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[E-NEWSLETTER] Power*Tools 뉴스레터 7월호 - 'Arc Flash 완화 기법 모델링 Lowell L. Oriel'

이름 : (주)블루헷

2020-07-16 11:44:01 조회 :552


 

Power*Tools를 이용한 Arc Flash 완화 기법 모델링

(Lowell L. Oriel)

세계 최초, 글로벌 NO.1 전력계통 해석 시스템

- 전기 엔지니어링의 Golden Standard, 성능/정밀성/품질이 입증된 Power*Tools -

- 미) SKM사 Power*Tools 국내 공식 대리점 (주)블루헷 - 

 

 

▶Arc Flash는 가장 위험한 작업 중 하나입니다. 심각한 부상과 사망을 초래할 수 있습니다. 

뿐만 아니라 회사는 작업자 보상뿐만 아니라 장비에 수백만의 피해를 줄 수 있습니다. Arc Flash 사고는 전류가 이온화된 공기를 통해 두 전도성 금속 사이를 통과할 때 발생합니다. 이 현상이 발생하면 사람의 피부를 심하게 태우고 옷을 불에 태울 수 있는 많은 양의 열(사고 에너지)이 방출됩니다. 최대 5000F에 도달할 수 있는 강렬한 열 외에도 전기 아크 플래시는 녹은 금속 및 파편으로 고압 블라스트를 생성하고 청각 장애를 유발합니다. 전기 안전 표준 (IEEE 1584 및 NFPA 70E)에서 아크 결함으로 인한 잠재적 사고 에너지를 계산하기 위해 개발한 방정식은 아크 오류가 빨리 제거될수록 사고 에너지가 낮음을 나타냅니다. 따라서, 아크 플래시 인시던트 에너지를 완화시키는 가장 효율적이고 효과적인 방법 중 하나는 아크 오류를 가능한 한 빨리 제거하는 것입니다. 아크 오류를 해결하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 한 가지 방법은 기존 보호 장치 설정을 간단히 수정하는 것입니다. 또 다른 방법은 아크 플래시 사고 중에 아크 오류를 즉시 제거하기 위해 개발된 새로운 기술을 적용하는 것입니다. 마지막으로, 다른 방식은 차동 보호 및 영역 인터로킹과 같은 대체 보호 체계를 활용하는 것입니다. 이러한 유형의 체계는 즉시 장애를 해결하기 때문입니다. 위에서 언급한 다양한 아크 플래시 완화 기술은 Windows 용 SKM Power*Tools 소프트웨어를 사용하여 설명하고 모델링 합니다. 


 

Changing Instantaneous and STPU setting

아크 오류 제거 시간을 줄이는 가장 쉬운 방법은 보호 장치의 순간 설정 또는 STPU (Short Time Pickup) 설정을 줄이는 것입니다. 다음 4개의 그림이 이를 보여줍니다. 그림 1은 SKM 소프트웨어에서 모델링 된 부분 단일 라인과 해당 시간 전류 곡선 (TCC)을 보여줍니다. 그림에서 알 수 있듯이 "E SWBD"(Critical Switchboard)에서 오류가 발생하면 15.95kA의 아크 전류인 "CSWB MCB"가 0.215 초에 오류를 해결합니다. 이는 11.3 cal / cm²의 총 입사 에너지를 생성합니다. 

 

 그림 1 

 

이제 "CSWB MCB"장치의 순간 설정이 그림 2와 같이 20에서 10으로 변경되면 0.018 초에 오류가 해결됩니다. 그러면 총 감소된 입사 에너지가 1.0 cal / cm²가 됩니다. 

 

 그림 2 

 

보호 장치의 STPU를 변경하여 어떻게 입사 에너지를 줄일 수 있는지에 대한 예는 그림 3과 4에서 확인할 수 있습니다. 그림 3은 SKC 소프트웨어에서 모델링 된 부분 단일 라인과 해당 시간 전류 곡선 (TCC)을 보여줍니다. 그림 3에서 버스 "MCC # 1A"에서 오류가 발생하면 9.38kA의 아크 전류인 "52-SUB3A-MCC1A"가 0.24초에서 오류를 해결한다는 것을 알 수 있습니다. 이는 약 10.4 cal / cm²의 총 입사 에너지를 생성합니다. 

 

 그림 3 

 

이제 "52-SUB3A-MCC1A"장치의 STPU 설정이 그림 4에서와 같이 0.2에서 0.1로 감소하면 0.15초에 오류가 해결됩니다. 그러면 6.7 cal / cm²의 아크 플래시 입사 에너지가 생성됩니다. 

 

 그림 4 


아크 플래시를 완화하기 위해 STPU 또는 보호 장치의 순간 설정을 변경할 때는 특별한 주의가 필요합니다. 장치의 트리핑 시간을 줄이기 위해 설정을 우연히 낮추면 안 됩니다. 설정을 낮출 때 시스템의 다른 부분에서 실수로 TCC가 겹치거나 잘못 조정되지 않도록 주의해야 합니다. 잘못 조정하면 성가신 트립이 발생하거나 시스템의 다른 부분에서 사고 에너지가 증가할 수 있습니다. 

 

 

▶ Maintenance Switch and Multiple Settings Group

아크-플래시 사고 에너지를 낮추는 또 다른 효과적인 방법은 고장이 감지될 때마다 의도적으로 지연되지 않고 차단기 또는 릴레이의 지연 기능을 일시적으로 오버라이드 하여 트립 하는 것입니다. 이것은 유지 보수 작동 모드 중에 유지 보수 스위치 또는 다중 설정 그룹을 적용하여 달성할 수 있습니다.


ARMS (Arc Resistance Maintenance Switch)는 기존의 특정 트립 장치로 개조할 수 있는 장치로, ARMS가 켜질 때 오류가 감지 될 때 장치의 트립 시간이 매우 빠릅니다. 사람이 유지 보수를 수행하려고 하면 유지 보수 스위치가 켜집니다. 차단기의 지연 기능이 자동으로 오버라이드 되고 결함이 감지되면 차단기가 즉시 트립 됩니다. 유지 보수 작업이 완료되면 스위치가 꺼지고 모든 이전 트립 유닛 설정이 다시 활성화됩니다.


다중 설정 그룹은 ARMS와 유사한 방식으로 작동합니다. 여기서는 "유지 관리"를 켜면 TCC에 두 개의 곡선이 있도록 두 개의 계전기를 직렬로 구성합니다. 하나의 곡선은 정상 작동을 위한 것이고 다른 하나의 곡선은 결함이 있을 때 릴레이가 신호를 전송하여 정말 빠르게 트립 되도록 합니다.


다음 3개의 그림은 SKM 소프트웨어에서 ARMS 장치의 작동 및 모델링 방법을 보여줍니다. 그림 5는 SKM 소프트웨어에서 모델링 된 부분 단일 라인과 해당 시간 전류 곡선 (TCC)을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 라인 측 "52-CRITICAL-MN"에서 폴트가 발생하면 16.02 kA의 아크 전류, "52-SUB2A-UPS # 1"이 0.216 초에서 폴트를 제거함을 알 수 있습니다. 총 입사 에너지는 11.7 cal / cm²입니다.

 

 그림 5 

 

"52-SUB2A-UPS # 1"컴포넌트의 ARMS 디바이스를 모델링 하기 위해 이 디바이스에 대해 "ARMS"라는 다른 함수를 작성할 수 있습니다. 그런 다음 이 기능에 보호 장치 라이브러리의 정적 트립 범주에서 ARMS 장치를 할당합니다. 아크 플래시에서 이 기능을 활성화하려면 "아크 플래시에서 사용" 확인란이 선택되어 있는지 확인하십시오. 그림 6을 참조하십시오. 

  

 그림 6 


ARMS 디바이스가 아크 플래시 스터디를 위해 올바르게 모델링 되고 활성화되면 새로운 결과를 그림 7에서 볼 수 있습니다.


그림 7에서 라인 "52-CRITICAL-MN"에 오류가 발생하면 16.02kA의 아크 전류인 "52-SUB2A-UPS # 1-ARMS"에서 오류가 사라지는 것을 볼 수 있습니다. 0.05초 이로 인해 총 입사 에너지는 2.8 cal / cm²가 됩니다.

  

 그림 7 


다음 두 그림은 다중 설정 그룹 (DT 3000 사용)이 SKM 소프트웨어에서 작동하고 모델링 되는 방식을 보여줍니다. 그림 8은 SKM 소프트웨어에서 모델링 된 부분 단일 라인과 해당 시간 전류 곡선 (TCC)을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이, 라인 측 "52-SUB3A-MN"에서 오류가 발생하면 1.048kA의 아크 전류, "50 / 51-MSB1-SUB3A"는 2.0 이상에서 오류를 지웁니다. 초. 총 49.7 cal / cm²의 입사 에너지가 생성됩니다. 

  

 그림 8 


위에서 언급한 ARMS 장치와 유사한 방식으로 여러 설정을 모델링 할 수 있습니다. 이번에는 라이브러리의 릴레이 범주에서 새 기능에 "DT 3000"을 할당합니다. 그런 다음 곡선이 "L"모양 곡선이 되도록이 새 기능의 설정을 수정합니다. 다중 설정 그룹이 아크 플래시 스터디를 위해 올바르게 모델링 되고 활성화되면 새로운 결과를 그림 9에서 볼 수 있습니다.


그림 9에서 라인 "52-SUB3A-MN"에 오류가 발생하면 1.048kA의 아크 전류, "50 / 51-MSB1-SUB3A-DT 3000"이 오류를 해결 함을 알 수 있습니다. 0.2초 이상 이로 인해 총 입사 에너지는 7.4 cal / cm²입니다.

 

 그림 9 


 

▶ Other Arc Flash Instantaneous and Protection Schemes 

광학 릴레이 및 Arc Vault는 아크 플래시 사고 에너지를 완화하기 위해 개발된 최근의 새로운 기술입니다. 간단히 말해서, 이 두 장치는 아크 플래시가 감지될 때 밀리세컨트 안에 아크 플래시를 소거 또는 소멸시킵니다.


광 계전기는 급격한 광량 증가를 감지하는 광센서와 함께 작동합니다. 또한 오류 감지 기능과 함께 작동하여 잘못된 트립을 방지합니다. 광센서가 갑작스러운 빛의 증가를 감지하고 오류 감지기가 오류를 감지하면, 광학 릴레이는 트립 신호를 회로 차단기로 보내 2밀리 초의 빠른 속도로 트립 합니다.


Arc Vault는 대부분의 저전압 배전반, 모터 제어 센터, 배전반 등으로 개조할 수 있는 보호 시스템입니다. 이 시스템이 아크 섬광 또는 전류 스파이크를 감지하면 격납 돔이 시작되어 2차 아크를 생성하여 전송 및 소화합니다. 돔의 원호. 메인 차단기는 트립 시 시스템의 전원을 차단하기 위해 호출됩니다. 이 모든 일이 8밀리 초 미만입니다.


또한 대체 보호 체계 (버스 차동 보호, 영역 인터로킹 등)가 인기를 얻고 있습니다. 이러한 유형의 체계는 즉시 장애를 해결하기 때문입니다.


버스 차동보호를 위해 버스에 들어오고 나가는 전류가 측정됩니다. 동일하면 조치가 수행되지 않습니다. 그러나 전류가 같지 않으면 버스 차단기가 즉시 트립 되어야 합니다.


ZSI (Zone Selective Interlock)는 다운 스트림 차단기와 통신하는 메인 차단기로 구성됩니다. 다운 스트림 오류가 발생하면 신호가 주 차단기로 보내져 고정되고 가장 가까운 공급기 차단기가 트립 됩니다. 그러나 버스에서 주 차단기 바로 아래에 오류가 발생하면 즉시 장애를 해결하기 위해 주 차단기가 호출됩니다.


위에서 언급한 보호 체계는 실제로 아크 고장을 제거하기 위해 현재 장치에 대한 시간에 의존하지 않습니다. 특정 기준이 충족되면 아크 결함이 즉시 지워지거나 꺼집니다. SKM에서 이를 모델링 하기 위해 사용자는 해당 버스의 "장비 및 아크 플래시" 하위 보기에서 "Arc Flash Instantaneous Protection"의 "Available" 확인란을 선택할 수 있습니다. 이 작업이 완료되고 아크 스터디가 다시 실행되면 사용자는 자신의 트립 지연 시간과 차단기 개방 시간을 입력할 수 있습니다. 그런 다음 사용자가 지정한 시간에 따라 사고 에너지가 다시 계산됩니다. 그림 11을 참조하십시오.


 

 그림 10 


 

 그림 11 

 

다음 두 그림은 아크 플래시를 사용하는 방법과 SKM 소프트웨어에서 모델링 된 순간을 보여줍니다. 그림 12는 SKM 소프트웨어에서 모델링 된 부분 단일 라인과 해당 시간 전류 곡선 (TCC)을 보여줍니다. 이 그림에서 "SWBD" 버스에서 오류가 발생하면 17.11 kA의 아크 전류인 "SWDB MCB"가 약 0.36 초에 오류를 해결한다는 것을 알 수 있습니다. 이로 인해 총 입사 에너지는 22.5 cal / cm²가 됩니다. 

  

 그림 12 


TCC에서 조정이 매우 타이트하다는 것을 알 수 있습니다. 사고 에너지를 줄이려면 보호 장치 설정을 변경하는 것이 실현 가능한 해결책이 아닐 수 있습니다. 시스템 조정을 다시 수행해야 할 수도 있기 때문입니다. 이 시스템의 아크 섬광을 완화하기 위해 Arc Vault로 배전반을 개조하는 것으로 가정해봅시다.


위의 단계를 수행하고 트립 지연 시간을 8밀리 초로 설정하여 "Arc Flash Instantaneous Protection"이 올바르게 모델링 되면 새로운 결과를 그림 11과 13에서 볼 수 있습니다.


그림 11에서 아크 플래시가 "SWDB"에서 발생하면 Arc Vault가 8밀리 초 (사용자가 지정한)로 아크를 소멸시킬 수 있음을 알 수 있습니다. 이 시간을 기준으로, 새로운 총 사건은 이제 0.55 cal / cm²입니다.

 

 그림 13 

▶ Conclusion 

아크 플래시는 가장 위험한 작업장 위험 중 하나입니다. 이 위험으로 인해 심각한 부상과 사망이 발생할 수 있습니다. 아크 플래시를 완화시키는 가장 효과적이고 효과적인 방법 중 하나는 아크 오류를 가능한 한 빨리 제거하는 것입니다. 이를 달성하기 위한 다양한 방법이 있습니다. 기존 유형의 보호 장치 설정 수정, ARMS 및 ARC Vault와 같은 새로운 기술 적용, 차등 보호 및 영역 인터로킹과 같은 대체 보호 체계 활용 : 이러한 유형의 체계는 즉시 오류를 해결하므로 사용 가능한 옵션 중 일부입니다.


항상 어떤 방법도 작동하지 않습니다. 한 위치에서 작동하는 것이 다른 위치에서 효과적으로 작동하지 않을 수 있습니다. 위에서 언급한 다양한 아크 플래시 완화 기술은 Windows용 SKM Power*Tools 소프트웨어를 사용하여 설명하고 모델링 했습니다.  

 Power*Tools   
 

*streaming 부분을 클릭하시면 영상으로 이동합니다.

 

Power*Tools for Windows Arc Flash Video:  Streaming 

Power*Tools for Windows Arc Flash  Educational Video:  Streaming 

Power*Tools For Window Overview Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows Dapper Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows Captor Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows Equipment Evaluation Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows TMS Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows HI_WAVE Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows I*SIM Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows DC Systems Tutorial Video: Streaming 

Power*Tools For Windows Distribution Reliablity Tutorial Video: Streaming 

 

 
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