Como calcular arco eléctrico, ejemplos, EPP, NFPA 70E y IEEE 1584, limite de protección, categoría de riesgo etc

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Un arco eléctrico es una descarga de energía de luz y calor que se forma cuando ocurre una falla en un circuito eléctrico.

El arco eléctrico da como resultado una enorme cantidad de energía que se libera como corriente que fluye a través del aire ionizado. Una explosión de arco (Arc Blast), es diferente de un arco eléctrico (Arc Flash), el Arc Blast es una onda de choque supersónica producida cuando el arco incontrolado vaporiza los conductores metálicos. Los términos se usan indistintamente, sin embargo, en realidad son entidades diferentes.

Las temperaturas en las terminales del arco pueden alcanzar o superar los 35.000 grados Fahrenheit (F), o cuatro veces la temperatura de la superficie del sol. El aire y los gases que rodean el arco se calientan instantáneamente y los conductores se vaporizan provocando una onda de presión llamada explosión de arco (Arc Blast).

El personal expuesto directamente a eventos de arco eléctrico (Arc-Flash) y explosión de arco (Arc-Blast) está sujeto a quemaduras de tercer grado, posible ceguera, golpes, efectos de explosión y pérdida auditiva.

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Incluso los arcos relativamente pequeños pueden causar lesiones graves. El efecto secundario de los arcos incluye gases tóxicos, escombros en el aire y daños potenciales a equipos eléctricos, cuartos y conductos.

Las altas temperaturas del arco y los metales fundidos y vaporizados encienden rápidamente cualquier material inflamable. Si bien estos incendios pueden causar grandes daños a la propiedad y pérdida de producción, los peligros para el personal siempre son mayores.

Cualquier conductor eléctrico energizado que haga contacto accidental con otro conductor o con tierra producirá un arco eléctrico. La corriente de arco continuará fluyendo hasta que el dispositivo de protección contra sobrecorriente utilizado aguas arriba abra el circuito o hasta que algo más haga que la corriente deje de fluir.

Unidades de medida del arco eléctrico

Para determinar los efectos potenciales de un arco eléctrico, necesitamos comprender algunos términos básicos. Un arco eléctrico (Arc-Flash) produce un calor intenso en el punto del arco. La energía térmica se mide en unidades como BTU, julios y calorías.

Una caloría es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.

Los siguientes datos proporcionan una base para medir la energía térmica:

  • Energía (E) = Potencia (P) × Tiempo (t)
  • Potencia (P) = Voltios (V) × Amperios (I)
  • Calorías (E) = Voltios (V) × Amperios (I) × Tiempo (t)
  • 1 Caloría = 4.1868 watts-segundos
  • 1 Joule= 1 watts-segundo

Dado que la energía es igual a la potencia multiplicada por el tiempo, y la potencia (watts) es voltios por amperios, podemos ver que las calorías están directamente relacionadas con los amperios, el voltaje y el tiempo. Cuanto mayor sea la corriente, el voltaje y el tiempo, más calorías se producen.

Para definir la magnitud de un arco eléctrico (Arc-Flash) y los peligros asociados, se han establecido algunos términos básicos:

  • La cantidad de energía térmica instantánea liberada por un arco eléctrico (Arc-Flash) generalmente se llama energía incidente. Por lo general, se expresa en calorías por centímetro cuadrado (cal / cm2) y se define como la energía térmica impresa en un área que mide un centímetro cuadrado (cm2). Sin embargo, algunos métodos de cálculo expresan la energía térmica en Joule / cm2 y se pueden convertir a calorías / cm2 dividiendo entre 4,1868.

Si colocamos instrumentos que miden la energía incidente a diferentes distancias de un arco eléctrico (Arc-Flash) controlado, aprenderíamos que la cantidad de energía incidente varía con la distancia del arco y disminuye aproximadamente con el cuadrado de la distancia en pies. Al igual que al entrar en una habitación con chimenea, cuanto más cerca estemos, mayor será la energía térmica.

Las pruebas han indicado que una energía incidente de solo 1,2 cal / cm2 provocará una quemadura de segundo grado en la piel desprotegida. Una quemadura de segundo grado se puede definir como “simplemente” curable.

Con el fin de comprender los efectos potenciales de un arco eléctrico, debe determinar la distancia de trabajo desde una parte expuesta “viva”. La mayoría de las mediciones o cálculos se realizan a una distancia de trabajo de 45cm (18 pulgadas).

Esta distancia se utiliza porque es la distancia aproximada que la cara de un trabajador o la parte superior del cuerpo puede estar lejos de un arco, en caso de que ocurra uno.

Algunas partes de un trabajador pueden estar a menos de 45cm (18 pulgadas) de distancia y algunas otras a mayores distancias. La distancia de trabajo es una estimación que se utiliza para determinar el grado de riesgo y el tipo de equipo de protección personal necesario para protegerse contra el peligro.

Categorías de clasificación de los peligros de arcos eléctricos y ejemplos de energía incidente

La NFPA 70E, Norma para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo clasifica los peligros de arco eléctrico en cinco categorías de riesgo de peligro (HRC 0 a 4).

Basado en la cantidad de energía que se puede liberar a una cierta distancia de trabajo durante un evento de arco eléctrico, las categorías son:

Energía
(cal / cm2)
Categoría de riesgo
0 to 1.2
1.21 to 41
4 .1 to 82
8.1 to 253
25.1 to 404

Resultados de energía incidente por un arco eléctrico

Energía incidente
(cal / cm2)
Resultados / ejemplo
0.0033Cantidad de energía que produce el sol en 0.1 seg. en la superficie del suelo en el ecuador.
1Equivalente a la punta de un dedo expuesta a la llama de un encendedor de cigarrillos durante un segundo
1,2Cantidad de energía que causará instantáneamente quemaduras de segundo grado en la piel desnuda
4Cantidad de energía que encenderá instantáneamente una camisa de algodón
8Cantidad de energía que causará instantáneamente quemaduras incurables de tercer grado en la piel desnuda

Los estudios muestran que muchos eventos industriales de arco eléctrico producen 8 cal / cm2 (HRC 2) o menos, pero otros accidentes pueden producir 100 cal / cm2 o más (excediendo todos los HRC). Es importante recordar que solo se necesitan 1,2 cal / cm2 (HRC 0) para provocar una quemadura de segundo grado en la piel desprotegida.

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