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¿Qué sucede si el defecto es un arco eléctrico que ocurre en barras del cuadro eléctrico?

Cuando la coordinación de protecciones eléctricas es crítica, por ejemplo, minimizando el alcance de una interrupción, una práctica de diseño común es usar el interruptor automático principal sin una función de disparo instantáneo e implementarlo en los interruptores automáticos de salida del cuadro eléctrico. Sin un disparo instantáneo, el interruptor automático principal puede demorar hasta 30 ciclos o 0,6 segundos en función de la configuración de retardo de tiempo corto. Esto permite que el interruptor automático de salida tenga tiempo suficiente para dispararse primero y eliminar el defecto.

Obviamente esta problemática la tenemos tanto en distribución eléctrica en Media Tensión como (y es la gran olvidada cuando es la más abundante, la Baja Tensión). Pero... ¿qué sucede si el defecto es un arco eléctrico que ocurre en barras del cuadro eléctrico? El retraso de 30 ciclos del interruptor principal parecería una eternidad en este caso.

Los objetivos de proporcionar una coordinación selectiva al incluir un retraso de tiempo y reducir la energía del evento eléctrico con tiempos de disparo rápidos entran en conflicto entre sí. Si el disyuntor principal se dispara instantáneamente, puede limitar la duración del arco eléctrico a cinco ciclos eléctricos (0,1 segundos). Sin embargo, sin un disparo instantáneo, el principal podría tardar hasta 30 ciclos en abrir el interruptor.

Dado que la energía total de un arco eléctrico depende de su duración, un aumento de seis veces en la duración (30 dividido por 5) daría como resultado un aumento igual en la energía, posiblemente a un nivel demasiado peligroso para realizar cualquier trabajo de mantenimiento con el cuadro eléctrico energizado, incluso con equipo de protección personal.

El conflicto entre el uso de un retraso de tiempo para la coordinación selectiva y el disparo instantáneo para reducir la duración del arco eléctrico condujo a la introducción de un nuevo artículo en la edición de 2011 del NEC (National Electrical Code) en USA. El nuevo artículo, 240.87 sobre Disparo no instantáneo, establece: “Cuando se usa un interruptor automático sin un disparo instantáneo, la documentación debe estar disponible para aquellos autorizados para diseñar, instalar, operar o inspeccionar las instalaciones en cuanto a la ubicación del interruptor o interruptores automáticos”. O sea, el personal de operación y mantenimiento deben estar previamente avisados de que esa protección instantánea no existe. Cuando se utiliza un interruptor automático sin un disparo instantáneo, se debe proporcionar uno de los siguientes medios equivalentes aprobados:

  1. Enclavamiento selectivo de zona (ZSI).
  2. Protección diferencial.
  3. Switch de mantenimiento de reducción de energía con indicador de estado local.

¿Cuáles son estos tres medios a los que se hace referencia y cómo ayudan a resolver el conflicto?

  1. Enclavamiento selectivo de zona: También conocido como ZSI (Zone Selective Interlocking), este esquema permite que diferentes zonas de protección (principal y alimentadores) se comuniquen entre sí. Si el defecto está aguas abajo del interruptor de salida, éste enviará una señal al principal, diciéndole que evite que se dispare instantáneamente. En cambio, el tiempo de espera principal se basará en sus otras configuraciones (generalmente, un retraso de tiempo corto). A este procedimiento se le llama también “Selectividad Lógica”. Esto permite que el interruptor de salida sea el primero en eliminar el defecto. Sin embargo, si el defecto está entre el principal y el interruptor de salida, el alimentador no ve el evento, por lo que no se envía ninguna señal de restricción al principal. En este caso, se dispara instantáneamente. Esto permite que el principal tenga capacidad de eliminación de defectos a alta velocidad para defectos en barras, al tiempo que permite un retraso de tiempo para los defectos aguas abajo del interruptor de salida.
  2. Protección diferencial: El concepto de este método de protección es que la corriente que fluye hacia un dispositivo protegido debe ser igual a la corriente que fluye fuera del dispositivo. Si estas dos corrientes no son iguales, debe existir una defecto dentro del cuadro eléctrico, y el relé se puede configurar para funcionar para una interrupción rápida. La protección diferencial utiliza transformadores de corriente ubicados en los lados de la línea y la carga del dispositivo protegido, que típicamente sería un transformador, generador o barras de cuadro eléctrico (MT o BT).
  3. Switch de mantenimiento de reducción de energía con indicador de estado local: Este “switch” permite al usuario habilitar "temporalmente" una configuración de "retraso de tiempo no intencional", es decir, un disparo instantáneo. Muchos fabricantes de equipos eléctricos han introducido este tipo de interruptor con sus equipos. Aunque el interruptor no elimina el peligro de arco eléctrico, puede reducir la duración con un tiempo de disparo más rápido. Una vez que se completa el trabajo en tensión, el “switch” vuelve a ser colocado en su posición normal, lo que restaura la configuración original del dispositivo.
  4. No está mencionado en NEC, pero también pueden aplicarse sistemas Arc-Flash Detection. Básicamente estos son equipos que se instalan dentro del cuadro BT o MT y detectan la luz del arco eléctrico a través de una instalación de fibra óptica. Típicamente hay una unidad electrónica central que recibe varias fibras ópticas que supervisan diversas partes del cuadro eléctrico. En caso de una detección de arco, se lanza una orden de disparo instantáneo al interruptor automático de cabecera del cuadro eléctrico.

Estos cuatro métodos se aplican tanto en el mundo de normativa americana como IEC. La problemática es la misma y por desgracia es una problemática ignorada. Tengamos en cuenta que hay muchos cuadros eléctricos instalados que no cumplen la norma internacional IEC 62271-200, que define la llamada clase IAC “Internal Arc Class”, y por tanto, ese riesgo eléctrico es más relevante.

Cuando se trata del conflicto entre la selectividad de protecciones eléctricas y la protección contra arco eléctrico, cada uno de los cuatro métodos que se encuentran en este artículo puede ayudar a proporcionar lo mejor de ambos mundos: retraso de tiempo para la coordinación selectiva cuando es importante y disparo de alta velocidad cuando sea necesario durante el trabajo en tensión, que es un trabajo que siempre debe minimizarse.

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