Hacer un estudio de Arc Flash consume tiempo y recursos. Dependiendo del tamaño del sistema eléctrico de la planta, este estudio puede representar una inversión de cientos de miles de pesos mexicanos (o varios miles de dólares americanos). ¿Existe otra opción, más rápida y económica para seleccionar el EPP contra riesgos eléctricos? La respuesta es SI, existe el método de las categorías de EPP.
Seleccionar apropiadamente el EPP contra riesgos eléctricos, es crítico para salvaguardar la salud y la vida de los empleados que trabajan en (o cerca de) equipos eléctricos energizados. Recordemos que medir voltaje, corriente, abrir tableros energizados, buscar fallas, etc., son trabajos en equipo energizado.
El EPP es la última barrera de defensa entre los riesgos eléctricos (choque eléctrico y arc flash) y el trabajador. ¿Cómo seleccionarlo adecuadamente? El estándar NFPA 70E en el artículo 130.5 (F) menciona que se pueden seguir cualquiera de los siguientes dos métodos:
- El método del análisis de la energía incidente (estudio de arc flash) descrito en 130.5 (G)
- El método de las categorías de EPP descrito en 130.7(C)(15)
Cualquiera de los dos métodos (pero no ambos) puede ser utilizado para especificar el EPP apropiado contra Arc Flash para cualquier equipo eléctrico. De aquí en adelante hablaremos solamente del Método de las Categorías de EPP.
VENTAJAS DEL METODO DE LAS CATEGORIAS DE EPP
- Método plenamente validado por el estándar NFPA 70E
- Permite tomar decisiones rápidas para la adquisición y el uso del EPP contra riesgos eléctricos
- Relativamente fácil de implementar (se requiere un ingeniero con conocimientos específicos)
- Mucho menor inversión que hacer el análisis de energías incidentes
- Es posible cuantificar los riesgos y etiquetar más del 95% de los equipos eléctricos de una planta
METODOLOGIA
Lo primero que debemos saber es que existen dos tablas para la selección del EPP contra riesgos eléctricos:
- Una tabla para equipo de corriente alterna (CA) que es la 130.7(C)(15)(a)
- Otra tabla para equipo de corriente directa (CD) que es la 130.7(C)(15)(b)
En ambos casos, es imperativo que el ingeniero que va a aplicar las tablas entienda de manera clara sus limitaciones y parámetros, y que sepa hacer los cálculos para determinar las corrientes de cortocircuito disponibles y el tiempo de apertura de las protecciones.
Para poder aplicar el método de las Categorías de EPP se deben conocer los siguientes datos de cada equipo eléctrico de la planta:
PARAMETROS
- Tipo de equipo: Paneles de distribución, tableros de control, centros de control de motores, arrancadores de motor, tableros metal clad, etcétera.
- Voltaje nominal del equipo: 240 Volts, 600 Volts, 2.3 kV, 7.2 kV, 15 kV
- Corriente de cortocircuito disponible: Esta corriente de cortocircuito se debe calcular para cada equipo, ya que es dependiente de la instalación eléctrica (tamaño del transformador, calibre y longitud de los cables, etc.) y no del tipo de equipo.
- Tiempo de apertura de las protecciones contra sobrecorrientes: Este tiempo se debe calcular para cada equipo, ya que es dependiente de la marca, modelo, capacidad nominal y otras características de los dispositivos de protección (fusibles e interruptores automáticos).
LIMITACIONES
- Aplica solamente a los equipos descritos en las tablas
- Aplica solamente si el tiempo de apertura de las protecciones y la corriente de cortocircuito se encuentran dentro de los parámetros de las tablas
- Aplica sólo hasta 15 kV
NOTA: Aunque tiene limitaciones, con este método se puede etiquetar más del 95% de los tableros de una planta industrial. Para los equipos que están fuera de estas limitaciones, se debe hacer un estudio de energía incidente.
Una vez que se conocen los parámetros básicos y las limitaciones, el ingeniero de aplicación se refiere a las tablas mencionadas anteriormente, compara que los parámetros reales se encuentren dentro de los parámetros de las tablas, y selecciona el EPP adecuado para proteger al trabajador contra Arc Flash.
¿Sencillo, no? ¡No tan de prisa! Hagamos un ejemplo para ilustrar que, aunque este procedimiento es sencillo y rápido, igual se requiere de personal calificado para aplicarlo.
Digamos que queremos aplicar este método a los equipos mostrados en el siguiente diagrama unifilar:
PNL-FU-01 es el panel en media tensión (13.2 kV) en el que se aloja el fusible FU-01. En este equipo desconocemos la corriente de cortocircuito y el tiempo de apertura de la protección.
En la tabla 130.7(C)(15)(a) encontramos un equipo bajo las siguientes características:
Otros equipos de 1 kV a 15 kV con los siguientes parámetros: Corriente máxima de cortocircuito 35kA, tiempo de apertura máximo de 0.24 segundos (15 ciclos), y distancia de trabajo mínima de 91 cm (36 in).
Como desconocemos los parámetros, podemos concluir que este equipo está fuera de ellos y el Método de las Categorías de EPP no se debería utilizar.
En este equipo colocaríamos una etiqueta como la siguiente:
PDP-01 es el tablero principal en baja tensión (480 V) en el que se aloja el interruptor principal y los interruptores derivados.
Por medio de un cálculo de bus infinito, determinamos que la corriente de cortocircuito en el secundario del transformador TR-01 es de 24,057 Amperes. En el lado primario, esta corriente es de 875 Amperes, lo que haría que el fusible FU-01 libere la falla en menos de 0.5 segundos.
En la tabla 130.7(C)(15)(a) encontramos un equipo bajo las siguientes características:
Switchboards de 600 Volts con los siguientes parámetros: Corriente de cortocircuito máxima de 35 kA, tiempo de apertura de las protecciones de 0.5 segundos (30 ciclos) y distancia de trabajo de 46 cm (18 in).
Podemos concluir que nuestro equipo cumple con el tipo de equipo y los parámetros, por lo tanto, para trabajar en este equipo debemos de utilizar EPP Categoría 4 y considerar una frontera de Arc Flash de 6 m (20 ft).
En este equipo colocaríamos una etiqueta como la siguiente:
CCM-01 es un centro de control de motores en baja tensión (480 V) desde el que se alimentan diversos equipos de proceso de la planta.
Por medio de un cálculo de cortocircuito de punto por punto, determinamos que la corriente de cortocircuito en el CCM-01 es de 17,454 Amperes. El interruptor PDP-01-CB-01 es de 800 Amperes con un ajuste instantáneo colocado en la posición 5 (4,000 Amperes). Esto quiere decir que a corrientes de más de 4,000 Amperes, el interruptor abre en su región instantánea (menos de 2 ciclos).
En la tabla 130.7(C)(15)(a) encontramos un equipo bajo las siguientes características:
Centros de control de motores de 600 Volts con los siguientes parámetros: Corriente de cortocircuito máxima de 65 kA, tiempo de apertura de las protecciones de 0.03 segundos (2 ciclos) y distancia de trabajo de 46 cm (18 in).
Podemos concluir que nuestro equipo cumple con el tipo de equipo y los parámetros, por lo tanto, para trabajar en este equipo debemos de utilizar EPP Categoría 2 y considerar una frontera de Arc Flash de 1.5 m (5 ft).
En este equipo colocaríamos una etiqueta como la siguiente:
PNL-A-01 es un tablero de alumbrado y contactos en baja tensión (220 V) desde el que se alimentan diversos circuitos de alumbrado, contactos y climas.
Aprovechando que el estándar NFPA 70E permite aplicar el método de las categorías de EPP o el método del cálculo de la energía incidente para cada equipo, a este tablero le aplicaremos el estándar IEEE 1584 Edición 2018. En este estándar, en el Artículo 4.3 existe una excepción que menciona que aquellos equipos funcionando a menos de 240 Volts y con una corriente de cortocircuito menor a 2,000 Amperes, se puede considerar que la energía incidente de un arc flash será menor a 1.2 Cal/cm2, por lo que no se requiere el uso de EPP contra Arc Flash (aunque sí contra choque eléctrico).
La explicación de esta excepción es que en este tipo de condiciones (240 Volts o menos y corrientes de cortocircuito de 2,000 Amperes o menores, es muy poco probable que un arco se sostenga el tiempo suficiente para emitir una energía incidente mayor a 1.2 Cal/cm2. La exposición de la piel desnuda a menos de 1.2 Cal/cm2, provocará, como máximo una quemadura de primer grado, la cual es completamente curable.
Por medio de un cálculo de cortocircuito de bus infinito, determinamos que la corriente de cortocircuito en el secundario del TS-01 es de 1,856 Amperes, por lo que podemos aplicar la excepción del estándar IEEE-1584 Edición 2018.
En este equipo colocaríamos una etiqueta como la siguiente:
CONCLUSIONES
- El método de las Categorías de EPP es válido como herramienta para determinar el EPP necesario para proteger a los empleados que tienen que hacer trabajo en (o cerca) de equipos eléctricos energizados.
- Es un método relativamente rápido y sencillo
- Es mucho más económico de implementar que el método del cálculo de energías incidentes
- Se requiere un ingeniero especializado que conozca cálculos de corrientes de cortocircuito y que conozca el funcionamiento de las protecciones eléctricas contra sobrecorrientes.
- Se puede combinar con otros métodos para los equipos que califican
- Se puede etiquetar más del 95% de los equipos eléctricos de una planta industrial
- Permite cuantificar los riesgos, y aplicar de manera correcta los programas de seguridad eléctrica
- El EPP seleccionado en utilizando este método protege a los trabajadores de heridas o muerte por accidentes relacionados con la electricidad
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