在配电系统完成了短路计算和保护装置的配合整定之后,还有一项工作不能省掉,那就是去评估一下人员在带电设备附近操作时,可能面临的弧闪风险有多大。这也就引出了两个特别实际的问题:在ETAP里面,弧闪分析该按什么步骤去跑,以及跑完以后,那些和弧闪边界有关的结果应该从哪里查看、又该怎么理解。要把这些做好,一个很重要的前提,是先想办法把整个系统的模型、每一处保护装置的动作时间,还有各个设备的参数都补全、核对清楚,然后再去关注软件给出的入射能量、个人防护装备等级和弧闪边界这几个关键结果。ETAP的弧闪分析模块,可以按照IEEE 1584-2018的标准,对电压在0.208千伏到15千伏范围内的系统进行弧闪计算,并把入射能量和弧闪边界这些数据给出来。
一、ETAP怎么做弧闪分析
弧闪分析这件事,并不是打开软件点一次计算就能出结果的,它在很大程度上要依赖前面已经算好的短路电流数据、保护装置清除故障的时间、选定的工作距离、电极的形式,还有设备外壳的尺寸这些参数,可以这么说,要是前面的这些基础数据不够准,后面看到的边界结果,偏差往往也会非常大。
1、先把一次系统图搭完整
要在ETAP里面建立好整个配电系统的单线图,在这个图上,电源、变压器、母线、电缆、断路器、熔断器、电机还有负荷,它们之间的连接关系都得和实际一一对应起来,把图画好之后,不要急着去做弧闪分析,应该先跑一遍短路计算,确认一下各个位置的故障电流没有出现特别离谱的数值,这一步是后面一切分析的基础。
2、仔细核对保护装置的数据
弧闪释放出来的能量到底有多大,跟故障被切断的时间长短关系非常紧密,因此就需要进入到每一个保护装置的参数页面里,去核对断路器具体是怎么设置的、熔断器用的是什么曲线、继电器的动作时间定的是多少,还有上下一级保护之间有没有配合好。ETAP官方给出的资料里也提到,它的自动评估功能,可以结合保护配合的结果,自动对入射能量以及设备可能受到弧闪损伤的点进行评估。
3、把弧闪相关的参数设好
接着要进入到弧闪分析这个模块里面,按照项目本身的要求,把要使用的计算标准选对,然后再把工作距离、设备的类型、电极的配置方式、电极之间的间隙,还有外壳的尺寸这些参数一项一项填好。根据ETAP官方说明,软件能够确定出弧闪保护边界、限制接近边界和受限接近边界,也支持按照NFPA 70E的要求,对个人防护装备进行相应的评估。
4、执行弧闪研究
然后选择需要进行分析的母线或者设备,让软件开始计算,跑完之后,要立刻去看一看有没有哪些母线因为参数不完整而没有被计算,或者保护装置的动作时间还处于无法确定的状态,对于那些报了错的设备,不要直接跳过去不管,而是应该返回到模型和保护设置的环节,把缺的参数补上,再重新计算。
二、ETAP弧闪边界结果怎么查看
弧闪边界的结果,一般不会单独出现,它会和入射能量、故障电流、故障清除时间、工作距离这些信息一起显示出来,所以在看的时候,不能仅仅瞄一眼边界距离是多少,还要同时看清楚,这个距离是对应着哪一台设备、是在哪一种运行方式下面、又是根据哪一套保护动作时间算出来的。
1、去结果表格里查看
等到计算完成之后,打开弧闪分析的结果报表,在这个报表里面,重点要找到弧闪边界、入射能量、工作距离、电弧故障电流和清除时间这几个字段,因为一次完整的弧闪研究,它的核心输出差不多就是这些数据:电弧故障电流有多大、入射能量有多少,以及弧闪边界划到了什么位置。
2、在单线图上把结果显示出来
我们还可以把弧闪分析得到的结果,直接标注在单线图上,显示在每台设备的旁边,这样就能很快地看出,哪些母线或者开关柜的边界距离比较大、要求的个人防护装备等级比较高,对于那些被标识为高风险的设备,再去详细翻看它的报表,确认到底是什么原因导致了高风险。
3、生成弧闪标签
如果后面需要在开关柜等设备的现场张贴警示标识,就可以利用ETAP里面的标签生成功能,把设备的弧闪标签给制作出来,根据ETAP官方资料,这种自动生成的弧闪标签,可以用在进线主断路器柜、负荷断路器和电机启动柜这些设备上面。
4、把不同运行场景分开看
还有一个容易忽略的地方,就是像双电源供电、母联开关合上还是断开、发电机是不是并列运行、电机是处在启动状态还是运行状态,这些运行条件一旦变化,短路电流的大小和保护动作的时间都会跟着变,所以在正式的报告中,一定要把结果对应的运行方式写清楚,不能把一个场景算出来的边界,直接套到所有工况上去。
三、ETAP弧闪边界异常怎么复核
有时候算出来弧闪边界特别大,看到这个数字先不要慌,一般来说,首先要怀疑的是清除时间,而不是把注意力全放在短路电流上,因为只要保护动作稍微慢一点、保护曲线没有匹配上,或者上级保护发生了越级动作,都会让入射能量一下子涨上去不少。
1、去检查保护的清除时间
可以到结果里查看设备对应的清除时间,如果这个时间大得明显不合常理,那就要回到保护配合的界面,或者保护装置的曲线里面,去检查一下整定值、曲线库的选用、还有上下级之间的配合是不是出了问题。
2、看看计算标准是不是在适用范围里
因为IEEE 1584-2018这个模型,它的有效范围是从208伏到15千伏,如果项目的电压处在这个范围之外,那就要先弄清楚,当时是采用了哪一种替代的计算方法,有没有相应的依据,不能把不适用这个标准的系统,也硬套进来计算。
3、再去核查一下设备参数
工作距离、电极间的间隙大小、电极的配置方式,还有外壳的尺寸,这些都是会影响结果的重要参数,如果当初这些参数是用软件默认值直接填进去的,那就一定要回头确认一下,这些默认值是不是跟现场的开关柜、马达控制中心和配电盘这些设备的真实情况对得上。
4、拿不同整改方案去比一比
如果算出来的边界和入射能量确实太高,那就可以试着在模型里做一些调整,比如把保护整定值调一调、增加一个维护模式、换上能够限制电流的熔断器、想办法缩短清除时间,或者改变运行方式,然后重新算一遍,ETAP本身也提供了模拟多种降低高入射能量方案的功能,可以用来比较哪种办法效果更好。
总结
概括起来,ETAP里的弧闪分析怎么跑、弧闪边界结果又该怎么看,一般可以按这样的顺序往下走:先认认真真地把单线图和短路模型完善好,再把每一处保护装置的动作时间核实清楚,之后才进到弧闪模块里面,去设定好要用的标准、工作距离还有设备参数;到了查看结果这一步,重点要盯住弧闪边界、入射能量、清除时间,以及设备的标签信息;万一发现弧闪边界大得不太正常,最先要复核的就是保护的清除时间,然后是计算标准的适用范围,还有设备参数是不是填对了,这样得到的结果,才更能用在现场的实际安全评估上面。
