Parte 2 – Recargas y Entornos con Generación Distribuida

Por Maria Chies

Dando continuidad a nuestra serie del mes de agosto, otro punto crucial en el análisis de riesgos y en los estudios de efectos térmicos de arcos eléctricos se encuentra en el sistema externo al vehículo eléctrico o híbrido: el sistema eléctrico de recarga.

La infraestructura de recarga para vehículos eléctricos se está expandiendo globalmente, abarcando desde instalaciones residenciales hasta estaciones de carga rápida con potencias superiores a 350 kW por vehículo, según la instalación. Estos sistemas operan con circuitos de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC), y muchos utilizan fuentes de energía alternativa, como la energía fotovoltaica, la cual hace uso de baterías e inversores (convertidores CC – CA). Esto genera entornos complejos, donde los riesgos de arcos eléctricos se vuelven multidimensionales.

¿Y cómo considerar la protección térmica frente a arcos eléctricos en estos escenarios?

Exploremos este tema que ya es tendencia en las operaciones eléctricas a nivel mundial…

Tipos de Instalaciones de Recarga

Podemos considerar los cuatro tipos de instalaciones más comunes para la recarga de vehículos eléctricos e híbridos en todo el mundo:

• Domésticas: Normalmente hasta 7 kW en 220/240 V AC
• Comerciales: De 11 a 22 kW en 380/400 V trifásico
• Rápidas: de 50 a 350 kW e corriente continua (DCFC – Direct Current Fast Charging)
• Estaciones con energía solar: Que incluyen paneles fotovoltaicos, inversores, bancos de baterías y sistemas de control

Cada uno de estos escenarios puede presentar riesgos de arco eléctrico tanto en corriente alterna como en corriente continua, especialmente durante fallas operativas o en intervenciones de mantenimiento, como señala el especialista de Tyndale, Scott Margolin

Fuentes de Riesgo de Arco Eléctrico

Las causas del arco eléctrico en sistemas de recarga son similares a las de otros sistemas eléctricos. Fallas mecánicas, equipos defectuosos, mantenimiento inadecuado y errores humanos son los principales factores desencadenantes.

Entre las fuentes de riesgo más destacadas en la literatura técnica actual, se encuentran:

• Fallas en conectores y cables de recarga
• Inversores y convertidores con defectos de aislamiento
• Bancos de baterías en flotación o en ciclos de carga/descarga
• Cortocircuitos en paneles fotovoltaicos y cadenas de módulos (strings) en CC
• Ambientes húmedos o con presencia de polvo conductor

A la hora de evaluar la protección adecuada para los trabajadores de estos sectores, todavía muy recientes en la economía global, existe el gran desafío de realizar un análisis de riesgos de arco eléctrico diferenciado del análisis para eventos como incendios y explosiones.

Es importante destacar que existe ya un problema considerable de subnotificación o clasificación incorrecta de los arcos eléctricos, dado que muchos incidentes son registrados como explosiones o incendios.

El arco eléctrico, en realidad, puede ser el precursor de tales eventos, pero se debe tener mucho cuidado de no confundir la selección de EPP para esta categoría tan específica de riesgo eléctrico con otras categorías, donde la efectividad de la protección puede verse gravemente comprometida por no estar diseñada para tales condiciones. Es un tema que exige un estudio riguroso y responsable.

Como abordamos en nuestro primer artículo de agosto, las telas y prendas de protección térmica contra arcos eléctricos y también contra fuego repentino no son apropiados para la lucha contra incendios. Por lo tanto, el análisis de riesgos debe considerar diversos factores como: condiciones adecuadas de trabajo, rutas de evacuación, y capacitación para reacciones inmediatas en caso de que un arco eléctrico evolucione rápidamente hacia un incendio o una explosión.

Un estudio profundo en este sentido debe realizarse en conjunto con los fabricantes de equipos eléctricos, ya que la combinación de diferentes peligros debe considerarse en un escenario realista, de manera que el trabajo no se vea imposibilitado, pero que la seguridad del trabajador siga siendo la prioridad.

Como en todo proceso de análisis y gestión de riesgos, mitigar los efectos nocivos es fundamental, y en este caso, el desafío es aún mayor. La falta de documentos normativos específicos en este ámbito constituye una barrera técnica que requiere protagonismo tanto a nivel nacional como internacional.

Consideraciones sobre la Protección Contra Arcos Eléctricos en Corriente Continua

La protección contra arcos eléctricos en circuitos de corriente continua presenta desafíos técnicos más complejos que en los circuitos de corriente alterna, especialmente en lo que se refiere a la interrupción de la corriente de falla y la detección del arco eléctrico.

Este factor impacta directamente en el análisis de riesgos de sistemas en CC, ya que la configuración de protecciones y la complejidad del proceso de extinción del arco – al no existir paso por cero como en CA – agrava el peligro térmico por la exposición continua. Esto puede resultar, para una misma corriente y distancia entre electrodos, en una energía significativamente mayor en un mismo intervalo de tiempo.

Por lo tanto, la selección de la tela de protección térmica en este entorno debe considerar la superposición de escenarios con presencia de arcos tanto en sistemas de CA como de CC.

EPP para Instalaciones de Recarga: Escenarios Complejos

Al igual que en los procedimientos de mantenimiento de vehículos eléctricos o híbridos, existe una tendencia a intentar estandarizar el uso de prendas de protección térmica de alta resistencia al arco eléctrico (normalmente con ATPV ≥ 40 cal/cm²). Parte de esta premisa se basa en el potencial de explosión e incendio en los vehículos eléctricos, lo que puede llevar a una aplicación incorrecta de los EPP destinados a la protección contra arco eléctrico en condiciones para las cuales no fueron diseñados.

La dificultad para cuantificar la energía incidente, combinada con la complejidad de los escenarios en el análisis de riesgos, representa un gran desafío. Sin embargo, los procesos están evolucionando y algunas dudas comienzan a resolverse. Como se abordó en nuestro primer artículo, la adecuación de las telas de protección térmica en escenarios de CA y CC demuestra eficacia ante arcos eléctricos.

Los desafíos actuales en normas internacionales como la NFPA 70E aún no están plenamente centrados en estas nuevas tecnologías. Sin embargo, a medida que se desarrollan más investigaciones, es posible prever avances en la normalización técnica, lo que mejorará los procesos de análisis de riesgos y el desarrollo de EPP.

¿Puede ocurrir el arco eléctrico y la explosión simultáneamente?

Sí, es una probabilidad a considerar en el desarrollo de protecciones. Pero, en tal caso, será necesario establecer procedimientos y recursos de seguridad específicos, pues si las prendas contra arco eléctrico no son adecuadas para combatir incendios, tampoco lo son para trabajos con explosivos.

Se requiere un estudio profundo del tema. Evidentemente, no existen soluciones simples, y cuando los peligros ocurren simultáneamente, deben aplicarse soluciones tecnológicas apropiadas, sin depender exclusivamente del EPP, el cual debe considerarse como la última barrera en la jerarquía de control del riesgo.

Un Camino a Seguir en la Protección

El avance de la movilidad eléctrica exige una nueva mentalidad de seguridad más allá del vehículo. La instalación de infraestructura de recarga, especialmente aquella basada en generación distribuida, trae consigo riesgos significativos de arco eléctrico, tanto en corriente alterna como en corriente continua. Este contexto influye directamente en la elaboración de análisis de riesgos apropiados y realistas.

Al seleccionar las telas de protección térmica para su prenda, es importante adoptar un enfoque conservador. Sin embargo, la evaluación específica de cada riesgo debe primar, y cuando un peligro puede desencadenar otros en cadena, la selección de una protección adecuada y ergonómicamente viable se vuelve aún más desafiante.

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Referencias

1. International Electrotechnical Commission (IEC). IEC 60364-7-712 – Low-voltage electrical installations – Part 7-712: Requirements for special installations or locations – Solar photovoltaic (PV) power supply systems. Geneva: IEC, 2017.
2. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). ABNT NBR 16274: Instalações elétricas de sistemas fotovoltaicos – Requisitos de projeto. Rio de Janeiro: ABNT, 2014.
3. Underwriters Laboratories (UL). UL 9540: Standard for Energy Storage Systems and Equipment. Northbrook, IL: UL Standards, 2020.
4. International Energy Agency (IEA). EV Charging Infrastructure: Safety and Standardization. Paris: IEA, 2023. Disponível em: https://www.iea.org
5. CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization). CENELEC Technical Specification TS 50539-12 – Requirements for the detection and interruption of DC arcs in photovoltaic systems. Brussels: CENELEC, 2013.
6. SolarPower Europe. Safety in Solar PV Installations – Guidelines and Best Practices. Brussels: SolarPower Europe, 2022. Disponível em: https://www.solarpowereurope.org