электрической дуги

НКУ с защитой от воздействия электрической дуги
комплектное устройство с защитой от электрической дуги
низковольтное комплектное устройство с защитой от электрической дуги
НКУ распределения и управления с защитой от электрической дуги
-
[Интент]

EN

arc-resistant switchgear
A type of switchgear design which is designed to withstand the effects of an internal arcing fault, without causing harm to personnel who are located in defined areas. It is not intended to withstand these internal arcing fault without possibly causing physical damage to the structure and/or components, but often the physical damage is less with an arc-resistant design.

There are three classes of protection:
Type A - eliminates the emission of gases and particles from the front of the switchgear during an internal arcing fault,
Type B - eliminates the emission of gases and particles from the front and sides of the switchgear during an internal arcing fault,
Type C - eliminates the emission of gases and particles from the front and sides of the switchgear, from between compartments within the same cell, and between adjacent cells during an internal arcing fault.

Arc-resistant switchgear has traditionally been metal-clad, but the basic concept could also be applied to other types of switchgear as well.

arc-proof switchgear
An incorrect term. Please refer to arc-resistant switchgear
[Schneider Electric]
[ http://electrical-engineering-portal.com/glossary-of-medium-voltage-switchgear-terms]

Параллельные тексты EN-RU

If the electric arc occurs inside LV switchgear it generates internal overpressures and results in local overheatings which may cause high mechanical and thermal stresses in the equipment.

Besides, the involved materials can generate hot decomposition products, gases or fumes, which, due to the overpressure, are almost always ejected to the outside of the enclosure thus jeopardizing the operator safety.

The European Directive 2006/95/EC states the fundamental safety requirements for low voltage electric materials (from 50 V to 1000 V in alternating current, from 75 V to 1500 V in continuos current) to be put on the market within the European Community.

Among the essential safety requirements defined by this Directive particular importance is given to the need of taking technical measures to prevent “temperature rises, electric arcs or radiations which may result in hazards” from occurring.

This aspect has always been highly considered for apparatus, but it has been wrongly neglected for electrical switchgear and only in the last 10-15 years it has been catching on both at Italian as well as at international level.

Safety for the operator and for the installation in case of arcing inside LV switchgear can be obtained through three different design philosophies:
1. assemblies mechanically capable of withstanding the electric arc (passive protection)
2. assemblies equipped with devices limiting the effects of internal arcing (active protection)
3. assemblies equipped with current limiting circuitbreakers.

These three solutions (also combined together) have found a remakable development in the industrial field and have been successfully applied by the main manufacturers of LV switchgear and controlgear assemblies.

As it can be seen hereafter by examining the first two solutions, an “active” protection against arc faults is intrinsecally more complex than a “passive” one.

This because of the presence of additional electromechanical/ electronic devices5 which limit the arcing effects and which, by their nature, may be subject to faults or not-tripping.

[ABB]

Дуга, возникшая внутри НКУ, создает внутреннее избыточное давление и вызывает локальный перегрев, что может привести к воздействию на оборудование значительного механического напряжения и перепада температур.

Кроме того, под воздействием дуги различные материалы разлагаются на продукты, имеющие высокую температуру, в том числе газы и дым, которые почти всегда вырываются из оболочки НКУ под высоким давлением, подвергая опасности оперативный персонал.

Европейская директива 2006/95/EC определяет основные требования безопасности для низковольтного (от 50 до 1000 В переменного тока и от 75 до 1500 В постоянного тока) оборудования поставляемого на рынок Европейского Сообщества.

Одно из основных требований безопасности, определяемое данной директивой как наиболее важное, заключается в необходимости предпринять технические меры для предотвращения "подъема температуры, возникновения электрической дуги или излучения", которые могут причинить ущерб.

Данная проблема всегда учитывалась при создании различных аппаратов, но незаслуженно игнорировалась при разработке электрических комплектных устройств, и только в последние 10-15 лет ей стали уделять должное внимание как в Италии, так и во всем мире.

При возникновении электрической дуги внутри НКУ безопасность оператора и электроустановки обеспечивается тремя способами:
1. Конструкция НКУ должна выдерживать механические воздействия, возникающие при горении электрической дуги (пассивная защита).
2. НКУ должно быть оснащено устройствами, ограничивающими воздействие электрической дуги (активная защита)
3. НКУ должны быть оснащены токоограничивающими автоматическими выключателями.

Указанные три способа (применяемые совместно) получили дальнейшее развитие в промышленности и успешно применяются основными изготовителями НКУ распределения и управления.

Как будет показано далее при рассмотрении первых двух способов, активная защита от дуговых» неисправностей является более сложной, чем пассивная защита.

Это объясняется необходимостью использования дополнительных электромеханических или электронных устройств, задачей которых является ограничение воздействий дуги и которые сами могут оказаться неисправными и не сработать.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

Синонимы

• комплектное устройство с защитой от электрической дуги
• низковольтное комплектное устройство с защитой от электрической дуги
• НКУ распределения и управления с защитой от электрической дуги

EN

• arc-proof low voltage switchgear and controlgear assembly
• arc-proof switchboard
• arc-proof switchgear
• arc-resistant switchgear
• internal arc-proof switchgear and controlgear assemblу

действие электрической дуги, возникающей внутри НКУ распределения и управления
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Effects of the electric arc inside switchgear and controlgear assemblies

In the proximity of the main boards, i.e. in the proximity of big electrical machines, such as transformers or generators, the short-circuit power is high and consequently also the energy associated with the electrical arc due to a fault is high.

Without going into complex mathematical descriptions of this phenomenon, the first instants of arc formation inside a cubicle can be schematized in 4 phases:

1. compression phase: in this phase the volume of the air where the arc develops is overheated owing to the continuous release of energy; due to convection and radiation the remaining volume of air inside the cubicle warms up; initially there are temperature and pressure values different from one zone to another;

2. expansion phase: from the first instants of internal pressure increase a hole is formed through which the overheated air begins to go out. In this phase the pressure reaches its maximum value and starts to decrease owing to the release of hot air;

3. emission phase: in this phase, due to the continuous contribution of energy by the arc, nearly all the air is forced out under a soft and almost constant overpressure;

4. thermal phase: after the expulsion of the air, the temperature inside the switchgear reaches almost that of the electrical arc, thus beginning this final phase which lasts till the arc is quenched, when all the metals and the insulating materials coming into contact undergo erosion with production of gases, fumes and molten material particles.

Should the electrical arc occur in open configurations, some of the described phases could not be present or could have less effect; however, there shall be a pressure wave and a rise in the temperature of the zones surrounding the arc.

Being in the proximity of an electrical arc is quite dangerous; here are some data to understand how dangerous it is:

• pressure: at a distance of 60 cm from an electrical arc associated with a 20 kA arcing fault a person can be subject to a force of 225 kg; moreover, the sudden pressure wave may cause permanent injuries to the eardrum;
• arc temperatures: about 7000-8000 °C;
• sound: electrical arc sound levels can reach 160 db, a shotgun blast only 130 db.

[ABB]

Действие электрической дуги, возникающей внутри НКУ распределения и управления

Короткое замыкание вблизи больших силовых устройств, таких как трансформаторы или генераторы имеет очень большую мощность. Поэтому энергия электрической дуги, возникшей в результате короткого замыкания, очень большая.

Не вдаваясь в сложное математическое описание данного явления, можно сказать, что первые мгновения формирования дуги внутри шкафа можно упрощенно разделить на четыре этапа:

1. Этап сжатия: на этом этапе объем воздуха, в котором происходит зарождение дуги перегревается вследствие непрерывного высвобождения энергии. За счет конвекции и излучения оставшийся объем воздуха внутри шкафа нагревается. На этом начальном этапе значения температуры и давления воздуха в разных зонах НКУ разные.

2. Этап расширения: с первых мгновений внутреннее давление создает канал, через который начинается движение перегретого воздуха. На этом этапе давление достигает своего максимального значения, после чего начинает уменьшаться вследствие выхода горячего воздуха.

3. Этап эмиссии: на этом этапе вследствие непрерывного пополнения энергией дуги почти весь воздух выталкивается под действием мягкого и почти постоянного избыточного давления.

4. Термический этап: после выхлопа воздуха температура внутри НКУ почти достигает температуры электрической дуги. Так начинается заключительный этап, который длится до тех пор, пока дуга не погаснет. При этом все металлические и изоляционные материалы, вступившие в контакт с дугой, оказываются подвергнутыми эрозии с выделением газов, дыма и частиц расплавленного материала.

Если электрическая дуга возникнет в открытом НКУ, то некоторые из описанных этапов могут не присутствовать или могут иметь меньшее воздействие. Тем не менее будет иметь место воздушная волна и подъем температуры вблизи дуги.

Находиться вблизи электрической дуги довольно опасно. Ниже приведены некоторые сведения, помогающие осознать эту опасность:

• давление: На расстоянии 60 см от электрической дуги, вызванной током короткого замыкания 20 кА, человек может подвергнуться воздействию силы 225 кг. Более того, резкая волна давления может нанести тяжелую травму барабанным перепонкам;
• температура дуги: около 7000-8000 °C;
• шумовое воздействие: Уровень шумового воздействия электрической дуги может достигнуть 160 дБ (выстрел из дробовика – 130 дБ).

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• effects of the electric arc inside switchgear and controlgear assemblу

воздействие электрической дуги на человека
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Effects of the electrical arc on human beings

From the above, it is evident that the electrical arc represents a hazard source for people and goods.

The hazards to which a person is exposed due to the release of energy generated by an arc event are:
• burns;
• injuries due to ejection of materials;
• damages to hearing;
• inhalation of toxic gases.

Burns

The high temperature levels of the gases produced by the electrical arc and the expulsion of incandescent metal particles may cause more or less severe burns to people.
Flames can cause all degrees of burn up to carbonization: the red-hot solid bodies, such as the metal fragments of the assembly involved, cause third degree burns, superheated steam causes burns analogous to those by hot liquids whereas radiant heat generally causes less severe burns.

Injuries due to ejection of materials

The ejection of metal particles or other loose items caused by the electrical arc can result in severe injuries to the weakest parts of the human body as, for example, the eyes.
The materials expelled owing to the explosion produced by the arc may penetrate the cornea and hurt it.
The extent of the lesions depends on the characteristics and on the kinetic energy of these objects.
Moreover, the ocular region can sustain injuries to the mucosa because of the gases released by the arc and the emission of ultraviolet and infrared rays can injure the cornea and the retina depending on the radiation wavelengths.

Hearing

As already mentioned, the electrical arc is a real explosion, whose sound may cause permanent injuries to hearing.

Inhalation of toxic gases

The fumes produced by burnt insulating materials and by molten or vaporized metals can be toxic.
The fumes are caused by incomplete burning and are formed by carbon particles and by other solid substances suspended in the air.

[ABB]

Воздействие электрической дуги на человека

Из сказанного выше совершенно очевидно, что электрическая дуга является источником опасности для людей и имущества.

При высвобождении энергии электрической дуги человек может подвергнуться следующим опасностям:
• получение ожогов;
• повреждения от выброса продуктов горения дуги;
• нарушение слуха;
• вдыхание ядовитых газов.

Ожоги

Высокая температура газов, образующихся при горении электрической дуги, и выброс раскаленных частиц металла могут явиться причиной достаточно тяжелых ожогов.
Можно получить любую степень ожогов, вплоть до обугливания. Раскаленные до красна твердые частицы, такие как металлические частицы НКУ, вызывают ожоги третьей степени. Перегретый пар вызывает ожоги, аналогичные ожогам от горячих жидкостей. Лучистая энергия вызывает менее тяжелые ожоги.

Повреждения от выброса продуктов горения дуги

Выброс металлических или иных частиц, происходящий при горении электрической дуги, может привести к серьезным телесным повреждениям, особенно при попадании в глаза.
Частицы, выбрасываемые при горении дуги, могут проникнуть в роговую оболочку глаза и повредить ее.
Степень поражения зависит от характеристик и кинетической энергии выбрасываемых частиц.
Кроме того, газы, выделяющиеся в процессе горения дуги, могут повредить слизистую оболочку глаз, а ультрафиолетовое и инфракрасное излучение – роговую оболочку и сетчатку в зависимости от длины волны воздействующего излучения.

Орган слуха

Как уже упоминалось, электрическая дуга представляет собой реальный взрыв, звук которого может нанести тяжелую травму органу слуха.

Вдыхание ядовитых газов

Продукты горения изоляционных материалов и пары металлов могут быть ядовитыми.
Дым, образующийся при неполном сгорании и содержащий частицы углерода и других веществ, попадает в окружающий воздух.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• effects of the electrical arc on human beings

явление электрической дуги
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Electric arc phenomenon

The electric arc is a phenomenon which takes place as a consequence of a discharge which occurs when the voltage between two points exceeds the insulating strength limit of the interposed gas; then, in the presence of suitable conditions, a plasma is generated which carries the electric current till the opening of the protective device on the supply side.

Gases, which are good insulating means under normal conditions, may become current conductors in consequence of a change in their chemical-physical properties due to a temperature rise or to other external factors.

To understand how an electrical arc originates, reference can be made to what happens when a circuit opens or closes.

During the opening phase of an electric circuit the contacts of the protective device start to separate thus offering to the current a gradually decreasing section; therefore the current meets growing resistance with a consequent rise in the temperature.

As soon as the contacts start to separate, the voltage applied to the circuit exceeds the dielectric strength of the air, causing its perforation through a discharge.

The high temperature causes the ionization of the surrounding air which keeps the current circulating in the form of electrical arc. Besides thermal ionization, there is also an electron emission from the cathode due to the thermionic effect; the ions formed in the gas due to the very high temperature are accelerated by the electric field, strike the cathode, release energy in the collision thus causing a localized heating which generates electron emission.

The electrical arc lasts till the voltage at its ends supplies the energy sufficient to compensate for the quantity of heat dissipated and to maintain the suitable conditions of temperature. If the arc is elongated and cooled, the conditions necessary for its maintenance lack and it extinguishes.

Analogously, an arc can originate also as a consequence of a short-circuit between phases. A short-circuit is a low impedance connection between two conductors at different voltages.

The conducting element which constitutes the low impedance connection (e.g. a metallic tool forgotten on the busbars inside the enclosure, a wrong wiring or a body of an animal entered inside the enclosure), subject to the difference of potential is passed through by a current of generally high value, depending on the characteristics of the circuit.

The flow of the high fault current causes the overheating of the cables or of the circuit busbars, up to the melting of the conductors of lower section; as soon as the conductor melts, analogous conditions to those present during the circuit opening arise. At that point an arc starts which lasts either till the protective devices intervene or till the conditions necessary for its stability subsist.

The electric arc is characterized by an intense ionization of the gaseous means, by reduced drops of the anodic and cathodic voltage (10 V and 40 V respectively), by high or very high current density in the middle of the column (of the order of 102-103 up to 107 A/cm2), by very high temperatures (thousands of °C) always in the middle of the current column and – in low voltage - by a distance between the ends variable from some microns to some centimeters.

[ABB]

Явление электрической дуги

Электрическая дуга между двумя электродами в газе представляет собой физическое явление, возникающее в тот момент, когда напряжения между двумя электродами превышает значение электрической прочности изоляции данного газа.
При наличии подходящих условий образуется плазма, по которой протекает электрический ток. Ток будет протекать до тех пор, пока на стороне электропитания не сработает защитное устройство.

Газы, являющиеся хорошим изолятором, при нормальных условиях, могут стать проводником в результате изменения их физико-химических свойств, которые могут произойти вследствие увеличения температуры или в результате воздействия каких-либо иных внешних факторов.

Для того чтобы понять механизм возникновения электрической дуги, следует рассмотреть, что происходит при размыкании или замыкании электрической цепи.

При размыкании электрической цепи контакты защитного устройства начинают расходиться, в результате чего постепенно уменьшается сечение контактной поверхности, через которую протекает ток.
Сопротивление электрической цепи возрастает, что приводит к увеличению температуры.

Как только контакты начнут отходить один от другого, приложенное напряжение превысит электрическую прочность воздуха, что вызовет электрический пробой.

Высокая температура приведет к ионизации воздуха, которая обеспечит протекание электрического тока по проводнику, представляющему собой электрическую дугу. Кроме термической ионизации молекул воздуха происходит также эмиссия электронов с катода, вызванная термоэлектронным эффектом. Образующиеся под воздействием очень высокой температуры ионы ускоряются в электрическом поле и бомбардируют катод. Высвобождающаяся, в результате столкновения энергия, вызывает локальный нагрев, который, в свою очередь, приводит к эмиссии электронов.

Электрическая дуга длится до тех пор, пока напряжение на ее концах обеспечивает поступление энергии, достаточной для компенсации выделяющегося тепла и для сохранения условий поддержания высокой температуры. Если дуга вытягивается и охлаждается, то условия, необходимые для ее поддержания, исчезают и дуга гаснет.

Аналогичным образом возникает дуга в результате короткого замыкания электрической цепи. Короткое замыкание представляет собой низкоомное соединение двух проводников, находящихся под разными потенциалами.

Проводящий элемент с малым сопротивлением, например, металлический инструмент, забытый на шинах внутри комплектного устройства, ошибка в электромонтаже или тело животного, случайно попавшего в комплектное устройство, может соединить элементы, находящиеся под разными потенциалами, в результате чего через низкоомное соединение потечет электрический ток, значение которого определяется параметрами образовавшейся короткозамкнутой цепи.

Протекание большого тока короткого замыкания вызывает перегрев кабелей или шин, который может привести к расплавлению проводников с меньшим сечением. Как только проводник расплавится, возникает ситуация, аналогичная размыканию электрической цепи. Т. е. в момент размыкания возникает дуга, которая длится либо до срабатывания защитного устройства, либо до тех пор, пока существуют условия, обеспечивающие её стабильность.

Электрическая дуга характеризуется интенсивной ионизацией газов, что приводит к падению анодного и катодного напряжений (на 10 и 40 В соответственно), высокой или очень высокой плотностью тока в середине плазменного шнура (от 102-103 до 107 А/см2), очень высокой температурой (сотни градусов Цельсия) всегда в середине плазменного шнура и низкому падению напряжения при расстоянии между концами дуги от нескольких микрон до нескольких сантиметров.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• electric arc phenomenon

НКУ, стойкие к механическому воздействию электрической дуги
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Assemblies mechanically capable of withstanding the electric arc (passive protection)

The switchboards which take constructional precautions suitable to the containment of the arc and to the successive outlet of the exhausted gases belong to this type of assemblies.

Two are the peculiar characteristics of these types of switchgear:
• reinforced mechanical frame able to withstand the stresses (overpressures) caused by internal arcing;
• creation inside the assembly of a preferential path for the discharge of the hot gases generated by arcing.
Both characteristics are indispensable to satisfy the safety requirements for the operator and the installation established by the Document IEC 61641.

As a consequence, the manufacturers take design measures to prevent the accidental opening of the doors (or their perforation) due to the pressure wave generated by the arc.

Besides, also the instruments which can be positioned on the doors must be able to withstand an overpressure of about 1bar (=1kg/cm2) without being ejected and projected outside the switchboard.

The thermal consequences of arcing (exhausted gases at high temperature) are then limited by designing the inside of the switchgear so that the outlet of gases takes place in the top part (over 2 m) and not at lower heights which might be potentially dangerous for the operator.

It is evident that each opening of significant dimensions on the doors might constitute a vent for the gases and result dangerous for the operator; therefore such openings are usually avoided in this type of switchgear.

[ABB]

НКУ, стойкие к механическому воздействию электрической дуги (пассивная защита)

К данному типу НКУ относятся такие устройства, конструкция которых предусматривает противостояние механическому воздействию электрической дуги и обеспечивает выхлоп образующихся газов.

В НКУ указанного типа используются два специальных конструктивных решения:
• усиленный каркас, способный противостоять нагрузке (избыточному давлению) возникающему при воздействии электрической дуги внутри НКУ;
• установленный внутри НКУ периферийный канала для выпуска горячих газов, образующихся в процессе горения дуги.
Согласно документу МЭК 61641 для удовлетворения требований безопасности оператора и электроустановки наличие обоих конструктивных решений является обязательным условием.

В результате изготовители используют конструктивные решения, направленные на предотвращение случайного открытия дверей (или их отверстий) при возникновении волны избыточного давления создаваемого электрической дугой.

Кроме того, приборы, размещаемые на дверях должны выдерживать избыточное давление, равное приблизительно 1 бар (1 кг/см2) и оставаться при этом на своих местах (не выдвигаться из комплектного устройства наружу).

Газы, возникающие при горении дуги, имеют высокую температуру.
Конструкция НКУ должна обеспечивать выход газов в верхней части (на высоте более 2 м) и не допускать выход газа в нижней части, поскольку это опасно для оператора.

Совершенно очевидно, что каждое достаточно большое отверстие в дверях шкафа может пропускать газы, и это опасно для оператора.
Поэтому, в НКУ рассматриваемого типа такие отверстия обычно отсутствуют.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• assembly mechanically capable of withstanding the electric arc

3.6 длительность электрической дуги (arc duration): Время существования электродугового разряда, в секундах (с).

Источник: ГОСТ Р 12.4.234-2007: Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа

распределительный щит с защитой от воздействия электрической дуги
-

Параллельные тексты EN-RU

Racking-out with the door closed

With Tmax T4 and T5 circuit-breakers, in the withdrawable version, the circuit-breaker can be racked-in and out with the compartment door closed, thereby increasing operator safety and allowing rationalisation of low voltage arc proof switchboards.
[ABB]

Выкатывание выключателя при закрытой двери

Для повышения безопасности оператора и улучшения характеристик низковольтных распределительных щитов с защитой от воздействия электрической дуги, автоматические выключатели Т4 и Т5 выкатного исполнения можно выкатывать и вкатывать при закрытой двери распределительного щита.
[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)
• высоковольтный аппарат, оборудование...

EN

• arc proof switchboard

возникновение электрической дуги
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

EN

• arcing

гашение электрической дуги
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

EN

• arc extinction

защита от электрической дуги
—
[А.С.Гольдберг. Англо-русский энергетический словарь. 2006 г.]

Тематики

• энергетика в целом

EN

• arcing protection

зона (электрической) дуги
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

• электротехника, основные понятия

EN

• arc zone

кончик электрической дуги
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

• электротехника, основные понятия

EN

• arc tip

напряжение электрической дуги
—
[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• arc voltage

образование (электрической) дуги
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999]

Тематики

• электротехника, основные понятия

EN

• arcing

ток электрической дуги
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

• электротехника, основные понятия

EN

• electric arc current

устройство защиты от электрической дуги
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

• электротехника, основные понятия

EN

• arcing protection device
• APD