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統合されたACおよびDCの設計と分析
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新しい IEEE 1584-2018 アークフラッシュモデルは、IEEE 1584-2002 モデルに代わるものです。この規格の新版の開発は15年以上の作業を要し、何千時間もの研究、開発および検証の結果です。次のセクションでは、IEEE 1584 の主な変更点の概要を説明します。ETAP は、このモデルの開発と検証に積極的に参加して、電力系統解析ソフトウェアへの正しい適用を保証しています。
新しいモデルは、2002 に使用された 300 の試験よりもはるかに広範な異なる電極構成を組み込むために 1800 以上の試験に基づいて開発されました。
実施した試験の概要：
電極の構成
実施した試験
電圧範囲
電流範囲
ギャップの範囲
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
0.5 ~ 63 kA
10 ~ 254 mm
VOA
251
0.240 ~ 14.8 kV
10 ~ 154 mm
HOA
259
0.5 ~ 66 kA
新しいIEEE 1584-2018 モデルに基づく計算を実行する際の最も重要なステップは、機器の一部に存在する1つまたは複数の電極構成を有することが可能であることを理解しながら、5つの電極構成のうちどれが解析されている機器に存在するかを特定することです。
IEEE 1584-2018 の表 9 は、機器内に存在する可能性のある電極構成を特定する方法に関するガイドラインの出発点として最適です。
電圧と短絡電流の範囲は、以前のモデルと同様です。顕著な改善は、ほぼ倍増している中圧機器のためのギャップの範囲です。
モデル電圧、短絡電流、ギャップおよび作動距離範囲：
(3-P kV LL)
Ibf(kA)
ギャップ(mm)
WD (inch)
事故継続時間 (サイクル)
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
No Limit
函体寸法の推奨範囲：
函体寸法
値
高さ
14 to 49 (in)*
幅
(4 x Gap) to 49 (in)*
オープニングエリア
2401 (in2)
試験に使用されたパラメーター：
パラメーター
周波数
50 ~ 60 Hz
相
3-Phase
系統構成
VCB, VCBB, HCB, VOA, HOA
IEEE 1584-2018 の 4.11 項では、このモデルを単相系統に使用できることを推奨しており、結果は保守的であると予想されます。
モデル範囲の開発に使用された試験筐体の実際のサイズの概要：
機器階級
高さ (mm)
幅 (mm)
奥行 (mm)
15 kV 開閉装置
5 kV 開閉装置
1143*
762*
462*
15 kV MCC
914.4
5 kV MCC
660.4
低圧開閉装置
508
浅い低電圧 MCC と分電盤 ケーブル接続箱
355.6*
304.8*
≤ 203.2*
深い低圧 MCC と分電盤
ケーブル接続箱
> 203.2*
IEEE 1584 に適用可能な電圧の範囲は、208 V から 15 kV まで変わりません。
低圧の範囲は、現在 208 V から 600 V です。
IEEE 1584 (2002) の以前のバージョンでは、Ralph Lee 法への参照により、この条件でこの方法を使用することが可能でしたが、その結果はまったく非現実的であることがわかりました。また、アークの物理的挙動や故障のモードは、架空の気中機器ではまったく異なります。次の表は、0.208 kV から 15 kV 以上の電圧レベルでの、さまざまなモデルの適用の概要を示しています。
緑 (G) - 直接適用可能 / 黄 (Y) - エンジニアリングの前提で拡張 影なし - 該当なし
Ralph Lee 法は、15 kV を超える電圧には使用しないでください。ただし、以前に IEEE 1584-2002 法の代替として ETAP によって適用されていたため、ETAP はまだこオプションを利用できますが警告があります。
おそらく、IEEE 1584-2018 モデルの最大の改善点は、5種類の電極構成とアーク電流に対する効果をモデル化する能力です。改善の主な分野は、予想されるアーク物理的挙動の改善、ギャップ変動に対する感度の向上、矛盾の修正 (Ia > Ibf の場合など) などです。 アーク電流モデルの改善に関する詳細は、IEEE 1584-2018 の附属書 G.5.5 を参照してください。次のプロットは、新しいモデルと IEEE 1584-2002 モデルのアーク電流予測の比較解析を示しています。
2002 方式と同様に、IEEE 1584-2018 にはアーク電流について2つの異なるモデルがあります。モデルの中圧部分は、IEEE 1584-2018 の 4.4 および 4.9 項に説明されています。このモデルは、アーク電流に対する電圧の効果を適用するために補間手法を使用します。予測アーク電流に対する電圧の効果は、電圧が増加するにつれて支配的になります。
新しいモデルは、600、2700、および 14300 ボルト AC の3つの異なる電圧でのアーク電流の計算を中心としています。次のプロットは、中圧アーク電流モデルの短絡電流に対するパラメータースイープの結果を示しています。
アーク電流は、過電流保護装置の動作時間を決定するための最も重要な要因です。これが、新しい IEEE 1584-2018 モデルが拡張アーク電流モデルを適用した理由です。モデルによって予測されたアーク電流は、アークの持続時間の平均アーク電流であると考えられます。実際には、アーク電流は、短絡電流の交流成分および直流成分によって引き起こされる変動を経験することができます。アークは、点火持続および消灯としても、アーク電流の大きさが変化します。2002 の平均電流モデルには、アークの点灯または消灯期間中に測定されたアーク電流は含まれていません。それは、すべての三相アーク電流の平均のみを含みます。 アーク電流変動の物理的概念は変更されませんが、改善されました。新しいアークフラッシュモデルの開発段階で行われた解析に基づいて、アーク電流の変動は、480 ボルト未満の電圧でより大きく、600 ボルトおよび 2700 ボルト AC などの電圧では、はるかに小さいことが分かりました。 アーク電流変動の値は、15% に固定されていませんが、IEEE 1584-2018 の 4.5 項に提供されている式に基づいて連続的に計算します。 アーク電流変動は、各電圧レベルで測定された変動の中央値から決定しました。以下のプロットは、5つの電極構成のそれぞれについて、アーク電流の変動の中央値をパーセントで示しています。
限界が修正された理由は、試験で使用された VCBB のような追加の電極構成が、2002 の規格で以前に提示されたよりはるかに低い短絡電流でアークが持続できることを明らかにしたためです。
IEEE 1584 の以前のバージョンでは、約125 kVA (または 3.5% のインピーダンス変圧器を備えた 10 kA) で、約 240 ボルト AC で持続可能性に対する限界が示唆されました。これは、事故エネルギーの計算の範囲外にかなりの量の機器を残しました。ただし、2.0 kA の短絡電流で限界が 240 V ac に低下したため、より多くの系統を解析する必要がありました。 以下のプロットに示すように、過度に保守的な事故エネルギー補正係数が IEEE 1584-2018 の低圧モデルから削除されました。
このプロットに見られるように、新しい IEEE 1584-2018 モデルの事故エネルギーの結果はより正確であり、また保守的すぎます。
事故エネルギーモデルは、IEEE 1584-2018 の 4.3、4.6、4.9 および 4.10 項で詳細に説明されています。全体の事故エネルギーモデルは、追加の3つの電極構成を含むため、2002 のモデルとは異なります。さらに、閉鎖された構成の VCB、VCBB、および HCB の場合は、筐体のサイズ補正係数が適用されます。
事故エネルギーモデルは、アーク電流と同じ原理に従います。事故エネルギーを決定するために、補間処理が行われます。補間は 600、2700 および 14300 ボルト AC で中間事故エネルギー値を得ることによって行われます。
以下のプロットは、IEEE 1584-2018 と 2002 の両方のモデルの事故エネルギーの比較を示しています。この結果は、機器が現在 HCB 構成であると決定された場合、事故エネルギーはかなり多くなる可能性があることを一貫して明らかにしています。以下のプロットでは、VCB 構成の事故エネルギーは 20 cal/cm2 ですが、HCB 電極構成を使用した場合、2018 モデルでは45 cal/cm2 を超えると予測されます。
使用された試験方法は、新しいモデルがより短い境界距離を予測することを可能にします。新しいアーク - フラッシュ境界モデルを開発するために使用された試験およびデータ処理は、両方の方法の結果を比較するときに明らかになるマージンの利得を明らかにします (2002 ２および 2018)。
低圧モデルと同様に、予測されたアーク - フラッシュ境界の著しい低減があります。過度に保守的な IEEE 1584-2002 の結果は、同様の事故エネルギー値に対して常に最高のアークフラッシュ境界を生成します。
新しい IEEE 1584-2018 モデルの開発グループの調査結果に基づいて、接地の効果は考慮されなくなりました。
ETAP アークフラッシュ解析ソフトウェアは、IEEE 1584-2018「アークフラッシュ危険計算の実行のための IEEE ガイド」に従って、0.208 kV から 15 kV までの系統のアークフラッシュ解析を実行するために使用されます。このソフトウェアは、NEC の機器のラベリングに準拠するために必要な事故エネルギーとアークフラッシュ境界値を決定します。また、NFPA 70E 2018 に準拠した感電保護およびアークフラッシュ PPE の危険評価も提供します。