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REA Arc protection Relay System“Mejora en la seguridad de Celdas de Media Tensión usando Reles de Arco Eléctrico”
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
Agenda de la Presentación
1. Definición y Efectos del Arc Flash
2. Códigos Regulatorios & Estándares
• IEEE 1584 - 2002
• NFPA 70 - 2004
3. Técnicas de Mitigación del Arc Flash
• Reduciendo la corriente de arco (E~Ia)
• Incremento de distancias de trabajo (E~1/D)
• Reduciendo tiempo de apertura (E~t)
4. Relé de Arc Flash
5. Caso: Luz del Sur
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REA Arc protection Relay SystemDefinición y Efectos del Arco Eléctrico
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
Arc Flash:
Condición peligrosa asociada con el incremento de energía
causado por un arco eléctrico. (Fuente: NFPA 70E)
La unidad de medida es cal/cm2 y se encuentra en términos de
energía incidente.
Arco Eléctrico:
Asociado a la liberación de una gran Energía
Definición del Arc Flash
La industria busca la manera de cuantificar los riesgos
asociados a los peligros Arc Flash. La información sobre la
evaluación del riesgo de explosión por Arco, la NFPA 70E y IEEE
1584 cuantifican la presión y la daños que puede resultar debido
a una fallo por arco eléctrico.
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¿Qué pasa durante el Arc Flash?
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Incremento Rápido de
Temperatura.
(hasta 20,000°C)
Incremento Rápido de
Presión
Liberación de
fragmentos de
material y gases
calientes
Vapor de metal y restos
de material de
aislamiento
Serios daños a personal en
Celdas sin clasificación de arco
eléctrico
Serios daños dentro en el interior
de la celda, para los dispositivos y
para la parte física de la celda.
Efectos del Arco Eléctrico
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Fotos de accidentes de Arc Flash
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Video de accidentes por Arc Flash
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Video de accidente por Arc Flash
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REA Arc protection Relay SystemCódigos Regulatorios & Estándares
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
IEEE Standard 1584-2002
Guía para cálculo del Arc Flash
NFPA 70E-2004
Estándar para requerimientos de
seguridad eléctrica en lugares de
trabajo
OSHA 29
Código de Regulación Federal (CFR)
Part 1910 Subpart S
NFPA 70 – 2005
National Electric Code (NEC)
Código Regulatorios & Estándares
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Los estándares proveen una guía para la implementación apropiada para
procedimientos de seguridad y cálculos para arco eléctrico.
Guía & Calculation Standards
IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
NFPA 70E-2004, “Standard for Electrical Safety in the Workplace”
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IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
Es una guía para realizar el cálculo de arco eléctrico.
Las ecuaciones empíricas son desarrolladas por IEEE con un grupo de trabajo
sobre el arco eléctrico. Estas ecuaciones son basadas en resultados de
pruebas y son aplicables a condiciones especiales.
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Pasos para proceder con el cálculo
IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
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Pasos para proceder con el cálculo
IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
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Pasos para proceder con el cálculo
IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
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Pasos para proceder con el cálculo
IEEE 1584-2002, “Guide for Arc Flash Hazard Analysis”
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La norma define una serie de límites relacionados con la seguridad eléctrica
cuando se trabaja sobre equipos energizados. Solo la gente calificada puede
entrar en estos límites y ellos necesitan usar apropiados equipos de
protección personal (PPE).
NFPA 70E-2004,“Standard for Electrical Safety in the Workplace”
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1.-Flash protection boundary: Se define como “Un enfoque del límite en distancia
de las partes vivas expuestas dentro del cual una persona podría recibir
quemaduras de segundo grado si es que un arco eléctrico se hubiere producido.”
Estos límites de una fuente de energía que incide con un calor que cae sobre la
superficie de la piel es de 1.2 calorías/cm2 normalmente resultaría en una
quemadura de segundo grado.
2.-Limited approach boundary: Se define como “Un enfoque límite en distancia de
una parte viva expuesta en el que existe peligro de descarga eléctrica.”
3.-Restricted approach boundary: Se define como ”Un enfoque límite en distancia
de una parte viva expuesta donde existe un mayor riesgo de descarga debido a
un arco eléctrico combinada con movimientos involuntarios, para el personal que
trabaja muy cerca a partes vivas”
4.-Prohibited approach boundary: Se define como “Un enfoque límite en distancia
de una parte viva expuesta con los que trabajan, se considera lo mismo que
hacer un contacto con la parte viva.”
NFPA 70E-2004,“Standard for Electrical Safety in the Workplace”
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Clasificación de riesgos y peligros de la NFPA 70E
La norma clasifica en niveles de categoría de riesgo para los peligros del Arc
Flash basados en la incidencia de energía en las distancias de trabajo
mostradas
NFPA 70E-2004 no se refiere a categorías de riesgo para tensiones superiores a
7,2 kV.
IEEE 1584-2002 método calcula la energía incidente con ecuaciones empíricas
desarrolladas a partir del análisis estadístico tomadas de numerosas pruebas de
laboratorio.
Para la realización de "tareas" a nivel de tensión superior a 15 kV, el IEEE 1584-
2002 utiliza la teoría derivada LEE Método. Este es el único método que define el
Arco con categoría y límites de riesgo.
Comparación de Métodos para Determinar la Energía Incidente
NFPA 70E-2000 and IEEE 1584-2002 Standards
NFPA 70E-2000 IEEE 1584-2002
Unidad Medida Calories / cm2 Calories / cm2
Rango Voltage 208 V – 600 V 208 V – 15kV (empírico)
15kV+ (Lee Metodo)
Rango Corriente 16 kA – 50 kA 0.7 kA – 106 kA
Rango Duración Arco ¼ cycle – 120 cycles ¼ cycle – 120 cycles
Instalación Open Air, Cubic Box Open Air, Cubic Box
Resumen de Resultados de la comparación entre la norma NFPA 70E-2000 y los estándares
de IEEE 1584-2002
Cálculos con la NFPA 70E-2000 y las normas IEEE 1584-2002 se realizaron en el mismo sistema.
El sistema de autobuses que figuran en los niveles de tensión que varían de 208 voltios a 35.000
voltios. Con base en el cuadro anterior, la norma NFPA ha sido diseñado específicamente para
manejar 208 a 600 voltios y 16-50 kAsc. Por lo tanto, los valores se muestran en el caso de 208V,
4.16 kV, y 35 kV son los resultados extrapolados de la norma NFPA 70E-2000.
Comparación de Métodos para Determinar la Energía Incidente
Etiqueta de Advertencia
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REA Arc protection Relay SystemTécnicas de Mitigación del Arc Flash
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
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Técnicas de Atenuación del Arc Flash
• Reduciendo la corriente de arco (E~I)
• Incremento de distancia de trabajo (E~1/D)
• Reduciendo tiempo de apertura (E~t)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES / ABB)
Duración de arco menor a 4 ms
Ultra Rápida detección por el dispositvo electrónico tipo QRU1
Ultra Rápida extinsión del arco interno por un interruptor UFES como elemento primario
Tiempo de apertura final de la corriente de falla aguas arriba por el interruptor de llegada
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Interruptor Ultra Rápido de puesta a tierra (UFES)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Instalación de UFES
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo la Corriente de Arco (E~Ia)
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Usando aparatos de extracción remotos podrían reducir los incidentes de arcos eléctricos.
Técnicas de Atenuación del Arc FlashIncremento de la distancia de trabajo (E~1/D)
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Subestación tipica de MT con reles de sobrecorriente
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo el tiempo de apertura (E~t)
Adquisición información +
procesamiento información = 15 a 30
ms
Contacto de salida de relé 5 ms
Tiempo de coordinación: 30-350 ms
Tiempo operación interruptor: 25-
130 ms
Tiempo Total de apertura:
Celda Salida
15+5+30+80=130 ms
Celda Llegada
15+5+350+80=450 ms
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Subestación típica de MT protección Bus Bar
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo el tiempo de apertura (E~t)
Bus Bar tiempo de operación
Aprox. 20 ms
Contacto de salida de relé 5 ms
Tiempo operación interruptor: 25-
130 ms
Tiempo Total de apertura:
Celda Llegada/Salida
20+5+80=105 ms
Desventajas:
CT’s adicionales
Cableado adicional y mayor costo.
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Detección por Luz (Relé Arc Flash)
Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo el tiempo de apertura (E~t)
Detección Luz +
adquisición información +
procesamiento información
+ contacto de salida < 2.5
ms
Tiempo operación
interruptor 25-130 ms
Tiempo Total de apertura:
2.5 + 80 = 82.5 ms
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Técnicas de Atenuación del Arc FlashReduciendo el tiempo de apertura (E~t)
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REA Arc protection Relay SystemRelé de Arco Eléctrico
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemFamilia de reles
Módulo Principal:
REA 101.
Módulos de Extensión:
REA 103
REA 105
REA 107
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REA 10_ Arc Protection SystemCaracterísticas comunes de las unidades REA
La unidad central REA 101
tiene protección contra falla
del interruptor.
Total tiempo de operación
del REA <2.5 ms
La unidad central REA 101,
suministra la tensión a las
demás unidades de
extensión REA 103, REA
105 y REA 107.
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REA 101 Arc Protection Relay SystemCaracterística
Rápido, ajustable, three-phasesobrecorriente or dos fases desobrecorriente & falla a tierra.
Dos salidas de disparo de altavelocidad hacia interruptores.
Unidad independiente o extendiblecon uno o más unidades de extensiónREA.
Dos cables ópticos de comunicaciónentre unidades centrales (REA 101)units
Protección contra fallo de interruptor.
Dos puertos RJ-45 para conexionesentre unidades de extensión.
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REA 101 Arc Protection Relay SystemEsquema Eléctrico
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REA 103 Arc Protection Relay SystemCaracterística
Dos salidas para sensor.
Dos contactos de señal
para cada sensor.
Dos puertos RJ-45 para la
conexión hacia el REA 101
o unidades de extensión.
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REA 105 Arc Protection Relay SystemCaracterística
Entrada para un sensor.
Dos salidas de alta velocidad para disparo hacia el
interruptor.
Un contacto de alarma.
Tres puertos RJ-45 para la conexión para uno o
dos unidades principales de protección o
adicionalmente unidad de extensión.
Trips independently or on initialization by the main
arc protection unit
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REA 107 Arc Protection Relay SystemCaracterística
Ocho entradas de sensores de lentes.
Dos señales de contactos de alarma.
Dos puertos RJ-45 para conexión hacia una o
dos unidades principales y modulos de
extensión.
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Los sensores son conectados y
amarrados con cintillos.
Fácil de instación utilizando
herramientas básicas para su
instalación.
REA Arc Protection Relay SystemFácil Instalación
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°1: REA 101 con extensión REA107
Arco en compartimientos cables y interruptor :
La extensión REA 107 detecta elarco y envía una señal hacia el reléREA101 para la apertura delinterruptor principal.
Arco en compartimiento Bus Bar y Llegada:
REA101 detecta el arco y envía undisparo hacia la celda de llegada yaguas arriba de la celdas.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°2: REA 101 con extensión REA105
Arco en el compartimiento de Bus de Barras izquierdo
El REA101 de la izquierda detecta laluz.
Ambos REA101 detectan la sobrecorriente.
Los REA101 envían la informaciónde la corriente a los interruptores.
El Bus de Barras de la izquierda esdesconectado.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°2: REA 101 con extensión REA105
Arco en el compartimiento de Bus de Barras derecho
El REA101 de la derecha detecta laluz.
El REA101 de la derecha detecta lasobre corriente. Ambos REA 101detectan la sobre corriente.
El REA101 envía la información dela corriente a todas las unidadesconectadas
El Bus de Barras de la derecha esdesconectado.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemConfiguración N°2: REA 101 con extensión REA105
Arco en el compartimiento del Interruptor de acople
Ambos REA101 detectan la luz.
Ambos REA101 detectan la sobrecorriente
Ambos REA101 envía la informaciónde la corriente a todas las unidadesconectadas
El Bus de Barras de la derecha esdesconectado por ambos REA101
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°2: REA 101 con extensión REA105
Arco en el compartimiento de cables
REA105 detectan la luz.
Ambos REA101 detectan la sobrecorriente
Ambos REA101 envía la informaciónde la corriente a todas las unidadesconectadas
Solo el la celda de salida esdesconectada por el REA 105
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°3: REA con relé RELION REF615
Arco en compartimiento cables:
El IED protege la salida de cablesdisparando al interruptor de salidacuando detecta una falla en elcompartimiento de cables.
Arco en compartimiento Bus Bar y Llegada:
REA detecta el arco con el sensortipo anillo disparando el interruptorprincipal. El REA genera una disparoexterno para los IED’s de salidapara una mayor seguridad.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemEjemplo Aplicativo N°4: Arc Flash con reles Relion
Arco en compartimiento cables:
El IED protege la salida de cables disparando al interruptor de salida cuando detecta una falla en el compartimiento de cables.
Arco compartimientos Bus Bar y interruptor:
El IED de salida detecta una falla en el bus bar o en el compartimiento del interruptor, se genera el envío de una señal al IED de llegada.
IED de llegada dispara interruptor principal y genera disparo externo para los IED de salida para mayor seguridad.
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TVOC-2 Arc Guard SystemVideo: Sin relé TVOC-2 en Tablero de Baja Tensión
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TVOC-2 Arc Guard SystemVideo: Con relé TVOC-2 en Celda de Baja Tensión
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 56
REA 10_ Arc Protection SystemVideo: Con y sin relé REA en Celda de M.T
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 57
REA 10_ Arc Protection Relay SystemREA Caso: Datmarovice, Czech Republic
Operación exitosa del Sistema REA 10_ en la planta Datmarovice 26.06.2002
Los bloqueos mecánicos de la celda fueron deshabilitados y el interruptor fue extraído a la fuerza cuando se encontraba energizado.
El sistema REA reaccionó y salvo dos vidas y peores daños materiales.
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REA 10_ Arc Protection Relay SystemLista de usuarios a nivel mundial
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 59© ABB Group February 16, 2011 | Slide 59
REA 10_ Arc Protection Relay SystemLista de usuarios a nivel mundial
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 60© ABB Group February 16, 2011 | Slide 60
REA 10_ Arc Protection Relay SystemREA Presupuesto
Lista de Precios
REA 101 $ 3,393.
REA 103 $ 1,006.
REA 105 $ 1,064.
REA 107 $ 1,840.
Cable de conexión $20-200.entre equipos:
Sensor Radial $ 2 /mt
Fibra Anillo $ 4-5/mt. :
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REA Arc protection Relay SystemCaso de Aplicación: Celdas Luz del Sur
ABB Oy Distribution Automation / Dany Huamán J.
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Caso de Aplicación: Luz del SurConfiguración de Sistema de Protección de Arco
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Caso de Aplicación: Luz del SurZona de actuación de los relés de Arco Eléctrico
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Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Subestación Limatambo
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 65
Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Llegada
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 66
Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Salida 1 y 2
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 67
Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Celda de Medición
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 68
Caso de Aplicación: Luz del SurCeldas Metalclad: Bus de Barras y parte posterior
© ABB Group February 16, 2011 | Slide 69
REA Arc protection Relay System
www.abb.com/[email protected]
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