Presentación del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico EMCP 4

Ryan Byrd
jefe del equipo de ingeniería
del equipo de Controles de Inversores

Octubre de 2017

ANTECEDENTES:

Desde el 2014, la NFPA 70, Sección 240.87 (reducción de la energía de arco), requiere un método para reducir el tiempo de despeje de la energía de arco. Esto se aplica cuando el mayor ajuste de disparo de corriente continua cuyo dispositivo de sobrecorriente real instalado en un disyuntor se clasifica o se puede ajustar a 1200 A o más. El objetivo básico es proteger al personal que trabaja cerca de equipos energizados mediante la reducción del peligro de arco eléctrico; para ello, se limita la duración de la corriente de falla. Para ello, se puede reducir el ajuste de disparo instantáneo del dispositivo de sobrecorriente.

Según la NFPA 70, Sección 240.87, "Un disparo instantáneo es una función que hace que un disyuntor se dispare sin retardo intencional cuando las corrientes superan el ajuste de disparo instantáneo o el nivel de corriente. Si las corrientes de arco superan el nivel de disparo instantáneo, el disyuntor se disparará en el mínimo tiempo posible".

La función del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico dentro del EMCP 4 tiene como objetivo ayudar a que, en la instalación de un grupo electrógeno, se cumpla con la edición 2017 de la NFPA 70, sección 240.87 (reducción de energía de arco). Esta función se aplica al EMCP 4.2B, 4.3 y 4.4 con la versión de software 4.8 o superior. La programación se puede realizar a través de la pantalla del EMCP o con un técnico electrónico Cat® (ET, Electronic Technician) o un superior. Esta función está diseñada para utilizarse con el regulador de voltaje interno dentro del EMCP 4, pero también es compatible con el CDVR (Caterpillar's Digital Voltage Regulator, regulador de voltaje digital de Caterpillar).

Para minimizar la energía del arco eléctrico, el ajuste de disparo instantáneo del dispositivo de sobrecorriente se debe ajustar por debajo del valor esperado de falla de arco. Tenga en cuenta que el valor de la falla de arco es solo una parte de la corriente de falla disponible y que depende del voltaje. Además, el equipo de detección debe ser capaz de medir hasta la corriente de falla de arco prevista. Para esto, es posible que se requiera cambiar al equipo de detección existente.

Para cumplir con los requisitos de la NFPA 70, se puede aplicar un punto de ajuste de sobrecorriente instantáneo alternativo. Este punto de ajuste alternativo conlleva un par de consideraciones. En primer lugar, hay que determinar el valor esperado de la corriente de arco. En la NFPA 70, Sección 240.87, se hace referencia a IEEE 1584™, 2002 - IEEE Guide for Performing Arc Flash Hazard Calculations (Guía IEEE para realizar cálculos de peligro de arco eléctrico) como método disponible para brindar orientación a la hora de determinar la corriente de arco. Los sistemas más complejos pueden requerir un estudio más detallado para determinar la corriente de falla de arco prevista. En segundo lugar, el ajuste de sobrecorriente instantánea inferior debe estar siempre por debajo del nivel de falla de arco previsto. Esta puede ser una solución aceptable, a menos que, en un estudio de coordinación, se requiera que el ajuste instantáneo sea mayor que el valor de falla de arco esperado.

Presentamos algunas notas sobre los estudios de coordinación:

• Para determinar de forma correcta el ajuste de disparo instantáneo para el modo de mantenimiento, se debe realizar tanto un estudio de coordinación como de peligro de arco eléctrico. Mediante el estudio de arco eléctrico, se proporciona la información necesaria para determinar el nuevo ajuste de disparo instantáneo, mientras que, con el estudio de coordinación, se determina el efecto en otros dispositivos posteriores con el nuevo ajuste. Se debe realizar una evaluación para maximizar la seguridad del sistema y minimizar el impacto en la coordinación de este. 
•  En los casos en los que el NEC requiera una coordinación selectiva, tenga en cuenta que el estudio de coordinación y el nuevo punto de ajuste que se determina mediante el estudio de arco eléctrico pueden entrar en conflicto. Esto se debe a que es habitual que, en la coordinación selectiva, se configuren dispositivos en los que los ajustes instantáneos son mayores a la corriente de falla disponible, que también está por encima de la corriente de falla de arco potencial. En esos casos, pueden ser necesarios otros métodos citados en 240.87 para cumplir con el código. En otras palabras, en un estudio de coordinación se puede recomendar que se aumenten los ajustes de disparo del disyuntor, pero con el ajuste más alto se puede permitir una mayor corriente de falla si se da una en el sistema, lo que entra en conflicto directo con la intención de reducir la corriente de falla de arco.
• En un estudio completo de coordinación y arco eléctrico se deben tener en cuenta tanto la corriente de falla de arco prospectiva como el incremento de las cargas de entrada y transitorias para garantizar que no se produzcan disparos molestos. Esto se puede deber, por ejemplo, al arranque de grandes motores o la energización de transformadores.

DETALLES DEL EMCP 4

La función del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico que incluye el EMCP 4 proporciona un método para reducir el tiempo de despeje mediante dos funciones que trabajan en conjunto.

1. Un medio para aceptar un interruptor de mantenimiento de reducción de energía, y proporcionar medios para conectar un indicador de estado local.
2. Un ajuste de sobrecorriente instantánea que se puede ajustar por debajo de la corriente de arco disponible

La función 1 se lleva a cabo con nuevos puntos de ajuste dentro de las entradas digitales y las salidas digitales/relé dentro del EMCP 4. Las entradas digitales se pueden programar para el "Maintenance Mode Command" (Comando de modo de mantenimiento) como un parámetro de comando/estado. Esto se puede configurar como "Active High" (Alto activo) o "Active Low" (Bajo activo). Cuando se activa, esta función elimina el retardo intencional del tiempo de disparo del disyuntor del circuito. De esta forma, se reduce el tiempo de despeje cuando un trabajador se encuentra dentro del límite de arco eléctrico definido en la NFPA 70E. Cuando se desactiva, el ajuste del disparo del interruptor vuelve a los valores anteriores.

Las salidas digitales/relés se pueden programar como "Maintenance Mode Active" (Modo de mantenimiento activo) para permitir el cableado de un indicador de estado externo (por ejemplo, una luz). Cuando el modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico se activa desde una entrada programada, esta salida se activará. La autoridad local con jurisdicción (AHJ, Authority Having Jurisdiction) tendrá la última palabra sobre los detalles de la instalación del indicador externo.

Nota: La configuración de respuesta al evento NO es compatible con este evento.

La función 2 se ejecuta con un nuevo punto de ajuste dentro del EMCP 4. En las pantallas del EMCP (Main Menu [Menú Principal] => Configure [Configurar] => All Setpoints [Todos los puntos de ajuste] => Gen Monitor/Protect [Monitor/protección de Generador] => Generator Overcurrent [Sobrecorriente del generador]) está el umbral de porcentaje de desconexión por sobrecorriente de tiempo definido del modo de mantenimiento. Este parámetro también se encuentra en el Cat ET en el grupo de parámetros de Current Monitoring (Monitoreo de la corriente del generador). Este parámetro tiene un valor predeterminado del 150 % y se puede ajustar entre el 1 % y el 3200 % (de la corriente nominal). El valor final programado dependerá del estudio del sistema. No hay retardo de tiempo ajustable asociado con este punto de ajuste, que no interfiere con el punto de ajuste de sobrecorriente existente. Se activará en cuanto la corriente de salida alcance el porcentaje programado. El EMCP 4 activará una parada dura y desactivará la excitación sin retardo intencional. Esta desconexión activará la misma combinación SPN-FMI que la sobrecorriente normal (2448-0).

Nota: Cuando la función del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico del EMCP 4 está activa, este punto de ajuste funciona en paralelo con todos los demás puntos de ajuste de sobrecorriente de tiempo definido e inverso en el EMCP. Esto significa que los puntos de ajuste más conservadores tendrán prioridad.

Nota: La configuración de respuesta al evento NO es compatible con este evento.

COMPATIBILIDAD CON CDVR

La función del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico del EMCP 4 también funciona con el CDVR (Caterpillar's Digital Voltage Regulator, Regulador de Voltaje Digital de Caterpillar), pero con algunas diferencias. Para aprovechar esta función con el CDVR, hay que seguir los siguientes pasos:

1. Se requiere un cableado adicional entre una salida digital/relé del EMCP y la entrada de desactivación de la excitación del CDVR (al llevar la clavija de desactivación de la excitación del CDVR al mismo voltaje que la clavija común del CDVR). Esto también significa que no se dispone de un tiempo de retardo dentro del CDVR para desactivar la excitación cuando se dispara desde la salida del EMCP.
2. El umbral de porcentaje de desconexión por sobrecorriente de tiempo definido en el modo de mantenimiento del EMCP se debe programar de acuerdo a las necesidades del sitio con el Maintenance Mode (modo de mantenimiento) activado a través de una entrada digital. La salida digital o de relé del paso 1 se debe programar para el apagado común.

CONCLUSIÓN

La función del modo de mantenimiento para reducción de energía de arco eléctrico dentro del EMCP 4 proporciona un método para reducir el tiempo de despeje de la energía del arco eléctrico. Esta función es lo suficientemente flexible como para tener en cuenta estudios de coordinación complejos, pero se puede adaptar con facilidad a sistemas sencillos.

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