IEEE 1584-2018 電弧閃絡計算步驟 (二)

  Step 9： Calculate the incident energy

1.        確定盤體尺寸修正係數。

2.        如果系統電壓為 600V < Voc ≤ 15000V，則使用公式（6）、公式（7）和公式（8）找到中間值。 利用公式(10)、(11)、(12)求電弧能量的最終值。

3.        如果系統電壓為 208V ≤ Voc ≤ 600V，則使用公式（9）確定最終電弧能量。

求中間值

(6)

(7)

         (8)

(9)

 where

E₆₀₀ is the incident energy at V_oc = 600 V (J/cm²)

E₂₇₀₀ is the incident energy at V_oc = 2700 V (J/cm²)

E₁₄₃₀₀ is the incident energy at V_oc = 14 300 V (J/cm²)

E_≤600 is the incident energy for V_oc ≤ 600 V (J/cm²)

T： the arc duration (ms)

G：the gap distance between conductors (electrodes) (mm)

I_{arc_600}： the rms arcing current for 600 V (kA)

I_{arc_2700}： the rms arcing current for 2700 V (kA)

I_{arc_14300}： the rms arcing current for 14 300 V (kA)

I_arc：rms arcing current for V_oc ≤ 600 V [using Equation (25)] (kA)

I_bf： bolted fault current for three-phase faults (symmetrical rms) (kA)

D： the distance between electrodes and calorimeters (working distance) (mm)

CF： correction factor for enclosure size (CF = 1 for VOA and HOA confi.)

lg： log₁₀

k1to k13： the coefficients provided in Table 4, Table 5, and Table 6.

Table 4 Coefficients for Equation (6), Equation (9), Equation (13), and Equation (16)

Table 5 Coefficients for Equation (7), Equation (14)

Table 6 Coefficients for Equation (8), Equation (15)

求最終值 (600 V < V_oc ≤ 15000 V)

                  (10)                (11)                  (12)

 where

E₁： the first E interpolation term between 600 V and 2700 V (J/cm²)

E₂： the second E interpolation term used when V_oc is > 2700 V (J/cm²)

E₃： the third E interpolation term used when V_oc is < 2700 V (J/cm²)

When 0.600 < V_oc ≤ 2.7, the final values of incident energy is given as follows：

E = E₃

When V_oc > 2.7, the final values of incident energy is given as follows：

E = E₂

求最終值 (V_oc ≤ 600 V)

電弧能量如下：

E = E_≤600

where

E_≤600： the incident energy for V_oc ≤ 600 V determined using Equation (9) solved            using the arc current determined from Equation (1) and Equation (5) (J/cm²)

E： the final incident energy at specified V_oc (J/cm²)

Step 10： 決定所有設備的電弧保護界線

1.    確定盤體尺寸修正係數

2.    如果系統電壓為 600V < Voc ≤ 15000V，則使用公式（13）、（14）及（15）來找出中     間值。 利用公式(17)、(18)、(19)求電弧保護界線的最終值。

3.    如果系統電壓為 208V ≤ Voc ≤ 600V，則使用公式（16）確定最終的電弧保護界線。

求中間值

(13)

(14)

 

(15)

(16)

where

AFB₆₀₀： the arc-flash boundary for V_oc = 600 V (mm)

AFB₂₇₀₀： the arc-flash boundary for V_oc = 2700 V (mm)

AFB₁₄₃₀₀： the arc-flash boundary for V_oc = 14 300 V (mm)

AFB_≤600： the arc-flash boundary for V_oc ≤ 600 V (mm)

G： the gap between electrodes (mm)

I_{arc_600}： the rms arcing current for 600 V (kA)

I_{arc_2700}： the rms arcing current for 2700 V (kA)

I_{arc_14300}： the rms arcing current for 14 300 V (kA)

I_arc： the rms arcing current for V_oc ≤ 600 V [obtained using Equation (5)] (kA)

I_bf： the bolted fault current for three-phase faults (symmetrical rms) (kA)

CF：the correction factor for enclosure size (CF=1 for VOA and HOA                                configurations)

T：the arc duration (ms)

lg： log₁₀

k1 to k13： are the coefficients provided in Table 4, Table 5, and Table 6.

求最終值 (600 V < V_oc ≤ 15000 V)

      (17)                                

       (18)

       (19)

 where

AFB₁： the first AFB interpolation term between 600 V and 2700 V (mm)

AFB₂： the second AFB interpolation term used when V_oc is > 2700 V (mm)

AFB₃： the third AFB interpolation term used when V_oc is < 2700 V (mm)

When 0.600 < V_oc ≤ 2.7, the final values of arc-flash boundary are as follows：

AFB = AFB₃

When V_oc > 2.7, the final values of arc-flash boundary are given as follows：

AFB = AFB₂

求最終值 (V_oc ≤ 600 V)

電弧保護界線如下：

AFB = AFB_≤600

where

AFB_≤600：arc-flash boundary for V_oc ≤ 600V determined using Equation(16) solved using the arc current determined from Equation (1) and Equation (5) (mm)

AFB：the final arc-flash boundary at specified V_oc (mm)

Step 11： 決定二次電弧電流

必須考慮電弧電流的變化，減少的電弧電流重複步驟 8、步驟 9 和步驟 10。其獲得的電弧能量和電弧保護界限之結果可能不同。 最終電弧能量或電弧保護界限是兩個計算值中較高的一個。

(20)

 where

VarC_f： the arcing current variation correction factor

I_arc：the final or intermediate rms arcing current(s) (kA) (see note)

I_{arc_min}： a second rms arcing current reduced based on the variation correction factor (kA)

V_oc： the open-circuit voltage between 0.208 kV and 15.0 kV

k1 to  k7： the coefficients provided in Table 7

Table 7 Coefficients for Equation (20)

NOTE—The correction factor (1 – (0.5 × VarC_f)) is applied as follows：

— 208 V ≤ V_oc ≤ 600 V： To I_arc (final current only)

— 600 V < V_oc ≤ 15000 V： To I_{arc_600}, I_{arc_2700}, and I_{arc_14300} (intermediate average arcing currents). The final I_arc value inherits the correction factor.

“0.5”係數表示應用平均電弧電流變化以求得電弧電流下限值。

IEEE 1584-2018 電弧閃絡計算步驟 (一)

IEEE 1584-2018與2002年版的電弧閃絡計算公式，一樣都是在實驗室內改變各項參數以實驗所得數據推導歸納成數學計算公式，最新的2018年版比2002年版試驗的次數更多，所以，取得更詳盡的數據，推導出的公式也更為嚴謹， 顯然，必須依賴軟體程式才能節省時間及避免人為冗繁計算可能的錯誤。

IEEE 1584-2018執行電弧閃絡邊界 (AFB) 和電弧能量 (IE) 的計算共有11 個步驟，與2002年版之9個步驟略有差異，如下所示。

步驟 1：收集系統設備的參數

    除了市電電源、發電機、變壓器、電動機和電纜等各項設備參數，還需包考慮各配電盤的尺寸大小。

步驟 2：確定系統運作模式

    以一般簡單的輻射是配電系統架構通常考慮一種操作模式。

 步驟 3：決定直接短路故障電流

 步驟 4：確定典型間隙和外殼尺寸

    導體之間的典型間隙如表 1 所示，並提供了有關每個電壓等級所用外殼尺寸的資料。

Table 1 Classes of equipment and typical bus gaps

Equipment class	Typical bus Gaps (mm)	Enclosure Size (H × W × D)
		SI units (metric)
15 kV switchgear	152	1143 × 762 × 762 mm
15 kV MCC	152	914.4  × 914.4  × 914.4 mm
5 kV switchgear	104	914.4  × 914.4  × 914.4 mm
5 kV switchgear	104	1143  × 762  × 762 mm
5 kV MCC	104	660.4  × 660.4  × 660.4 mm
Low-voltage switchgear	32	508  × 508  × 508 mm
Shallow low-voltage MCCs and panel boards	25	355.6  × 304.8mm  × ≤203.2 mm
Deep low-voltage MCCs and panel boards	25	355.6  × 304.8mm  × >203.2 mm
Cable junction box	13	355.6  × 304.8 mm × ≤203.2 mm  or 355.6  × 304.8 mm × >203.2 mm

 

Step 5： 決定電極配置

根據其在電弧能量模型，電極配置之定義如下：

— VCB： Vertical conductors/electrodes inside a metal box/enclosure

— VCBB： Vertical conductors/electrodes terminated in an insulating barrier inside                            a metal box/enclosure

— HCB： Horizontal conductors/electrodes inside a metal box/enclosure

— VOA： Vertical conductors/electrodes in open air

— HOA： Horizontal conductors/electrodes in open air

Step 6： 決定工作距離

根據設備類別，典型工作距離如表 2 所示。

Table 2 Classes of equipment and typical working distances

Equipment class	Working distance (mm)
15 kV switchgear	914.4
15 kV MCC	914.4
5 kV switchgear	914.4
5 kV MCC	914.4
Low-voltage switchgear	609.6
Shallow low-voltage MCCs and panelboards	457.2
Deep low-voltage MCCs and panelboards	457.2
Cable junction box	457.2

 

Step 7： 決定電弧故障電流

1. 確定電極配置。

2. 若系統電壓為 600V < Voc ≤ 15 000V，則使用公式（1）找出 600V、2700V 和 14300V 處的中間值。然後以公式（2）、公式（3）、公式（4）求出電弧電流的最終值。

3. 若系統電壓為 208V ≤ Voc ≤ 600V，則使用公式（1）找出中間值（含 600V），然後以公式（5）找出最終值。

公式如下：

 求中間值(1)

where

I _bf： the bolted fault current for three-phase faults (symmetrical rms) (kA)

I _{arc_600}： the average rms arcing current at V_oc = 600 V (kA)

I _{arc_2700}： the average rms arcing current at V_oc = 2700 V (kA)

I _{arc_14300}： the average rms arcing current at V_oc =14 300 V (kA)

G： the gap distance between electrodes (mm)

k1 to k10： are the coefficients provided in Table 3

lg： log₁₀

Table 3—Coefficients for Equation (1)

求最終值 (600 V < V_oc ≤ 15000 V)       (2)

 (3)                     (4)

 where

I _{arc_1}： the first I _arc interpolation term between 600 V and 2700 V (kA)

I _{arc_2}： the second I _arc interpolation term used when V_oc > 2700 V (kA)

I _{arc_3}： the third I _arc interpolation term used when V_oc is < 2700 V (kA)

V_oc： the open-circuit voltage (system voltage) (kV)

When 0.600 < V_oc ≤ 2.7, the final value of arcing current is given as follows：

I _arc = I _{arc_3}

When V_oc > 2.7, the final value of arcing current is given as follows：

I _arc = I _{arc_2}

求最終值 (V_oc ≤ 600 V)

                    (5)

where

V_oc：the open-circuit voltage (kV)

I_bf： the bolted fault current for three-phase faults (symmetrical rms) (kA)

I_arc： the final rms arcing current at the specified V_oc (kA)

I_{arc_600}： the rms arcing current at V_oc=600 V found using Equation (1) (kA)

Step 8： 決定電弧持續時間

電弧持續時間通常取決於延時過電流保護裝置的動作時間。