El documento trata sobre los efectos negativos del arco eléctrico. Discute los enfoques de las normas IEC 61641, NFPA 70E e IEEE std 1584-2002 sobre el arco interno. También cubre la selección de cables de acuerdo a las normas IEC 60909 e IEEE std 242 y los MCC y SWG según la norma IEC 60439-1.

1. Efectos negativos del Arco
Eléctrico
Julián Andrés Arenas
Andrés Felipe Estupiñán
Germán Ricardo García
Juan David Muñoz

2. Indice
1. Protecciones Eléctricas Generalidades
2. Interruptores Norma IEC 60947
3. Selectividad interruptores
4. Mantenimiento Norma NEMA AB 4
5. Arco Interno enfoque IEC 61641
6. Arco Interno enfoque NFPA 70E y IEEE std 1584-2002
7. Selección de cables teniendo en cuenta las normas IEC
60909 y IEEE std 242
8. MCC`s y SWG y la norma IEC 60439-1
9. Norma IEC 60890 e IEC 60865-1.

3. Generalidades

4. Cuales leyes básicas aplican a la ingeniería
eléctrica?
Cuales leyes básicas aplican a la ingeniería
Mecánica?
Cuales con los efectos sobre la seguridad?
A&D M2
Protección en Redes de Baja Tensión

5. Leyes y efectos en ingeniería eléctrica
A&D M2
Ley de Ohm : V = I * R
Efecto Joule : Q = 0,24 * R * I2
* t
∫ I2
dt
Maxwell y Electromagnetismo
Ecuación de fuerza de Lorenz:
F = q ( E + v * B )
q es una carga E campo eléctrico y B campo magnético a
velocidad v
Protección en Redes de Baja Tensión

6. Leyes y efectos en ingeniería mecánica resistencia de
materiales
A&D M2
Fuerza = masa x aceleración
Esfuerzo = Fuerza N/m2
Area
Esfuerzo cortante
τ = Fuerza aplicada
Area cortante
Protección en Redes de Baja Tensión

7. CONCEPTOS
• NEMA
Mayor disipación, mayores espacios para
instalaciones eléctricas.
• IEC
Mayor velocidad de respuesta, menores espacios para
instalaciones eléctricas.
Protección en Redes de Baja Tensión

8. INTENSIDADES NOMINALES.
Intensidad permanente nominal Iu :Es la intensidad de la corriente
que puede conducir por tiempo ilimitado el interruptor de potencia en
condiciones normales de servicio y ambientales, sin sobrepasar las
temperaturas límite correspondientes.
Intensidad de servicio nominal :Es la intensidad por
tiempo ilimitado fijada por las condiciones de utilización
del interruptor. En caso de mayores temperaturas
ambientales o altura deben reducirse las intensidades de
servicio nominales. Derrating
Intensidad de ajuste Ir :Es la intensidad ajustada de
acuerdo a la red.
Protección en Redes de Baja Tensión

9. Interruptores de potencia
con extinción al paso por
cero
Estos interruptores extinguen
el arco eléctrico en corriente
alterna al paso natural de la
corriente por cero (al empezar
la segunda semionda).
Interruptores Automáticos
Circuit Breakers e
interruptores limitadores de
corriente
Estos interruptores realizan la
desconexión dentro de los 10
primeros ciclos, después de
detectada la falla.
Protección en Redes de Baja Tensión

10. Molded Case Circuit
Breakers
Estos interruptores realizan la
desconexión dentro de los 10
primeros ciclos, después de
detectada la falla.
Molded Case Circuit Breakers
con Limitación de Corriente
Interruptores con Limitación
de la corriente
Estos interruptores realizan la
desconexión de la corriente de
cortocircuito en la zona
ascendente de la primera
semionda antes de alcanzar su
valor de pico (impulso de la
corriente de cortocircuito Is)
limitandose así a una menor
corriente de paso Id
Protección en Redes de Baja Tensión

11. La interrupción de la corriente generalmente es acompañada por
la prolongación de un arco el cual se origina mientras se
separan los contactos.
Para eliminar este arco en los interruptores se recurre a los
cámaras apagachispas.
Por acción magnética es guiado el arco dentro de la cámara
donde es segmentado en pequeñas porciones facilitando el
enfriamiento de los gases ionizados.
Esta expansión y segmentación del arco incrementa
rápidamente la impedancia del circuito causando que el arco
sea extinguido rápidamente
Protección en Redes de Baja Tensión

12. Arco Eléctrico

13. Protección en Redes de Baja
Tensión

14. Protección en Redes de Baja
Tensión

15. Protección en Redes de Baja
Tensión

16. Arco Eléctrico
IEC 61641

17. The occurrence of arcs inside enclosed low-voltage switchgear and controlgear assemblies -
hereafter called ASSEMBLIES - is coupled with various physical phenomena. For example,
the arc energy resulting from an arc developed in air at atmospheric pressure within the
enclosure will cause an internal overpressure and local overheating which will result in
mechanical and thermal stressing of the ASSEMBLY. Moreover, the materials involved may
produce hot decomposition products, either gases or vapours, which may be discharged to
the outside of the enclosure.
This technical report makes allowance for internal overpressure acting on covers, doors, etc.
and also takes into consideration the thermal effects of the arc or its roots on the enclosures
and of ejected hot gases and glowing particles, but not damage to internal partitions. It does
not cover all effects which may constitute a risk, such as toxic gases. The test procedure
simulates only situations when doors and covers are closed and correctly secured.
The interpretation of results is subject to an agreement between the manufacturer and the
user.
ARCO ELECTRICO

18. IEC 61641
Procedimiento de prueba para las celdas fabricadas según IEC
60439-1:1999
-Condiciones de prueba
-Procedimientos de prueba
-Indicadores
-Resultado de la Prueba
ARCO ELECTRICO

19. ARCO ELECTRICO

20. Personal protection is achieved when these criteria are fulfilled:
– 1) correctly secured doors, covers, etc., do not open;
– 2) parts (of the ASSEMBLY), which may cause a hazard, do not fly off. (This
includes
large parts or those with sharp edges, for example inspection windows,
pressure relief
flaps, cover plates, etc.);
– 3) arcing does not cause holes to develop in the freely accessible external parts
of the
enclosure as a result of burning or other effects;
– 4) the indicators arranged vertically do not ignite (indicators ignited as a result of
paint or
stickers burning are excluded from this assessment);
– 5) the protective circuit for accessible parts of the enclosure is still effective.
Assembly protection is achieved when criteria 1) to 6) are fulfilled:
– 6) the ASSEMBLY is capable of confining the arc to the defined area where it
ignited, and
there is no propagation of the arc to other areas within the ASSEMBLY .
ARCO ELECTRICO

21. ARCO ELECTRICO

22. Arco EléctricoArco Eléctrico
IEEEIEEE
NFPA 70E y IEEE std 1584-2002

23. Arco Eléctrico IEEE
IEEE std 1584-2002
Abstract:
This guide provides techniques for designers and facility
operators to apply in determining the arc-flash hazard
distance and the incident energy to which employees could be
exposed during their work on or near electrical equipment.

24. Arco Eléctrico IEEE

25. Arco Eléctrico IEEE

26. Arco Eléctrico IEEE

27. Arco Eléctrico IEEE

28. Arco Eléctrico IEEE
Corriente de arco

29. Arco Eléctrico IEEE
Energía Normalizada

30. Arco Eléctrico IEEE
Energía incidente

31. Arco Eléctrico IEEE
Límite de alcance

32. Arco Eléctrico IEEE

33. Arco Eléctrico IEEE

34. Arco Eléctrico IEEE

35. IEC 60909IEC 60909

36. •RESISTENCIA A LOS CORTO CIRCUITOS
•La corriente de corto circuito es determinante para la elección de
los aparatos de maniobra y distribución en función de su:
•Resistencia a los cortocircuitos y
•Capacidad de ruptura (poder de corte)
•La corriente de cortocircuito al final de los conductores (corriente
de cortocircuito mínima) es determinante para la medida de la
protección mediante puesta a neutro
IEC 60909

37. CALCULO DE CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO
Durante un servicio normal, la corriente de servicio Ie fluye a través de
los conductores. Ella está determinada por la tensión de servicio Ue y
la suma de las impedancias de la red Zl y de la carga Z. En caso de
cortocircuito desaparece la impedancia de la carga. Por lo tanto, la
corriente de cortocircuito está solamente determinada por la tensión
de servicio, la impedancia de la red y la impedancia del sitio del
cortocircuito.
IEC 60909

38. •CLASES DE CORTOCIRCUITOS
•CORTOCIRCUITO TRIPOLAR (para el caso de cortocircuitos
alejados del generador presenta las mayores corrientes de
cortocircuito ).
•CORTOCIRCUITO BIPOLAR SIN CONTACTO A TIERRA
•CORTOCIRCUITO BIPOLAR CON CONTACTO A TIERRA(para el
caso de cortocircuitos cercanos al generador puede presentar las
mayores corrientes de cortocircuito ).
•CORTOCIRCUITO UNIPOLAR A TIERRA
•CONTACTO DOBLE A TIERRA
IEC 60909

39. Potencia del transformador [KVA]
Voltaje del secundario [V]
Impedancia de corto circuito [%]Ik
Zk
Ejemplo: Potencia: 800 KVA (Sn),
Voltaje primario: 13.200V
Voltaje secundario: 220V (Vs)
Is =
Sn
√3 * Vs
800.000VA
√3 * 220V
= = 2.105A
Ik =
Is
Zk
2.105A
0.05
= = 42.100A
IEC 60909

40. M
~~
M
~
M
~ ~
M
M
~
M
~ ~

41. M
~~
M
~
M
~ ~
M
M
~
M
~ ~

42. M
M
~
M
~ ~
M
M
~
M
~
~

43. Zt
ZL1
ZL2
ZL3
ZL4

44. M
~
M
~
M
~ ~ ~

45. CALCULO DE CORRIENTES
DE CORTOCIRCUITO Y
SELECTIVIDAD
TRNSFORMADOR
POTENCIA NOMINAL (VA) 500.000,00
VOLTAJE NOMINAL L-L MT(V) 13.200,00
VOLTAJE NOMINAL BT L-L (V) 208,00
VOLTAJE NOMINAL BT L-N (V) 120,00
CORRIENTE NOMINAL (A) 1.388,89
U (%) Tomada anexo 1 5%
IMPEDANCIA BASE (Ω) 0,08640
IMPEDANCIA TRANSFORMADOR (Ω) 0,00432
CAPACIDAD DE RUPTURA A LA SALIDA
DEL TRANSFORMADOR (A)
Iruptura=Voltaje nominal fase-
neutro 27.777,78
Resistencia Transformador
Zt
ZL1
ZL2
ZL3
ZL4

46. CALIBRE DE CONDUCTOR AL INTERRUPTOR
TOTALIZADOR 2(7x4/0)+2x4/0
RESISTENCIA POR METRO (Ω) Tomada anexo
2 pasada a metros / No conductores 0,0000117143
DISTANCIA (M) 5,00
RESISTENCIA TOTAL (Ω) 0,0000585714
CAPACIDAD RUPTURA NECESARIA
Iruptura= Voltaje nominal fase-neutro (A) 27.406,20
Resistencia Transf+Resistencia cable
REFERENCIA 3WL
CAPACIDAD DE RUPTURA ofrecida (A) 65.000,00
DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 12.000,00
DERIVACION 1 3VL
DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 4.875,00
DERIVACION 2 3VL5740 1DC36 0AA0
DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 3.000,00
DERIVACION 3 3VL3720 1DC36 0AA0
DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 2.000,00
DERIVACION 4 3VL1716 1DD33 0AA0
DISPARADOR POR CORTOCIRCUITO (A) 1.600,00
Zt
ZL1
ZL2
ZL3
ZL4

47. IEEE 242

48. •Corrientes de cortocircuito con fusibles para protección líneas DIN
EN 60269-1
OTRAS NORMAS

49. Modular Technology:
2200
800
1000/12
2600
800
1000/1200
600
800/1000
Device compartment
Horizontal busbar compartment
Cross-wiring compartment
(optional)
Cable connection compartment optionally at the
side or bottom (depending on the technology used)
Cable compartment for cable connection rear or
cables from above

50. Diseño para tableros de Distribuciòn

51. Motor and Cable Feeder Cubicle in
Withdrawable
Unit Design: Withdrawable Principle
Disconnected position
0
Test position
TEST
Connecting position
I

52. Normas
IEC 60890
IEC 60865-1

53. IEC 60439-1 Type tests include the following:
a) verification of temperature-rise limits (8.2.1);
b) verification of the dielectric properties (8.2.2);
c) verification of the short-circuit withstand strength
(8.2.3);
d) verification of the effectiveness of the protective
circuit (8.2.4);
e) verification of clearances and creepage distances
(8.2.5);
f) verification of mechanical operation (8.2.6);
g) verification of the degree of protection (8.2.7);
h) EMC tests (see 7.10 and, if applicable, annex H).

54. Introduction
In IEC Publication 439-1, in the series of type tests, a temperature-rise test is
specified.
However, for certain types of assemblies for which the performance of a
temperature-rise test is either not feasible or economically not justifiable a
calculation of the temperature rise in the form of extrapolation from data found
by tests on other assemblies may be made instead.
Such assemblies are then called partially type-tested assemblies (PTTA).
Various methods of calculation can be conceived and are acceptable. The factors
and coefficients, set out in this report have been derived from measurements on
numerous assemblies and the method has been verified by comparison with test
results. The method described in this report is therefore one possible method and
may for partially type-tested assemblies be used to prove compliance with the
requirements of Sub-clause 8.2.1 of I EC Publication 439-1. This report applies
to PTTAs only.
IEC 60890

55. IEC 60890

56. Introduction
This International Standard is applicable to the mechanical and thermal effects
of shortcircuit
currents. It contains standardized procedures for the calculation of the effects of
the
short-circuit currents in two sections as follows:
– Section 2 - The electromagnetic effect on rigid conductors and flexible
conductors.
- Section 3 - The thermal effect on bare conductors and electrical equipment.
For cables and insulated conductors reference is made, for example, to IEC 949
and IEC 986.
Only a.c. systems for rated voltages up to and including 420 kV are dealt with in
this
standard.
IEC 60865-1

57. IEC 60865-1

58. IEC 60865-1

59. IEC 60865-1

60. GRACIAS!!

61. Gracias!
• John Buitrago
Responsable Regional Tableros de Baja Tensión y equipos de Distribución
Responsable para Colombia de Protecciones de Baja Tensiòn
I BT LV DS AAN
Siemens S.A.
Tel: 0057 – (1) 2942257
Fax: 0057 – (1) 2942454
Mobile: 0057 – 3212415520
E-Mail: john.buitrago@siemens.com