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Tema:“Arco eléctrico”.

I. OBJETIVOS.

Conocer la definición de arco eléctrico Conocer las condiciones que dan lugar al fenómeno de arco eléctrico. Categorizar las causas de aparición de un arco eléctrico en una instalación. introducir el módulo Arc Flash Analysis de ETAP y proporcionar instrucciones sobre

cómo realizar cálculos de Arc Flash.

II. INTRODUCCIÓN.

ARCO ELECTRICO.

Al abrir un circuito eléctrico recorrido por una corriente; aunque el circuito sea puramente resistivo, siempre hace falta una cierta separación mínima para evitar la perforación dieléctrica del medio.

Las causas de aparición de un arco de defecto en una instalación pueden clasificarse en tres categorías:

• las causas evolutivas;

• las causas mecánicas;

• las sobretensiones.

Las causas 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 depósitos que, si se produce una condensación o un estado higrométrico excepcional, pueden provocar la formación de un punto de resistencia superficial tal que puede abrirse una brecha en la superficie del aislante.

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Facultad de Ingeniería.Escuela de Eléctrica.Asignatura “Análisis de Sistemas de Potencia II”.

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Según la naturaleza del aislante, este defecto inicial puede eliminarse por sí mismo o empeorarse, creando un arco de defecto.

Este fenómeno se constata a veces al volver a conectar una instalación después de varios días de paro, período en el que pueden producirse condensaciones al no estar ya la instalación a una temperatura superior a la del ambiente. Este es el caso concreto y particular de las instalaciones de cristalerías, en las que el aire ambiente transporta polvo de carbonato de sodio y en las que además los riesgos de variaciones higroscópicas son elevados. El resultado final será el mismo si la suciedad de la superficie de los aislantes se debe a salpicaduras de líquidos que contengan electrólitos.

El accidente puede pasar desapercibido y producirse en el transporte o durante los trabajos de mantenimiento de la instalación. Se notará más tarde en la explotación con condiciones higroscópicas excepcionales. Es lo mismo con condensaciones sobre materiales almacenados a la orilla del mar y mal protegidos.

La degradación progresiva del aislamiento puede igualmente deberse a un calentamiento local accidental, por ejemplo, por una mala conexión o por un aflojamiento progresivo de un borne. La elevación de la temperatura en un punto próximo a otro defectuoso puede inducir a la descomposición y la carbonización progresiva de los aislantes cercanos, lo que puede ser el origen un arco de defecto, inicialmente entre fases o entre fase y masa y después degenerar en un defecto trifásico.

Las causas mecánicas

Se deben a la intervención de un elemento conductor ajeno a la propia estructura de la instalación.

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 tensión. Se observa, por ejemplo, que para no perturbar el funcionamiento general de una instalación, un electricista que tiene que realizar una verificación, abre los paneles posteriores de un cuadro, y sobre el juego de barras así accesible, se pone a trabajar pensando que tendrá suficiente cuidado. Cuando una herramienta se resbala y escapa de las manos, o cuando una lámpara de pruebas (prohibida) explota, se produce una descarga general con riesgo de quemaduras graves para el operador imprudente.

Los resultados serán los mismos si un objeto conductor «olvidado» en la parte superior del cuadro (herramienta, trozo de una barra, tuerca, arandela, cuña metálica, etc.), llega a desplazarse poco a poco por el efecto de las vibraciones y cae entre dos barras, o entre dos bornes de un cable.

Pueden incluso presentarse incidentes debidos a la presencia insólita de un animal en el interior de un cuadro (gato, ave, rata, etc.). Pág.

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ETAP Arc Flash estima en forma automática la energía incidente liberada durante el

proceso de arco en faltas y determina los límites de protección requeridos. El módulo

permite diseñar sistemas de potencia seguros y al mismo tiempo cumplir con las

regulaciones OSHA por la aplicación de la normativa NFPA 70E-2004 o IEEE Std. 1584-

2002 & 1584a-2004 para cálculos Arc Flash. El análisis para el cálculo de cortocircuitos

trifásicos se desarrolla tomando en cuenta la norma ANSI/IEEE o IEC. Asimismo, se

determina el equipo de protección personal (PPE) requerido, el Arc Rating (ATPV) según el

enfoque más ajustado a los límites de cercanía a partes energizadas para protección contra

shocks de la NFPA 70E.

III. EQUIPO DIDÁCTICO.

Cantidad Descripción1 Ordenador con procesador

Pentium III y 512MB RAM como requisitos mínimos

1 ETAP 5.5.61 Dispositivo de

Almacenamiento externo(USB)

Tabla 1.1: “Materiales y equipo”.

IV. PROCEDIMIENTO.

Paso 1. Abrir el programa ETAP 5.5.6

Paso 2. Dar un clic en file y después en New Project..,.

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Paso 3. Asignarle un nuevo nombre al proyecto. Y asignar el la casilla de user name el nombre de “usuario” y dar clic en OK.

Paso 4: Realizar el siguiente circuito (figura 1.2) utilizando los comando que se muestran en la parte derecha del área de trabajo.

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Figura 1.2

DC System

Figura 1.3

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Sub3 Net

Figura 1.4

Comp Mtr1 (sub3 net)

Figura 1.5

Mcc 3 A (sub3 net)

Figura 1.6

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Sub2A-N

Figura 1.7

Net 1 (sub2A-net)

Figura 1.8

Nota: los parámetros de cada elemento, son introducidos al hacer doble click sobre cada uno de ellos. La introducción de comentarios en cada elemento es opcional a juicio del alumno o del instructor.

Paso 5. Arc Flash de ETAP tiene incorporados valores típicos para las distancias internas del equipo (gap y X-factors) en la página Rating de la barra.

Paso 6. En la barra de herramientas Mode, seleccione el modo de cortocircuito haciendo click en el Botón Short-Circuit Analysis.

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Paso 7. Se abrirá una nueva barra de herramientas.

Paso 8. Hacer click en el icono (Run Arc-flash ).

Paso 9. De un click en la ventana Arc Flash y seleccione la distancia de trabajo. Ésta está definida como la distancia desde el torso y la cara de una persona hasta los equipos energizados (por lo general, 18 pulgadas para equipos de baja tensión).

Paso 10. Seleccione el cálculo User-Defined Arc Flash y anote los valores que se le piden.

Incident energy ________________________________________Protectión bounday _________________________________________Category _________________________________________

Paso 11. Después de anotar los datos, dar click en el botón print. Anotar los datos mostrados.

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V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

1. Presentar la simulación completa del circuito presentado.

2. Defina detalladamente cada uno de siguientes términos con sus respectivas

unidades:

3. Explique en que consiste el tiempo de aclaramiento de fallas (FCT).

VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA.

1. Investigar cuales son las condiciones de formación del arco eléctrico, propiedades físicas y sus propiedades eléctricas.

2. Clasificar las causas de aparición de un arco eléctrico.3. Investigar los elementos necesarios para la extinción de un arco eléctrico.4. Investigar las diferentes señalizaciones y normas de seguridad que rigen el estudio del

arco eléctrico.

VIII. BIBLIOGRAFÍA.

Stevenson, Jr. Williams. “Análisis de Sistemas de Potencia”.McGraw Hill Inc. USA, 1985.

Luis Maria Checa. “Líneas de Transporte de Energía”. 1988 Marcombo Boixareu Editores.

José Miguel Valencia & Otto Tévez.“Elaboración de una herramienta asistida por computadora para el diseño eléctrico y el cálculo de tensiones”.

Tesis de Ingeniería Eléctrica.Harper, Gilberto Henríquez.“Técnicas, Computacionales en Sistemas Eléctricos de Potencia”.

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