2015年6月22日 星期一

電弧閃絡危害的介紹與計算(七) _Introduction and Calculation of Arc Flash Hazard -7

7.         結論
依上述範例結果顯示,透過軟體的模擬確實能夠將電弧閃絡計算的各項數據標示在單線圖上,表列在表格上,也可在標籤表示出來,淺顯易懂辨識容易,便於掌握系統內任一配電盤體可能產生的電弧閃絡情形,或許閃弧現象發生的機率並不是相當高,卻有著不可輕忽的殺傷力,防範於未然才是預作分析評估的主要目的,穿戴防護配備進行操作巡檢可能有行動上的限制不甚方便,總是流汗比流血好,人員的安全比什麼都重要,因為,員工是公司的最大資產,值得每一家公司企業的重視。
本文僅提供個人研讀心得和工作經驗的分享,限於篇幅和個人的理解程度,仍不免有所疏漏及不足之處,望先進前輩們海涵,並不吝提點指正,同時,亦希望後續法規修訂能夠對這方面多加以著墨,近來屋內裝置規則參照美國電工法規(NEC)進行修訂,期能在電弧閃絡危害方面訂定規範準則,唯有法令強制規定再加上執行上的要求,促使長期被漠視的電弧危害受到應有的重視,才能真正減少電弧意外的發生,可以防範工安事故於未然,保障工作人員的生命安全和提升電力系統的可靠度。

8.         參考文獻
1.      SKM Systems Analysis, Inc.” Power* Tool®  for Windows User’s Guide
2.      SKM Systems Analysis, Inc.” Power* Tool®  Arc Flash Reference Manual
3.      SKM Web Sitehttp://www.skm.com/
4.      IEEE std 1584-2002, “IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations ”
5.    IEEE Std 141-1993, “ IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants ”
6.     IEEE Std 242-2001, “IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems ”
7.      NFPA 70E - 2012, “Standard for Electrical Safety in the Workplace”
8.      NESC - 2007, “National Electrical Safety Code”
9.      NEC-2014, “National Electrical Code”
10.   行政院勞動部,職業安全衛生法
11.   曾元超,電弧閃絡危害的防範,台電月刊,20085月。
                12. 徐明定,電弧防護裝備選用實務,台電公司。

電弧閃絡危害的介紹與計算(六) _Introduction and Calculation of Arc Flash Hazard -6

6.         SKM電力分析軟體的電弧閃絡計算
近年來,隨著電腦數位化的普及,電力系統分析軟體由DOS進入Windows時代,有更人性化的設計,可以幫助工程師將龐雜的計算程序化簡,尤其稍具規模的電力系統,匯流排數量動輒數百之多甚至上千,利用電腦軟體的計算能力,節省繁冗計算時間,避免人工計算可能產生的錯誤,可靠度大大的提升,因此,採用分析軟體已普遍被各廠商公司所接受,也是一種趨勢。
在美國SKM公司商用軟體Power Tool有相當高使用率,是甚受電力工程師愛用的電力系統分析軟體之一,已有超過40年的歷史,最新版本為7.0版,是值得信賴的分析輔助工具。軟體公司已將各標準規範中的公式內建在程式內,選取設備元件,輸入各項參數並做元件間的連結,完成系統架構後,執行軟體程式,依循標準規範的要求完成計算。除了操作技巧外,專業工程師仍須具備專業知識,做出正確判斷,方能完成計算分析,提高計算結果的可靠度。
SKM軟體之計算程序即是以IEEE 1584的九個計算步驟來完成,取得短路模組和保護協調模組的故障電流和跳脫時間之值進行計算,概略說明如下列各項所示,並以圖表方式輔助。
6.1    收集設備參數和資料輸入軟體單線圖

根據最新單線圖將市電電源、發電機、變壓器、電動機和電纜等參數資料輸入軟體建構單線圖,若不可得應進行現場調查,參考圖2所示。
2  SKM軟體單線圖
6.2   決定系統操作模式
考慮電源線的引進數、聯絡斷路器投入或開啟和發電機併聯市電與否等不同狀況,檢討因系統操作模式的改變,造成短路電流的計算值不同,通常選取其中最大值,作為最終計算之基礎。
6.3    啟動程式計算短路電流
考慮故障源和設備阻抗值,計算與一般短路電流計算的程序相同,最後結果可標示在單線圖上,作為後續電弧閃絡危害計算之依據,參考圖3

6.4   輸入保護電驛、斷路器和熔絲等保護裝置設定值,執行保護協調規劃
考慮短路電流和上下游保護設備的協調時間(CTI),與一般保護電驛標置設定計算的程序相同,完成後作為後續電弧閃絡危害計算之依據,參考圖4
4保護電驛協調曲線與單線圖
6.5   執行電弧閃絡危害計算,產生IEFPB等結果。
經過軟體的演算後,可以產生包含IaIEFPB等結果和跳脫時間和間隙等參數的評估表格,也可視需要轉成EXCEL檔,參考表6,也可標示在單線圖上,參考圖5

6 電弧閃絡危害計算結果-表格範例

Bus Name
Protective Device Name
Bus kV
Bus Bolted Fault (kA)
Prot Dev Bolted Fault (kA)
Prot Dev Arcing Fault (kA)
Trip / Delay Time (sec.)
Breaker Opening Time/Tol (sec.)
Ground
Equip Type
Gap (mm)
Arc Flash Boundary (mm)
W D (mm)
IE (cal / cm2)
PPE Level / Notes (*N)
Label #
BUS_11
R_11M
10.00
30.55
29.88
28.46
0.568
0.083
No
SWG
153
28331
914
34
Category 4
#1100
.
.
.
















6.6    分析並檢討計算結果,必要時做適度調整
可利用保護協調曲線加註電弧故障電流,來檢討保護電驛或斷路器的設定值,評估調整IE大小,必要時可以調整設定值,改變電流與跳脫時間,來達到降低電弧能量的目的,參考圖6所示。
6協調曲線在電弧閃絡評估上的應用
6.7    列印警示標籤
將最終計算所得結果與警示語列印在標籤上,黏貼在該屬的電氣盤體上,警告工作人員在施作之前做好防護工作,參考圖7所示。
7標籤列印


電弧閃絡危害的介紹與計算(五) _Introduction and Calculation of Arc Flash Hazard -5

5.         個人保護設備(Personal Protective EquipmentPPE
電弧閃絡計算結果通常是用來確認在全廠區內可能產生電弧閃絡的地方之閃絡保護界線(FPB)和電弧能量(IE),一但取得IE資訊,便可據此決定防護策略,包含規範個人保護設備(PPE)的等級、停電施工、採用抗弧開關箱和其他工程技術或實務。選擇適當的PPE是必須在電氣設備或其附近從事作業人員的最後一道保護防線,故本文僅以PPE來做策略考量。
PPE的防護概念是一旦真的發生閃弧時,減少電弧對人體的直接衝擊,保護人員在即使受傷的情形下,可經防護具降低傷害至可治癒的二度灼傷程度,不是選擇了PPE就代表發生事故時可以完全免除所有的傷害。
IEEE 1584-2002標準中並未對PPE的防護等級做規範與分類,主要是IEEE 1584僅是做計算的導引準則,一般是依據NFPA 70EArticle 130中規定,將計算結果的IE值大小分類成0,1,2,3,4Dangerous六個危害風險類別(HRC),在每一類的HRC必須配備相對的PPE,包含保護衣著、含耳塞、護目鏡、頭罩和工作鞋等等,以達到保護的功用。
HRCPPE分類與規範如表5所示,供參考之用。

5  HRCPPE分類
HRC
IE (cal/cm2)
PPE
Clothing Description
 Head & Eye & Hearing Protection
Hand & Arm Protection
Foot Protection
0
0 ~ 1.2
Nonmelting, Flammable Materials with Weight >= 4.5 oz/sq yd
Safety Glasses or Goggles + Ear Canal Inserts
Leather Gloves
N/A
1
1.2~4
Arc-rated FR Shirt & Pants
Hardhat + Safety Glasses or Goggles + Ear Canal Inserts
Leather Gloves
Leather work shoes
2
4 ~ 8
Arc-rated FR Shirt & Pants
Hardhat + Safety Glasses or Goggles + Ear Canal Inserts
Leather Gloves
Leather work shoes
3
8~25
Arc-rated FR Shirt & Pants
Hardhat + FR hard hat liner + Safety Glasses or Goggles + Ear Canal Inserts
Arc-rated Gloves
Leather work shoes
4
25~40
Arc-rated FR Shirt & Pants & Arc Flash Suit
Hardhat + FR hard hat liner + Safety Glasses or Goggles + Ear Canal Inserts
Arc-rated Gloves
Leather work shoes
Dangerous!
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