危害分析

NFPA70E认识到电弧闪光对工人的风险，要求进行电弧闪光风险评估。对于选择使用入射能量分析方法的公司，IEEE 1584-2002《电弧闪光危险计算指南》的方程一直是主要的方法，并被纳入所有主要的分析软件包。基于IEEE/NFPA协作(协作)Arc Flash研究的研究和建模，IEEE1584指南的新修订版于2018年发布。新模型通过添加几个变量和新方程来解决电弧闪光危害知识的增长。与新模型一起出现的是一个经过修改的10步电弧闪光危害分析过程，其中包含了限流熔断器的新变量和方法。

NFPA 70E 130.3要求进行电击风险评估和电弧闪光风险评估，以确保工人在不处于“电气安全状态”的设备上或附近工作时受到电气危险的适当保护(参见NFPA 70E第120条关于将设备置于电气安全状态的指导)。

这包括在暴露于电弧闪光危险下(即使导体未暴露)有可能造成伤害的情况下，对设备和其他设备相互作用进行断电所需的工作。例如，当电气工人关闭开关(如左边照片)时，通常的做法是站在断开开关的右边，用左手关闭，同时把头转向右边。这已经是一个默契，如果在设备交互(切换)过程中，由于设备故障而发生电弧闪光，就有可能暴露在电弧闪光危险中(如图所示)。欲了解更多信息，请参阅论文"暴露在电弧闪光危险之下"

NFPA 70E第130.5节电弧闪光风险评估提供了执行电弧闪光风险评估的指导，目的是:

• 识别电弧闪光危害
• 估计发生损伤的可能性和潜在的损伤严重程度
• 确定是否需要采取额外的防护措施，包括使用个人防护装备

为了帮助估计受伤的可能性，表130.5(C)提供了对各种任务发生电弧闪光事件的可能性的估计。

当使用事件时能量分析方法，第130.5条要求确定:

• 入射能量在预期的工作距离。第130.5(G)条将工作距离定义为从预期弧源到工人胸部和面部区域的距离。
• 电弧闪光边界。该边界在第130.5(E)(1)条中定义为入射能量为1.2 cal/cm2时的距离。当入射能量水平高于这个值时，如果电弧闪光发生，一个人可能会受到二次烧伤。130.7(C)(1)要求根据电弧闪光风险评估佩戴被禁止的电弧闪光PPE。
• 要求的Arc Flash PPE(个人防护装备)，适用于电弧闪光边界内的工作人员。这种选择是基于任务工作距离上的入射能量。

当使用130.5(G)中讨论的入射能量分析方法时，可以确定在预期工作距离处的入射能量，这对于减少电弧闪光伤害风险的缓解策略非常有用。同样，到电弧闪光边界的距离可以使用每个电力系统的独特细节来计算。

在使用入射能量分析方法时，选择合适的PPE时的要求如表130.5(G)所示。附件H还提供了选择弧级PPE的其他信息。

NFPA 70E还提供了选择防护服和其他PPE的表格方法。但你必须确保你的电气系统参数已包括在表130.7(C)(15)(a)、130.7(C)(15)(b)和130.7(C)(16)的各脚注内。

关于使用表格法和分析法选择PPE的比较讨论，请参阅D.R. Doan和R.A. Sweigart在2003年7 / 8月刊的《IEEE工业应用交易》中发现的“电弧闪光能量计算摘要”，或联系Mersen技术服务。新利体育最新网站

第130.5(G)条将工作距离确定为从预期的电弧源到工人胸部和面部的距离，并提醒可能需要对身体的某些部位(如手)进行额外的保护，这些部位可能更接近电弧源，暴露在比计算的工作距离更高的能量下。

参见NFPA70E第130.7(C)节，了解除事故能量保护外，保护工人免受其他电弧闪光危害的措施。

130.5(G)的资料说明参考附件D有关估计入射能量的资料。在附件D中，IEEE 1584被确定为执行入射能量分析的方法。虽然附件中提到了1584的2002年版本，但它指导读者参考该文件的最新版本。

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经过多年的测试和与IEEE1584工作组的合作，《电弧闪光危险计算指南》于2018年11月发布了重大修订。该指南的新版本对预测模型进行了重大修改。关于更改的良好信息包含在IEEE标准简介。1584 IEEE电弧闪光危险计算指南2018版[在2019年IEEE pic会议上发表]。下面介绍对模型的一些主要更改。

模型的重大更改

• 新方程与新变量．建立了一套全新的计算电弧电流和入射能量的公式。对于大于600V的电压，需要进行复杂的计算，需要在600V、2300V和14400v的关键电压下进行插值计算。
  
  新的方程需要额外的输入新的变量，包括电极配置和外壳尺寸。对于外壳尺寸和电极配置，新的CF(修正因子)可以用于改进真实世界设备的结果。
• 使用了额外的变量中等电压计算弧电流。该方程现在使用电压和间隙作为变量，可能会导致较低的计算电弧电流
  
  对于具有85% Iarc的低电压(<600V)系统，第二次Iarc计算的要求已被第二次计算所取代，该计算具有新的Iarc最小值。第二次计算现在适用于所有电压。现有研究中的清理时间可能会改变;对于中压应用的入射能量计算，第二种计算可能会产生更高的结果。新利体育最新网站
• 提出了一种限流熔断器的新方法．如果电弧电流大于保护电路的熔断器的电流限制阈值，入射能量的计算可以使用从熔断器的峰值通过曲线推导出的“有效”电弧电流，使用计算出的电弧电流作为预期故障电流。
• 去掉了2002年模型的修正因子Cf。为了解决低电压试验中入射能量测量的扩散问题，2002年的模型将1kV以下电压的计算入射能量乘以1.5。由于测试结果的数量要多得多，2018款没有这个乘数。VCB电极配置的计算可能比以前计算的要低。
• 取消了不接地系统(包括HRG系统)的“惩罚”。第5.3条2002年入射能量方程(4)中的K2常数保证了不接地系统具有更高的三相入射能量计算。由于协作组的研究没有证实这种“惩罚”的必要性，所以它没有包括在新模型中。
• 240V及以下电压有新的指导．第4.3条:
  可持续电弧是可能的，但在额定电压为240伏或以下、可用短路电流低于2000 A的三相系统中，这种可能性较小。
  
  协作公司和Mersen实验室的测试表明，与开发2002年型号的VCB配置相比，VCBB配置可以在更低的故障电流水平下维持电弧。
  
  参考论文“影响弧在250V以下可持续性的因素的调查”。查阅有关208V电弧闪光危害的更多资料。

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以下步骤在IEEE 1584-2018第6条中有更详细的介绍。

步骤1:收集系统安装数据
电弧闪光危害分析所需的数据与短路和协调研究所需的数据相似。为了对电弧闪光危害进行合理的评估，必须对系统进行详细的建模。对于许多设施来说，这将意味着收集构建最新单线图所需的所有数据。

对于最近进行过短路研究的设备，这可能意味着:

• 扩展现有的研究，包括控制设备。
• 改进了一项忽略阻抗来确定最坏情况下短路电流的研究。当较低的故障电流导致过流保护装置的清除时间相当长时，可能会达到最坏情况下的电弧闪光能量。

步骤2:确定系统运行模式
IEEE 1584指南给出了不同的操作模式的例子，包括多个公用事业馈电的操作，拉闸打开或关闭，以及发电机运行。这一信息对于确定不同模式下每个位置可获得的不同短路电流非常重要。如第1步所述，最高可用故障电流可能不会产生最坏情况的电弧闪光能量，因为最坏情况的能量也取决于过流保护装置的特性。

步骤3:确定螺栓故障电流
根据步骤1和步骤2收集的数据计算螺栓故障电流。典型的方法是将数据输入一个商业软件程序中，该程序允许您对系统建模，并在操作模式之间轻松切换。指南中给出了关于计算的其他指导。

步骤4根据系统电压和设备类别，确定间隙和插框尺寸
诸如母线间隙和外壳开口大小等因素会影响电弧能量，这是IEEE 1584-2018方程所要求的。如果没有间隙大小，指南提供了一个表，其中包含各种类型设备的典型母线间隙和外壳尺寸，最高可达15kV。

步骤5:确定设备电极配置
电极结构(电极结构)对入射能量计算的量级有显著影响。这5个选项是:

• 江苏省无锡—盒中垂直导体
• VCBB-带屏障的垂直导体盒
• 六氯苯—箱中水平导体
• 美国之音-露天垂直导体
• 肥厚性骨关节病变与肺部转移-露天水平导体

指南的表9提供了将测试实验室配置应用到现场发现的设备的额外见解。

步骤6:确定工作距离
通常，这被假设为潜在电弧源与工作人员的身体和面部之间的距离。在发生电弧故障时，工人的手和手臂上的入射能量可能会更高，因为他们更接近电弧源。各类设备的典型工作距离载于《指南》的表10。注意，入射能量随着与电弧源距离的增加而减小。

步骤7:计算电弧电流
为系统中每个点计算的螺栓故障电流表示预计流向任何短路的最高故障电流。在发生电弧故障的情况下，由于电弧的阻抗增加，流向故障的电流将会减少。重要的是要充分预测这些较低的电平，特别是当过流保护装置在这些较低的电平下明显变慢时——这种情况已经被知道会带来最坏的电弧故障危险。

由于故障电流可以从多个来源流向故障位置，包括运行的电机，必须确定计算点的总电弧电流(用于入射能量计算)。为了正确地确定电弧的持续时间，还必须确定通过电路中每个上游保护装置的电弧故障电流的部分。

尽管在指南的第7步中没有讨论，第二最小电弧电流(Iarc_min)也必须按上述方法计算，但使用第4.5条中的公式(2)，以方便第9步中讨论的第二入射能量的计算。

对于限流熔断器，如果电弧电流大于保护电路的熔断器的限流阈值，两种电弧电流的计算都可以使用制造商的峰值通过曲线减少到它们的有效电弧电流。详情载于《指南》第6.9.2条。

步骤8:确定电弧持续时间。
IEEE 1584提供了在各种场景下使用过流保护器件的时间-电流曲线的指导。另外还提供了限流熔断器、继电器操作断路器和其他继电器方案的指导。值得注意的是，商业上可用的软件具有非常广泛的时间电流曲线集合，可以方便地进行这些计算。

讨论设置电弧事件持续时间的最大限制。虽然，一个工人可以在2秒内逃离弧线事件，但要注意工人出口可能被阻塞的情况。

有关确定为限流熔断器的清除时间，请参阅制造商的信息。

步骤9:计算入射能量
为了考虑用于创建模型的测试结果中电弧电流(Iarc)的可变性，2018年的模型要求对所有设备进行两次入射能量计算;两个计算中较高的一个作为最终的入射能量计算。第一次计算将使用计算出的Iarc和过流保护装置对应的清除时间进行。第二次计算将使用新的计算电弧Iarc_min和相应的过流保护装置清除时间进行。有时，第二次计算的清理时间会更长，从而产生更高的计算。

对于限流熔断器，在第7步中计算的减少有效电弧电流用于入射能量计算，制造商建议的清除时间为½周期或更短。使用0.0083秒的默森限流熔断器给出的结果与测试实验室结果一致。

由于手工计算的复杂性和数量，建议使用软件来完成这一步骤。大多数软件会根据设备类型、电压水平和保护装置等因素给你提供方程式的选择。

步骤10:确定所有设备的电弧闪光保护边界
这个方程不是在给定的工作距离上求解cal/cm²，而是在这个距离上，入射的热能密度为1.2 cal/cm²(或5.0焦耳/cm²)。基于步骤3和步骤9中提到的相同原因，也建议使用软件进行此计算。

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断路器的隔间

面板

开车

用分析方法选择PPE

NFPA70E - 2018第130.5(F)和130.5(G)条对使用入射能量法选择弧级PPE给出了指导。有关正确选择防弧度衣物及其他个人防护装备，请参阅表130.5(G)。附件H提供了更多关于个人防护装备选择的指导。

NFPA 70E附录D确定了估计入射能量的方法，并将IEEE 1584确定为可接受的方法。在IEEE标准1584《电弧闪光危害计算指南》中，有一个系统的、十步的方法来进行全面的电弧闪光危害分析。

该过程从短路研究开始，以确定系统中每个位置可用的“螺栓”故障电流。电弧故障电流小于最大螺栓故障电流，需要进行估计。还必须获得所有过流保护装置的相关数据，以便准确预测电弧故障电流的持续时间(清除时间)。影响电弧闪光能量的其他因素也需要权衡。

在NFPA 70E和IEEE 1584中可以找到计算电弧闪光保护边界和入射能量的选择公式。如果工人被要求在电弧闪光边界内，那么必须选择PPE来计算预期的入射能量。

使用表格法选择PPE

NFPA 70E还提供了选择防护服和其他PPE的表格方法。但你必须确保你的电气系统参数符合这些表格的规定，如每种设备的注释和表130.7(C)(15)(a)、130.7(C)(15)(b)和130.7(C)(16)的脚注所示。

关于使用表格法和分析法选择PPE的比较讨论，请参阅D.R. Doan和R.A. Sweigart在2003年7 / 8月刊的《IEEE工业应用交易》中发现的“电弧闪光能量计算摘要”，或联系Mersen技术服务。新利体育最新网站

有关PPE策略的新电极配置的更多信息，请参阅下面的论文:

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