Ark patlamasına karşı korunmada kilit nokta, çalışanın maruz kalacağı ark patlama enerjisinin ve güvenli çalışma mesafesinin bilinmesidir.
Bu değerler hesaplanmadan alınacak önlemler, yeterli koruma seviyesine sahip olmayabilir ve çalışanın ciddi yaralanmasına veya ölümüne yol açabilir.
Ark patlaması hesaplamalarında NFPA 70E dokümanında belirtilen formüller kullanılmaktadır. Bu formüllerin kaynakları, hesaplama sınırlamaları ve parametreleri aşağıdaki tablodaki gibidir.
BundleTec olarak siz değerli müşterilemize ark patlama hesaplamaları konusunda TÜRKAK onaylı analizlerimizle yardımcı olmaktan memnuniyet duyarız.
KISIM
KAYNAK
SINIRLAMALAR & PARAMETRELERD.1Lee, “Diğer Elektrik Tehlikeleri: Ark Patlama Yanıkları”
Açık havada ark için olay enerjisini ve ark flaş sınırını hesaplar; 600 V üzerinde tutarlıdır ve voltaj arttıkça tutarlı sonuçlar verir
D.2Doughty ve diğ. “600 V Güç Dağıtım Sistemlerinde Elektrik Ark Tehlikesini Daha İyi Yönetmek İçin Olay Enerjisi Tahmini”
600 V ve altındaki sistemlerde üç fazlı ark için olay enerjisini hesaplar; 16 kA ve 50 kA arasındaki kısa devre akımlarına uygulanır
D.3IEEE 1584, Ark Patlama Hesaplama Kılavuzu
Şunlar için olay enerjisini ve ark flaşsınırını hesaplar: 208 V ila 15 kV; üç faz; 50 Hz ila 60 Hz; 700 A ila 106,000 A kısa devre akımı; ve 13 mm ila 152 mm arası iletken boşluklar
D.4Doan, “DC sistemlerde Ark Patlama Hesaplamaları”
1000V dc değerine kadar olan DC sistemler için olay enerjisini hesaplar
D.1 Ralph Lee Hesaplama Metodu
D.1.1 Ark Patlama Sınır Mesafesinin Hesaplanması için Temel Denklemler
Ark patlama sınır mesafesi aşağıdaki formüle göre hesaplanmaktadır:
Dc = Feet cinsinden kişinin ark kaynağından iyileşebilir yara alarak kurtulabileceği mesafe (Cilt sıcaklığı 80°C’nin altında kalır)
MVAbf = Bolted kısa devre MVA değeri
MVA= Transformatörün MVA değeri. 0.75MVA’dan düşük transformatörler için 1.25 ile çarpılmalıdır.
t= Saniye cinsinden ark patlama süresi
D.1.2 Ark Patlaması Tehlikesi Analizi için 600 V’den Büyük Olay Enerjisinin Hesaplanması
Aşağıdaki denklem, 600 V üstü sistemlerde açık havada üç fazlı bir ark tarafından üretilen olay enerjisini tahmin etmek için kullanılabilir. Hesaplamaları yapmak için gereken parametreler;
1)Ekipmandaki en yüksek trifaze kısa devre akım değeri
2)Maksimum kısa devre akımında toplam koruyucu cihaz kesme süresi(Muhtemel ark yerinin yukarısında)
3)Ark kaynağına olan çalışma mesafesi
4)İki faz arasındaki voltaj gerilimi
E= Olay enerjisi, cal/cm²
F= En yüksek kısa devre akımı, kA
V= İki faz arası voltaj gerilimi, kV
tA=Ark süresi, sn.
D= Ark kaynağına olan mesafe, inç
D.2 Doughty Neal Hesaplama Metodu
D.2.1 Açığa Çıkan Olay Enerjisinin Hesaplanması
Aşağıdaki denklemler, 600 V ve altındaki sistemlerde üç fazlı bir yay tarafından üretilen olay enerjisini tahmin etmek için kullanılabilir. Bu denklemlerin sonuçları her durumda en kötü durumu temsil etmeyebilir. Denklemlerin yalnızca denklemler altında gösterilen değişkenlerin tanımlarında belirtilen sınırlamalar dahilinde kullanılması esastır. Denklemler sadece nitelikli mühendislik gözetimi altında kullanılmalıdır.
Hesaplamaları yapmak için gereken parametreler;
1)Maksimum bolted kısa devre akımı, ekipmanda mevcut üç fazlı kısadevre akımı ve arkın kendi kendine süreceği minimum hata seviyesi. (Hesaplamalar, maksimum değer kullanılarak ve ardından arkın kendi kendine sürdüğü en düşük hata seviyesinde yapılmalıdır. 480 volt sistemler için, endüstrideki kendi kendine süren minimum seviyenin maksimum kısa devre akımının %38’i olduğu kabul edilmektedir. En yüksek olay enerjisine maruz kalma, aşırı akım aygıtının açılması saniyeler veya dakikalar alabileceği bu düşük seviyelerde ortaya çıkabilir.)
2)Toplam koruyucu cihazın, maksimum kısa devre akımında ve arkındayanacağı minimum hata seviyesinde (muhtemel ark yerinin yukarısında) kesme süresi.
3)Ark kaynağına olan çalışma mesafesi
Tipik çalışma mesafeleri şu şekildedir;
1)Düşük ger.(600V ve altı) Kontrol veya Dağıtım Panoları-455mm (18 inç)
2)Düşük gerilim (600 V ve altı) Şalt Panosu – 610mm (24 inç)
3)Orta gerilim (600 V üzeri) Şalt Panosu – 910mm (36 inç)
D.2.1.1 Açık Havada Olay Enerjisi Hesaplanması
Açık havadaki ark patlama olay enerjisi aşağıdaki formüle göre hesaplanmaktadır:
EMA= Maksimum olay enerjisi, cal/cm²
DA= Ark elektrotlarına olan mesafe, inç (18 inçden büyük mesafeler için)
tA=Ark süresi, sn.
F= Kısa devre akımı, kA (16 kA ve 50 kA aralığı için)
D.2.1.2 Kapalı Kutuda Olay Enerjisi Hesaplanması
Bir kübik kutudaki ark için tahmini olay enerjisi (her bir taraftı 20 inç, bir yüzü açık) aşağıdaki denklemde verilmiştir. Bu denklem, şalt içinden, motor kontrol merkezlerinden veya diğer elektrikli ekipman muhafazalarından çıkan ark flaşlarına uygulanabilir.
EMB= Maksimum 20 inç kübik kutu olay enerjisi, cal/cm²
DB= Ark elektrotlarına olan mesafe, inç (18 inçden büyük mesafeler için)
tA=Ark süresi, sn.
F= Kısa devre akımı, kA (16 kA ve 50 kA aralığı için)
D.3 IEEE 1584 Hesaplama Metodu
D.3.1 Sistem Limitleri
Olay enerjisini hesaplamak için bir denklem, ham verinin istatistiksel bir analizi ile birlikte bir eğri uydurma algoritması kullanılarak ampirik olarak türetilebilir. Aşağıdaki limitlere sahip sistemler için kullanılabilir:
- 0.208 kV ila 15 kV, Trifaze
- 50 Hz – 60 Hz
- 700 A – 106.000 A arası mevcut kısa devre akımı
- 13 mm ila 152 mm arası iletken boşluklar
D.3.2 Ark Oluşma Akımı
Arkın oluşabileceği trifaze ark akımının hesaplanmasında 1 kV altı ve 1 kV ve yukarısı sistemler için iki ayrı formül ullanılmaktadır.
1 kV altında gerilime sahip uygulamalar için aşağıdaki formül kullanılmaktadır;
Ia= Ark oluşma akımı, kA
K= Açık hava için= -0.153, Kapalı kutu için = -0.097
Ibf= Bolted kısa devre akımı (Simetrik rms), kA
V= Sistem Voltaj değeri, kV
G= İletken boşluğu, mm (Tablo 3.1)
1 kV altında gerilime sahip uygulamalar için aşağıdaki formül kullanılmaktadır;
Bu formül, hem açık hava için hem kapalı kutu için kullanılabilir.
Tablo 3.1 Ekipman ve Gerilim Sınıfları için Faktörler
Voltaj (kV)Ekipmanİletken Boşluğu (mm)Üstel
Mesafe
Faktörü, x0.208-1Açık Hava
Şalt Panosu
Kont. & Dağ. Panelleri
Kablolar10-40
32
25
132.000
1.473
1.641
2.000>1-5Açık Hava
Şalt Panosu
Kablolar102
13-102
132.000
0.973
2.000>5-15Açık Hava
Şalt Panosu
Kablolar153
13-153
132.000
0.973
2.000
D.3.3 Çalışma Mesafesindeki Olay Enerjisi – Ampirik Olarak Türetilen Denklem
Ampirik olarak türetilen denklemi kullanarak olay enerjisini belirlemek için normalleştirilmiş olay enerjisinin log10’unu belirleyin. Aşağıdaki denklem, 0.2 saniyelik bir ark süresi ve kişiye olası ark noktasından 610 mm mesafe için normalleştirilmiş verilere dayanmaktadır:
En= Olay enerjisi, zaman ve mesafe için normalleştirilmiş, J/cm²
k1 = -0.792 Açık hava ark patlamaları için,
= -0.555 Kapalı kutu ark patlamaları için.
k2 = 0 Topraksız ve yüksek dirençli topraklanmış sistemler
= -0.113 Topraklanmış sistemler
G= İletken boşluğu (Tablo 3.1)
E= Olay enerjisi, J/cm²
Cf = 1.0, 1 kV üzeri gerilimler için,
= 1.5, 1 kV ve aşağısı gerilimler için,
En= Normalleştirilmiş Olay enerjisi
t= Ark süresi, saniye
x= Üstel mesafe faktörü (Tablo 3.1)
D= Çalışma mesafesi, mm
D.3.4 Çalışma Mesafesindeki Olay Enerjisi – Teorik Olarak Türetilen Denklem
Aşağıdaki teorik olarak türetilmiş denklem, voltajın 15 kV’un üzerinde olduğu veya boşluğun aralığın dışında olduğu durumlarda uygulanabilir:
E= Olay enerjisi, J/cm²
V= Sistem gerilimi
Ibf= Trifaze bolted kısa devre akımı
t= Ark süresi, saniye
D= Çalışma mesafesi, mm
15 kV üzeri gerilimlerde, ark arıza akımı ve bolted kısa devre akımı eşit kabul edilir.
D.3.5 Ark Patlama Sınırı
Ark flaş sınırı, bir kişinin ikinci derece yanık alması muhtemel olan mesafedir. İkinci derece yanık riskinin, cildin 5.0 J/cm² – 1.2 cal/cm² enerjiye maruz kaldığında başladığı varsayılır.
Ampirik türetilen denklem;
Teorik türetilen denklem;
DB= Ark patlama sınırının Ark noktasından uzaklığı, mm
Cf = 1.0, 1 kV üzeri gerilimler için,
= 1.5, 1 kV ve aşağısı gerilimler için,
En= Normalleştirilmiş Olay enerjisi
t= Ark süresi, saniye
x= Üstel mesafe faktörü (Tablo 3.1)
EB= Ark patlama sınırındaki olay enerjisi, J/cm² (Normalde 5 J/cm²’dir)
V= Sistem Voltajı, kV
Ibf= Trifaze bolted kısa devre akımı