Integrated Arc Flash Software Suite

Cálculo de la energía incidente según el estándar Arc Flash IEEE 1584-2018

Nuevo estándar, nuevo método, nueva curva de aprendizaje

IEEE 1584-2018

El nuevo modelo de arco eléctrico IEEE 1584-2018 reemplaza al modelo IEEE 1584-2002. El desarrollo de esta nueva edición del estándar requirió más de quince años de trabajo y es el resultado de miles de horas de investigación, desarrollo y validación. Las siguientes secciones proporcionan un resumen de los principales cambios al estándar IEEE 1584. ETAP participó activamente en el desarrollo y validación de este modelo para garantizar que se aplique correctamente en el software de análisis de sistemas eléctricos.


Desarrollo del modelo

El nuevo modelo se desarrolló sobre la base de más de 1,800 pruebas para integrar diferentes configuraciones de electrodos, que fue mucho más grande que las 300 pruebas utilizadas en 2002. 

Resumen de las pruebas realizadas:

Configuración de electrodos

Pruebas realizadas

Rango de voltaje

Rango corriente

Rango GAP

VCB

485

0.208 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 80 kA

6 ~ 250 mm

VCBB

400

0.215 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 65 kA

6 ~ 154 mm

HCB

460

0.215 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 63 kA

10 ~ 254 mm

VOA

251

0.240 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 65 kA

10 ~ 154 mm

HOA

259

0.240 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 66 kA

10 ~ 154 mm

 

Configuración de electrodos

El paso más importante en la implementación de cálculos basados en el nuevo modelo IEEE 1584-2018 es identificar una de las cinco configuraciones de electrodos presentes en el equipo analizado, al tiempo que se comprende que es posible tener una o más configuraciones de electrodos presentes en el mismo equipo. 

La Tabla 9 del IEEE 1584-2018 es un buen punto de partida para obtener algunas pautas sobre cómo identificar las configuraciones de los electrodos potenciales presentes en el equipo.

Arc-Flash-Full-VCB

VCB

Arc-Flash-Full-VCBB

VCBB

Arc-Flash-Full-HCB

HCB

Arc-Flash-Full-VOA

VOA

Arc-Flash-Full-HOA

HOA


Gama de modelos

El rango de voltaje y corriente de cortocircuito es similar al del modelo anterior. La mejora notable es el rango del intervalo para equipos de media tensión, que casi se ha duplicado. 

Tensión del modelo, corriente de cortocircuito, gap y distancia de trabajo:

Rango de voltaje
(3-P kV LL)

Ibf(kA)

Gap (mm)

Distancia de Trabajo (inch)

Duración de la falla (ciclos)

0.208 ≤ V ≤ 0.600

0.5 to 106

6.35 to 76.2

> 12

No Limit*

0.600 < V ≤ 15.0

0.2 to 65

19.05 to 254

> 12

No Limit

Límites recomendadas de las dimensiones de los envolventes:

Dimensión del envolvente

Value

altura

14 to 49 (in)*

ancho 

(4 x Gap) to 49 (in)*

Área de apertura

2401 (in2)


 

Parámetros utilizados en las pruebas: 

parámetro

valor

frecuencia

50 ~ 60 Hz

fases

3-Phase

configuraciones

VCB, VCBB, HCB, VOA, HOA

 
*Se pueden modelar aberturas más grandes, pero el factor de corrección se calcula en 49 pulgadas. 

El estándar IEEE 1584-2018, Sección 4.11 siempre recomienda que el modelo se pueda usar para sistemas monofásicos y requiere que los resultados sean moderados.

Resumen de las dimensiones reales de las cajas de prueba utilizadas para desarrollar la gama de modelos:

Categoría de equipo

Height (mm)

Width (mm)

Depth (mm)

15 kV Switchgear

5 kV Switchgear

1143*

762*

462*

15 kV MCC

5 kV Switchgear

914.4

914.4

914.4

5 kV MCC

660.4

660.4

660.4

Low-Voltage Switchgear

508

508

508

Shallow Low-Voltage MCCs and Panelboards

Cable Junction Box

355.6*

304.8*

≤ 203.2*

Deep Low-Voltage MCCs and Panelboards

Cable Junction Box

355.6*

304.8*

> 203.2*

*Basado en las dimensiones de las cajas de acuerdo con el estándar IEEE 1584-2002
 

Niveles de voltaje 

El rango de voltaje aplicable al estándar IEEE 1584 permanece sin cambios de 208V hasta 15kV.

El rango de bajo voltaje ahora es de 208V a 600V

En versiones anteriores de IEEE 1584 (2002), una referencia al método Ralph Lee permitió la posibilidad de usar este método para esta condición, pero sus resultados se consideraron completamente poco realistas. Además, el comportamiento físico de los arcos y el modo de falla son totalmente diferentes para los equipos al aire libre. La siguiente tabla presenta una visión concisa de la aplicación de diferentes modelos para niveles de voltaje entre 0.208 kV y hasta 15 kV y más.

método 208 V to 600 V 601 V to 15 kV 15.1 kV to 38 kV > 38 kV
Phases1 3ɸa 3ɸb 1ɸa 1ɸb 3ɸa 3ɸb 1ɸa 1ɸb 3ɸa 3ɸb 1ɸa 3ɸa 3ɸb 1ɸa
IEEE 1584-2002 G G Y Y G G Y Y Y Y
IEEE 1584-2018 G G Y Y G G Y Y
*ArcFault™ G Y Y Y G Y G

Verde (G) – Aplicable directamente / Amarillo (Y) – Completado con postulados de ingeniería
No sombreado - No aplicable

Tenga en cuenta que el método Ralph Lee no debe utilizarse en absoluto para voltajes superiores a 15 kV. Sin embargo, dado que ETAP lo había aplicado previamente como una alternativa al método IEEE 1584-2002, ETAP aún ofrece esta opción pero con una advertencia.


Modelo de corriente de arco (0.208 kV a 0.6 kV)

Quizás la mayor mejora del modelo IEEE 1584-2018 es su capacidad para modelar cinco configuraciones de electrodos diferentes y su efecto sobre la corriente de arco. Las principales áreas de mejora son la mejora del comportamiento físico esperado del arco, su mayor sensibilidad a la variación en las desviaciones, la corrección de inconsistencias (como en los casos en que Ia> Ibf), etc. Consulte en el Anexo G. 5.5 de la norma IEEE 1584-2018 para más detalles sobre las mejoras realizadas al modelo de arco actual. El siguiente gráfico muestra un análisis comparativo de los pronósticos de corriente de arco del nuevo modelo en comparación con el modelo IEEE 1584-2002.

Arc Current Model 0.208kV

Arc Current Model 0.6kV

Modelo de corriente de arco (0.6 kV a 15 kV)

Similar al método 2002, el IEEE 1584-2018 tiene dos modelos diferentes para corriente de arco. La parte de media tensión del modelo se describe en las secciones 4.4 y 4.9 del IEEE 1584-2018. El modelo utiliza un enfoque de interpolación para aplicar el efecto del voltaje en la corriente de arco. El efecto del voltaje sobre la corriente de arco esperada se vuelve menos dominante a medida que aumenta el voltaje. 

El nuevo modelo se centra en el cálculo de la corriente de arco a tres voltajes diferentes que son 600, 2700 y 14300 voltios de corriente alterna. El siguiente gráfico muestra los resultados de una exploración de los parámetros para la corriente de cortocircuito para el modelo de corriente de arco de media tensión.


Factor de corrección de variación de corriente de arco

La corriente de arco es el factor más importante para determinar la vida útil de los dispositivos de protección contra sobrecorriente. Es por eso que el nuevo modelo IEEE 1584-2018 ha aplicado un modelo mejorado de corriente de arco. La corriente de arco pronosticada por el modelo se considera como el promedio de la corriente de arco durante la duración del arco. En realidad, la corriente de arco puede estar sujeta a variaciones causadas por los componentes de CA y CC de la corriente de cortocircuito. La intensidad de la corriente del arco también puede variar cuando el arco se enciende, persiste y se extingue. El modelo de corriente promedio de 2002 no incluye la corriente de arco medida durante los períodos de ignición o extinción. Solo incluye el promedio de las corrientes de arco trifásicas. 

El concepto físico de la variación de la corriente de arco no se modifica, pero se ha mejorado. Basado en el análisis realizado durante la fase de desarrollo del nuevo modelo de arco eléctrico, se descubrió que la variación de la corriente del arco era mayor a voltajes por debajo de 480 volts y mucho menos a voltajes como 600 volts y 2700 volts ca.

El valor de la variación de la corriente de arco ya no se fija en 15%, sino que se calcula continuamente a partir de las ecuaciones proporcionadas en la sección 4.5 del IEEE 1584-2018. 

La variación de la corriente de arco se determinó a partir de la mediana de la variación medida en cada nivel de voltaje. El siguiente gráfico muestra el cambio porcentual en la corriente del arco central para cada una de las cinco configuraciones de electrodos. 

Arc Current Variation Correction Factor

Límite de durabilidad del arco de bajo voltaje 

La razón por la que se han revisado los límites es que las configuraciones de electrodos adicionales, como el VCBB utilizado en las pruebas, revelaron que los arcos pueden soportar corrientes de cortocircuito mucho más bajas que las presentadas en el estándar de 2002. 

Las versiones anteriores de IEEE 1584 sugerían un límite de durabilidad de alrededor de 240 volt de CA con alrededor de 125 kVA (o 10 kA con un transformador de impedancia de 3.5%). Esto dejó una cantidad significativa de equipos fuera del alcance de los cálculos de energía incidente. Sin embargo, dado que el límite se redujo a 240 volt de CA con 2.0 kA de corriente de cortocircuito, esto significa que se tuvieron que analizar más sistemas. Se ha eliminado un factor de corrección de energía incidente excesivamente convencional del modelo de bajo voltaje para el IEEE 1584-2018 como se muestra en el siguiente gráfico: 

Low Voltage Arc Sustainability Limit and Incident Energy Comparison

Como se puede ver en este gráfico, los resultados de energía incidente del nuevo modelo IEEE 1584-2018 son más precisos y también mucho menos convencionales.


Modelo de energía incidente: (0,208 kV a 0,6 kV)

El modelo de energía incidente se describe en detalle en las secciones 4.3, 4.6, 4.9 y 4.10 de IEEE 1584-2018. El modelo de energía incidente es diferente al de 2002 porque incluye las tres configuraciones de electrodos adicionales. Además, para configuraciones cerradas de VCB, VCBB y HCB, se aplica un factor de corrección de dimensión del envolvente. 

El modelo de energía incidente sigue el mismo principio que la corriente de arco. Se realiza un proceso de interpolación para determinar la energía incidente. La interpolación se lleva a cabo obteniendo valores intermedios de energía incidente a 600, 2700 y 14300 volt aprox. 

Incident Energy Model 0.208kV

Incident Energy Model 0.6kV

Modelo de energía incidente: (0.6 kV a 15 kV)

El siguiente gráfico muestra una comparación de la energía incidente para los modelos IEEE 1584-2018 y 2002. Los resultados muestran consistentemente que si se determina que el equipo está ahora en configuración HCB, la energía incidente puede ser mucho más alto En el gráfico a continuación, la energía incidente para una configuración VCB, usando el modelo 2002 es de 20 cal / cm2, mientras que se estima en más de 45 cal / cm2 usando el modelo 2018 si la configuración de los electrodos Se usa HCB. 


Modelo con límite de arco eléctrico (0,208 a 0,6 kV)

Los métodos de prueba utilizados permiten que el nuevo modelo prediga distancias límite más cortas. Las pruebas y el procesamiento de datos utilizados para desarrollar el nuevo modelo de límite de protección contra arco eléctrico revelan una ganancia de margen que se hace evidente al comparar los resultados de los dos métodos (2002 y 2018).

Arc-Flash Boundary Model 0.208kV

Arc-Flash Boundary Model 0.6kV

Modelo de límite de arco eléctrico (0.6 a 15 kV)

Al igual que con el modelo de bajo voltaje, hay una reducción notable en los límites planificados de arco eléctrico. El resultado excesivamente convencional del IEEE 1584-2002 siempre produce el límite de arco eléctrico más alto para valores de energía incidente similares.

El siguiente gráfico muestra el límite de arco eléctrico en relación con la duración del arco y compara los resultados de AFB 2018 con los resultados de AFB 2002. Esta comparación se realizó para un voltaje del sistema de 2700 voltios de CA.

Efecto de la puesta a tierra sobre la energía incidente

Según las conclusiones del grupo de desarrollo del nuevo modelo IEEE 1584-2018, el efecto de la conexión a tierra ya no se considera.


Recursos Adicionales
 
IEEE 1584 2018 Arc Flash

ETAP Arc Flash IEEE 1584-2018

El software de análisis Arc Flash ETAP se utiliza para realizar el análisis de arco eléctrico para sistemas de 0,208 kV a 15 kV de acuerdo con la "Guía para realizar cálculos de riesgo de arco eléctrico" del estándar IEEE 1584-2018. El software determina los valores La energía incidente y los límites de arco eléctrico necesarios para cumplir con el etiquetado de los equipos NEC. También proporciona una evaluación de riesgos para la protección contra impactos y el EPP necesarios para la protección del arco flash de acuerdo con el estándar NFPA 70E 2018.