Calculadora Arco Eléctrico (Arc Flash) - Energía Incidente y PPE

¿Qué es un arco eléctrico (arc flash)?

Un arco eléctrico es una descarga de corriente a través del aire entre conductores o entre un conductor y tierra. Produce temperaturas de hasta 20.000°C, una onda de presión que puede alcanzar 100 kPa, y radiación intensa. Es una de las causas más graves de accidentes laborales en instalaciones eléctricas.

El arco se produce cuando se dan dos condiciones simultáneas:

• Cortocircuito accesible: fase a fase o fase a tierra
• Ionización del aire: por proximidad, humedad, suciedad o manipulación

Energía incidente y distancia

La energía incidente (E) es la cantidad de energía térmica que llega a una superficie a una distancia determinada. Se mide en cal/cm² (calorías por centímetro cuadrado).

E ∝ (Icc × t) / d²

Donde:

• Icc = corriente de cortocircuito en el punto (kA)
• t = tiempo de despeje de la protección (s)
• d = distancia de trabajo (cm)

A mayor Icc y tiempo → mayor energía. A mayor distancia → menor energía (relación inversa al cuadrado).

Categorías de PPE según NFPA 70E

Factores que determinan la energía incidente

Límites de aproximación (NFPA 70E)

Ejemplo práctico: evaluación de un cuadro de distribución

Datos:

• Icc disponible: 15 kA a 400V
• Protección de cabecera: interruptor de caja moldeada, tiempo de disparo = 50 ms
• Distancia de trabajo: 45 cm (trabajo en cuadro)
• Tipo: cuadro cerrado (box)

Cálculo simplificado (método IEEE 1584-2018):

Sin entrar en las ecuaciones completas del estándar (que requieren software especializado), una estimación orientativa:

E ≈ 4,184 × Cf × En × (t/0,2) × (610^x / d^x)

Para este caso típico, la energía incidente estimada es de aproximadamente 6-8 cal/cm² → Categoría 2.

Reducción posible: Si se instala un relé de protección diferencial de arco (AFDD) con tiempo de despeje de 5 ms:

E se reduce proporcionalmente: 6 × (5/50) ≈ 0,6 cal/cm² → Sin categoría

Esto demuestra que reducir el tiempo de despeje es la medida más eficaz.

Etiquetado de cuadros

La normativa exige etiquetar los cuadros eléctricos con:

• Tensión nominal
• Energía incidente calculada (cal/cm²)
• Categoría de PPE requerida
• Límite de aproximación del arco
• Distancia de trabajo segura

Errores comunes

No considerar el arco eléctrico en BT: A 400V con Icc de 10-50 kA, la energía incidente puede ser letal. No es solo un problema de MT/AT.

Usar el tiempo del fusible en lugar del real: El tiempo de despeje incluye el tiempo de detección + tiempo de arco del interruptor. Un fusible de 100 A funde en 10 ms a Icc, pero un MCCB puede tardar 50-100 ms.

No actualizar tras modificaciones: Si se cambia el transformador o se añade capacidad, la Icc cambia y toda la evaluación de arco eléctrico debe rehacerse.

Trabajar en caliente "porque es rápido": La mayoría de accidentes por arco ocurren en tareas "rutinarias" de pocos segundos. Siempre seguir los procedimientos de trabajo sin tensión (5 reglas de oro).