Un arco eléctrico en el centro de datos de Google enfatiza la necesidad de protección: le mostramos cómo comenzar

Un arco eléctrico en un centro de datos, centro industrial o grandes plantas de energía renovable, como un parque eólico o solar, puede ser un evento peligroso. Hace poco, tres personas sufrieron lesiones debido a un arco eléctrico en un centro de datos de Google en Council Bluffs, Iowa¹. Un arco eléctrico crea una explosión eléctrica y genera calor a temperaturas de hasta 19,000 grados centígrados (°C). En comparación, eso es más caliente que la superficie del sol.

Si bien los arcos eléctricos han sido un problema grave por mucho tiempo, fue recién en enero de 2020 que se actualizó el NEC (Código Eléctrico Nacional) para incluir la protección contra los arcos eléctricos. Se agregó un requisito de reducción de energía de arco en los disyuntores de circuito con clasificación de 1200 amperios (A) o más. Un elemento clave del requisito actualizado del NEC es el hecho de que debe usarse el equipo de protección contra arcos eléctricos cuando el tiempo de despeje del fusible en el circuito es menor a 0.07 segundos (s). Incluso si la intensidad de los fusibles está debidamente establecida, suele emplearse una capa adicional de protección, como un relé de protección contra arcos eléctricos, debido al riesgo de lesión significativa.

Con eso en mente, hablemos de la dinámica del arco eléctrico, revisemos los requisitos de la OSHA (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional) del Departamento de Trabajo de EE. UU., comparemos las fallas francas con los arcos eléctricos, presentemos brevemente los cálculos de peligro de arco eléctrico del IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) y analicemos varios escenarios de protección contra arcos eléctricos y relés de protección relacionados de Littelfuse.

La OSHA exige que se evalúe la protección contra arcos eléctricos del equipo que funciona a 50 voltios o más. En la evaluación, se determinan los límites de seguridad (acceso prohibido, limitado y restringido) y se identifica qué PPE (equipo de protección personal) debe usarse. Al evaluar el potencial de arco eléctrico y las medidas de seguridad relacionadas, es necesario diferenciar entre fallas francas y fallas de arco.

Corriente de falla franca frente a corriente de falla de arco

En los sistemas con una intensidad inferior a 1,000 voltios, una falla franca se define como una falla con cero impedancia. La corriente de arco eléctrico se define conforme a la impedancia del arco. Los dispositivos de protección de estos sistemas deben configurarse para activarse con la corriente de falla franca más alta y grave.

El tiempo de despeje del dispositivo de protección también es importante. Hay términos medios entre el despeje más rápido, la seguridad y el funcionamiento del sistema. Una activación más rápida puede mejorar la seguridad del personal. Sin embargo, si el sistema incluye varios dispositivos de protección, una activación más rápida puede evitar el funcionamiento coordinado de los dispositivos y dar como resultado un impacto negativo más grande en todas las instalaciones. Los relés de arco eléctrico basados en MPU (microprocesadores) ofrecen tiempos de reacción inherentemente rápidos y pueden usarse para activar los disyuntores de circuito y acelerar la protección contra arcos eléctricos mientras apoyan el funcionamiento coordinado, con el fin de minimizar la interrupción en todas las instalaciones (Figura 1).

Figura 1: Para acelerar los tiempos de reacción según las condiciones de la falla, puede usarse un relé de protección contra fallas de arco para activar un CB (disyuntor). (Fuente de la imagen: Littelfuse)

Cálculos del peligro de un arco eléctrico según el IEEE

En entornos industriales, suelen usarse los cálculos del peligro de un arco eléctrico basados en el IEEE 1584-2018 para cumplir con las regulaciones de la OSHA. El IEEE 1584 puede predecir las corrientes del arco y los niveles de energía inherentes; por ende, identifica el PPE necesario y define las distancias de trabajo seguras. Además, usa un modelo derivado empíricamente con base en parámetros como los siguientes:

• 208 a 15,000 voltios de VCA (corriente alterna), trifásica, con frecuencias de 50 a 60 hertz (Hz)
• 700 a 106,000 amperios de corriente de una falla franca
• Tamaños comunes de recinto para el equipo y configuraciones de conductor con toma a tierra o sin toma a tierra
• Brechas entre conductores y fallas que involucran a las tres fases

Protección de aparellaje

Los diseñadores de instalaciones pueden usar la serie PGR-8800 de Littelfuse para brindar protección de aparellaje. El PGR-8800-00 (Figura 2) es un relé basado en MPU que puede monitorear los gabinetes del aparellaje con un sensor de punto con línea visual PGA-LS10, lo que brinda protección de arco eléctrico y permite identificar la ubicación de la falla. Además, la barra colectora trasera puede monitorearse con un sensor de fibra óptica PGA-LS20 o PGA-LS30. El PGR-8800-00 detecta la luz de un arco eléctrico en menos de 1 ms (milisegundo) e incluye un umbral de activación ajustable para compensar las condiciones de luz ambiental y para minimizar la activación problemática.

Figura 2: El PGR-8800-00 puede usar una variedad de sensores para identificar un arco eléctrico en menos de 1 ms. (Fuente de la imagen: Littelfuse Inc.)

Protección de generadores

El relé de arco eléctrico AF0100 de Littelfuse puede usarse para proteger los generadores. Está diseñado para usarse con los sensores ópticos PGA-LS20/PGA-LS30 y los sensores de punto PGA-LS10. Puede apagar el generador y activar su disyuntor, lo que desconecta el dispositivo deficiente del servicio. Está diseñado para operar en entornos de alta vibración y de espacio limitado.

Protección de varias zonas

Los diseñadores de instalaciones pueden combinar varios relés AF0500 para cubrir varias zonas con una escalabilidad ilimitada. Además, los relés AF0500 pueden conectarse con relés AF0100 de menor costo para optimizar los términos medios de costo/rendimiento en sistemas de protección de arco eléctrico de varias zonas (Figura 3).

Figura 3: Los relés AF0500 pueden usarse solos, en combinación con otros relés AF0500 y con relés AF0100 para optimizar el rendimiento de instalaciones de varias zonas. (Fuente de la imagen: Littelfuse)

Conclusión

Tanto el NEC como la OSHA reconocen los peligros relacionados con la ocurrencia de un arco eléctrico y tienen requisitos que deben seguirse en entornos industriales. El IEEE 1584 suele usarse para evaluar el potencial de niveles de corriente de arco eléctrico y falla franca y determinar la protección necesaria. Tal como se muestra, los relés de protección de arco eléctrico están disponibles y pueden usarse para brindar protección mejorada en una variedad de escenarios de aplicación.

Referencia:

1: Incidente en el centro de datos de Google enfatiza los riesgos del arco eléctrico