“Seminario Seguridad Eléctrica - ufel.cl ctrico...Fig. N°1 Diagrama de proceso de...

Seguridad Eléctrica en Proyecto Minera Quebrada Blanca. Planta Chancadores

Página 1 de 40

DECON UC

Diplomado Prevención de Riesgos en el diseño,

construcción y operación de faenas mineras.

“SEGURIDAD ELÉCTRICA EN PROYECTO

MINERA QUEBRADA BLANCA”

CRITERIO DE DISEÑO

PLANTA CHANCADORES MINERA QUEBRADA BLANCA

Alumnos: Paula Quiroga

Marly Ortiz

María Alejandra Pérez

Danilo Silva

César Muñoz

Curso: Diplomado Minero

Fecha: 27 junio 2014


Página 2 de 40

SEGURIDAD ELÉCTRICA EN PROYECTO

MINERA QUEBRADA BLANCA, PLANTA CHANCADORES. CRITERIO DE DISEÑO DEL PROYECTO

1. INTRODUCCIÓN 1.1 Objetivo El objetivo general del presente trabajo es plantear una metodología para la evaluación de peligros eléctricos en un proyecto hipotético de una planta de chancadores en la Cía. Minera Quebrada Blanca. El presente documento establece el criterio de diseño eléctrico general requerido para desarrollar el proyecto denominado “Seguridad Eléctrica en Proyecto Minera Quebrada Blanca, Planta Chancadores’’. Estos criterios se refieren a los requerimientos y condiciones que se deben considerar en la ejecución del diseño de las instalaciones eléctricas del proyecto, así como en la especificación y selección de los equipos, para lograr una operación segura, estable, económica, continua y de calidad, de acuerdo a normas de seguridad intrínseca de los procesos, utilizando una metodología de Análisis de Riesgos de las instalaciones y procesos. El principal enfoque desde el punto de prevención de riesgos es aquel referido a seguridad eléctrica de los procesos, relacionado a requisitos de ingeniería, procedimientos y EPP, de acuerdo a lo establecido en la norma americana NFPA 70E (Seguridad eléctrica en lugares de trabajo). 1.2 Alcance El alcance de los criterios de diseño que se describen a continuación, cubre las instalaciones eléctricas de equipos de alta, media y baja tensión, en las siguientes áreas involucradas al proyecto:

2 acometidas a la línea de Sub-Transmisión de 23 KV para alimentación de las instalaciones

2 S/E de bajada 23/3,45 KV (3,5 MVA) 2 Transformadores 3,45/0,48 KV (1,5 MVA) Línea de distribución de 3,45 KV, 480 V, 380 V trifásicos 2 Salas Eléctricas de Distribución 2 CCM y accionamiento de motores 1Chancador Primario, 2 secundarios y 4 terciarios con sus respectivos SS/AA.


Página 3 de 40

Fig. N°1 Diagrama de proceso de una planta de chancado.

2. CODIGOS Y ESTÁNDARES El diseño eléctrico deberá estar de acuerdo a las Normas Chilenas S.E.C. y a todas las regulaciones del Estado de Chile. Los conceptos no cubiertos por esta normativa, serán referidos a uno o más de los siguientes estándares: NESC : National Electrical Safety Code NEC : National Electric Code ANSI : American National Standards Institute NFPA : National Fire Protection Association NEMA : National Electrical Manufacturers Association IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers IES : Iluminating Engineering Society ICEA : Insulated Cable Engineers Association AEIC : Association of Edison Iluminating Companies ASTM : American Society for Testing and Materials UL : Underwriters Laboratories, Inc. OSHA : Occupational Safety and Health Administration FMEA : Factory Mutual Engineering Association IEC : International Electrotechnical Commission DIN : Deutsche Industrie Normen

INN : Normas Chilenas (Instituto Nacional de Normalización)


Página 4 de 40

En caso de conflicto entre los códigos y/o estándares, se aplicará el más exigente de ellos. Las áreas explosivas o peligrosas se deberán clasificar de acuerdo con la definición dada en el National Electrical Code (NEC). Sin excepción, ningún equipo de distribución eléctrica (Centros de Distribución, Centros de Control de Motores) se deberá ubicar en áreas clasificadas como explosivas o peligrosas. En estas áreas las instalaciones eléctricas deberán cumplir con las recomendaciones del Capítulo 5 “Lugares especiales”, del National Electrical Code (NEC o NFPA 70), lugares peligrosos asociados a Clases de peligros. Además de los códigos y normas indicadas anteriormente, el proyecto eléctrico y construcción deberá cumplir con los códigos y reglamentos nacionales aplicables, en especial en lo indicado en el Decreto Supremo N° 132 Reglamento de Seguridad Minera, el que indica en su Artículo 51 y Artículo 217: Artículo 51: La Administración de la faena minera deberá disponer de los medios, planes y programas para la mantención de todas las instalaciones, equipos y maquinarias que se utilicen en una mina, sea ésta subterránea o rajo abierto, que garanticen su correcta operación, minimizando el riesgo a la integridad de los trabajadores, equipos e instalaciones y deterioro del medio ambiente. Se deberán considerar, a lo menos y si corresponde, los siguientes aspectos: a) Estado general de los sistemas de transmisión, suspensión, rodado, frenado, dirección y sistemas de seguridad. b) Sistemas hidráulicos de operación. c) Sistemas eléctricos. d) Sistemas de luces, bocinas, alarmas y protecciones del operador. e) Sistemas de protección contra incendios. f) Control de emisión de gases, manteniendo registros con los resultados de las mediciones. g) Todo otro que, ante una eventual falla de su funcionamiento, pudiera ocasionar lesiones a personas, equipos y procesos. No debe ser permitido el uso de equipo o maquinaria que tenga algún desperfecto en los sistemas mencionados. En toda faena minera, el uso de solventes para limpieza debe ser rigurosamente controlado. Se prohíbe usar gasolina, parafina, benzol o cualquier solvente que libere gases tóxicos o inflamables para la limpieza de herramientas, maquinarias u otros elementos en el interior de las minas subterráneas.


Página 5 de 40

Artículo 217 Todos los equipos eléctricos que se necesite introducir en la mina deben ser aprobados por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. 3.0 CONDICIONES AMBIENTALES Y SÍSMICAS 3.1 Emplazamiento geográfico y altura sobre el nivel del mar La mina está localizada en la cordillera del norte de Chile (I Región de Tarapacá), a 250 kilómetros al suroeste de Iquique, 60 km al este del poblado de Guatacondo y a una elevación de 4.400 metros sobre el nivel del mar, en la cordillera de Los Andes, comuna de Pica.

Fig. N°2 Distribución geográfica proyecto


Página 6 de 40

3.2 Condiciones ambientales

Tabla N°1 Condiciones ambientales de la zona del proyecto

Temperatura máxima de diseño : 50º C Temperatura máxima : 15º C Temperatura mínima : -10º C Humedad media : 10 a 30 % Humedad máxima : 100 % Humedad mínima : 5 % Ambiente : Corrosivo (Polvoriento y Sucio) Altura a nivel del mar : 4400 msnm Velocidad del viento promedio : entre 4,5 y 7 m/seg. Presión de viento : 106 km/m² Radiación solar, promedio mensual : 500 W/m² Precipitación de lluvia promedio anual

: 20,0 mm

Diseño sísmico : Zona 1 (Nch 2369:2003), considerada entre moderada y alta.

Nivel Ceráunico : Nivel C, 5 a 10 impactos de rayos a tierra por milla cuadrada y por año (según estimación C.E.P.Brookes)

Espesor de hielo radial : 10,0 mm Presión Barométrica : 44,85 cm-hg

Densidad del Aire : 0,61 g/m3

3.3 Nivel Ceráunico La zona del altiplano chileno, es una zona de alta incidencia de rayos. Especialmente, el invierno boliviano que afecta con condiciones meteorológicas adversas, lo que implica diseñar instalaciones con pararrayos y protecciones de sobretensiones en muchos casos. El nivel Isoceráunico de un lugar es el número promedio de días al cabo del año en los que hay tormenta. Se considera día con tormenta a aquel en el que al menos se oye un trueno.


Página 7 de 40

3.4 Sismicidad El equipo eléctrico y su instalación están sujetos a solicitaciones sísmicas severas. Para estos efectos, el diseño y anclaje de los equipos deberán considerar que la sismicidad de la zona es 1.

Fig. N°3 Clasificación de zona del proyecto.

Mina Quebrada

Blanca


Página 8 de 40

Tabla N°2 Nch 433 Definición de tipo de suelo I

Nota: Se considerará velocidades de corte de acuerdo a modificación de Nch433, tipos de suelo.


Página 9 de 40

4.0 CONDICIONES BÁSICAS DE DISEÑO 4.1 Condiciones particulares de seguridad Las instalaciones eléctricas se diseñarán bajo el concepto de protección y seguridad integral de los recursos y el orden de prioridades será:

Seguridad de las personas Seguridad de los equipos Continuidad de los procesos.

Se usará el concepto de análisis operacional. También se le conoce como Seguridad Intrínseca de los procesos. La automatización del equipamiento técnico para funciones relacionadas a seguridad en procesos o maquinarias a través de sistemas instrumentados de seguridad (SIS) implica ciertos riesgos. Si este equipamiento llega a fallar, las consecuencias podrían ser catastróficas. La Seguridad Funcional (Functional Safety, por su correspondencia en el idioma inglés) persigue que los SIS operen correctamente en respuesta a sus entradas (inputs), y que por lo tanto, sean altamente confiables. Los requerimientos para el diseño y utilización de estos SIS están definidos en estándares técnicos internacionales. Estas normas definen cuatro niveles de seguridad integral (SIL: Safety Integrity Level). Cada SIL indica la medida de requerimiento de la función de seguridad del SIS (SIL1: riesgo bajo, SIL2: riesgo medio, SIL 3: riesgo alto y SIL 4: riesgo especial, utilizado en centrales nucleares). Cada proceso industrial implica un determinado SIL, el cual se determina como resultado del análisis y evaluación de riesgos del proceso. De acuerdo a lo anterior y considerando las evaluaciones de seguridad eléctrica, se deberán incluir los análisis en la identificación de peligros y evaluación de riesgos específicos para los peligros eléctricos. Se propone la matriz incluida en NFPA 70E1.

1 “Metodología de Análisis de Riesgo propuesta para la Industria de maquinaria”, de Anderson

W.E., IEEE Transaction on Industrial Applications”, Fuente NFPA 70E, ed. 2009


Página 10 de 40

Figura N°4: Matriz de valoración del riesgo asociado a peligros eléctricos.

Factores a considerar:

FR: Frecuencia, de acuerdo al nivel de exposición del trabajador en el proceso evaluado. Se considera factor directo (variable de acuerdo a exposición).

PR: Probabilidad, en relación al historial de ocurrencia del evento en el proceso que se evalúa. Este factor dependerá además de la variable “historial”, de los factores humanos, de la cultura del lugar de trabajo, del registro de mantenimiento preventivo, entre otros factores no directos.

o Común: el evento puede ocurrir semanalmente o Probable: el evento puede ocurrir mensualmente o Posible: el evento puede ocurrir anualmente o Raro: el evento puede cada pocos años o Insignificante: el evento puede ocurrir cada 10 años.

EV: Evitable, se puede evitar o limitar el daño con controles existentes, generalmente a través de controles de ingeniería (factor directo). Este parámetro puede ser estimado tomando en cuenta los aspectos del diseño del sistema eléctrico y de su aplicación prevista que puede ayudar a evitar o limitar el daño de un peligro, incluyendo algunos ejemplos como:

o Espacio de trabajo adecuado o Naturaleza del componente o sistema, por ejemplo, el uso de dispositivos

para operar a distancia, puede reducir la probabilidad de que el personal está expuesto a los peligros

o El adecuado estado de las instalaciones en razón a requisitos normativos.


Página 11 de 40

SE: Severidad o consecuencia, de acuerdo a la probable magnitud de daño (factor directo).

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

Figura N° 5 Relación riesgos SIL y criterio NFPA 70E

El enfoque se acotará, especialmente a los procesos y sistemas que impliquen riesgo de arco eléctrico, sobretodo enfocado a las salas eléctricas y a los equipos existentes especificados y cuyas tecnologías cumplan con los requisitos normativos asociados a Seguridad Funcional. Además se especificarán los principales métodos de ingeniería en el diseño de manera de establecer procesos más seguros. La siguiente matriz se ha realizado para evaluar los principales peligros, con los criterios mostrados anteriormente. La secuencia termina con la reducción de los niveles de riesgo a términos aceptables por el proceso.


Página 12 de 40

Nro PELIGRO INCIDENTE POTENCIAL CLASE Riesgo

1 Fallas y contactos con la energía eléctrica Arco eléctrico, quemaduras, shock eléctrico 11RIESGO

INTOLERABLE

2 Fallas y contactos con la energía eléctrica Arco eléctrico, quemaduras 11RIESGO

INTOLERABLE

3 Fallas en equipos CCM, Switchgear gabinetes Arco eléctrico, quemaduras 11RIESGO

INTOLERABLE

4 Incendios en las subestaciones por fallas de equipos Arco eléctrico, quemaduras, incendios 11RIESGO

INTOLERABLE

5 Fallas y explosiones de equipos Fallas operacionales, daños a las personas 11RIESGO

IMPORTANTE

6 Sistemas de energía fuera de control Fallas operacionales, daños a las personas 8RIESGO

IMPORTANTE

7Atrapamiento por falta de enclavamientos/dispositivos de

seguridadAtrapamiento, amputaciones, otros 11

RIESGO

INTOLERABLE

4

IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS EVALUACIÓN DE RIESGOS

3

3

4

4

PROCESO/VARIABLE

ELÉCTRICA

Variable tensión en equipos de

potencia (salas eléctricas, motores,

CCM)

4

4

4

Frecuencia Probabilidad

4

4

4

4

3

3

CLASE SEVERIDAD

SEVERIDADPrevención/

Limitación

4

3

4

2 3 3 4

4 4 3

Variable explosiones

(Transformadores, switchgear,

CCM)

Variable fuego (equipos de

potencia)

Puntos calientes detectados en la

puesta en marcha

Fallas de alto nivel de energía

Trabajo en correas o motores

Variable sobretensión en equipos

de potencia4 4 3 4

Figura N° 6 Matriz de riesgos


Página 13 de 40

Acción 1 (Operativas/Ingeniería) Acción 2 (Administrativas/EPP) Responsable

X X X X X

Verificar en el diseño, equipos con espacios inaccesibles a las

partes de fuerza, Verificar el correcto ajuste y funcionamiento de

dispositivos de monitoreo (SCADA y proteciones) Equipos a

prueba de arco interno

Información y señalización adecuada, en idioma castellano Jefe proyecto

X X X X XVerificar la correcta instalación y mantenimiento de sistemas de

parrayos. Correcto diseño de malla de tierra y pruebasInformación y señalización adecuada, en idioma castellano Jefe proyecto

X X X X XSe proveerá además de las protecciones especificadas un relé

de detección de luz (arcos internos)

Información y señalización adecuada, en idioma castellano.

Verificar un adecuado diseño de las distancias de los equiposJefe proyecto

X X X X XSe proveerá un adecuado sistema de detección y extinción de

incendios

Información y señalización adecuada, en idioma castellano.

Entrenamientos y simulacros, puesta en marcha del sistema con

protocolos aprobados

Jefe proyecto

X X X X X

Los protocolos deberán considerar el correcto conexionado y

torque de todos los puntos de unión de conductores, barras y en

general todo el sistema eléctrico

Procedimientos de montaje aprobados por el Cliente Jefe proyecto

X X X X XSe especificarán los transformadores de poder de alta

impedancia

Definir en la planta sistemas de distancias de seguridad a

equipos energizadosJefe proyecto

X X X X X

Se definirá en el criterio equipamiento de seguridad en los

equipos, con posibilidad de bloqueo remoto local, pullcords y

paradas de emergencia

Intructivos y procedimientos específicos, tanto en el período de

montaje como en la etapa operacional.Jefe proyecto

Eq

uip

os

Pro

tecc

ión

Per

son

al

Elim

inac

ión

Sep

arar

Su

stitu

ció

n

Co

ntr

ol I

ng

enie

ría

(red

iseñ

o)

Ad

min

istr

ar (P

roce

dim

ien

tos/

Señ

aliz

ació

n)

MEDIDAS DE CONTROL

Figura N° 7 Matriz de riesgos (continuación)


Página 14 de 40

4.2 Tensiones nominales en el sistema eléctrico Los niveles de tensión de servicio, considerados son los siguientes:

Tabla N°3 Voltajes típicos del proyecto

Voltajes Equipos Detalle

3450 V Chancadores Primario, Secundario, Terciario y correas transportadoras

Nivel de Cortocircuito Trifásico máximo de interrupción para diseño será del orden 8 KA simétrico, para 3,45 KV.

480 V Equipos de fuerza de baja tensión

Nivel de Cortocircuito Trifásico máximo de interrupción de diseño en 480 V, será de 30 KA simétrico.

380 V Tomas trifásicas, más tierra

220 V Alumbrado y tomas monofásicas

110 V Tensión de control

24 V Instrumentación

4.3 Disminución de capacidad por altura, aislamiento al impulso de rayo (BIL) El factor de disminución para partes descubiertas, para la aislación eléctrica en aire será de 1,34 de acuerdo a la tabla 441-5 de Nacional Electrical Safety Code (NESC). En general, las especificaciones técnicas de los equipos deberán indicar que éstos, estarán instalados a una elevación de 4400 metros sobre el nivel del mar. El resto de los factores de derrateo de equipos y componentes deben ser disminuidos de acuerdo a las normas ANSI e IEC. En lo específico se partirá de la base como sigue:

mmFactorCorrección 3400)(10004400 = %34

66,0%34,01

66,0correcciónFactor

De lo anterior se desprende que en el derrateo se considerará:

fc

PotenciaPotenciafcPotenciaPotencia msnm

alNoalNomsnm3400

minmin3400

Se realizará el derrateo equipos de maniobra, motores y transformadores


Página 15 de 40

4.4 Distancias de seguridad de diseño de acuerdo a clase de aislación Las distancias de diseño se asocian al nivel de clase de aislación requerida, según la altitud de emplazamiento, que como se señaló corresponde a 4400 msnm, con un factor de derrateo de 0,66.

Tabla N°4 Clase de aislación de equipos Tensión de

utilización (kV) Bill /según Clase de aislación

(kV)

Tensión de utilización

(incluye derrateo) (kV)

Bill (incluye

derrateo) (kV)

Clase de aislación

Final (kV)

Bill Final (kV)

23 150 34,85 227,27 46 250

3,45 75 5,23 113,64 5 75

4.5 Requerimientos del Sistema Eléctrico El suministro eléctrico principal a la planta estará constituido por una línea de transmisión en circuito simple de 23 kV, conectado al sistema de 23 kV donde se conectan las dos salas eléctricas (Subestaciones) Las instalaciones eléctricas, incluidos los equipos, estarán diseñadas para los siguientes requerimientos generales (IEReq: Instalaciones Eléctricas Requerimientos): IEReq1: Sistema eléctrico aterrizado IEReq2: Capacidad de ruptura y capacidad de los equipos de soportar los cortocircuitos IEReq3: El grado de protección del equipamiento eléctrico, por la polución existente y condiciones de terreno, de acuerdo a tabla siguiente:


Página 16 de 40

Tabla N°5 Tabla IP (International protection) para equipos eléctricos

IEReq4: Existirá un equipo de medición para monitoreo vía comunicaciones IEReq5: El equipamiento exterior ha de considerar un sobretecho para evitar el efecto de la alta temperatura que toman los materiales directamente expuestos a la radiación solar. IEReq6: Los accesorios de Control como ser Selectores, Botoneras, Luces Pilotos, serán para servicio pesado, a prueba de corrosión.


Página 17 de 40

5. EFICIENCIA ENERGÉTICA Se dispondrá de equipos de alta eficiencia energética. Se mantendrá el control permanente del factor de potencia del sistema eléctrico y el nivel de armónicos, a través de monitoreo permanente. 6. TRANSFORMADOR DE PODER

Se debe proyectar dos subestaciones unitarias independientes asociadas a dos

salas eléctricas particulares, con tensión de alimentación de 23 Kv. Cada

subestación tendrá 2 transformadores de poder de 23/4 kV y 23/0,48 kV de

potencias en función de los resultados de la memoria de cálculos.

Los transformadores se encontrarán dentro de las salas eléctricas, de manera de

mitigar las inclemencias medioambientales.

El área de la malla a tierra deberá estar cubierta por una gravilla de ½ con una

profundidad de 15 cm.

El trasformador se instalara sobre una base solida de concreto, que también

tendrá zanjas de seguridad en caso que ocurran derrames de aceite del

transformador, los cuales deberán llegar a un deposito especial, lo

suficientemente como para contener el aceite de ambas subestaciones.

Los transformadores serán sumergidos en aceite aislante, además se deberá

proyectar con ventilación forzada

El diseño de la capacidad del transformador debe ser de acuerdo a altitud,

presión y temperatura máximas y mínimas.

Se especificará transformadores de alta impedancia de manera que en caso de

producirse fallas, la energía disponible del sistema sea la menor posible.

7. SWITCHGEAR DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN

Los equipos de distribución eléctrica serán del tipo a prueba de arco interno. Los gabinetes se especificarán de acuerdo a la alimentación requerida y las potencias a suministrar.


Página 18 de 40

Los equipos en 380 V serán instalados en contenedores presurizados.

Los tableros de 380 V serán tipo NEMA 12 y los interruptores serán tipo caja moldeada, fijos, con protección de estado sólido. El interruptor principal debe incluir protección de falla a tierra, medición de corriente, voltaje y energía.

8. CENTROS DE CONTROL DE MOTORES (CCM)

Estarán conformados por columnas verticales, modulares con protección NEMA 12 y configuración arco-resistentes.

9. CABLES

Todos los cables a utilizar serán de cobre. Para tensión de 23 kV con clase 35 kV de aislación, monoconductor, flexibles, de cobre blando, con pantalla de cobre, del tipo XAT, 90 °C, deberán cumplir con norma ICEA S-66-524.

Los cables especificados para los alimentadores de baja tensión serán del tipo evaflex, retardantes a la llama y sin emisión de gases tóxicos.

10. CANALIZACIONES

Se usarán escalerillas donde las condiciones lo permitan, con tapa en la escalerilla superior en las zonas abiertas y/o expuestas a derrames o daño mecánico. Se construirán en material anticorrosivo (FRP) en zonas expuestas a corrosión como extracción por solventes. Acero galvanizado en otras áreas, conectadas a cable de tierra de protección. Se utilizarán escalerillas separadas para:

- Fuerza - media tensión - Fuerza - baja tensión, alumbrado - Control - instrumentación


Página 19 de 40

11. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS SALAS ELÉCTRICAS Condiciones de Trabajo Las instalaciones y equipos eléctricos serán adecuados para operar en forma permanente, 24 horas por día, durante los 365 días del año. Las salas eléctricas deberán ser libres de polvo, y presurizadas. En los lugares donde el polvo sea excesivo, se deberá instalar un sistema de filtros de aire de entrada para presurización, de bajo mantenimiento, en conjunto con a lo mínimo dos puertas (por razones de seguridad) con sellos para la entrada y salida de personas, que minimicen la entrada de polvo a las Salas Eléctricas. 12. SISTEMA DE PROTECCIONES ELECTRICAS Se deberá respetar básicamente lo siguiente: Sensibilidad, selectividad, rapidez y seguridad. Todos los equipos de poder, llámense Switchgear y CCM, es decir los gabinetes de fuerza, contarán con protección a prueba de arco de características ópticas, Relé SEL 751. Este relé a través de un TTCC sensa las sobrecorrientes (según especificaciones) y actúa de manera tal que si se produce un evento de falla con la consiguiente generación de arco, un sensor de fibra óptica detecta la falla y envía la señal al CB principal aguas arriba de la instalación.

Figura N° 8 Relé de detección de arco


Página 20 de 40

Figura N° 9 Rango de detección de luz del sensor de detección de arco

Relé SEL 751


Página 21 de 40

Figura N° 10 Ejemplo de aplicación detector de arco en un switchgear


Página 22 de 40

13. DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DEL PROYECTO La distribución del equipamiento se muestra en la siguiente figura:

Figura N° 11 Vista emplazamiento proyecto

El proyecto considera la disposición de los chancadores alrededor del área mina con dos salas eléctricas. En la fotografía se puede apreciar la Línea de Media Tensión de distribución aérea de 23 kV, que alimenta la S/E 1 y S/E 2. Los chancadores primario y secundarios, además de los motores de correas transportadoras (CT1 y CT2). Por otro lado, los chancadores terciarios y el motor de correa 3 se alimentan desde la S/E 2.


Página 23 de 40

Para clarificar la distribución eléctrica se presenta el siguiente Diagrama de Bloques. 13.1 Diagrama de bloques y distribución

Figura N° 12 Diagrama esquemático eléctrico

De forma general, el esquema es:

Alimentación aérea de 23 kV com acometida a través de portal y mufas (no forma parte del Proyecto)

2 salas eléctricas (S/E 1 y S/E 2) 2 CDC (Centro de Distribución de Cargas de MT 23 kV –Switchgear 23 kV) 2 Transformadores de Poder 23/3,45 kV 2 Transformadores de Poder 23/0,48/0,38 kV 2 Switchgear de MT (3,45 kV) 2 Switchgear de BT (0,48 kV) 2 CCM MT para 5 alimentadores 1 CCM BT para 17 alimentadores 1 CCM BT para 25 alimentadores


Página 24 de 40

13.2. Aspectos para determinar la sección de conductores: La sección del conductor que alimenta un motor depende directamente de la corriente nominal del motor y demás del factor de corrección utilizado según la temperatura ambiente de la zona. Una vez determinada la sección del conductor y conocido el largo se puede determinar la impedancia equivalente del conductor. Para el cálculo de los conductores se debe considerar las pérdidas Joule (I2R) que se producen en el conductor, las que dependen de la sección, el tipo de conductor, el largo y la corriente de circulación. Estas pérdidas determinan la caída de tensión en los conductores. Formulaciones Los conductores serán todos del tipo aislado dispuestos en canalizaciones de PVC. Según los antecedentes y formulaciones en el libro de Jaime Córdova se tiene lo siguiente:

EffFpVL

SI

3

Donde: I: Corriente efectiva S: Potencia del motor en MVA a 4400 msnm VL: Voltaje fase-fase Fp: Factor de Potencia Eff: eficiencia del motor La corriente obtenida debe someterse al siguiente factor

Fh

IIc

Donde Fh corresponde al factor de derrateo por altitud de 4400 m.s.n.m. En este caso

el factor de derrateo para corriente queda definido según la siguiente función:

0199,100002,0 hFh

Donde: Fh: Factor derrateo de corriente h: altura geográfica (msnm) en metros


Página 25 de 40

Se realizará el derrateo equipos de maniobra, motores y transformadores 13.3 Cálculo de cortocircuitos Para realizar esta simulación se establece impedancia 0 en las líneas (por corta

distancias relativas) para la obtención de las corrientes de cortocircuito en las barras

del sistema. La corriente de cortocircuito trifásico, se obtiene Icc3 ,

Icc3 =

BL

B

cckV

MVApuI

3

10)(

3

3

(A)

Donde

Icc: Corriente de cortocircuito (Amperes)

Xequiv.: Impedancia equivalente del circuito analizado

z°: ángulo de desfase de la corriente

IB: Corriente base del sistema

MVA3 : potencia trifásica disponible del sistema

kVBL: Voltaje del sistema (en kV)

Se ha diseñado un programa en Microsoft Excel para determinar de manera conveniente estos parámetros del sistema, en función del unilineal de S/E 1 y S/E 2.

Figura N° 13 Circuito equivalente para cálculos de Cortocircuito


Página 26 de 40

Tabla N°6 Resultados de corrientes de cortocircuito trifásico en barras principales

Tipo Equipo ProtecciónTension

Barra

Potencia

Sistema/Transfor

mador

Impedancia

Transforma

dor

I Falla simétrica

trifásica (D.2a

NFPA 70E)

Potencia de

Falla

Potencia

arco (D.2c

NFPA70E)

Tiempo de

disparo

(trip)

Tiempo de

apertura (CB

- Reconec -

Sw itch)

Tiempo total

duración arco

Distancia

trabajo

(Tabla 3.2)

Form. (3.7)

Form.

(3.8)

Form.

(3.9)

V MVA (%Z) A MVAbf MW s s s m

S/E 1 Barra N°2 4000 5 10 7216,9 49,99853 24,99 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

S/E 2 Barra N°2 4000 5,5 10 7938,6 54,99839 27,49 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

Linea 23 kV Barra N°1 23000 50 10 12551,1 499,9853 249,92 0,0000 0,2000 0,2000 1,500

Linea 23 kV Barra N°1 (S/E2) 23000 50 5,5 22820,2 909,0642 454,39 0,0000 0,2000 0,2000 1,500

S/E 1 Barra N°3 480 2 10 24056,3 19,99941 10,00 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

S/E 2 Barra N°3 480 2,5 10 30070,3 24,99927 12,50 0,0000 0,2000 0,2000 0,610 Para el caso de los alimentadores de media tensión de 4 kV se obtienen valores de cortocircuito alrededor de los 8 kA. Mientras que en los alimentadores de 23 kV se obtienen valores de 23 kA como máximo. En los alimentadores de los motores de baja tensión se obtienen valores máximos de 30 kA. 13.4 Cálculos de energía incidente El cálculo de energía del arco es el que determina la energía transferida desde el arco hacia el cuerpo humano cercano. Ésta es llamada energía incidente. Esta información puede usarse para determinar el nivel necesario de ropa de protección requerida y también puede ser usado en la función de un análisis del riesgo con el fin de proveer soluciones de ingeniería requeridas en los sistemas eléctricos analizados. Los cálculos determinan una cantidad de energía radiante. Esta energía radiante, para el caso de la elección de los EPP (Equipos de Protección Personal) adecuados, se asocia a la llamada ATPV. El ATPV es un valor de una función de energía incidente en una tela o un material, asociado al principio de una quemadura de segundo grado. Para proveer protección contra el arco, el trabajador debe llevar consigo ropa resistente al fuego (FR, Flame Resistant –resistente a la llama-) con un ATPV o EBT mayor al nivel de energía incidente. El nivel de energía incidente, se calcula basado en una distancia dada entre la fuente del arco y el trabajador. Usando la ecuación 3.10 como punto de partida, el Ingeniero Ralph Lee (Paper IEEE 1981), determinó que la energía recibida por un trabajador puede calcularse usando la ec. 3.11.

2

610D

tIVKE cc (3.11)

Donde

E : Energía incidente (en J/cm2 o cal/cm2, dependiendo de la constante K)


Página 27 de 40

K : Constante, si K=2,142 entonces E=J/cm2; si K=0,512 entonces E=cal/cm2

V : Voltaje del sistema (fase – fase) en kV

t : Tiempo arco (segundos)

D : Distancia del punto del arco hacia la persona o el objeto (mm)

ccI : Corriente de falla (kA)

Nota: NFPA70E define por lo menos tres métodos adicionales de evaluación

dependiendo de las características del sistema.


Página 28 de 40

Con el valor de energía incidente de la instalación, valor dependiente del nivel de

cortocircuito y condiciones de operación (distancia de trabajo, tecnología), se clasifica

ésta en función de un determinado nivel de riesgo eléctrico, desde el nivel 0 hasta el

nivel 4, en función del nivel de energía incidente (en cal/cm2), de acuerdo a lo señalado

en figura siguiente:

Fig N° 14. Categoría de riesgo de relámpago de arco de acuerdo a NFPA 70E.


Página 29 de 40

Para las instalaciones de alimentación de chancadores, se tiene los siguientes valores:

Tabla N°7 Resultados de energía incidente del arco en barras principales

Tipo Equipo ProtecciónTension

Barra

Potencia

Sistema/Transfor

mador

Impedancia

Transforma

dor

I Falla simétrica

trifásica (D.2a

NFPA 70E)

Potencia de

Falla

Potencia

arco (D.2c

NFPA70E)

Tiempo de

disparo

(trip)

Tiempo de

apertura (CB

- Reconec -

Sw itch)

Tiempo total

duración arco

Distancia

trabajo

(Tabla 3.2)

Form. (3.7)

Form.

(3.8)

Form.

(3.9)

V MVA (%Z) A MVAbf MW s s s m

S/E 1 Barra N°2 4000 5 10 7216,9 49,99853 24,99 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

S/E 2 Barra N°2 4000 5,5 10 7938,6 54,99839 27,49 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

Linea 23 kV Barra N°1 23000 50 10 12551,1 499,9853 249,92 0,0000 0,2000 0,2000 1,500

Linea 23 kV Barra N°1 (S/E2) 23000 50 5,5 22820,2 909,0642 454,39 0,0000 0,2000 0,2000 1,500

S/E 1 Barra N°3 480 2 10 24056,3 19,99941 10,00 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

S/E 2 Barra N°3 480 2,5 10 30070,3 24,99927 12,50 0,0000 0,2000 0,2000 0,610

2 8

2 8

3 25

3 25

2 8

2 8

HRC

(Categoría de

Riesgo) NFPA

70E)

ATPV/EBT

Ropa FR

según NFPA

70E (cal/cm2)

Lo anterior quiere decir lo siguiente:

a) Cualquier trabajo llevado a cabo en las líneas o alimentadores principales de las salas eléctricas debe considerarse en la categoría de riesgo 3.

b) Luego las intervenciones en barras y alimentación de 4000 V debe considerarse el equipo de protección con categoría 2. Esto aplica en las maniobras de energización y desenergización de motores de potencia, centro de control de motores y switchgear.

c) Las intervenciones en los sistemas con voltajes de 400 V deben realizarse también con la categoría de riesgo N°2.


Página 30 de 40

14. GESTIÓN DE PELIGROS ELÉCTRICOS 14.1 Ejemplo de casos de accidentes eléctricos (efectos de choque y relámpago de arco) y destrucción de salas eléctricas.

Figura N°15. Se visualiza maniobra u operación de interruptor de poder en subestación de media tensión (12 kV). La falla en un interruptor de

poder en una celda abierta, conduce la energía directamente al trabajador, provocando los efectos de un relámpago de arco en un trabajador.


Página 31 de 40

Figura N°16. Un error operacional para detectar una barra con o sin

energía provoca la falla del multitester y quemadura facial y del casco del trabajador, en una instalación minera antigua. Para detectar presencia de tensión se introduce multitester (600 V máx.) en barra energizada de 7.200

V.

Figura N°17. Un animal (ratón) se introduce en una celda de media

tensión de 12 kV, provocando una explosión de arco y posterior incendio en sala eléctrica.


Página 32 de 40

14.2 Estadísticas de accidentes por choque eléctrico y por arco eléctrico. La estadística disponible en ACHS entre los años 2009 a 2012 arroja un total de 1193 accidentes eléctricos en empresas adheridas a esta mutualidad. Al analizar en específico los accidentes graves, se encontró que éstos representan sólo el 16,8% de los casos de accidentes eléctricos en el período 2009-2012, no obstante, representan el 78% de los DP del período de estudio, lo que orienta este análisis más acotado, con enfoque en los casos más críticos. Se han analizado los relatos de aproximadamente 200 casos en el período de estudio, logrando distinguirse una tendencia y representatividad de los casos por choque eléctrico versus aquellos relacionados a relámpagos de arco. El resultado indica un 72% de los casos aproximadamente están relacionados al choque eléctrico (en determinados casos con efectos combinados del arco eléctrico) y el restante 28% al relámpago de arco.

Fig N° 18. Distribución de accidentes eléctricos (Fuente ACHS)


Página 33 de 40

14.3 Control de riesgos aplicando la jerarquía de control: ingeniería, procedimientos y EPP. La base de un programa de seguridad eléctrica es la cultura preventiva de la empresa. Cualquier gestión en este sentido debe apuntar a establecer ciertos controles de acuerdo a un orden lógico. La metodología usual para controlar los riesgos es la especificada en el estándar ANSI Z10 [7], llamada también jerarquía de control, donde las medidas más efectivas parten desde la eliminación del riesgo (en muchos casos esto no es posible), pasando por la sustitución de tecnologías o sistemas de energía, luego aplicando controles de ingeniería, controles administrativos (procedimientos, entrenamientos, prácticas de trabajo seguro, entre otras), hasta llegar a la última etapa que es la menos efectiva y que tiene que ver con el uso de EPP (Equipos de Protección Personal) adecuados al riesgo. El esquema general y la relación con la norma NFPA 70E (Se muestra en la figura N° 8:

Figura N°19. Esquema de Gestión de Seguridad Eléctrica

14.3.1 Detector de arco

El tiempo de despeje total dependerá del tiempo de disparo de la protección más el tiempo de apertura de los interruptores. La figura 20 (A) muestra el tiempo de apertura de un interruptor (30 a 50 ms), con la tecnología de detección de luz, mientras la figura 20 (B) muestra una falla de arco, sin este tipo de protección y con tiempos de operación de apertura del interruptor entre 200 ms y 1s, con una considerable energía incidente y los posteriores resultados de lesiones al operador y daños al equipo. La figura 21 representa las características generales de los detectores de arco.


Página 34 de 40

Figura N° 20: Operación de interruptor con relé de detección de luz

Figura 20: Funcionalidad de detectores de arco. Foto A: Espacio de detección de luz de

los sensores (distancia y ángulo) Foto B: Ubicación de sensor en cubículo de cables de

media tensión. Foto C: Ejemplo de ubicación de sensores en celdas.


Página 35 de 40

14.3.2 Equipos arco-resistentes

Un equipo eléctrico moderno de media tensión aislado en aire (AIS) o en gas (GIS) puede protegerse por sistemas pasivos, como la misma estructura del equipo. En otras palabras, la envolvente2 del tablero soporta la presión y el calor generados por el arco, y un conducto de escape aleja los gases calientes de la zona de trabajo del operario. Generalmente, a este tipo de tecnologías se le adiciona un sistema de relés de protección apropiado, incluyendo la detección de haz del arco. La norma europea IEC 62271-23(IAC), clasifica la compartimentación de los paneles de MT, y específicamente IAC indica clasificación para soportar arco interno. Estos equipos se someten a múltiples ensayos y pruebas específicas en función de determinados requerimientos de uso. La norma IEC 62271-200 establece 5 criterios principales que deben cumplir como requisito los equipos arco-resistentes:

Criterio 1: No deben abrirse las puertas. Criterio 2: No deben desprenderse partes del tablero. Criterio 3: No se producen orificios. Criterio 4: No deben arder los indicadores. Criterio 5: Todas las conexiones de tierra son eficaces.

Figura 21. Pruebas de equipos arco-resistentes; A: Prueba de inclinación; B: Prueba de

vibración.

2 Las envolventes de los equipos eléctricos constituyen una protección contra contactos eléctricos

directos de las personas y, a su vez, una protección del propio equipo contra penetración de

agentes ambientales sólidos y líquidos (Código IP) y contra los impactos mecánicos externos

(Código IK). Fuente NTP 588: Grado de protección de las envolventes de los materiales

eléctricos. http://www.insht.es. 3 High-voltage switchgear and controlgear – Part 200: AC metal-enclosed switchgear and

controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV.


Página 36 de 40

Principales características generales de equipos arco-resistentes. Construcción robusta para resistir el arco (compartimiento de acero). El diseño asegura que las uniones permanezcan selladas bajo condiciones de falla. Generalmente cuentan con flaps de alivio de presión montados en la parte superior para la liberación controlada de sobrepresiones, humo y gases hacia arriba, provocados por la falla de arco, protegiendo al personal. La figura 23 muestra un set de pruebas a un tablero convencional.

Figura 22. Disposición de componentes de un equipo arco resistente.

Figura 23: Prueba de arco interno en tablero de media tensión convencional. Se aprecia

el nivel de destrucción y de energía del arco de manera descontrolada. En esta condición,

la distancia de acercamiento de arc flash debe ser por lo menos 3 metros.


Página 37 de 40

14.4. Otras medidas de control

14.4.1 Señales específicas para shock eléctrico y relámpago de arco: la normativa nacional especifica el uso de los pictogramas, de color naranja con contraste de color negro para el riesgo eléctrico. Se ha diseñado, especialmente relacionada con las planillas de cálculos de arco, una señalética con las características requeridas para peligros eléctricos y riesgos de Arc Flash (figura 4.17). Las etiquetas preventivas de este tipo deberán disponerse en todo equipo donde los trabajadores se encuentran expuestos a peligros eléctricos (figura 4.18), junto con la delimitación de áreas y la especificación de la distancia de seguridad.

Figura 24: Señal de advertencia de riesgo eléctrico: shock eléctrico y arc flash.

Figura 25. Distribución de

señales de peligro de shock

eléctrico y arc flash en una

sala eléctrica. Se aprecia la

delimitación de zonas y

distancia de arco requerida

(en este ejemplo, 90 cm.)

Dentro de este límite la

categoría de ropa FR

equivale a la categoría de

energía incidente calculada.


Página 38 de 40

14.4.2 Procedimientos y metodologías (controles administrativos); más allá de disponer del equipamiento de seguridad, medidas de ingeniería y equipos de protección personal (EPP específicos), se debe atender los procedimientos y metodologías como normas irrevocables. Cumplir un determinado procedimiento será fundamental para mantener la seguridad del lugar de trabajo. El PTS (Procedimiento de Trabajo Seguro) forma parte de las medidas de control administrativas. El objetivo de este documento es analizar los diversos trabajos que se efectúan en el ámbito eléctrico y describir detalladamente las etapas y secuencias que componen la actividad, analizando los riesgos y proponiendo las medidas de control pertinentes. Se deben indicar las responsabilidades de los involucrados en la actividad, especificar los equipos y herramientas que se deben utilizar, además de los EPP requeridos. Desde el punto de vista técnico y de calidad, dicho documento debe hacer referencias a metodologías y estándares definidos en las diversas normativas constructivas y de mantenimiento existentes. 14.4.3 Reglamento de Operaciones y Permiso de Trabajo de acuerdo a norma NFPA 70E, 130.1 (A); múltiples empresas de energía eléctrica y mineras utilizan dentro de sus procesos un Reglamento que define la forma en cómo se deben efectuar las actividades dentro del sistema eléctrico. El objetivo es controlar la seguridad del personal y evitar fallas en los sistemas eléctricos, evaluando los riesgos y estableciendo responsabilidades. Esta práctica es perfectamente replicable a otros rubros que posean riesgos críticos operacionales en relación a los peligros eléctricos. 14.4.4 Actividades que requieren análisis y control de peligros eléctricos; a modo informativo, se presenta un listado tipo de actividades que deben abordarse en un programa de seguridad eléctrica (no excluyente): trabajos en alta, media y baja tensión; trabajos en líneas aéreas de distribución y transmisión (sean o no trabajos eléctricos, por ejemplo trabajos de empresas de comunicaciones); trabajos en recintos eléctricos de potencia, como subestaciones, especialmente orientado a obras civiles, como excavaciones, fundaciones y montajes; trabajos en recintos con atmósferas explosivas; trabajos con circuitos vivos o energizados y otros desprendidos de la evaluación de riesgos. 14.4.5 Implementación de EPP; como se mencionó deben cumplir especificaciones para riesgo de arco, el cual debe ser integrado a los requisitos para prevenir el choque eléctrico. Es decir, el uso de protección aislante en las extremidades (guantes y zapatos aislados, de acuerdo al nivel de voltaje), uso de detectores de ausencia de tensión, pértigas y herramientas aisladas, entre otros.


Página 39 de 40

15. CONCLUSIONES De acuerdo al análisis realizado en el presente informe, podemos concluir que los

accidentes por contacto con energía eléctrica, son de alta gravedad y gran frecuencia, y

sus lesiones suelen ser de carácter graves y/o mortales, afectando altamente la

siniestralidad de la empresa, sus bienes y personas.

Es por ello que se presenta este proyecto de seguridad eléctrica aplicable a faenas

mineras de manera transversal, el que tiene por objetivo implementar metodologías

preventivas y correctivas, aplicando controles desde el punto de vista ingenieril y de

controles administrativos.

A continuación se mencionan los puntos más relevantes:

- Existe gran desconocimiento de la normativa eléctrica y los riesgos asociados

por parte de la administración de la empresa, sobretodo en mediana y pequeña

minería, al igual que el desconocimiento por parte de la supervisión, líneas de

mando y departamentos asociados (prevención, mantención entre otros).

- Se conoce por parte de la empresa sólo los métodos preventivos y correctivos

convencionales, por lo que, a través de la aplicación de esta norma se pueden

regular aspectos técnicos desde la fuente de origen de cada equipo o

maquinaria, y desde el diseño (inicio) del proyecto minero, realizando una

correcta identificación de peligros y evaluación de sus riesgos, entregando

recomendaciones específicas de acuerdo a los resultados. Considerar los

diseños sísmicos, emplazamientos de acuerdo al área geográfica, condiciones

ambientales, nivel de rayos de la zona, altura geográfica, entre otros, forman

partes de las variables de riesgo que se debe considerar en todo proyecto. La

evaluación económica y factibilidad deberá considerar estos costos.


Página 40 de 40

- El presente proyecto entrega recomendaciones para implementar tecnología no

convencional dentro de sus procesos, los que permiten proteger los equipos y la

integridad de los trabajadores, disminuyendo las pérdidas materiales y de vidas

humanas.

- El considerar los peligros eléctricos y posibles explosiones de relámpago de

arco, orienta sobre las medidas de control de ingeniería específica. En este

trabajo se han considerado solamente 2, sin embargo, existen muchas otras que

apuntan a la protección integral del sistema, asegurando la seguridad del

trabajador, la disminución de fallas y la continuidad del servicio para los

procesos que se alimentan con energía eléctrica.

16. BIBLIOGRAFÍA

NFPA 70E. National Fire Protection Association. "Norma sobre requisitos de seguridad

eléctrica en lugares de trabajo" Versión 2009.

Apuntes de clases de Diplomado Prevención de Riesgos en el diseño, construcción y

operación de faenas mineras

Lee Ralph. “The other electrical hazard: Electric arc blast burns”, IEEE Paper, 1981.

Muñoz Chacón César Antonio, “Estudio e implementación de programas de seguridad

eléctrica con enfoque en peligros de relámpago de arco” ACHS-FUCYT. Trabajo de

Investigación 2009-2012. .

Cadick-Capelli-Neitzel. “Electrical Safety Handbook”, Ed. Mc GrawHill, 2006.

DS 132. Reglamento de Seguridad Minera y Normas SEC

“Seminario Seguridad Eléctrica - ufel.cl ctrico...Fig. N°1 Diagrama de proceso de...

Documents

Transcript of “Seminario Seguridad Eléctrica - ufel.cl ctrico...Fig. N°1 Diagrama de proceso de...