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Diseño de Equipo “Arc-Resistant” Asistido por
Simulación
Monterrey Design and Innovation Center
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Contenido
> Falla de Arco Interno
> ¿Que es?, Técnicas de Mitigación, Efectos, Normativa.
> Simulación de Falla de Arco Interno
Confidential Property of Schneider Electric
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Falla de Arco Interno
> Descarga no intencional de corriente a través del medio aislante en un tablero
de distribución.
> Su estudio surge de la necesidad de reducir los riesgos en el manejo de
equipo eléctrico.
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Falla de Arco Interno
> Soluciones para minimizar el riesgo de Falla de Arco Interno:
> Soluciones Activas:
- Basadas en Relevadores y Sensores.
- Arc TerminatorTM.
> Soluciones Pasivas:
- Reforzar los gabinetes para resistir los efectos de una Falla de Arco Interno.
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Falla de Arco Interno
> Efectos de un Arco Interno en un tablero de distribución:
> Efectos de presurización.
> Efectos térmicos.
Efectos
Presión
Térmicos
Duración de la falla
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Falla de Arco Interno
> Normativa: IEEE C37.20.7, IEC 62271-200, CSA C22.2.
> Criterios de falla en un ensayo de Falla de Arco Interno:
> Criterio 1. Puertas y cubiertas deben permanecer cerradas. Deformaciones son aceptables.
> Criterio 2. El equipo no debe tener desprendimientos individuales de materiales mayores a 60g.
> Criterio 3. Evaluación de “Burn-Through”. Agujeros causados por exposición al arco eléctrico
no son permitidos.
> Criterio 4. Los testigos de tela colocados alrededor del equipo no deben de quemarse.
> Criterio 5. Las conexiones a tierra deben seguir efectivamente conectadas.
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Falla de Arco Interno
Ip ≥ 2.6 Icc (RMS)
> Clasificaciones IEEE C37.20.7
Corriente (A)
> Nivel de corriente de falla.
> Duración de la falla.
> Accesibilidad:
20kA RMS
- Tipo 1 y Tipo 2, sufijos A, B, C y D.
52kA Pico
Tiempo (s)
> Ensayo
> Calibración de corriente de corto.
> Colocación de alambre iniciador del arco.
> Colocación de testigos de tela.
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Iniciador del Arco
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Falla de Arco Interno
> Ensayo
> 25kA
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Falla de Arco Interno
> Ensayo
> 40kA
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Simulación de Falla de Arco Interno
> ANSYS Fluent + Mechanical
ANSYS Fluent
Cálculo CFD
-Presiones
-Temperaturas
Acoplamiento en
un solo sentido
> Aplicación personalizada UDF
para la aplicación y distribución
de la energía del arco.
> Modelo de gas real para
plasma.
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ANSYS Mechanical
Cálculo Dinámico
Estructural
-Deformaciones
-Esfuerzos
> Uso de macros APDL para la
aplicación de contornos de presión
> Aplicación de curva de presión.
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Simulación de Falla de Arco Interno
> ANSYS Fluent + Mechanical
Energía del Arco Eléctrico
70
60
Conducción
Térmica (10%)
Voltaje de
Arco
Power (MW)
50
40
30
20
Radiación
(80%)
10
Datos de
Entrada
0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
time (s)
Datos de
Pruebas
Radiación a
paredes
(30%)
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Calentamiento
del Fluido
(60%)
Vaporización
de Plástico y
Metales
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Simulación de Falla de Arco Interno
> ANSYS Fluent + Mechanical
Pressurization Curve on Front Cover
0.5
0.45
0.4
Pressure (bar)
0.35
Pressurization Curve on Front Cover
0.3
0.5
0.25
0.2
0.45
0.15
0.4
0.1
0.05
0.35
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Time (s)
+
=
Pressure (bar)
0
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
Time (s)
Correlación entre presión calculada y medida.
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Simulación de Falla de Arco Interno
> ANSYS Fluent + Mechanical
Confidential Property of Schneider Electric
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Simulación de Falla de Arco Interno
> ANSYS Fluent + Mechanical
Cálculo de Presiones
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Evaluación de Diseño Inicial
Diseño Propuesto
Prueba Exitosa
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Referencias
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