Werken aan uw elektrische installaties brengt onvermijdelijk het risico op vlambogen met zich mee. Dit gevaar treedt bijvoorbeeld op bij het openen van een onder spanning staande kast, of wanneer medewerkers zich in de nabijheid van open busbars of geleiders bevinden. Ook het werken aan een spanningsvrij gemaakte kast waarvan onderdelen per abuis nog onder spanning staan, vormt een kritiek risico. Hoewel vlambogen relatief zeldzaam zijn, kunnen de gevolgen desastreus zijn voor uw personeel en infrastructuur.
In een afgesloten ruimte bouwt een arc blast zich in een fractie van een seconde op; dit proces duurt veelal enkele milliseconden tot een halve seconde. Gedurende deze extreem korte tijd blijft de druk zich continu opbouwen. De exacte duur hiervan is sterk afhankelijk van de stroomtijd karakteristiek en de reactiesnelheid van uw beveiligingsinrichtingen, zoals zekeringen of stroomonderbrekers. Binnen deze tijdspanne kan de druk in de ruimte oplopen tot een veelvoud van de standaard atmosferische druk.
Deze drukopbouw is bijzonder gevaarlijk voor iedereen in de nabije omgeving, en kan er zelfs toe leiden dat gebouwen geheel of gedeeltelijk worden verwoest. Alles binnen een bepaalde straal kan in enkele seconden worden vernietigd. Ramen gaan stuk, hout versplintert en zelfs zwaar metselwerk en metaal kunnen breken. Uit praktijkmetingen blijkt dat een atmosferische drukverhoging van slechts 20% al voldoende kan zijn om muren te vernietigen. Om veiligheidsredenen is het dan ook noodzakelijk om te berekenen hoe deze drukgolf zich opbouwt en welke druk een persoon op een specifieke afstand zal ondervinden.
Veel gebouwen zijn oorspronkelijk niet specifiek ontworpen voor de zware elektrische installaties die zij momenteel huisvesten. Mensen zijn zich er bovendien niet altijd van bewust hoe destructief een vlamboog is, en beseffen niet dat overdreven zuinigheid tijdens de bouw het risico op schade aanzienlijk kan vergroten. Hoewel het gebruik van Persoonlijke Beschermingsmiddelen (PBM’s) essentieel is om de directe thermische gevaren te mitigeren, is het minstens zo belangrijk om de opbouw van de druk inzichtelijk te maken om structurele schade te beperken.
Het gedrag van deze arc blasts voorspellen via nauwkeurige berekeningen draagt direct bij aan de veiligheid, omdat u exact inzicht krijgt in de risico’s en leert hoe u deze minimaliseert. Het volume van uw gebouw of ruimte is hierbij van groot belang. Afhankelijk van het beschikbare volume kan een arc blast medewerkers wegduwen, of zelfs leiden tot de volledige desintegratie van fysieke structuren zoals motorpanelen en complete ruimtes. Panelen moeten idealiter ontworpen zijn om tegen een arc blast bestand te zijn. Als kasten in een open opstelling staan, komt de druk aan alle kanten vrij, waardoor het omliggende gebouw of de ruimte feitelijk fungeert als een nieuw compartiment.
Door in de ontwerpfase van een installatie al rekening te houden met arc blast-scenario’s, kunt u adequate maatregelen treffen. Zo kunnen structurele elementen worden aangepast of versterkt, en kunt u ontluchtingsroutes definiëren waarlangs de druk met minimale schade kan ontsnappen. Het is absoluut de moeite waard om deze berekeningen uit te voeren op kastcompartimenten, aangezien dit gemoedsrust biedt met betrekking tot de impact van de arc blast.
Waar de focus in de industrie van oudsher ligt op de thermische energie van een vlamboog, is er relatief weinig onderzoek gedaan naar de bijbehorende arc blasts. Een arc blast breidt zich vanaf de bron in drie dimensies uit. De kwantificering van deze druk wordt gedefinieerd als een combinatie van de verwachte initiële druk op het moment dat de boog ontstaat, en de verdere drukstijging totdat de boog volledig is gedoofd.
Hoewel de methodieken voor arc blast studies minder gevestigd en algemeen aanvaard zijn dan de methodieken voor thermische vlamboogberekeningen, zijn er benaderingen beschikbaar die gebaseerd zijn op wetenschappelijke onderzoeken en publicaties. Deze benaderingen vereisen een scherp inzicht in de bijbehorende aannames, beperkingen en discrepanties.
Voor een ‘gewone’ vlamboogmeting (gericht op het bepalen van de juiste PBM’s op basis van energiewaarden) zijn voornamelijk de details van de kast en de installatie nodig. Voor een arc blast berekening is echter meer vereist: u heeft daarnaast gedetailleerde gebouwgegevens nodig, waaronder de indeling, afmetingen en het volume. De resultaten van deze berekeningen tonen exact welke energieniveaus er verwacht kunnen worden en welke druk er in een gebouw zal ontstaan, inclusief de krachten die op verschillende locaties en afstanden optreden.
Om de theorie naar uw praktijk te vertalen, lichten we twee casussen toe waarbij de arc blast drukstijging nauwkeurig is berekend op basis van metingen en documentatie. Deze analyses resulteren in gerichte aanbevelingen om de gevolgen van een incident te beperken. Het is hierbij cruciaal te vermelden dat het optimaliseren van het moment waarop de boog wordt uitgeschakeld, het totale drukniveau direct vermindert. De blootstelling van een persoon wordt verder beïnvloed door de initiële ontploffing en de gebruikelijke werkafstand tot de installatie.
In deze situatie werd een nieuw gebouw aangesloten op het openbare net met een kortsluitstroom van 8,77 kA op het aansluitpunt. Via een 630 kVA transformator met een kortsluit Uk-waarde van 6% werd de spanning verlaagd naar 400 V. De uitdaging was dat een vlamboog zich mogelijk zou kunnen voordoen aan de middenspannings- of laagspanningszijde van de transformator, welke zich in een ruimte binnen een groot gebouw bevond. De klant wilde zeker weten of de door de bouwer gespecificeerde muren en de geïnstalleerde stroomonderbreker daadwerkelijk bestand zouden zijn tegen verschillende vlamboogscenario’s. Om de vlamboogdruk bij de transformator te berekenen, was het belangrijk om de afmetingen van de ruimte en de afstand tussen de elektroden (voor zowel midden- als laagspanning) te bepalen.
Aanbevelingen vanuit HyTEPS:
Deze casus betrof een 5 MW ketel die naast een trap stond en was voorzien van middenspanning via een open elektrische kast met elektroden bovenop. Uit de HyTEPS-berekeningen van de invallende energie, initiële druk, drukstijging, temperatuur en warmteoverdracht bleek dat er hoge energieniveaus werden verwacht. Het grote volume van het gebouw had echter een positieve invloed: de druk kon niet zo hoog oplopen als binnen in een klein kastcompartiment het geval zou zijn. De hotspot van de temperatuur bevond zich bij de elektroden, waarbij de warmteoverdracht afnam naarmate het voorwerp of de persoon verder van de vlambooglocatie verwijderd was. Hierbij is het cruciaal te beseffen dat zelfs een atmosferische drukverhoging van slechts 20% muren letterlijk zou kunnen vernietigen.
Aanbevelingen vanuit HyTEPS:
Het berekenen en mitigeren van arc blasts gaat in de praktijk gepaard met een fundamentele verhoging van de veiligheid en structurele integriteit van uw faciliteit. De inzichten die u hiermee verkrijgt, bieden u de handvatten om gericht te investeren in de juiste beveiligingsinrichtingen en ontluchtingssystemen. Tegelijkertijd waarborgt u de bescherming van uw personeel en voorkomt u catastrofale fysieke schade of langdurige productiestops na een incident. U verzekert zich hiermee van een veilige installatie. Niemand zou zich immers zorgen moeten maken over de betrouwbaarheid en veiligheid van elektriciteit.
Dieper in de materie duiken?
Wilt u precies weten hoe u de destructieve krachten van een arc blast in uw eigen installatie inzichtelijk maakt en beheerst? Volg dan ons Power Topic: Vlamboog & Arc Blast: Van theorie naar de werkvloer. Hierin delen onze engineers praktische analyses en praktijkvoorbeelden uit de zware industrie.
De veiligheid van uw personeel en de continuïteit van uw processen dulden geen aannames. Omdat het volume van de ruimte en de specifieke stroomtijd-karakteristieken bepalend zijn voor de impact, reageert elke elektrische installatie anders op een vlamboog.
Hier is een duidelijke kijk op de situatie rondom uw elektrische veiligheid: door de risico’s vooraf inzichtelijk te maken, voorkomt u onvoorziene structurele schade. Laten we verkennen hoe wij de fysieke risico’s van een arc blast voor uw specifieke installatie kunnen berekenen en minimaliseren.
