Войти
Электрическая дуга между двумя гвоздями An дуговая вспышка (также называемая пробоем ) - это свет и тепло, образующиеся как часть дугового замыкания, типа электрического взрыв или разряд, возникающий в результате соединения по воздуху с землей или другой фазой напряжения в электрической системе.
Вспышка дуги явно отличается от дугового разряда, который представляет собой сверхзвуковую ударную волну, возникающую, когда неконтролируемая дуга испаряет металлические проводники. Оба являются частью одного и того же дугового замыкания, и их часто называют просто вспышкой дуги, но с точки зрения безопасности они часто рассматриваются отдельно. Например, средства индивидуальной защиты (СИЗ) могут быть использованы для эффективной защиты рабочего от излучения дуги, но эти же СИЗ, вероятно, могут оказаться неэффективными против летящих объектов, расплавленного металла и сильного сотрясения. дуговой разряд. (Например, защита от дугового разряда категории 4, аналогичная костюму-бомбе, вряд ли защитит человека от сотрясения очень сильной взрывной волны, хотя может предотвратить испарение рабочего под действием интенсивный свет вспышки.) По этой причине, помимо использования СИЗ, обычно принимаются другие меры безопасности, помогающие предотвратить травмы. Однако явление дугового разряда иногда используется для гашения электрической дуги в некоторых типах автоматических выключателей с камерой взрыва.
Управляемая дуговая вспышка, возникающая в flashtube. Несмотря на то, что уровень используемой энергии довольно низкий (85 джоулей), схема с низким импедансом и низкой индуктивностью производит вспышку мощностью 24 000 000 Вт. При температуре дуги 17 000 К (30 100 ° F) выходное излучение сосредоточено на 170 нанометрах в дальнем УФ-диапазоне. Интенсивный выброс излучения легко проникает через сварочный фильтр шторы № 10, который экранирует камеру. Вспышка дуги - это свет и тепло, выделяемые электрической дугой, подаваемой с достаточной электрической энергией, чтобы вызвать существенный ущерб, повреждение, пожар или травма. Электрические дуги испытывают отрицательное инкрементное сопротивление, что приводит к уменьшению электрического сопротивления при повышении температуры дуги. Следовательно, по мере того, как дуга развивается и нагревается, сопротивление падает, потребляя все больше и больше тока (разгон), пока какая-то часть системы не расплавится, не отключится или не испарится, обеспечивая достаточное расстояние для разрыва цепи и гашения дуги. Электрические дуги, когда они хорошо контролируются и питаются за счет ограниченной энергии, производят очень яркий свет и используются в дуговых лампах (закрытых или с открытыми электродами), для сварки, плазменной резки, и другие промышленные применения. Сварка дугой может легко превратить сталь в жидкость со средним значением всего 24 постоянного тока вольт. Когда неконтролируемая дуга образуется при высоких напряжениях, и особенно при использовании больших питающих проводов или сильноточных проводов, вспышки дуги могут вызывать оглушающие шумы, сверхзвуковые ударные силы, перегретую шрапнель, температуры намного выше чем поверхность Солнца, и интенсивное высокоэнергетическое излучение, способное испарять близлежащие материалы.
Температура вспышки дуги может достигать или превышать 19 400 ° C (35 000 ° F) на выводах дуги. Массивная энергия, выделяемая в разломе, быстро испаряет задействованные металлические проводники, взрывая расплавленный металл и расширяя плазму наружу с необычайной силой. Типичная вспышка дуги может быть несущественной, но, вероятно, легко может вызвать более сильный взрыв (см. Расчет ниже). Результат насильственного события может привести к разрушению задействованного оборудования, пожару и травмам не только электромонтера, но и окружающих. Во время вспышки дуги электрическая энергия испаряет металл, который переходит из твердого состояния в парообразный, расширяя его со взрывной силой. Например, когда медь испаряется, она внезапно расширяется в объеме в 67000 раз.
Помимо взрывного взрыва, называемого дуговым разрядом такого разлома, разрушение также возникает из-за интенсивное лучистое тепло, создаваемое дугой. Металлическая плазменная дуга производит огромное количество световой энергии от далекого инфракрасного до ультрафиолетового. Поверхности близлежащих объектов, в том числе людей, поглощают эту энергию и мгновенно нагреваются до температур испарения. Эффект от этого можно увидеть на соседних стенах и оборудовании - они часто удаляются и размываются из-за эффектов излучения.
Один из наиболее распространенных примеров вспышки дуги возникает, когда лампа накаливания перегорает. Когда нить разрывается, через нить поддерживается дуга, окутывающая ее плазмой яркой синей вспышкой. Большинство бытовых лампочек имеют встроенный плавкий предохранитель, чтобы предотвратить длительную дуговую вспышку и сгорание предохранителей в монтажной панели. Большинство электрических сетей с напряжением 400 В и выше обладают достаточной мощностью, чтобы вызвать опасность возникновения дуги. Оборудование среднего напряжения (выше 600 В) имеет более высокий потенциал и, следовательно, более высокий риск возникновения дуги. Более высокое напряжение может вызвать скачок искры, инициируя вспышку дуги без необходимости физического контакта, и может поддерживать дугу через более длинные промежутки. В большинстве линий электропередач используется напряжение, превышающее 1000 вольт, и они могут создавать опасность дугового разряда для птиц, белок, людей или оборудования, например транспортных средств или лестниц. Вспышки дуги часто наблюдаются на линиях или трансформаторах непосредственно перед отключением электроэнергии, создавая яркие вспышки, подобные молнии, которые можно увидеть на большом расстоянии.
Линии электропередач высокого напряжения часто работают в диапазоне от десятков до сотен киловольт. Обычно необходимо следить за тем, чтобы линии были изолированы с надлежащей «степенью защиты от перекрытия» и достаточно удалены друг от друга, чтобы предотвратить самопроизвольное возникновение дугового разряда. Если линии высокого напряжения становятся слишком близкими друг к другу или к земле, между проводниками может образоваться коронный разряд . Обычно это синий или красноватый свет, вызванный ионизацией воздуха, сопровождающийся шипением или жаром. Коронный разряд может легко привести к вспышке дуги, создавая проводящий путь между линиями. Эта ионизация может усиливаться во время грозы, вызывая самопроизвольные вспышки дуги и приводя к отключениям электроэнергии.
В качестве примера энергии, высвобождаемой при вспышке дуги, при одиночном межфазном замыкании на Система 480 В с током повреждения 20 000 ампер, результирующая мощность составляет 9,6 МВт. Если неисправность длится 10 циклов при 60 Гц, результирующая энергия будет 1,6 мегаджоулей. Для сравнения, TNT выделяет 2175 Дж / г или более при детонации (обычное значение 4 184 Дж / г используется для эквивалента TNT ). Таким образом, эта энергия неисправности эквивалентна 380 граммам (примерно 0,8 фунта) в тротиловом эквиваленте. По характеру дуговая вспышка сильно отличается от химического взрыва (больше тепла и света, меньше механического удара), но получаемые в результате разрушения сопоставимы. Быстро расширяющийся перегретый пар, производимый дугой, может вызвать серьезные травмы или повреждения, а интенсивный UV, видимый и ИК свет, создаваемый дугой, может временно, а иногда даже навсегда ослепить или вызвать зрение. ущерб людям.
При разработке программ безопасности необходимо оценить четыре различных типа вспышки дуги:
Одна из наиболее частых причин поражения дуговым разрядом происходит при включении электрических цепей и, особенно, срабатывании выключателей.. Сработавший автоматический выключатель часто указывает на то, что неисправность произошла где-то на линии от панели. Неисправность обычно должна быть изолирована перед включением питания, иначе легко может возникнуть дуговая вспышка. Небольшие дуги обычно образуются в переключателях при первом соприкосновении контактов и могут стать местом для возникновения вспышки дуги. Если напряжение достаточно высокое, а провода, ведущие к повреждению, достаточно большие, чтобы пропускать значительный ток, в панели может образоваться вспышка дуги при включении выключателя. Как правило, виноват либо электродвигатель с закороченными обмотками, либо закороченный силовой трансформатор, способный потреблять энергию, необходимую для поддержания опасной вспышки дуги. Двигатели мощностью более двух лошадиных сил обычно имеют магнитные пускатели, чтобы изолировать оператора от высокоэнергетических контактов и обеспечить отключение контактора в случае срабатывания выключателя.
КРУЭ и распределительный щит на 480 В, требующие защиты от дугового разряда категории 4. Автоматические выключатели часто являются основной защитой от утечки тока, особенно если нет вторичных предохранителей, поэтому, если дуговая вспышка возникает в выключатель, возможно, ничто не остановит вспышку от выхода из-под контроля. Как только в выключателе начинается вспышка дуги, она может быстро перейти от одиночной цепи к шинам самой панели, позволяя течь очень высокой энергии. При переключении автоматических выключателей обычно необходимо соблюдать меры предосторожности, например стоять в стороне при переключении, чтобы не мешать телу, носить защитную одежду или отключать оборудование, цепи и панели нижестоящих перед переключением. Очень большое распределительное устройство часто может работать с очень высокими энергиями, поэтому во многих местах требуется использование полного защитного оборудования перед его включением.
Помимо тепла, света и сотрясения сил, дуговая вспышка также создает облако плазмы и ионизированных частиц. При вдыхании этот ионизированный газ может вызвать серьезные ожоги дыхательных путей и легких. Заряженная плазма также может притягиваться к металлическим предметам, которые носят находящиеся поблизости люди, таким как серьги, пряжки ремня, ключи, украшения для тела или оправы очков, вызывая серьезные локальные ожоги. При переключении цепей техник должен позаботиться о том, чтобы удалить все металлы с тела, задержать дыхание и закрыть глаза. Вспышка дуги с большей вероятностью образуется в переключателе, который замыкается медленно, если дается время для образования дуги между контактами, поэтому обычно более желательно «бросать» переключатели быстрым движением, быстро и надежно обеспечивая хороший контакт.. Сильноточные переключатели часто имеют систему пружин и рычагов для помощи в этом.
При испытаниях в цепях большой мощности под напряжением технические специалисты соблюдают меры предосторожности для ухода и обслуживания испытаний оборудования и содержать место в чистоте и свободном от мусора. Техник должен использовать защитное снаряжение, такое как резиновые перчатки и другие средства индивидуальной защиты, чтобы избежать возникновения дуги и защитить персонал от любой дуги, которая может возникнуть во время тестирования.
Воспроизвести носитель Видео, описывающее опасность вспышки дуги и меры, которые можно предпринять для снижения риска для рабочих Существует множество методов защиты персонала от опасности вспышки дуги. Это может включать использование персоналом дуговых вспышек средств индивидуальной защиты (СИЗ) или изменение конструкции и конфигурации электрического оборудования. Лучший способ устранить опасность вспышки дуги - обесточить электрооборудование при взаимодействии с ним, однако обесточивание электрооборудования само по себе представляет опасность вспышки дуги. В этом случае одно из новейших решений заключается в том, чтобы позволить оператору находиться на значительном удалении от электрического оборудования, управляя оборудованием удаленно, это называется удаленным перемещением в стойку.
С В последнее время возросло понимание опасности дугового разряда, появилось много компаний, предлагающих средства индивидуальной защиты (СИЗ) от дугового разряда, такие как костюмы, комбинезоны, шлемы, ботинки и перчатки.
Эффективность защитного оборудования измеряется его мощностью дуги. Рейтинг дуги - это максимальное сопротивление падающей энергии, продемонстрированное материалом до его разрыва (отверстие в материале) или необходимое для прохождения и возникновения ожогов второй степени с 50% вероятностью. Оценка дуги обычно выражается в кал / см (или малых калориях тепловой энергии на квадратный сантиметр). Испытания для определения номинальной дуги определены в Стандартных технических условиях ASTM F1506 для огнестойких текстильных материалов для ношения одежды для использования электриками, подверженными кратковременной электрической дуге и связанным с ней термическим опасностям.
Выбор подходящих средств индивидуальной защиты для конкретной задачи, которую необходимо выполнить, обычно осуществляется одним из двух возможных способов. Первый способ - обратиться к таблице классификации категорий опасности, подобной той, что содержится в NFPA 70E. Таблица 130.7 (C) (15) (a) перечисляет ряд типичных электрических задач для различных уровней напряжения и рекомендует категорию СИЗ, которую следует носить. Например, при работе с распределительным устройством на 600 В и снятии крышек с болтами, чтобы обнажить оголенные части под напряжением, в таблице рекомендуется использовать систему защитной одежды категории 3. Эта система категории 3 соответствует набору средств индивидуальной защиты, которые вместе обеспечивают защиту до 25 кал / см² (105 Дж / см² или 1,05 МДж / м²). Минимальный рейтинг СИЗ, необходимый для любой категории, - это максимальная доступная энергия для этой категории. Например, опасность возникновения дугового разряда категории 3 требует использования средств индивидуальной защиты с номиналом не менее 25 кал / см² (1,05 МДж / м²).
Второй метод выбора СИЗ заключается в выполнении расчета опасности вспышки дуги для определения доступной энергии падающей дуги. IEEE 1584 предоставляет руководство по выполнению этих вычислений, учитывая, что известны максимальный ток повреждения, продолжительность неисправностей и другая общая информация об оборудовании. После расчета падающей энергии можно выбрать соответствующий набор средств индивидуальной защиты, обеспечивающий защиту, превышающую доступную энергию.
СИЗ обеспечивают защиту после возникновения дуги, и их следует рассматривать как последнюю линию защиты. Снижение частоты и серьезности инцидентов должно быть первым вариантом, и это может быть достигнуто за счет полной оценки опасности вспышки дуги и за счет применения таких технологий, как заземление с высоким сопротивлением, которое, как было доказано, снижает частоту и серьезность инцидентов.
Три ключевых фактора определяют интенсивность вспышки дуги для персонала. Этими факторами являются количество тока короткого замыкания, доступное в системе, время до устранения дугового замыкания и расстояние, на которое человек находится от дуги замыкания. Можно выбрать различные конструкции и конфигурации оборудования, чтобы повлиять на эти факторы и, в свою очередь, снизить опасность вспышки дуги.
Ток повреждения можно ограничить с помощью устройств ограничения тока, таких как токоограничивающие выключатели, заземляющие резисторы или предохранители. Если ток короткого замыкания ограничен до 5 ампер или менее, то многие замыкания на землю самозатухают и не переходят в межфазные замыкания.
Время горения дуги можно уменьшить, временно установив для вышестоящих защитных устройств более низкие уставки во время периодов технического обслуживания или используя зонно-селективную блокировочную защиту (ZSIP). Благодаря зонно-селективной блокировке выключатель, находящийся ниже по потоку, который обнаруживает неисправность, связывается с выключателем выше по цепи для задержки функции мгновенного отключения. Таким образом будет сохранена «селективность», другими словами, неисправности в цепи устраняются ближайшим к неисправности выключателем, что сводит к минимуму влияние на всю систему. Неисправность в ответвленной цепи будет обнаружена всеми выключателями перед повреждением (ближе к источнику питания). Автоматический выключатель, ближайший к месту повреждения на выходе, отправит сигнал ограничения, чтобы предотвратить мгновенное срабатывание выключателей на входе. Присутствие неисправности, тем не менее, активирует предварительно установленный таймер (ы) задержки срабатывания выключателя (ов), расположенного выше по цепи; это позволит вышестоящему автоматическому выключателю прервать неисправность, если она все еще необходима по истечении заданного времени. Система ZSIP позволяет использовать более быстрые настройки мгновенного отключения без потери селективности. Более короткое время отключения снижает общую энергию дугового разряда.
Время горения дуги можно значительно сократить за счет защиты, основанной на обнаружении дугового света. Оптическое обнаружение часто сочетается с информацией о перегрузке по току. Световая и токовая защита может быть установлена с помощью специальных реле защиты от дугового разряда или с помощью обычных защитных реле с дополнительной опцией дугового разряда.
Одним из наиболее эффективных способов сокращения времени возникновения дуги является использование гасителя дуги, который гасит дугу в течение нескольких миллисекунд. Гаситель дуги срабатывает в течение 1–4 мс и создает трехфазное короткое замыкание в другой части системы, обычно перед ней при более высоких напряжениях. Это устройство содержит штырь быстрого контакта, который при активации внешним реле устанавливает физический контакт с шиной под напряжением, которая затем создает короткое замыкание. Гаситель дуги защитит человека, если он стоит перед событием вспышки дуги, а реле обнаруживают вспышку дуги, направляя вспышку дуги в другое место, хотя это отклонение может вызвать сбой системы в том месте, где произошло короткое замыкание. перенаправлен на. Эти устройства необходимо заменить после операции.
Еще один способ уменьшить вспышку дуги - это использовать ограничитель тока срабатывания или ограничитель коммутирующего тока, в который вставлен предохранитель с низким номинальным постоянным током, ограничивающий ток, который плавится и прерывает вспышку дуги в течение 4 мс. Преимущество этого устройства в том, что оно устраняет вспышку дуги в источнике и не перенаправляет ее в другую секцию системы. Сработавший ограничитель тока всегда будет «ограничивать ток», что означает, что он прервет цепь до того, как произойдет первый пиковый ток. Эти устройства управляются и опознаются электронным способом и предоставляют пользователю обратную связь об их рабочем состоянии. Их также можно включать и выключать по желанию. Эти устройства необходимо заменить после операции.
Лучистая энергия, выделяемая электрической дугой, способна нанести непоправимый вред или убить человека на расстоянии до 20 футов (6,1 м). Расстояние от источника дугового разряда, в пределах которого незащищенный человек имеет 50% шанс получить ожог второй степени, называется «границей защиты от вспышки». Энергия падающего на голую кожу 1,2 кал / см2 была выбрана при решении уравнения границы вспышки дуги в IEEE 1584. Уравнения границ вспышки дуги IEEE 1584 также можно использовать для расчета границ вспышки дуги с граничной энергией, отличной от 1,2 кал / см ^ 2, например, энергии начала горения 2-й степени. Те, кто проводит анализ опасности вспышки, должны учитывать эту границу, а затем должны определить, какие СИЗ следует носить в пределах границ защиты от вспышки. Дистанционных операторов или роботов можно использовать для выполнения действий, связанных с высоким риском возникновения дугового разряда, таких как установка выкатных автоматических выключателей на электрическую шину под напряжением. Доступны системы выносного стеллажа, которые удерживают оператора вне зоны опасности дугового разряда.
И Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), и Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) объединили свои усилия в инициатива по финансированию и поддержке исследований и испытаний, направленных на повышение понимания дугового разряда. Результаты этого совместного проекта предоставят информацию, которая будет использоваться для повышения стандартов электробезопасности, прогнозирования опасностей, связанных с дуговыми пробоями и сопутствующими дуговыми разрядами, а также обеспечит практические меры безопасности для сотрудников на рабочем месте.
Существует программное обеспечение для защиты от дугового разряда, которое позволяет предприятиям соблюдать множество правительственных постановлений, обеспечивая при этом для своих сотрудников оптимально безопасную среду. Многие компании-разработчики программного обеспечения теперь предлагают решения для защиты от дугового разряда. Некоторые энергосервисные компании рассчитывают безопасные границы вспышки.
В крупной промышленной аварии на подстанции Астория, Куинс Con Edison 27 декабря 2018 г. произошел сбой 138000 вольт, что привело к в вспышке дуги, которая, в свою очередь, сожгла алюминий, озарив небо сине-зелеными очками, видимыми на много миль вокруг. Событие широко освещалось в социальных сетях, и аэропорт Ла-Гуардия временно потерял электричество, но не было ни смертей, ни раненых.
