아크 플래시란 무엇인가요?
아크 플래시는 위상 도체 사이의 공기를 통해 전류가 흐르고 열 에너지가 복사, 대류 및 전도성 열로 방출되는 전기 아크 이벤트로 정의됩니다. 아크 플래시는 작업자나 주변 사람에게 심각한 부상이나 사망, 인화성 물질의 점화 및 장비 손상을 초래하는 위험한 상황을 초래하는 폭발성 이벤트입니다.
작업 중 무전원 상태가 되지 않는 50V AC 또는 120V DC (리플 프리) 이상에서 작동하는 전기 장비는 아크 플래시 및 충격 보호에 대한 평가를 받아야 합니다.
이 평가를 통해 사고 에너지, 아크 플래시 경계를 결정하고 안전 라벨을 통해 전기 작업자에게 착용해야 하는 PPE를 알려줍니다.
아크 플래시의 원인은 무엇인가요?
아크 플래시 폭발은 작업자가 도구를 떨어뜨리거나 실수로 만져서 발생할 뿐만 아니라 먼지나 결로 축적, 재료 고장, 부식, 설치 결함 등 눈에 잘 띄지 않는 여러 요인으로 인해 발생할 수도 있습니다.
아크 플래시 위험이 가장 높은 작업자의 가장 위험한 세 가지 활동은 [3]입니다:
- 결함 가능성이 있는 장비의 고장 또는 작동 후 복구.
- 랙킹(패널 개방) - 랙킹 회로 차단기, 랙킹 핸들이 있는 패널 개방.
- 시운전 - 전기 장비를 처음으로 켜는 작업입니다.
근로자의 인적 요인에는 위험 평가를 수행하지 않았거나 위험 평가가 부적절했거나 격리 또는 검사에 실패했거나 경험 또는 역량 부족 등이 포함됩니다.
아크 플래시 중에는 어떤 일이 발생하나요?
아크 플래시 에너지는 아크에 의해 분출되는 전기 아크 플라즈마(5000˚C 이상의 과열 이온화 가스)를 통해 흐르는 고장 전류에 의해 공급되며 전기 보호 장치에 의해 아크 전류가 차단되어야만 멈춥니다. 아크 플래시 폭발로 인해 강렬한 빛, 압력파, 음파, 뜨거운 공기 및 증기 등 여러 가지 영향이 발생하지만 분출되는 아크 플라즈마가 개인에게 가장 큰 위험 요소입니다.
아크 플래시 부상의 심각도를 결정하는 세 가지 주요 요인이 있습니다:
- 아크 플래시와 작업자의 근접 거리.
- 아크 전류의 크기와 그에 따른 온도입니다.
- 노출 시간, 즉 아크 결함을 지우는 데 걸리는 시간입니다.
전기 장비 또는 그 근처에서 작업을 수행해야 하는 근로자의 경우, 위험 제거 및 위험 감소를 통해 전기 아크 섬락 위험의 유해한 영향으로부터 근로자를 보호하기 위해 합리적으로 실행 가능한 모든 조치를 취하는 것이 필수적입니다.
아크 플래시의 결과
아크 섬광의 폭력적인 특성으로 인해 노출되어 부상을 입은 작업자에게는 치명적인 결과를 초래하거나 사망에 이를 수도 있습니다.
한 기술 연구에 따르면 피부 조직이 섭씨 96도의 온도에 0.1초(50/60Hz 전류의 5/6 사이클) 동안만 도달해도 불치 화상을 입는다고 합니다[1].
아크 플래시가 발생하면 매우 높은 온도로 인해 최대 약 1.5m 거리에서는 치명적인 화상을, 아크에서 최대 약 3m 거리에서는 중화상을 입을 수 있습니다[1].
아크 플래시 위험으로부터 작업자 보호
아크 플래시로부터 작업자를 보호하는 가장 좋은 방법은 전원이 차단된 전기 장비에서 작업하는 것입니다.
이것이 불가능하고 전기가 통하는 장비에서 작업을 수행해야 하는 경우에는 안전 관련 작업 관행이 마련되어 있어야 합니다. 여기에는 전기 작업 허가증, 개인 보호 장비, 절연 도구, 서면 안전 프로그램 및 작업 브리핑 등이 포함될 수 있습니다.
표준 작업 거리
IEEE 표준 1584-2018은 고전압(> 1kV) 스위치 기어 = 914.4mm(36인치), 저전압 스위치 기어 = 609.6mm(24인치), LV MCC 및 케이블 박스 = 457.2mm(18인치)의 작업 거리를 규정합니다.
표준 및 가이드의 일반적인 작업 거리는 다음과 같습니다.
아크 플래시 연구 절차
최신 IEEE 표준 1584-2018은 8단계로 통합된 아크 플래시 연구 절차를 제공합니다. 이 표준은 16~50kA[2]의 고장 전류로 600V에서 3상 테스트를 포함하는 테스트 측정의 통계적 분석을 기반으로 한 모델에서 도출된(추정된) 경험적 방정식을 제공합니다.
아크 플래시 위험 연구 계산의 주요 결과는 전기 시스템에서 선택한 위치에 대한 아크 플래시 경계 및 아크 소스로부터 정의된 작업 거리에서의 아크 플래시 사고 에너지입니다. 연구 결과는 사고 에너지 분석을 문서화하며 작업자가 전반적인 전기 안전 위험 평가의 일부로 사용할 수 있습니다.
참고 IEEE 표준 1584는 아크 플래시 위험을 완화하기 위한 PPE에 대한 권장 사항을 제공하지 않습니다.
아크 플래시 연구를 수행하는 주요 단계는 다음과 같습니다:
1단계 - 시스템, 보호 장치 및 장비 데이터 수집
- 공칭 전압, 임피던스, X/R 비율 등과 같은 단락 계산을 위한 시스템 데이터.
- 아크 지속 시간을 결정하기 위한 보호 장치 데이터(예: 정격, TCC, 장치 설정 등)
- 입사 에너지 및 아크 플래시 경계에 대한 장비 데이터. 데이터에는 다음이 포함됩니다:
- 작업 거리 - 잠재적 아크 소스와 작업을 수행하는 작업자의 얼굴 및 가슴 사이의 거리입니다.
- 전극 구성 - 전극의 방향과 배열입니다.
- 도체/전극 재료.
- 인클로저 치수 - 장비 인클로저의 높이, 너비 및 깊이입니다.
- 맞춤형 아크 플래시 경계를 결정하기 위한 입사 에너지 수준연구
IEEE 표준 1584-2018[참조 4]의 일반적인 장비 데이터는 아래에 나열되어 있습니다.
2단계: 작동 모드/배열 결정하기
사용 가능한 최대 및 최소 단락 전류를 모두 제공하는 모든 작동 모드에 대해 사용 가능한 단락 전류를 결정합니다. 추가 아크 전류 계산 시에는 '최악의 조건'에서의 단락 전류를 고려해야 합니다. IEEE1584-2018의 작동 모드에 대한 몇 가지 예가 있습니다:
- 서비스 중인 하나 이상의 유틸리티 피더
- 유틸리티 인터페이스 변전소 보조 버스 타이 회로 차단기 개방 또는 폐쇄
- 하나 또는 두 개의 기본 피더가 있는 단위 변전소
- 보조 타이가 열리거나 닫힌 변압기 두 대가 있는 단위 변전소
- 하나 또는 두 개의 피더, 하나 또는 둘 다 전원이 공급되는 MCC
- 유틸리티 공급과 병렬로 실행 중이거나 대기 중인 발전기
- 가능한 최대 고장 메가볼트 암페어에 맞게 구성된 유틸리티 시스템 정상 스위칭
- 가능한 최소 고장 메가볼트 암페어를 위해 구성된 유틸리티 시스템 정상 스위칭
- 별도로 파생된 소스(발전기) - 온라인 최대 용량
- 별도로 파생된 소스(생성기) - 온라인상의 최소 개수
- 모든 모터가 꺼진 상태의 셧다운 또는 시동 상황 - 고장 기여도 감소
3단계: 볼트 결함 전류 확인
단락 전류를 계산합니다. 계산 시 시스템 데이터와 작동 모드를 고려해야 합니다.
3상 및 단상 단락 전류를 고려해야 합니다. 단상 단락 전류는 단상 아크 플래시 계산을 수행하는 데 사용됩니다. 그러나 대부분의 경우 3상 단락 전류는 일반적으로 가능한 가장 큰 단락 에너지를 제공하며 최악의 경우로 간주할 수 있습니다. 라인 대 접지 결함으로 시작되는 장치 또는 공기의 아크 결함도 공기가 위상을 가로질러 이온화되면서 매우 빠르게 3상 결함으로 발전할 수 있습니다. 이러한 진행은 몇 주기 내에 발생합니다.
4단계: 아크 전류 계산하기
아크 전류는 일반적으로 볼트 고장 전류보다 적지만, 고압의 경우 아크 전류는 볼트 고장 전류에 가깝습니다. 최대 단락은 일반적으로 최악의 경우로 간주되지만, 아크 전류가 적을수록 고장 제거 시간이 상당히 길어져 입사 에너지가 높아질 수 있습니다. 따라서 최대 단락과 최소 단락을 모두 고려해야합니다 .
우려 지점의 총 아크 전류와 해당 전류 중 업스트림 보호 장치를 통과하는 부분을 결정해야 합니다. 과전류 보호 장치(
)를 통해 흐르는 아크 전류의 일부가 아크 지속 시간을 결정합니다.
여러 피더에 의해 전원이 공급되는 위치의 경우, 각 보호 장치를 통과하는 총 아크 전류의 일부를 결정하여 각 장치의 클리어 시간을 결정해야 합니다.
5단계: 아크 지속 시간 계산하기
아크 지속 시간은 아크 전류의 업스트림 전원 공급원이 아크 오류에 전류 또는 에너지 공급을 중단하는 데 걸리는 시간으로 정의되며, 일반적으로 시간 과전류 보호 장치의 작동 시간에 따라 달라집니다.
과전류 보호 장치를 직렬로 연결하거나 두 가지 이상의 보호 장치 유형(예: 시간 과전류 계전기 또는 차동 계전기)이 아크 오류를 제거할 수 있는 위치에서 작동 시간을 비교하여 어떤 장치가 먼저 작동할지 결정해야 합니다.
사람이 아크 섬광이 발생한 위치에 머무를 수 있는 시간을 고려할 때, 아크 섬광에 노출된 사람은 물리적으로 가능하다면 빨리 자리를 옮길 가능성이 높습니다. 입사 에너지를 결정하기 위한 최대 아크 지속 시간은 일반적으로 2초로 가정하는 것이 합리적입니다.
6단계: 입사 에너지 계산
입사 에너지 - 전기 아크가 발생하는 동안 발생원으로부터 일정 거리 떨어진 표면에 가해지는 열 에너지의 양입니다.
입사 에너지는 작동 거리에서 계산됩니다. 입사 에너지는 전위 아크 소스로부터 거리가 멀어질수록 증가하고, 거리가 멀어질수록 입사 에너지는 감소합니다.
하나의 장비 내에 여러 개의 아크 위치가 있을 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 가장 큰 크기의 입사 에너지 또는 "최악의 경우" 조건을 결정하기 위해 정의된 각 아크 위치에서 입사 에너지 계산을 수행해야 합니다.
고려 중인 각 고장 전류 사례에 대해 최소 아크 전류와 아크 전류 변동 보정 계수를 기반으로 적절한 아크 지속 시간을 사용하여 두 번째 입사 에너지를 계산합니다. 두 입사 에너지 값 중 더 높은 값을 계산된 입사 에너지로 선택합니다.
7단계: 아크 플래시 경계 계산하기
아크 플래시 경계는 입사 에너지가 2도 화상을 일으킬 가능성이 있는 5.0J/cm2 (1.2cal/cm2)로 계산되는 예상 아크 소스와의 거리를 말합니다. 아크 플래시 경계를 계산하기 위해 사용자 지정 입사 에너지 레벨을 사용할 수도 있습니다. 아크 플래시 경계는 작업 거리, 아크 전류, 아크 지속 시간, 전극 간격 등에 따라 달라집니다.
8단계: 계산된 입사 에너지에 따라 PPE를 선택합니다.
NFPA 70E-2021[5] 및 전기 아크 플래시 위험 관리 지침[6]은 사고 에너지에 따라 분류된 PPE 카테고리를 제공합니다. 계산된 사고 에너지에 따라 적절한 PPE를 선택해야 합니다.
NFPA 70E-2021[5]은 사고 에너지 분석 방법, PPE 카테고리 방법, PPE 카테고리 방법의 간소화 카테고리 등 세 가지 범주를 제공합니다.
사고 에너지와 관련된 PPE 범주[참고 6]는 아래에 나와 있습니다.
아크 플래시 경고 라벨
아크 플래시 위험 경고 라벨을 장비에 부착하고 전기가 통하는 장비에서 작업할 수 있는 직원이 쉽게 볼 수 있도록 해야 합니다.
관련 가이드라인의 기본 요건은 다음과 같습니다.
전기 아크 플래시 위험 관리 지침
아래 나열된 항목은 라벨에 포함되어야 하는 최소한의 세부 정보입니다:
- 버스 이름 또는 장비 이름
- 버스 전압 레벨
- 수행할 활동
- 인시던트 에너지 수준
- 아크 플래시 경계
- 다양한 활동 및 배전반 상태(예: 문 열림/문 닫힘)에 필요한 PPE 수준.
- PPE - 다른 모든 제어 장치가 실패하고 아크 플래시가 발생하는 경우 사고 에너지로부터 사람들을 보호합니다.
NFPA 70E-2021(섹션 130.5(H) 장비 라벨링)
라벨에는 다음 내용이 포함되어야 합니다:
- 공칭 시스템 전압
- 아크 플래시 경계
- 에서 다음 중 하나 이상(둘 다는 안 됨):
- 사용 가능한 입사 에너지 및 해당 작업 거리, 또는
- 장비의 'PPE 카테고리 방법'에서 얻은 아크 플래시 PPE 카테고리
- 의류의 최소 아크 등급
- 현장별 PPE 수준
아크 플래시 위험 경고 라벨 예시[참고 6]는 아래와 같습니다.
참조:
[1] 기타 전기적 위험: 전기 아크 폭발 화상, Lee, R. IEEE 산업 응용 트랜잭션, 1982.
[2] 600V 배전 시스템에서 전기 아크 위험을 더 잘 관리하기 위한 사고 에너지 예측, IEEE 트랜잭션 온 인더스트리 애플리케이션, 2000.
[3] ENA NENS 09-2014, 전기 아크 위험에 대한 개인 보호 장비의 선택, 사용 및 유지 관리를 위한 국가 지침.
[4] IEEE 표준 1584-2018, 아크-플래시 위험 계산 수행을 위한 IEEE 가이드.
[5] NFPA 70E-2021, 직장 내 전기 안전 표준.
[6] 전기 아크 플래시 위험 관리 지침-2019.
