Tanto en las cabinas y cuadros eléctricos con aislamiento de aire como en las de aislamiento con gas N2 o SF6, puede producirse un arco eléctrico en su interior, debido a un defecto de aislamiento, a una falsa maniobra, o a una circunstancia de servicio excepcional. La posibilidad de un arco interno es pequeña, especialmente en las cabinas de aislamiento con gas SF6, pero no puede ser totalmente descartada.
En la Figura 1 se exponen los efectos y consecuencias producidas por un arco eléctrico parasitario en el personal operario y en las instalaciones.
Figura 1: Efectos y consecuencias producidas por un arco eléctrico parasitario
Se expone seguidamente un ejemplo descriptivo sobre los efectos de un arco de 40 kA/1s en un cuadro eléctrico de 500 V:
- La onda de presión en el interior de la cabina equivale a 15 Tm/m2 en un tiempo de 20 ms.
- Onda térmica de enorme energía y 20.000 ºC de temperatura
Equivalente mecánico: Es como si lanzáramos una masa de 2000 kg desde una altura de 100 m.
Figura 2: Efectos destructivos del arco eléctrico en un cuadro de BT
Fases destructivas de un arco eléctrico
Figura 3: Fases destructivas de un arco eléctrico en una cabina
El monitor de arco consiste en sensores ópticos, que responden a la luz causada por el arco eléctrico dentro del cuadro, conectados a la unidad de monitorización mediante cable de fibra óptica. Se pueden conectar hasta nueve sensores a cada unidad de monitorización, más información en el siguiente link:
Figura 4: Tiempos de actuación de un sistema estándar de protección + interruptor
Tiempos empleados en la actuación del sistema Arc Monitor, (Figura 5):
Figura 5: Tiempo total: Sistema Arc Monitor + interruptor
Ver vídeo en el siguiente link:
El arco eléctrico provoca en el interior de la cabina peligrosas sobrepresiones del aire o del gas. Por ello las cabinas cerradas con aislamiento de aire acostumbran a tener unas trampillas de escape de gases, cerradas en servicio normal, pero que se abren en caso de sobrepresión por el propio efecto de la misma, limitando así su valor (figura 7). Esta disposición debe combinarse con el refuerzo mecánico de las cabinas así como otras propiedades que se indican en los criterios de ensayo recogidos en la norma IEC 60298 Anexo AA.
Los 6 criterios de la IEC 60298 anexo A.A de resistencia ante un arco interno en una cabina
- criterio 1: las puertas y capós normalmente bloqueados no deben abrirse
- criterio 2: las partes que pueden presentar peligro no son proyectadas (ej.: chapas, aislantes, etc...)
- criterio 3: el arco no origina aperturas accesibles
- criterio 4: los indicadores verticales no se inflaman
- criterio 5*: los indicadores horizontales no se inflaman por los gases calientes
- criterio 6: las puestas a tierra no se desconectan
* El criterio 5 depende de la altura H del techo que refleja los gases calientes. Cuanto más grande sea H el criterio 5 será más fácil de respetar
Figura 6: Ensayos de arco interno en una cabina de MT
Figura 7: Trampilla de escape de gases en celdas con aislamiento de aire
Estas trampillas están dispuestas de forma que los gases o vapores bajo presión que salgan por las mismas, no incidan sobre las personas que se encuentren cerca de las cabinas.
Figura 8: Protección de los efectos del arco sobre el operario en una celda compacta en SF6 y detalle de la membrana de explosión
Las celdas GIS tienen en sus paredes exteriores una placa más débil que el resto de la envolvente de modo que en caso de sobre tensión, se rompe dando salida a los gases interiores (Figura 8). Esta "placa de rotura" está situada en un lugar adecuado de la envolvente, de manera que los gases de salida no puedan incidir sobre las personas.
En relación con estos defectos internos, en la tabla 1 se especifican:
- Lugares de la cabina en donde, según la experiencia, se puede cebar el arco eléctrico con más frecuencia.
- Causas posibles de estos defectos internos.
- Ejemplos de medidas a tomar para disminuir la probabilidad de defecto interno o reducir el riesgo:
- Rápida desconexión del defecto iniciado por detectores sensibles a la luz, a la presión o al calor o por protección diferencial de barras colectoras.
- Utilización de fusibles adecuados, asociados a los dispositivos de conexión para limitar la corriente de paso y la duración del defecto.
- Maniobra a distancia.
- Trampillas limitadoras de presión.
Tabla 1: Lugares de la cabina en donde, según la experiencia, se puede cebar el arco eléctrico con más frecuencia.
Disposiciones de seguridad contra actuaciones o situaciones peligrosas para el personal
En principio, para las cabinas de ejecución compartimentada o blindada, las cubiertas a menos que la parte del circuito principal contenido en el compartimento que se ha hecho accesible con esta apertura, esté sin tensión.
Cualquier maniobra normal de apertura o cierre de los aparatos incluidos en la cabina en montaje fijo, deberá poderse realizar desde el exterior de la misma y con la puerta y/o otros accesos, cerrados.
En las cabinas con interruptor enchufable esta prescripción se matizará en "Enclavamientos contra falsas maniobras".
En las mirillas de material transparente para poder observar el interior de la cabina, pueden formarse cargas electrostáticas peligrosas. Las disposiciones para evitarlo pueden ser:
- Adecuada distancia de aislamiento entre la mirilla y las partes en tensión.
- Blindaje electrostático por ejemplo una rejilla metálica conectada a tierra, aplicada sobre la cara interior de la mirilla.
Los aparatos de los circuitos principales cuya maniobra incorrecta puedan causar daños, o que sirven para asegurar una distancia de aislamiento (seccionamiento) durante los trabajos de mantenimiento, están provistos de dispositivos que permitan su inmovilización, (por ejemplo, posibilidad de colocar candados). Afecta pues a seccionadores, seccionadores de puesta a tierra e interruptores-seccionadores.
Figura 9: Maniobras en cabinas de MT
Enclavamientos contra falsas maniobras
Enclavamientos básicos, de aplicación general.
■ Entre seccionador e interruptor automáticos conectados en serie: con el interruptor cerrado (conectado) no puede cerrarse o abrirse el seccionador.
Nota: Caso particular de cabinas con doble juego de barras generales. Si los dos juegos de barras están conectados el uno con el otro (acoplados) y uno de los dos seccionadores está cerrado, el otro seccionador podrá abrirse o cerrarse aunque el interruptor en serie con ellos este cerrado.
Figura 10: Cambio de barras 1 a barras 2 en la alimentación de una línea de salida, sin interrupción de servicio
■ Entre seccionador de puesta a tierra (en adelante Spt) si lo hay, y cualesquiera de los aparatos de corte: seccionador, interruptor automático, interruptor-seccionador, o contador:
No pueden estar cerrados simultáneamente el Spt y el aparato de corte. Por tanto, si el Spt está cerrado, no puede cerrarse el aparato de corte está cerrado, no puede cerrarse el Spt.
Cabinas con interruptor automático en ejecución enchufable.
Si el interruptor está cerrado, no puede enchufarse ni desenchufarse, pues equivaldría a una maniobra de seccionadores con interruptor cerrado.
Recíprocamente, no puede cerrarse el interruptor, si no está correctamente en sus posiciones final enchufado o final desenchufado pues un aposición intermedia equivale a la de un seccionador con insuficiente distancia de seccionamiento.
El Spt, si lo hay, solo puede cerrarse si el interruptor est en posición desenchufado (o extraído) pues equivale a seccionador abierto. Recíprocamente el interruptor no se puede enchufar si el Spt está cerrado.
El interruptor no puede cerrarse si no está conectado al circuito auxiliar de mando y control. Recíprocamente, con el interruptor en posición cerrado, no es posible desconectarlo de dicho circuito auxiliar de mando y control.
Existen dos tipos constructivos de cabinas con interruptor enchufable:
A) Cabinas en la que el interruptor en posición desenchufado queda aún contenido dentro de la cabina y por tanto la puerta puede estar cerrada.
B) Cabinas en las que el interruptor en posición desenchufado sobresale del frente de la misma. Este tipo de cabinas no tiene puerta delantera. El cierre lo efectúa el propio frente del interruptor cuando está en posición enchufado.
En el tipo A, para las maniobras de enchufar-desenchufar el interruptor y abrirlo-cerrarlo con el mando manual directo (en el propio interruptor),hay que abrir la puerta. Ahora bien, la disposición interior de la cabina debe ser tal , que el frente del interruptor impida poder acceder a cualquier parte en tensión tanto si está enchufado como si está desenchufado.
Analógicamente, en las del tipo B, el diseño debe ser tal que el frente y los laterales del interruptor impidan el acceso a las partes en tensión, tanto si está en posición enchufado como desenchufado.
Criterios generales de principio para los enclavamientos contra falsas maniobras y/o actuaciones incorrectas
- El enclavamiento debe impedir la falsa maniobra, pero sin provocar por ello la apertura del aparato de corte (interruptor automático, interruptor-seccionador, contactor) y con ello un paro intempestivo del servicio.
- En lo posible, se dará preferencia a los enclavamientos de tipo mecánico.
- Dentro de los enclavamientos mecánicos se preferirán los denominados "pasivos" o "de obstrucción". Son aquellos que no permiten ni iniciar la falsa maniobra, de forma que el enclavamiento no tiene que actuar y por tanto no queda sometido a ningún esfuerzo mecánico.
Ejemplos:
- Manivela o palanca extraibles para accionar un Spt. Si el interruptor automático o interruptor-seccionador está cerrado el orificio o la ranura para la introducción de la manivela o la palanca está obturada de forma que dicha manivela o palanca no se puede introducir.
- Manivela o palanca extraibles para accionar el Spt. en una cabina con interruptor enchufable. El frente del interruptor, cuando este está en posición enchufado, tapa (cubre) el orificio o ranura para la introducción de la manivela o palanca, de forma que no es accesible.
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