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Juan PérezIngeniero Especificador para México

Instalación y diseño de seguridadusando tecnología AFM y/o AR

imaginación en acción

Programa Digital de EspecificaciónPrograma Digital de Especificación

General Electric TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS Página 1 de 15

Cuando en las noticias escuchamos sobre un incendio o siniestro, un 90% de las veces se atribuye a fallas eléctricas. Sin embargo, pocas veces nos preguntamos, ¿a qué se refieren con esto?, ¿Qué origino la falla? ¿Qué implicaciones tiene?, ¿Cuántas vidas ha cobrado? En cuanto al costo: ¿Cuánto se pierde en producción por tiempos muertos?, ¿Cuánto se pierde económicamente?, pero sobre todo, ¿qué se ha hecho para evitarlas?, ¿por qué no se usan equipos seguros? etc. En general, donde se utilicen equipos eléctricos ya sean complejos industriales o petroquímicos, minas, laboratorios, centrales de generación de energía, refinerías u hospitales; las consecuencias de una falla son infinitas y sumamente problemáticas. Para dar semblanza y respuesta a estas preguntas, en este artículo nos enfocaremos en los resultados que GE da para que el sector de ingeniería alrededor del mundo diseñe y construya instalaciones seguras. Utilizando las nuevas tecnologías existentes en protección de falla eléctrica; y la extinción y limitación del arco eléctrico. Al minimizar las fallas eléctricas, el beneficio es para todos, ya que las instalaciones diseñadas con productos y soluciones GE, nos garantizan mayor seguridad para las personas y equipos. 1.- Introducción Siempre que se diseñan instalaciones, los ingenieros suelen preocuparse por las características eléctricas de los equipos, la potencia que pueda tener el sistema y la recepción eficiente, limpia y confiable de esta. Sin embargo, en los diseños técnicos, es mucho más importante la seguridad y protección tanto de personas como de equipos e instalaciones. De acuerdo con la oficina de Estadísticas Laborales de Estados Unidos de Norte America, “las lesiones sufridas por fallas eléctricas ha sido responsable de un promedio de 320 muertes y más de 4,000 heridos que involucro días no laborables en un año; es la segunda causa de mortalidad en la construcción; el costo que las empresas pagan por las lesiones eléctricas se ha aproximado a $15.75 millones de dólares en costos directos e indirectos” (Instituto de Investigaciones de Energía Electrica, Palo Alto CA)1

1 http://www.cetri.org/statistics.html, traducción libre.


Como es bien sabido, la falla eléctrica se da comúnmente en tensiones de 600VCA hasta 34.5 kv, y el National Safety Council, estima que más de la mitad de las muertes por electrocución son en menos de 600V, y más de 30,000 accidentes con fallas eléctricas, no fatales son causados por errores humanos.2

Sea por errores humanos, desgaste de los equipos, falla en los conductores, suciedad o demás causas, cuando ocurre una falla eléctrica o una explosión por Arco Eléctrico se alcanzan temperaturas de 35,000°F, la presión que puede producirse es muy alta, excediendo incluso las 2000 lbr/ft2, y produciendo sonidos que rápidamente superan los 60 db y alcanzan niveles de 165 db. Además, al fundirse materiales y conductores, salen expedidos trozos de materiales a velocidades superiores a 1600 km/hr, la radiación expedida y los gases son sumamente peligrosos. La exposición a todos los factores mencionados es sumamente dañina para el ser humano y puede quemar las prendas de vestir y afectar considerablemente la piel, romper los tímpanos, provocar el colapso de los pulmones, paro cardiaco y en la mayoría de los casos la muerte. A pesar de que el arco eléctrico es un acontecimiento con el que se convive constantemente, cada vez más, los ingenieros dedicados a diseñar instalaciones eléctricas, las empresas fabricantes de equipos, propietarios de instalaciones, compañías suministradoras y diferentes organismos reguladores se han dado a la tarea de legislar y tomar más atención al tema, desarrollando normas lineamientos y equipos que nos permitan disminuir considerablemente los daños. GE consciente del problema ha desarrollado soluciones, que utilizando tecnologías como la AFM y el ARC RESISTANT, disminuyen considerablemente el riesgo de una falla de arco. A continuación, presentaremos equipos que dotan a los ingenieros diseñadores de herramientas y equipos que además de hacer más seguras las instalaciones eléctricas, protegen la vida humana. 2 Cfr. http://www.nsc.org/pages/home.aspx


2.- Soluciones GE Las soluciones para proteger a las personas de una falla eléctrica van en función del tiempo de liberación de la falla, de la distancia de exposición del personal respecto a la falla, y de la capacidad de los equipos para contener la falla; GE cuenta con varias soluciones, productos y servicios que minimizan los riesgos en instalaciones nuevas y existentes logrando, limitar la exposición, liberar la falla y contenerla.

El Sistema de Protección Arc Vault consiste en selector de activación, unidad de disparo de protección, y domo de contención. Con el selector de activación habilitado, la unidad de protección busca una señal de corriente y manda la señal de disparo al domo de contención y al interruptor principal; una falla secundaria es creada dentro del domo de contención, el cual puede extinguir el arco del evento inicial en menos de 8 ms, resultando una energía incidente de menos de 1.2 cal/cm2 de acuerdo con la IEE1584 a 18” del evento del arco, en un sistema de 480V 65 kA; el arco secundario se mantiene en el domo de contención hasta que el interruptor general libera la falla y desenergiza el sistema completo. Si el evento sucede en un mantenimiento , el tablero de baja tensión puede ser operado en un tiempo muy corto dependiendo de la disponibilidad de las refacciones. El sistema reduce el costo de construcción del edificio cuando se compara con los tableros resistentes al

arco eléctrico convencionales, ya que no requiere de chimeneas o plenums para diriguir el arco eléctrico fuera del edificio.


El sistema puede ser instalado en equipos nuevos o existentes sin necesidad de reemplazar el arreglo original del tablero de baja tensión y es compatible con equipos GE o de otras marcas, acoplándose sin problemas a tableros Swichboards, Switchgear, y CCM´s.

El Entellisys es un tablero Switchgear de BT, que contiene dispositivos de protección y control que mantiene baja la energía incidente , opera el equipo remotamente y desplega diagnósticos avanzados. De acuerdo a pruebas IEEE, las fallas de arco son del rango de 43 -60% de los niveles de fallas sólidas. Un diferencial de bus identifica esos niveles y actúa rápidamente, manteniendo el 100% de selectividad. Cuenta con ajustes temporales reducidos en los interruptores o en cualquier dispositivo del sistema, cuenta con medición integral en cada uno de los interruptores, monitoreo de cada activación, señal de control y evento de disparo sincronizado con la captura de forma de onda del sistema completo en microsegundos, y predicción del desgaste de los contactos del interruptor. Interface hombre-máquina con pantalla táctil, permite accesar al diagnostico y tener el control hasta 300 pies de distancia, permitiendo el mantenimiento del sistema sin exposición a altos niveles de energía incidente


Tablero Switchgear de baja tensión diseñado, construido con la normativa IEEE std C37.20.1 , compartimentado , bus enfundado, sistema de persianas automáticas, cubiertas con bisagras y sin ventilas, minimizan la generación de una falla de arco y evita que el flujo del arco salga hacia el personal de operación. Tensiones de 240, 480, 600V 60Hz, en 3Fases 3 Hilos y corrientes de 800 a 5000 A a 65KAIC Mínimos Protección rápida, ultra selectiva, provista por interruptores Entelliguard G, y su unidad de disparo Entelliguard TU. La unidad Entelliguard TU proporciona protección temporal rápida y extra sensitiva (usualmente niveles de protección HRC1 ó HRC2) proporcionada por el ajuste RELT (Reduced Energy Let Trough) con indicación positiva de estado, estas características líderes en la industria optimizan la selectividad y la mitigación del riesgo de arco eléctrico. •El algoritmo de reconocimiento de forma de onda para instantáneo provee selectividad optimizada. •La función de bloqueo selectivo por zonas del instantáneo permite una protección rápida y sensible así como selectividad hasta 100KA para principales y enlaces. •Los ajustes RELT (Reduced Energy Let Trough) con indicación positiva de estado proveen protección extra sensitiva y rápida. •Hasta 44 diferentes bandas de retraso de tiempo largo en 2 distintas formas. •Hasta 11 bandas de retraso de tiempo corto tan rápidas como 1.5 ciclos. •Curvas múltiples de tiempo corto con I2t sin sacrificar


protección. •Cuatro formas de curva diferentes para falla a tierra proveen selectividad óptima cuando se implementa protección de falla a tierra en sistemas interruptores ó fusibles. • Medición, captura de forma de onda, relevadores de protección, comunicación modbus ó profibus. • Actualización Plug & Play para un amplio rango de interruptores. Multiples bandas de tiempo corto de menos de 100ms se adaptan de manera optima por encima de los instantáneos. Configuración de valores instantáneos alternativos (REL) mitiga riesgo de arco eléctrico, manteniendo la selectividad completa durante las operaciones normales, con y opción para una señal de retroalimentación positiva

Con nuestro dispositivo de inserción y extracción remota, el personal de mantenimiento puede insertar ó extraer el interruptor de potencia desde una distancia de 30 pies para una mayor protección contra arco eléctrico. Éste dispositivo se conecta fácilmente a interruptores EntelliGuard. Las pruebas pueden poner al personal de mantenimiento; el no realizar pruebas puede poner en peligro al personal operativo y la confiabilidad del sistema.

Los equipos de prueba de GE rápidos y de uso sencillo pueden la operación y disparo de un interruptor en un tiempo mínimo y sin problemas, reduciendo el riesgo al personal y la operación. El AKD20 switchgear de baja tensión disponible en una altura ed 92”, con espacio disponible de 84” para hasta 4 interruptores en altura, opcional el cubículo de interruptores puede llegar a 78”, con especio disponible del interruptor de 70”. El tipo y tamaño del interruptor determinan la altura de los cubículos y profundidad del arreglo .


Los CCM´s de la serie E9000 son de frente muerto, 600V 60Hz, 3Fases 3 y 4 Hilos 800,1200,1600, 2000 y 2500 A, 65KAIC Mínimos ó 100KAIC para soportería del bus y puede contener • Arrancadores Tensión Plena • Arrancadores tensión reducida • Drives para 500Hp (480V max.) • Interruptores TM (feeders) removibles y fijos . Sus cubículos, el Bus horizontal y vertical totalmente aislados y compartimentizados minimizan el riesgo de un arco.


Los arrancadores de hasta 600A protegidos por interruptores limitadores de corriente y protección para motores minimizan la energía del incidente. La manijas de operación cuentan con la señalización del estado del interruptor (conectado- prueba- disparado) con colores para su visualización en forma rápida y remota. Opción disponible de cuchilla de desconexión visible. Monitoreo electrónico permite el monitoreo avanzado, diagnóstico y capacidad de comunicación, minimizando la necesidad de mantenimiento. IP20 y tablillas de conexión separables minimizan el riesgo de descarga durante el trabajo en los cubículos de los arrancadores.

Tablero de MT resistente al Arco

Eléctrico El tablero de Media Tensión Seco Gear resistente al Arco Electrico bajo estándar IEC 62271-200 , es un tablero tipo Metal-Clad designado LSC2B & PM. El voltaje de operacion del SecoGear es de 17.5kV, 27kV,40.5 kV con corrientes de operacion desde 630A hasta 4000A. Todos los tableros SecoGear con su dispositivo de desconexion estan equipados con interruptores de polo embebido en vacio SecoVac de acuerdo a sus especificaciones correspondientes. Para la seguridad del personal, SecoGear esta diseñado con un amplio número de bloqueos mecánicos. Los bloqueos mecánicos están diseñados para prevenir: • Que se intente extraer o montar en el tablero un interruptor que está cerrado desde la posición de conectado.


• Que el interruptor solo pueda ser cerrado en la posición de conectado o de prueba. • Que el interruptor puede ser montado en el tablero en la posición de conectado si un segundo receptáculo no ha sido conectado. • Montar el interruptor en la posición de conectado o extraerlo desde la posición de conectado si la puerta del compartimiento del interruptor está abierta. • Cerrar el circuito de puesta a tierra cuando el interruptor está bloqueado en la posición de conectado. • Abrir la puerta del compartimiento de cable cuando el circuito de puesta a tierra está en la posición de abierto. • Desconectar el receptáculo secundario cuando el interruptor está en la posición de conectado. Sistema Automático.

Los tres principales compartimientos del SecoGear se suministran con una cubierta de liberación de presión, que automáticamente se abre para guiar el gas presurizado en dirección a la parte trasera en caso de que una falla de arco interna ocurra en alguno de los compartimientos. La cubierta de liberación de presión protege de un daño a los componentes del tablero y el riesgo de lastimar al personal, que puede poner en peligro al operador cuando el efecto de falla de arco se extiende a todo el arreglo del tablero. El gabinete del SecoGear esta diseñado para cumplir con un grado de protección de IP4X de acuerdo a IEC60529. El gabinete de metal aterrizado protege al operador de tener contacto con las partes vivas y las

partes en movimiento que se encuentran dentro del tablero. El tablero esta sellado para eliminar la penetración de objetos externos y que puedan causar un corto circuito al sistema. El diseño Metal-Clad, las bisagras robustas del las puertas y el sistema de bloqueo con llave permite al SecoGear a pasar exitosamente las pruebas de


arco interno de acuerdo a IEC 62271-200 en sus tres principales compartimientos. SecoGear está diseñado con sistemas de bloqueo para prevenir una mala operación: • El interruptor solo puede ser cambiado de la posición de prueba a conectado y viceversa cuando el interruptor está abierto. • El switch de puesta a tierra no puede ser cerrado cuando el interruptor esta en posición de conectado y en la posición intermedia entre prueba y conectado. • La puerta del compartimiento de cable solo puede abrirse cuando el switch de puesta a tierra está cerrado y al mismo tiempo el switch de puesta a tierra solo puede abrirse cuando la puerta del compartimiento de cable está cerrada. • La clavija secundaria solo puede insertarse o desconectarse cuando el interruptor está en posición de prueba. • El interruptor solo puede cerrarse cuando el interruptor está en la posicion definitiva de prueba o conectado.

• Cuando el interruptor es removido de la posición de conectado, las protecciones metálicas se cierran automáticamente.


El Sistema de arco eléctrico A60 (AFS) es una unidad independiente equipada con sensores externos para detectar un arco eléctrico. Los sensores están diseñados para detectar el arco eléctrico usando las ondas presentes durante la falta de luz y sonido. La detección, a partir de un sensor, se envía a través de la fibra óptica a los AFS y unidades a bordo de los relés de salida. Para lograr una respuesta instantánea (aprox. 1 ms), un PLD se utiliza en lugar de la CPU convencional.

El Sistema de arco eléctrico A60 proporciona las siguientes características.

• Protección de disparo rápido utilizando múltiples sensores

Se pueden aplicar sensores múltiples, de hasta 5 por dispositivo

AFS. Cada sensor puede detectar la luz y el sonido de un evento de arco eléctrico. El arco eléctrico

puede ser detectado hasta en 1

ms.

• Auto-supervisión. El sensor y el cable de fibra entre el sensor y

la unidad de AFS es supervisado

continuamente. Un LED se utiliza para indicar la salud del sensor y su

conexión a la unidad de AFS.


• Supervisión actual .Supervisión de la corriente externa de un dispositivo separado Sobrecorriente instantánea (COI) se puede utilizar para mejorar la seguridad de la unidad de AFS.

• Transferencia del disparo. Varias unidades AFS pueden instalarse en cascada pasando la señal de disparo entre unidades AFS a la unidad de

AFS conectada al interruptor principal. Con esta característica, no hay ningún requisito para extender salidas SSR de todas las unidades de AFS

• Reajuste local y remoto.La función de restablecimiento se soporta de forma local o remota

Fácil de instalar y configurar, muy adecuado tanto para aplicaciones nuevas y

existentes.

Como unidad independiente, el relé Multilin A60 es posible montarlo sobre riel DIN y se debe montar en el interior del tablero de distribución de baja tensión, en el tablero de potencia de media tensión o centro de control de motores.

Con un máximo de cinco sensores de arco eléctrico por unidad, se deben montar los sensores y deben quedar instalados en lugares adecuados donde hay una alta probabilidad que se produzca un arco eléctrico.

Aunque depende de la aplicación,

la colocación del sensor en vista lateral de la figura se muestra el lugar donde pueden ser instalados

La colocación del sensor variará dependiendo de la aplicación específica.


3.- Conclusiones De la gama de equipos que GE ofrece y pone a su disposición, los ya analizados destacan por prevenir, soportar y limitar de modo excepcional los eventos de Arco Eléctrico. Productos como, Arc Vault, Entellisys, AKD20, CCM E9000, SECOGEAR Y A60, no sólo pueden hacerlo, también cuentan con tecnología de punta para manejar, controlar y minimizar el arco eléctrico. Es importante que los ingenieros encargados de los proyectos, utilicen siempre los mejores equipos a su disposición y tomen conciencia de la importancia que hay en diseñar con seguridad sus instalaciones. A través de la experiencia acumulada durante muchos años, GE ha logrado crear productos de alta tecnología, siempre en favor de la seguridad de personas e instalaciones. 4.- Referencias

http://www.cetri.org/statistics.html

http://www.geindustrial.com/arc-flash-hazard-protection

http://www.geindustrial.com/products/switchgear/arc-vault-protection-system

http://www.gedigitalenergy.com/multilin/catalog/a60.htm

The other electrical hazard : Electric arc blast burns/Ralph H Lee/IEEE

Arc Flash Mitigation with Entellisys™ By Jud Meyer, GE Specification Engineer

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