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Protecciones contra arcos eléctricos

Las instalaciones eléctricas están presentes en todos los sectores de la industria, ya sea en centros de distribución de energía, conjuntos de maniobra y control. Estos equipos están normalmente sujetos a problemas de operación como el arco eléctrico o arco voltaico. El arco eléctrico es un camino alternativo al flujo de corriente eléctrica, como el aire. Si algún evento es capaz de superar el límite de aislamiento de un material (rigidez dieléctrica), este, que era aislante, pasa a conducir la corriente eléctrica.

Los trabajadores siempre quedan expuestos al riesgo de un arco eléctrico al realizar inspecciones de termografía, mantenimiento o inspección de fallas. Debido a la fuerte expansión del aire en el interior del tablero, partes móviles pueden salir proyectadas y dañar fatalmente a las personas.


Proceso del arco eléctrico

El arco eléctrico pasa por las siguientes etapas:

1. La energía del arco es descargada en el aire dentro del tablero eléctrico y consecuentemente, la presión aumenta (“Compresión”, dura entre 5 y 15 milisegundos).

2. El incremento de la presión hace que se abran los conductos de alivio y el aire pasa a ser expulsado del tablero eléctrico, disminuyendo la presión interna (“Expansión”, dura entre 5 y 15 milisegundos).

3. Mientras la presión disminuye, el aire continúa siendo expulsado y la temperatura aumenta (“Expulsión”, dura entre 40 y 60 milisegundos).

4. La temperatura ambiente sube hasta aproximadamente la misma temperatura del arco. Durante esta “fase térmica”, el arco alcanza miles de grados centígrados y los materiales internos del tablero eléctrico empiezan a fundirse.


Para aumentar la protección contra el arco, se han desarrollado sistemas capaces de detectar arcos eléctricos; estos sistemas abren disyuntores o seccionadores inmediatamente después de la detección del arco eléctrico.

Inicialmente se utilizaron sistemas de detección de luminosidad que resultaron ser bastante eficaces, pero poco confiables en comparación a otras soluciones. Su gran problema es que si el tablero eléctrico está abierto, los sensores tienden a percibir la luz visible, detectando un falso arco eléctrico, y el sistema actúa de forma indebida. Por ello, para que estos sistemas sean más confiables, se pueden utilizar topologías con doble detección (luz y sonido o luz y corriente, como se puede ver en la Figura).


La eficiencia es muy buena cuando se compara con otros métodos, pero como es necesario que dos dispositivos sean accionados, el tiempo total es relativamente largo. Otra alternativa es utilizar sensores que combinan la detección de la luz y el sonido. La señal de disparo tarda aproximadamente 1 milisegundo; sin embargo, el tiempo es todavía suficientemente largo para evitar que los trabajadores sufran daños fatales.


Nueva tecnología de detección

Empresas con experiencia, cuentan con tecnología especializada para realizar la detección de arcos eléctricos, con la que no son necesarios los dispositivos de medición de corriente y/o sonido, pues el arco es detectado solo por la radiación ultravioleta.

Los sensores se posicionan estratégicamente en el tablero, cuando se produce el arco, la liberación de radiación ultravioleta ocurre antes del flujo de corriente, por lo tanto, es posible realizar la detección del arco eléctrico antes de que se produzcan sus efectos perjudiciales. Son capaces de identificar rápidamente la presencia de un arco eléctrico y envían la señal de disparo en solo 300 microsegundos.

Este tipo de solución permite utilizar hasta 100 sensores de detección, y su instalación se facilita por el tipo de conexión entre sensores y cables: la conexión se hace a través de salidas mini USB, de modo que la alimentación y la comunicación son hechas por el mismo cable; y cada sensor tiene dos salidas mini USB en paralelo, una para la comunicación con el relé o sensores anteriores y la otra es una extensión para los próximos sensores.

Como la instalación es extremadamente simple, el sistema se puede implementar rápidamente en cualquier tablero eléctrico. La única configuración necesaria es el direccionamiento de cada sensor, el que se lleva a cabo vía software.

Otro aspecto interesante es que esta solución puede ser instalada incluso en tableros eléctricos contemplados con otros sistemas de detección, incrementando el nivel de seguridad de estos paneles. Debido a su diseño y concepción, los sensores inteligentes identifican solo la radiación ultravioleta presente en el arco.

Un segundo aspecto es el contacto de salida de los relés de protección. Los sistemas de protección convencionales presentan un contacto seco en el dispositivo de envío de señal de disparo. En este tipo de contacto, el tiempo de respuesta es relativamente elevado: cuando un evento es señalado, la señal tarda al menos 7 milisegundos para ser enviada. Con el paso del tiempo, los contactos tienden a oxidarse y envejecer, consecuentemente, el tiempo de respuesta puede ser superior. La solución con tecnología diferenciada, en cambio, utiliza un contacto estático en paralelo con el contacto seco, el tiempo de respuesta es de 9 nanosegundos y no hay problemas relacionados con el envejecimiento del dispositivo.

En resumen, la solución basada en la detección de rayos ultravioleta para la detección de arco eléctrico, constituye una importante innovación gracias a su eficacia y velocidad de disparo, constituyéndose en un sistema crítico para resguardar la vida de los trabajadores.


Por Claudio González, Ceskat Systems S.A., empresa del grupo Soltex, distribuidora de Varixx,
sistemas de protección eléctrica. / claudio.gonzalez@ceskat.cl
Julio 2019
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