Suite Logicielle Intégrée Arc Flash

Calcul de l'Énergie Incidente selon la norme Arc Flash IEEE 1584-2018

Nouvelle Norme, Nouvelle Méthode, Nouvelle Courbe d'Apprentissage

IEEE 1584-2018

Le nouveau modèle arc flash IEEE 1584-2018  remplace le modèle IEEE 1584-2002. Le développement de cette nouvelle édition de la norme a nécessité plus de quinze ans de travail et est le résultat de milliers d'heures de recherche, de développement et de validation. Les sections suivantes fournissent un résumé des principaux changements apportés à la norme IEEE 1584. ETAP a participé activement au développement et à la validation de ce modèle afin d'assurer qu'elle soit correctement appliquée dans les logiciels d'analyse de systèmes électriques.


Développement du Modèle

Le nouveau modèle a été développé sur la base de plus de 1800 essais pour intégrer différentes configurations d'électrodes, ce qui était bien plus considérable que les 300 essais utilisés en 2002. 

Résumé des essais effectués :

Configuration des Électrodes

Tests Effectués

Plage De Tension

Gamme de Courant

Plage d'Écart

VCB

485

0.208 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 80 kA

6 ~ 250 mm

VCBB

400

0.215 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 65 kA

6 ~ 154 mm

HCB

460

0.215 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 63 kA

10 ~ 254 mm

VOA

251

0.240 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 65 kA

10 ~ 154 mm

HOA

259

0.240 ~ 14.8 kV

0.5 ~ 66 kA

10 ~ 154 mm



Configuration des Électrodes

L'étape la plus importante dans la mise en œuvre des calculs basés sur le nouveau modèle IEEE 1584-2018 est d'identifier l'une des cinq configurations d'électrodes présentes dans l'équipement analysé, tout en comprenant qu'il est possible d'avoir une ou plusieurs configurations d'électrodes présentes dans un seul et même équipement. 

Le tableau 9 de l'IEEE 1584-2018 est un bon point de départ pour obtenir quelques lignes directrices sur la façon d'identifier la/les configuration(s) d'électrodes potentielles présentes dans l'équipement.

Arc-Flash-Full-VCB

VCB

Arc-Flash-Full-VCBB

VCBB

Arc-Flash-Full-HCB

HCB

Arc-Flash-Full-VOA

VOA

Arc-Flash-Full-HOA

HOA


Gamme de Modèles

La plage de tension et du courant de court-circuit est similaire à celle du modèle précédent. L'amélioration notable est la portée de l'intervalle pour les équipements à moyenne tension, qui a presque doublé. 

Tension du modèle, courant de court-circuit, écart et distance de travail :

Plage De Tension

(3-P kV LL)

Ibf(kA)

Écart (mm)

Projet de travail (WD)

Durée de la Panne (cycles)

0.208 ≤ V ≤ 0.600

0.5 to 106

6.35 to 76.2

> 12

No Limit*

0.600 < V ≤ 15.0

0.2 to 65

19.05 to 254

> 12

No Limit


Limites des dimensions recommandées du boîtier :

Dimension du Boîtier

Valeur

Hauteur

14 to 49 (in)*

Largeur 

(4 x Gap) to 49 (in)*

Zone d'Ouverture

2401 (in2)


Paramètres utilisés dans les essais : 

Paramètre

Valeur

Fréquence

50 ~ 60 Hz

Phases

3-Phase

Configurations

VCB, VCBB, HCB, VOA, HOA


*Des ouvertures plus grandes peuvent être modélisées, mais le facteur de correction est calculé à 49 pouces. 

La norme IEEE 1584-2018, Section 4.11 recommande toujours que le modèle puisse être utilisé pour les systèmes monophasés et exige que les résultats soient modérés.

Résumé des dimensions réelles des boîtiers d'essai utilisés pour développer la gamme de modèles :

Catégorie d'Équipement

Hauteur (mm)

Largeur (mm)

Profondeur (mm)

15 kV Appareillage de connexion

5 kV Appareillage de connexion

1143*

762*

462*

15 kV MCC

5 kV Appareillage de connexion

914.4

914.4

914.4

5 kV MCC

660.4

660.4

660.4

Commutation Basse Tension

508

508

508

Machines à Courant Continu (MCCs) et Panneaux Basse Tension peu profonds

Manchon de Câble

355.6*

304.8*

≤ 203.2*

Machines à Courant Continu (MCCs) et Panneaux Basse Tension profonds

Manchon de Câble

355.6*

304.8*

> 203.2*

*Basés sur les dimensions des boîtiers conformément à la norme IEEE 1584-2002

Niveaux De Tension 

La plage de tension applicable à la norme IEEE 1584 reste inchangée à 208V jusqu'à 15kV.

La plage de basse tension est maintenant de 208V à 600V. 

Dans les versions précédentes de la norme IEEE 1584 (2002), une référence à la méthode de Ralph Lee a permis la possibilité d'utiliser cette méthode pour cette condition, mais ses résultats ont été jugés totalement irréalistes. De plus, le comportement physique des arcs et le mode de défaillance sont totalement différents pour les équipements aériens à ciel ouvert. Le tableau suivant présente une vue concise de l'application de différents modèles pour des niveaux de tension situés entre 0,208 kV jusqu'à 15 kV et plus.

Méthode 208 V to 600 V 601 V to 15 kV 15.1 kV to 38 kV > 38 kV
Phases1 3ɸa 3ɸb 1ɸa 1ɸb 3ɸa 3ɸb 1ɸa 1ɸb 3ɸa 3ɸb 1ɸa 3ɸa 3ɸb 1ɸa
IEEE 1584-2002 G G Y Y G G Y Y Y Y
IEEE 1584-2018 G G Y Y G G Y Y
*ArcFault™ G Y Y Y G Y G

Vert (G) – Directement Applicable / Jaune (Y) – Complété avec les Postulats d'Ingénierie 
Non Ombré – Non Applicable

Notez que la méthode Ralph Lee ne devrait pas être utilisée du tout pour les tensions supérieures à 15 kV. Cependant,  étant donné qu'elle avait été précédemment appliquée par ETAP comme alternative à la méthode IEEE 1584-2002, ETAP offre toujours cette option mais avec un avertissement.


Modèle de Courant d'Arc (0.208 kV to 0.6 kV)

La plus grande amélioration du modèle IEEE 1584-2018 est peut-être sa capacité à modéliser cinq configurations d'électrodes différentes et leur effet sur le courant d'arc. Les principaux domaines d'amélioration sont l'amélioration du comportement physique attendu de l'arc, sa sensibilité accrue à la variation des écarts, la correction des incohérences (comme dans les cas où Ia > Ibf), etc... Veuillez vous référer à l'Annexe G. 5.5 de la norme IEEE 1584-2018 pour plus de détails sur les améliorations apportées au modèle de courant d'arc. Le graphique suivant montre une analyse comparative des prévisions du courant d'arc du nouveau modèle par rapport au modèle IEEE 1584-2002.

Arc Current Model 0.208kV

Arc Current Model 0.6kV

Modèle de Courant d'Arc (0.6 kV to 15 kV)

Semblable à la méthode de 2002, l'IEEE 1584-2018 a deux modèles différents pour le courant d'arc. La partie moyenne tension du modèle est décrite dans les sections 4.4 et 4.9 de l'IEEE 1584-2018. Le modèle utilise une approche de l'interpolation pour appliquer l'effet de la tension sur le courant d'arc. L'effet de la tension sur le courant d'arc prévu devient moins dominant à mesure que la tension augmente. 

Le nouveau modèle est centré sur le calcul du courant d'arc à trois tensions différentes qui sont 600, 2700 et 14300 Volts CA. Le graphique suivant montre les résultats d'un balayage des paramètres pour le courant de court-circuit pour le modèle de courant d'arc moyenne tension.


Facteur de Correction de la Variation du Courant d'Arc

Le courant d'arc est le facteur le plus important pour déterminer la durée de fonctionnement des dispositifs de protection contre les surintensités. C'est la raison pour laquelle le nouveau modèle IEEE 1584-2018 a appliqué un modèle de courant d'arc amélioré. Le courant d'arc prévu par le modèle est considéré comme la moyenne du courant d'arc pour la durée de l'arc. En réalité, le courant d'arc peut subir des variations causées par les composants ca et cc du courant de court-circuit. L'intensité du courant d'arc peut aussi varier lorsque l'arc, s'enflamme, persiste et s'éteint. Le modèle de courant moyen en 2002 n'inclut pas le courant d'arc mesuré pendant les périodes d'enflammement ou d'extinction de l'arc. Il n'inclut que la moyenne des courants d'arc triphasés. 

Le concept physique de la variation du courant d'arc n'est pas modifié, mais il a été amélioré. En se basant sur l'analyse faite durant la phase de développement du nouveau modèle arc flash, on a découvert que la variation du courant d'arc était plus élevée à des tensions inférieures à 480 Volts et beaucoup moins à des tensions telles que 600 Volts et 2700 Volts ca.

La valeur de la variation du courant d'arc n'est plus fixée à 15% mais calculée de façon continue à partir des équations fournies dans la section 4.5 de l'IEEE 1584-2018. 

La variation du courant d'arc a été déterminée à partir de la médiane de la variation mesurée à chaque niveau de tension. Le graphique ci-dessous montre la variation du courant d'arc médian en pourcentage pour chacune des cinq configurations d'électrodes. 

Arc Current Variation Correction Factor

Limite de Durabilité de l'Arc Basse Tension 

La raison pour laquelle les limites ont été révisées est que des configurations d'électrodes supplémentaires telles que VCBB utilisées dans les essais ont révélé que les arcs peuvent supporter des courants de court-circuit beaucoup plus faibles que ceux présentés dans la norme de 2002. 

Les versions précédentes de l'IEEE 1584 suggéraient une limite de durabilité à environ 240 Volts ca avec environ 125 kVA (ou 10 kA avec un transformateur d'impédance de 3,5%). Cela a laissé une quantité importante d'équipements hors de la portée des calculs de l'énergie incidente. Cependant, puisque la limite a été abaissée à 240 volts ca avec 2.0 kA de courant de court-circuit, cela signifie que plus de systèmes ont dû être analysés.  Un facteur de correction de l'énergie incidente excessivement conventionnel a été supprimé du modèle de basse tension pour l'IEEE 1584-2018 comme indiqué dans le graphique ci-dessous : 

Low Voltage Arc Sustainability Limit and Incident Energy Comparison

Comme on peut le voir dans ce graphique, les résultats d'énergie incidente du nouveau modèle IEEE 1584-2018 sont plus précis et aussi beaucoup moins conventionnels.


Modèle d'Énergie Incidente – (0.208 kV to 0.6 kV)

Le modèle d'énergie incidente est décrit en détail dans les sections 4.3, 4.6, 4.9 et 4.10 de l'IEEE 1584-2018. Le modèle de l'énergie incidente est globalement différent de celui de 2002 parce qu'il inclut les trois configurations d'électrodes supplémentaires. En outre, pour les configurations fermées VCB, VCBB et HCB, un facteur de correction de dimensionnement du boîtier est appliqué. 

Le modèle d'énergie incidente suit le même principe que le courant d'arc. Un processus d'interpolation est effectué pour déterminer l'énergie incidente. L'interpolation s'effectue en obtenant des valeurs intermédiaires d'énergie incidente à 600, 2700 et 14300 Volts ca. 

Incident Energy Model 0.208kV

Incident Energy Model 0.6kV

Modèle d'Énergie Incidente – (0.6 kV to 15 kV)

Le graphique ci-dessous montre une comparaison de l'énergie incidente pour les modèles IEEE 1584-2018 et 2002. Les résultats révèlent de façon constante que si l'on détermine que l'équipement est maintenant en configuration HCB, l'énergie incidente peut être beaucoup plus élevée. Dans le graphique ci-dessous, l'énergie incidente pour une configuration VCB, en utilisant le modèle 2002 est de 20 cal/cm2 alors qu'elle est estimée à plus de 45 cal/cm2 en utilisant le modèle 2018 si la configuration des électrodes HCB est utilisée. 


Modèle de Limite Arc-Flash (0.208 to 0.6 kV)

Les méthodes d'essais utilisées permettent au nouveau modèle de prévoir des distances limites plus courtes. Les essais et le traitement des données utilisés pour élaborer le nouveau modèle de limite de protection de l'arc flash révèlent un gain de marge qui devient évident lorsque l'on compare les résultats des deux méthodes (2002 et 2018).

Arc-Flash Boundary Model 0.208kV

Arc-Flash Boundary Model 0.6kV

Modèle de Limite Arc-Flash (0.6 to 15 kV)

Comme pour le modèle basse tension, il y a une réduction notable des limites arc-flash prévues. Le résultat trop conventionnel de l'IEEE 1584-2002 produit toujours la plus haute limite arc flash pour des valeurs d'énergie incidente similaires.

Le graphique ci-dessous montre la limite arc-flash par rapport à la durée de l'arc et compare les résultats AFB 2018 par rapport aux résultats AFB 2002. Cette comparaison a été faite pour une tension de système de 2700 Volts ca.  

Effet de la Mise à la Terre sur l'Énergie Incidente

D'après les conclusions du groupe de développement du nouveau modèle IEEE 1584-2018, l'effet de la mise à la terre n'est plus considéré.


Ressources Supplémentaires
IEEE 1584 2018 Arc Flash

ETAP Arc Flash IEEE 1584-2018

Le logiciel d'Analyse Arc Flash ETAP est utilisé pour effectuer l'analyse arc flash pour les systèmes de 0.208 kV à 15 kV conformément au "Guide for Performing Arc Flash Hazard Calculations” de la norme IEEE 1584-2018. Le logiciel détermine les valeurs limites de l'énergie incidente et de l'arc flash nécessaires pour se conformer à l'étiquetage de l'équipement NEC. Il fournit également une évaluation des risques pour la protection contre les chocs et les EPI requis pour la protection contre l'arc flash selon la norme NFPA 70E 2018.