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La seguridad

Más que un solo número: comprensión de los cálculos de energía incidente

Jim PhillipsPor Jim Phillips Publicado en enero de 2021

Jugando con fuego

Cuando tenía alrededor de 10 años, aprendí el “arte” de jugar con fuego. Pensé que era asombroso mover mi dedo directamente a través de la llama de una vela sin quemarme. También aprendí (por las malas) que si sostienes la mano varios centímetros por encima de la llama, aunque no esté tan caliente, te quemas. Esto es similar a la relación con la energía incidente. Con diferentes valores de corriente de cortocircuito y duración del arco, la energía incidente puede variar enormemente, e incluso es posible tener exactamente la misma energía incidente con dos corrientes de cortocircuito y duraciones de arco muy variables.

Para ilustrar estos conceptos, se desarrollaron tres escenarios utilizando métodos de cálculo de la edición 2018 de IEEE 1584 — Guía IEEE para realizar cálculos de peligro de arco eléctrico .

Los siguientes parámetros se utilizan para cada escenario: voltaje: 480 V, apertura del gabinete: 20 por 20 pulgadas, espacio entre electrodos: 25 milímetros, configuración de electrodos: conductores verticales dentro de una caja de metal, distancia de trabajo: 18 pulg.

Tabla 1: Variar la corriente de cortocircuito

La tabla 1 muestra el efecto que tiene la corriente de cortocircuito atornillada sobre la energía incidente. Se usó una duración de arco de tres ciclos eléctricos o 50 milisegundos (ms) para cada cálculo, y solo se varió la corriente de cortocircuito atornillada usando cuatro valores diferentes enumerados en la columna 1. La columna 2 enumera la corriente de cortocircuito de arco calculado, y la columna 3 enumera la relación de la corriente de cortocircuito de arco en comparación con la corriente de cortocircuito atornillada. Aunque la corriente de cortocircuito atornillada aumenta en un 400% de 20 kiloamperios (kA) a 80 kA, la energía incidente resultante en la columna 5 solo aumenta en un 275% de 1,81 a 4,98 cal / cm2. Esto indica que, aunque la energía incidente calculada aumenta con la corriente de cortocircuito, no es directamente proporcional.

Tabla 2: Variar la duración del arco

La duración del arco se considera a menudo como la variable más importante, ya que la energía incidente es directamente proporcional a la duración, es decir, la duración tiene el mayor efecto sobre la energía incidente. La Tabla 2 usa 20 kA de corriente de cortocircuito para cada cálculo, y solo varía la duración del arco. La columna 3 ilustra que a medida que la duración del arco aumenta en un 1,200% de 50 a 600 milisegundos, la energía incidente también aumenta proporcionalmente en un 1,200% de 1,81 a 21,67 cal / cm2, como se muestra en la columna 4.

Tabla 3: Misma energía incidente, diferente corriente, duración

La Tabla 3 ilustra cómo la energía incidente puede ser la misma para varios casos, incluso cuando la corriente de cortocircuito es diferente. En este escenario, la duración del arco se ajustó para cada corriente de cortocircuito atornillada, por lo que la energía incidente total es 4.98 cal / cm2 para cada caso. Pensando en la llama de la vela, esto es similar a variar qué tan lejos sostienes tu mano sobre la llama y cuánto tiempo se puede sostener allí para recibir la misma energía térmica. A la corriente de cortocircuito atornillada más baja de 20 kA, se necesitan 138 ms para alcanzar 4,98 cal / cm2, y a 80 kA solo se necesitan 50 ms (tres ciclos).

Tenga en cuenta que para igualar 4.98 cal / cm2 exactamente para cada cálculo, la duración del arco en milisegundos no siempre coincide con un número par de ciclos eléctricos, como sería el caso normalmente. Aunque la energía incidente total es la misma para cada cálculo, 4.98 cal / cm2 de 80 kA serían mucho más intensos con la duración más corta de 50 ms. Los 20 kA no serían tan intensos ya que se necesitan casi tres veces más para la misma energía incidente.

Aunque estos ejemplos ilustran cómo la energía incidente puede variar con la corriente y duración de cortocircuito, así como cómo puede permanecer igual con diferentes corrientes de cortocircuito y variando la duración, ¡el mejor número para la energía incidente es siempre cero! Energía incidente cero significa voltaje cero. Coloque el sistema en condiciones de trabajo eléctricamente seguras.