effects of the electric arc inside 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

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