РОЗРАХУНКИ ARC FLASH IEEE 1584

Інститут інженерів електротехніки та електроніки (IEEE) опублікував IEEE 1584 "Посібник з виконання розрахунків дугового спалаху", щоб надати формули та методи розрахунку значень спалаху дуги на робочому місці. Документ містить емпіричні формули для визначення значень спалаху дуги, відомих як падаюча енергія, та меж спалаху дуги. Діапазон використовуваної моделі коливається від 208 В до 15 кВ, а струми несправностей системи - від 700 А до 106 000 А. Теоретичні моделі оригінального паперу Ральфа Ліса використовуються для системних умов поза межами діапазону IEEE 1584. IEEE 1584 детально описує дев’ятиступеневий процес збору інформації та розрахунку небезпеки спалаху дуги.

КРОК 1: ЗБЕРІТЬ СИСТЕМУ І ДАНІ ПРО УСТАНОВКУ

Найбільшим зусиллям у дослідженні небезпеки дугового спалаху є збір польових даних. Навіть для заводу з номінально оновленими однолінійними діаграмами, кривими струму часу та дослідженням короткого замикання на комп’ютері, польова частина дослідження займе близько половини зусиль. Постійні працівники сайту, які знайомі з сайтом та його практикою безпеки, можуть найкраще виконати цю частину роботи.

Хоча дані, необхідні для цього дослідження, схожі на дані, зібрані для типових досліджень координації короткого замикання та захисних пристроїв, це йде далі в тому, що все низьковольтне розподільче та контрольне обладнання, а також його живильники та великі відгалужувальні схеми повинні бути включені.

КРОК 2: ВИЗНАЧІТЬ СИСТЕМНІ РЕЖИМИ РОБОТИ

На сайті з простою системою радіального розподілу існує лише один режим роботи - нормальний, але більш складна система може мати багато режимів. Приклади режимів включають:

Один або кілька службових живильників в експлуатації.

Інтерфейс підстанції підстанції вторинної шини вимикач відкритий або закритий.

Генератори працюють паралельно з мережею або в режимі очікування. t важливо визначити наявний струм короткого замикання для режимів роботи, які забезпечують як максимальний, так і мінімальний доступний струм короткого замикання.

Агрегатна підстанція з двома трансформаторами із вторинною стяжкою, відкритою або закритою.

MCC з одним або двома живильниками, один або обидва під напругою.

Блок підстанції з одним або двома основними живильниками.

КРОК 3: ВИЗНАЧІТЬ СТРУМИ БОЛТОВОЇ НЕПОЛАДКИ

Введіть усі дані з однорядкових діаграм та зусилля збору даних у програму короткого замикання. Комерційно доступні програми можуть запускати тисячі автобусів і дозволяють легко перемикатися між режимами. Спрощений калькулятор, що входить до цього стандарту, може визначати струми несправності з болтами для радіальних систем до 600 В (див. Малюнок B.1). Знайдіть симетричний середньоквадратичний (середньоквадратичний) коефіцієнт струму замикання з болтами та коефіцієнт X/R у кожній точці, що викликає занепокоєння - у всіх місцях, де могли працювати люди, - зробивши кожну з цих точок шиною. Не кожну шину потрібно запускати для кожного режиму, оскільки деякі режими не будуть суттєво впливати на струм несправності болтів на деяких шинах. Наприклад, з'єднання вторинних трансформаторів разом не може збільшити енергію несправності на первинній стороні.

Важливо включити всі кабелі, оскільки помилка на високій стороні не обов'язково підвищує безпеку: це може її зменшити. Нижні струми розломів часто зберігаються довше, ніж вищі струми, як показано на кривих часу-струму захисного пристрою.

КРОК 4: ВИЗНАЧІТЬ СТРУМИ ПОВИНКИ ДУГ

Потрібно знайти струм розряду дуги в точці, що викликає занепокоєння, і частину цього струму, що проходить через перший захисний пристрій, що знаходиться вище за потоком.

Струм розриву дуги залежить в першу чергу від струму замикання болта. Струм несправності болта в захисному пристрої можна знайти в дослідженні короткого замикання, розглянувши пробіг на одній шині. Це відокремить внески несправностей від звичайного живильного пристрою, альтернативного живильного пристрою та двигунів, розташованих нижче за потоком.

Потім можна розрахувати струми дефектів дуги. Розрахований струм розриву дуги буде нижчим за струм замикання болта через імпеданс дуги, особливо для застосувань нижче 1000 В. Для застосувань середньої напруги струм дуги все ще трохи менше струму замикання болта, і його потрібно розрахувати. Рівняння, показані в 5.2, включені в програми, пропоновані з цим стандартом.

Струм, який протікає через розряд дуги, як правило, значно менший, ніж струм замикання через болти, через більший опір. Розрахунки струму замикання дуги базуються на напрузі, струмі замикання на болтах, відстані зазору провідника та інших факторах. IEEE 1584 представляє дві формули для розрахунку струмів розриву дуги, одну для використання в системах 0,208-1 кВ, а іншу для систем від 1 до 15 кВ.

Для систем від 0,208 до 1 кВ:
lg Ia = K + 0,662 (lg Ibf) + 0,0966 (V) + 0,000526 (G) + 0,5588 (V) (lg Ibf) - 0,00304 (G) (lg Ibf)

Для систем від 1 до 15 кВ:
lg Ia = 0,00402 + 0,983 (lg Ibf)

де Ia = струм дефекту дуги в кА; K = –0,153 для дуг під відкритим небом та –0,097 для замкнутих дуг; Ibf = 3-фазний струм розлому в болтах, кА; V = напруга в кВ; G = зазор провідника в мм.

5. ВИЗНАЧИТИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАХИСТНОГО ПРИСТРОЮ І ТРИВАЛІСТЬ ДУГ

Криві струму часу струму захисних пристроїв є основним фактором, що визначає, як довго триватиме дуговий розлад. Потрібно докласти зусиль, щоб визначити фактичні налаштування, а не покладатися на стандартні значення, оскільки вони можуть призвести до значних коливань енергії, що падає.

Іншим фактором, що враховує аналіз захисних пристроїв, є те, що енергія падіння залежить як від струму несправності, так і від часу. Оскільки захисні пристрої повільніші при менших струмах, мінімальні струми несправностей часто представляють найгірший сценарій спалаху дуги.

Під час обстеження на місцях, можливо, були знайдені сучасні криві поточного часу та часу. Якщо ні, то найкраще їх створити - комерційне програмне забезпечення полегшує це завдання. В якості альтернативи для дуже простого дослідження можна використовувати характеристики захисного пристрою, які можна знайти в даних виробника.

Для запобіжників криві часу і струму виробника можуть включати як час плавлення, так і час розмивання. Якщо так, використовуйте час очищення. Якщо вони показують лише середній час плавлення, додайте до цього часу 15% до 0,03 секунди та 10% вище 0,03 секунди, щоб визначити загальний час очищення. Якщо струм несправності дуги перевищує загальний час очищення внизу кривої (0,01 секунди), використовуйте 0,01 секунди для часу.

Для автоматичних вимикачів з інтегрованими блоками відключення криві часу-струму виробника включають як час спрацювання, так і час розмикання.

Для релейних автоматичних вимикачів криві реле відображають лише час роботи реле в області затримки часу. Для реле, що працюють в їх миттєвій області, передбачте 16 мілісекунд на 60 Гц для роботи. Необхідно додати час розмикання автоматичного вимикача. У таблиці 1 наведено рекомендований час роботи автоматичного вимикача. Час роботи певних вимикачів можна перевірити, звернувшись до літератури виробника.

КРОК 6: ДОКУМЕНТУЙТЕ СИСТЕМНІ НАПРУГИ І КЛАСИ ОБЛАДНАННЯ

Для кожної шини зафіксуйте системну напругу та клас обладнання, як показано в таблиці 2 IEEE 1584. Це дозволить застосовувати рівняння на основі стандартних класів обладнання та зазорів між шинами, як показано в таблиці 2 IEEE 1584.

КРОК 7: ВИБЕРІТЬ РОБОЧІ ВІДСТАНІ

Захист від дугового спалаху завжди базується на рівні енергії, що падає на обличчі та тілі людини на робочій відстані, а не на енергії, що падає на руки чи руки. Ступінь травми при опіку залежить від відсотка опіку шкіри людини. Голова і тіло становлять великий відсоток від загальної площі поверхні шкіри, і травми цих ділянок набагато більше загрожують життю, ніж опіки кінцівок. Типові робочі відстані наведені в таблиці 3 IEEE 1584.

КРОК 8: ВИЗНАЧІТЬ ЕНЕРГІЮ ВИПАДКОВОГО ВСЕГО ОБЛАДНАННЯ

Потрібно вибрати програмне забезпечення для розрахунку енергії, що падає. Розділ 6 визначає та обговорює два калькулятори, що входять до цього посібника, та можливі майбутні комерційні продукти. У кожному випадку рівняння в моделях, які наводяться в розділі 5, вбудовані в програму чи аркуш. У деяких програмах проблема вирішується по одній шині; з іншими можна одночасно вирішити сотні чи тисячі автобусів.

Енергія катастрофи визначається в NFPA 70E як "кількість енергії, що вражається на поверхні, на певній відстані від джерела, що утворюється під час події електричної дуги". У дослідженні небезпеки спалаху дуги "поверхня" - це тіло працівника на передбачуваній робочій відстані. Енергія інциденту виражається в калоріях/см2. IEEE 1584 використовує такі формули:

де Е = падаюча енергія в джоулях/см2; Cf - коефіцієнт розрахунку (1,0 для напруг вище 1 кВ та 1,5 для напруг нижче 1 кВ); En = нормалізована падаюча енергія (з рівняння (2) нижче); t = тривалість дуги в секундах; D = відстань від дуги в мм; x = показник відстані (див. таблицю нижче)

(2) lg En = K1 + K2 + 1,081 (lg Ia) + 0,0011 (G)

де En = енергія, нормована на відстань 610 мм і тривалість дуги 0,2 секунди, в джоулях/см2; K1 = –0,792 для дуг під відкритим небом та –0,555 для дуг із закритим повітрям; K2 = 0 для незаземлених систем/систем із високим коефіцієнтом Z та –0,113 для систем заземлення; G = зазор дуги в мм; Ia = передбачуваний 3-фазний струм дефекту дуги в кА

КРОК 9: ВИЗНАЧІТЬ ГРАНИЦУ ЗАХИСТУ від спалаху для всього обладнання

Щоб знайти межу захисту від спалаху, рівняння для знаходження падаючої енергії можна вирішити для відстані від джерела дуги, на якій може статися опік другого ступеня. Енергія падаючої речовини повинна бути встановлена на мінімальну енергію, за якою може статися опік другого ступеня. Програми містять межу захисту від спалаху, засновану на енергії падіння 5,0 Дж/см2. 11

FPB - це відстань, на якій падаюча енергія становить 1,2 кал/см2, тобто кількість тепла, необхідного для опіків другого ступеня. Формула IEEE для розрахунку FPB є:

де EB - бажана енергія падаючої енергії на межі (зазвичай 1,2 кал/см2, але зрідка встановлюється на значення, що відповідає пропонованому рейтингу ЗІЗ), з іншими змінними, визначеними як для рівнянь енергії падаючої енергії.