidad o al dao de los conductores), el arco puede ocurrir durante los sobre-voltajes temporales.

Falla de los materiales aislantes.

El arco elctrico tambin es causado por lo siguiente:

Utilizacin o diseo inapropiado del equipo. Procedimientos de trabajo inapropiados.

4. Estudio de Arc Flash

El anlisis de un estudio de Arc Flash debe ser realizado en asociacin con los estudios decortocircuito y de coordinacin de protecciones, ya que ambos estudios aportan la informacin necesaria para realizar el anlisis de los riegos del Arc Flash. Los resultados del anlisis de los riesgos del Arc Flash son usados para identificar el lmite de proteccin de flasheo y la energa incidente en las distancias de trabajo asignadas a travs de cualquier punto o nivel en el sistema de generacin elctrica, transmisin, distribucin.

Otra de las utilizaciones de los resultados obtenidos del anlisis del Arc Flash, es especificar el adecuado equipo de proteccin personal (PPE por sus siglas en ingls), el cual debe ser del tipo y calidad para proteger todas las partes del cuerpo que estn expuestas al Arc Flash. Dicho (PPE) est conformado por ropa resistente a la flama, casco, protector para cara, lentes, guantes y zapatos de seguridad. En las figuras 4, 5 y 6 se muestran algunos equipos de proteccin personal.

El clculo de los riesgos de Arc Flash es realizado mediante diversos mtodos. El mtodo elegido puede estar basado en la informacin disponible, volmenes de clculo de trabajo, la necesidad de precisin, la disponibilidad y la calidad del programa del Arc Flash. Cualquier mtodo empleado, requiere que lo realice personal calificado, el cual debe darse cuenta de las limitaciones que el mtodo contiene, con la finalidad de obtener los mejores resultados. Los mtodos para el anlisis 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 proteccin, sepueden evitar siniestros, tales como quemaduras fatales que propiciaran un periodo largo de recuperacin del personal afectado y en su caso hasta la muerte; significando perdidas humanas, econmicas y de produccin para la empresa, adems de sustitucin de equipo que integra el sistema elctrico en cuestin. El uso de equipo de proteccin personal, tal vez no garantice la exposicin a las altas temperaturas y los daos por las explosiones, pero si reduce las quemaduras a grados considerados curables. En las figuras 2 y 3 se muestran ejemplos de eventos ocurridos 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 extensin del arco produce la cada de pequeos objetos metlicos a alta presin. Laexplosin puede penetrar el cuerpo.

Presin

La onda de presin de la explosin puede lanzar a los trabajadores a travs del cuarto,noquendolos. La presin en el pecho puede ser mayor a 2000 lb2ft.

Ropa

La ropa es quemada a varios metros. El rea de la ropa, puede ser quemada msseveramente que la piel expuesta.

Perdida auditiva por explosin sonora.

El sonido puede tener una magnitud hasta de 140 dB a una distancia de 60.96 cm del arco.

6. Probabilidad de sobrevivir

La siguiente tabla muestra la probabilidad de sobrevivir de una persona de acuerdo a su edad y porcentaje de quemaduras en el cuerpo.

Explicacin: Una persona tiene posibilidad de sobrevivir al 100% si se encuentra en el rangode edad de 20-29.9 aos y si slo sufri quemaduras del 25%. Una persona de edadavanzada, por ejemplo si tomamos el rango de 50-59.9 aos, slo tiene la probabilidad desobrevivir del 60%, si en su caso sufri quemaduras del 50%. Esto quiere decir, a mayoredad y con un porcentaje alto de quemaduras, menor ser la probabilidad de sobrevivir.

7. Impactos del Arc FlashDebido a las quemaduras producidas por el arco, la piel puede requerir aos de tratamiento con medicamento y rehabilitacin. La victima podra no regresar a trabajar o no tener la mismacalidad de vida. Algunos de los costos directos son:

El tratamiento puede exceder de $ 1, 000, 000 de dlares por caso. Litigacin de honorarios Perdidas de produccin

Ejemplos de eventos de Arc Flash ocurridos en un panel directamente frente a un trabajador.Este sufri quemaduras de tercer grado, quemndole el 28 % del cuerpo. Teniendo significantes perdidas de la vista, del odo y del olfato.

Ejemplo de cicatrices en una persona, causada por quemaduras debido a la ocurrencia del Arc Flash, en un circuito de bajo voltaje.

Figura No. 4 Ropa resistente a la Flama. (a) Chamarra; (b) Overall; (c) Traje completo.

Figura No. 5. Cascos

Figura No. 6. Guantes y Botas de Proteccin

8. Conclusiones

Con lo que respecta al trabajo realizado, podemos concluir que es indispensable realizar unaevaluacin del sistema elctrico con los estudios de cortocircuito y coordinacin 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, as como en el estudio de coordinacin de protecciones se determina el tiempo de operacin de los equipos de proteccin y las condiciones de sobrecarga.

Es importante realizar el anlisis de Arc Flash, ya que con esto se tiene una estimacin correctade la energa incidente y los lmites de proteccin a los que se debe de trabajar, as comodeterminar la categora y tipo de equipo de proteccin personal que se debe emplear de acuerdo al nivel de energa incidente y no sobre dimensionar el equipo de proteccin, ya que podra causar incomodidad propiciando accidentes que causaran la iniciacin del arco.

Asimismo se evita en un 90% siniestros tales como quemaduras fatales que propiciaran unperiodo largo de recuperacin del personal afectado y en su caso hasta la muerte; significandoperdidas humanas, econmicas y de produccin para la empresa, adems de sustitucin deequipo que integra el sistema elctrico en cuestin.

9. bibliografa http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/electrica-ingenieria/analisis-de-sistemas-de-potencia-ii/2015/i/guia5.pdf http://www.arcadvisor.com/pdf/arco-electrico-AFA41.pdf https://www.navarra.es/NR/rdonlyres/EF1224A4-E797-4B30-9ED7-E04C53A3F829/226031/FTP40ArcosElectricos.pdf http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/1404/1/ESTUDIOS%20DE%20C%C3%81LCULO%20DEL%20ARCO%20EL%C3%89CTRICO%20EN%20SISTEMAS%20INDUSTRIA.pdf http://www.ruelsa.com/cime/boletin/2009/bt31.pdf https://www.osha.gov/dte/grant_materials/fy09/sh-19492-09/seguridad_con_la_electricidad.pdf

Anexo 1Arco elctrico: estimacin de la energa calorfica incidente sobre un trabajador

ARCO ELCTRICO JESUS QUICAO QUISPEPGINA 13