Mikael MalmgrenSenior Principal Engineer–Power systemsMobil: 0727-226502Hörbyvägen 23, 24334 HÖÖRwww.elektroinvent.sewww.elkraftkonsult.se(CV)www.mmalab.se
2Från SSG 4510 HANTERING AV LJUSBÅGSRISKER I ELANLÄGGNINGAR
3händelseenergi
4
5Termisk ljusbågsenergi mäts i Joule/cm2 (SI-enhet) MEN vi använder cal/cm2(kalorier/cm2)
61,2 cal/cm2-5,0 J / cm2
7
8En mulen dag: ca 1000 lux
9Direkt solljus är uppåt 100 000 lux
10En ljusbåge på ca 3 meters avstånd kan vara över 1 miljon lux
11IEEE mätte i ett test upp 13,1 miljoner lux
12dB
13I de flesta fall berortermisk ljusbågsenergipå tre faktorer:1. Intensitet2. Avstånd3. Varaktighet
14Från SSG 4510 HANTERING AV LJUSBÅGSRISKER I ELANLÄGGNINGAR
15
16
17IEEE 1584 –2002, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskEkvation 1lgEn= K1+ K2+ 1.081 * lgIa+ 0.0011 * GEkvation 2 a (upp till 1000 V)lgIa= K + 0.662 * lgIbf+ 0.0966 * V + 0.000526 * G + 0.5588 * V * lgIbf-0.00304 * G * lgIbfEkvation 2 b (1 kV till 15 kV)lgIa= 0.00402 + 0.983 * lgIbfEkvation3E = 4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/Dx)Ekvation5DB= [4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/EB)]1/x
18IEEE 1584 –2002, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskEkvation 1lgEn= K1+ K2+ 1.081 * lgIa+ 0.0011 * GEkvation 2 a (upp till 1000 V)lgIa= K + 0.662 * lgIbf+ 0.0966 * V + 0.000526 * G + 0.5588 * V * lgIbf-0.00304 * G * lgIbfEkvation 2 b (1 kV till 15 kV)lgIa= 0.00402 + 0.983 * lgIbfEkvation3E = 4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/Dx)Ekvation5DB= [4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/EB)]1/x
19IEEE 1584 –2002, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskEkvation 1lgEn= K1+ K2+ 1.081 * lgIa+ 0.0011 * GEkvation 2 a (upp till 1000 V)lgIa= K + 0.662 * lgIbf+ 0.0966 * V + 0.000526 * G + 0.5588 * V * lgIbf-0.00304 * G * lgIbfEkvation 2 b (1 kV till 15 kV)lgIa= 0.00402 + 0.983 * lgIbfEkvation3E = 4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/Dx)Ekvation5DB= [4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/EB)]1/x
20IEEE 1584 –2002, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskEkvation 1lgEn= K1+ K2+ 1.081 * lgIa+ 0.0011 * GEkvation 2 a (upp till 1000 V)lgIa= K + 0.662 * lgIbf+ 0.0966 * V + 0.000526 * G + 0.5588 * V * lgIbf-0.00304 * G * lgIbfEkvation 2 b (1 kV till 15 kV)lgIa= 0.00402 + 0.983 * lgIbfEkvation3E = 4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/Dx)Ekvation5DB= [4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/EB)]1/x
21IEEE 1584 –2002, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskEkvation 1lgEn= K1+ K2+ 1.081 * lgIa+ 0.0011 * GEkvation 2 a (upp till 1000 V)lgIa= K + 0.662 * lgIbf+ 0.0966 * V + 0.000526 * G + 0.5588 * V * lgIbf-0.00304 * G * lgIbfEkvation 2 b (1 kV till 15 kV)lgIa= 0.00402 + 0.983 * lgIbfEkvation3E = 4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/Dx)Ekvation5DB= [4.184 * Cf* En* (t / 0.2) * (610x/EB)]1/x
22Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIbf403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)V0,53spänning i kVG32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4 kA85% 19,04 kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5 cal/cm2E34,02J/cm28,1 cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3 cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4 cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
23Utrustningstyp -avståndsexponent
24Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
25Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
26Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
27Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
28Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
29Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
30Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
31Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
32Ljusbågsberäkningar 0,208 kV - < 1 kVK-0,097K = -0.153 for open-air arcs and -0.097 for enclosed arcsIk403-fas stum felström i kA (0,7 kA - 106 kA)U0,53spänning i kVA32avstånd mellan ledande delar i mmLJUSBÅGENS FELSTRÖM22,4kA85% 19,04kAK1-0,555 -0,792 open configurations, -0,555 box configurationK2-0,1330 ojodade eller högomigt, -0,133 för jordade systemG32gap between conductersCf1,5beräkningsfaktor. 1,0 över 1kV 1,5 under 1kVt0,3feltidt 85%0,5feltid vid 85 %D900avstånd från ljusbågspunkt till personx1,473avståndsexponentEnergi vid felEn6,41J/cm21,5cal/cm2E34,02J/cm28,1cal/cm2Kat 3En (85 %) 5,38J/cm21,3cal/cm2E (85 %) 47,57J/cm211,4cal/cm2Kat 3Gräns för farligt område, 2.a gradens bränskadorEB5,00J/cm2DB3308mmDB (85 %) 4154mm
33Arc Flash PPE Categories from NFPA 7OE (2O15)1,2 –44-88-25>40
34ATPV-Den ljusbågeenergi som arbetskläderna skyddar mot när sannolikheten är50% för en andra gradens brännskada.
35ELIM-Den ljusbågeenergi som arbetskläderna skyddar mot vid0% risk för en andra gradens brännskada.EBT-Den ljusbågeenergi som arbetskläderna skyddar mot när sannolikheten är50% att tyget går sönder och kan orsaka en andra gradens brännskada.
36
37IEEE 1584 –2018, IEEEs guide för beräkning av ljusbågsriskNästan allt har förändrats -förutom titeln!Institute of Electrical and Electronics Engineers
3820 tum x 20 tum x 20 tum
39
40VCB
41
42
43VOA
44
45VCBSpänning: 10,7 kVTrefasig kortslutningsström: 10 kAAvstånd till ljusbåge: 914 mmHxBxD: 660x660x660 mm2002: 2.4 cal/cm22018; 1,9 cal/cm2
46Begränsningar för beräkningsmodellen:* Spänning:-208 V -15 kV, trefas* Frekvens:-50 / 60 Hz* Trefas stum kortslutningsström:-208V -600V: 500A -106kA-601V -15kV: 200A -65kA* Avstånd mellan ledare:-208V -600V: 6,33 -76,2 mm-601V -15kV: 19,05 -254 mm* Arbetsavstånd:-Minsta arbetsavstånd: 305 mm* Ljusbågsgräns:-Ingen övre gräns över arbetsavståndet* Felbortkopplingstid:-Ingen gräns* Utrustningskapslingar:-allmänt tillgängliga storlekar
47
48
4940 cal/cm2
50Variation i ljusbågsströmmen
51"125 kVATRANSFORMER EXCEPTION"Utesluta beräkningar för kretsar ≤ 240V och som matasTransformatorer med märkeffekt på ≤ 125kVA
52"125 kVATRANSFORMER EXCEPTION"”Hållbara ljusbågar är möjliga men mindre sannolika i trefasystem med 240 V nominell spänning eller lägre med en tillgänglig kortslutningsström under 2000 A”
53Tvåsekundersregeln
54Jordade vs. ojordade system
55Kontinuerligt spänningsområde1 kV200215 kV0,208kV201815 kV0,208kV600 V2700 V14300 V
56Öppen-Stängd dörr/kapsling
57Öppen-Stängd dörr/kapsling
58Öppen-Stängd dörr/kapsling
59
60Ljusbågsprov som resulterar i en ljusbågsklassificering (IAC)Fem kriterier definieras i IEC 62271-200 för godkänt ljusbågsprov:1. Korrekt stängda dörrar och plåtar får ej öppnas2. Tryckstegringen i ställverket orsakar inga hål i kapslingen3. Ljusbågen bränner inte hål i kapslingen på åtkomliga sidor upp till en höjd av 2 meter4. Tygindikatorer antänds ej till följd av påverkan från heta gaser5. Jordströmbanan är intakt efter provet.
61Ljusbågsprov som resulterar i en ljusbågsklassificering (IAC)Fem kriterier definieras i IEC 62271-200 för godkänt ljusbågsprov:1. Korrekt stängda dörrar och plåtar får ej öppnas2. Tryckstegringen i ställverket orsakar inga hål i kapslingen3. Ljusbågen bränner inte hål i kapslingen på åtkomliga sidor upp till en höjd av 2 meter4. Tygindikatorer antänds ej till följd av påverkan från heta gaser5. Jordströmbanan är intakt efter provet.
62Ljusbågsprov som resulterar i en ljusbågsklassificering (IAC)Fem kriterier definieras i IEC 62271-200 för godkänt ljusbågsprov:1. Korrekt stängda dörrar och plåtar får ej öppnas2. Tryckstegringen i ställverket orsakar inga hål i kapslingen3. Ljusbågen bränner inte hål i kapslingen på åtkomliga sidor upp till en höjd av 2 meter4. Tygindikatorer antänds ej till följd av påverkan från heta gaser5. Jordströmbanan är intakt efter provet.
63Ljusbågsprov som resulterar i en ljusbågsklassificering (IAC)Fem kriterier definieras i IEC 62271-200 för godkänt ljusbågsprov:1. Korrekt stängda dörrar och plåtar får ej öppnas2. Tryckstegringen i ställverket orsakar inga hål i kapslingen3. Ljusbågen bränner inte hål i kapslingen på åtkomliga sidor upp till en höjd av 2 meter4. Tygindikatorer antänds ej till följd av påverkan från heta gaser5. Jordströmbanan är intakt efter provet.
64Ljusbågsprov som resulterar i en ljusbågsklassificering (IAC)Fem kriterier definieras i IEC 62271-200 för godkänt ljusbågsprov:1. Korrekt stängda dörrar och plåtar får ej öppnas2. Tryckstegringen i ställverket orsakar inga hål i kapslingen3. Ljusbågen bränner inte hål i kapslingen på åtkomliga sidor upp till en höjd av 2 meter4. Tygindikatorer antänds ej till följd av påverkan från heta gaser5. Jordströmbanan är intakt efter provet.
70Framtida arbete hos IEEE•enfas ljusbågar•högre spänningar 30 – 40 kV•DC-ljusbågar•tester och mätningar på faktiska utrustningar.
71ReferenserIEEE 1584-2002 -IEEE Guide for PerformingArc-Flash HazardCalculationsIEEE 1584-2018 -IEEE Guide for PerformingArc-Flash HazardCalculationsSSG 4510 -HANTERING AV LJUSBÅGSRISKER I ELANLÄGGNINGARwww.brainfiller.comwww.electropedia.orgArcing Short-Circuit Current: 2018 IEEE 1584, Part 2 | Electrical Contractor Magazine (ecmag.com)IEEE 1584 ArcFlash Standard | ArcFlash HazardCalculations(powerandcables.com)ABB IEEE-1584-2.0-and-NFPA-70-2018-Changes-Boston-presentation.pdfhttps://new.abb.com/medium-voltage/sv/mellanspanningsstallverk/krav-sakerhet-stallverkhttps://mmalab.se/Elkraftteknik/ljusb%C3%A5gar.html
