Vlamboog berekeningen verhogen de veiligheid

Iedereen verdient het om aan het einde van de (werk)dag ongeschonden naar huis te gaan.

Bij alle werkzaamheden aan het elektriciteitsnet bestaat er kans op kortsluitingen en vlambooggevaar. Een vlamboog komt zelden voor, maar de gevolgen zijn rampzalig. Monteurs, installateurs en omstanders lopen grote risico’s door de enorme explosie waarmee een vlamboog gepaard gaat. Een optimale bescherming tegen vlambogen is een absolute noodzaak. Het vooraf berekenen hoe een vlamboog zich gedraagt zal bijdragen aan de veiligheid. Het biedt inzicht in de risico’s en hoe deze geminimaliseerd kunnen worden. Door inzicht in de vlamboogenergie op een specifieke werkplek kunnen de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen worden bepaald.

Vlambooggevaar inzichtelijk maken voor de veiligheid van uw medewerkers

NEN 3140

In de vernieuwde NEN 3140 is er meer aandacht voor het gevaar van vlambogen. Om de risico’s te reduceren en de juiste beschermende maatregelen te kunnen nemen is een RI&E op het gebied van vlambogen noodzakelijk. Aan de hand van de installatiegegevens moet de vlamboogenergie op een specifieke werkplek (bij een bepaald apparaat c.q. deel van de installatie) worden bepaald. Vervolgens kan worden bepaald óf en welke vlamboogbescherming nodig is. Het bepalen van de vlamboogenergie is echter ingewikkeld. Er moet met meerdere factoren worden gerekend, waaronder de duur van de fout, de hoogte van de stroom en de afstand tussen de persoon en de installatie.

HyTEPS verzorgt vlamboog berekeningen en simulaties

HyTEPS kan u aan de hand van de simulaties voorzien van labels voor elk kabinet waarop de belangrijkste veiligheidsgegevens staan, zoals de kortsluitstroom en welke PBMs gedragen moeten worden voor verschillende situaties. Dit versimpelt de LMRA (laatste minuut risico analyse), waardoor deze efficiënt voor elk kabinet afzonderlijk gedaan kan worden. Indien gewenst kan dit gekoppeld worden aan een beheersysteem. Hierdoor wordt centraal bekend welke beschermingsmiddelen nodig zijn. Dit geeft medewerkers duidelijk inzicht in de juiste te dragen beschermingsmiddelen op elke specifieke locatie.

proces van vlamboog simulaties

Wat is een vlamboog?

Een vlamboog is een aanhoudende vonk die kan ontstaan tijdens het schakelen van apparaten of bij fouten in de installatie. Vaak heeft een vlamboog een negatieve differentiaal weerstand. Dit wil zeggen dat de vlamboog groter en groter wordt, totdat er een component elders in de installatie de stroom niet meer aan kan en smelt. Pas dan zal de vlamboog uitdoven.

Kenmerken van een vlamboog

  • Extreme temperaturen van meer dan 19.000 graden Celsius
  • Rondvliegende (verhitte of gesmolten) scherven van de installatie
  • Een drukgolf met een oorverdovende knal
  • Een intens fel licht, in zowel het zichtbaar als onzichtbaar spectrum (infrarood)

De risico's voor uw medewerkers

  • Externe brandwonden
  • Interne brandwonden bij het inademen van geïoniseerde gassen
  • Blindheid (tijdelijk of permanent)
  • Lichamelijk letsel door de drukgolf
  • (Permanente) gehoorbeschadiging
  • Kopervergiftiging (de ingeademde kopergassen stollen in de longen waardoor er permanenten kopersubstantie in de longen achterblijft)

In de meest extreme gevallen kan een vlamboog direct dan wel indirect (door lichamelijk letsel als brandwonden of interne bloedingen) overlijden van uw medewerker tot gevolg hebben.

De 3 belangrijkste parameters om in acht te nemen zijn: de duur van de fout, de hoogte van de stroom en de afstand tussen de persoon en de installatie.

De oorzaken van een vlamboog

De meeste vlambogen worden veroorzaakt door een menselijke fout. In zo’n 70 procent van de gevallen gaat het om onzorgvuldig werken aan schakelsystemen. Daarnaast kunnen gebreken in de installatie ook de oorzaak zijn van een gevaarlijke vlamboog:

  • Foutief gedimensioneerde schakelapparaten
  • Degeneratie van isolatiemateriaal of ontbreken daarvan
  • Slechte verbindingen
  • Overbrugging tussen aders door geleidende vreemde voorwerpen, zoals gereedschappen, onderdelen of knaagdieren

Standaarden voor vlamboog calculaties

Diverse standaarden voor vlamboog beveiliging en berekeningen zijn ontwikkeld. Elke standaard heeft zijn eigen toepassingsgebied en methode. In de onderstaande tabel zijn enkele veel voorkomende normen omschreven.

arc-flash hitting an employee
IEEE-1584 2018 Internationale standaard voor het berekenen van de vlamboog. Deze versie is uitgebreider een houdt rekening met meer factoren.
IEEE-1584 2002 Internationale standaard voor het berekenen van de vlamboog. Methode voor het berekenen van de vlamboog.
NFPA 70E National fire protection agency richtlijnen over vlambogen.
NEN 3140 Nederlandse norm omtrent bedrijfsvoering van elektrische installaties.
NEN-EN 50110 Europese norm voor veilige bedrijfsvoering in en om elektrische installaties.

Maar ook normen m.b.t. beschermende kleding.

ISSA Richtlijnen over de thermische effecten van een vlamboog op de PBM.
DGVU203-077 Richtlijnen over de thermische effecten van een vlamboog op de PBM.
IEC 61482-1-1 Test methode van beschermende kledij tegen thermische effecten en elektrische energie.
IEC 61482-1-2 Test methode van beschermende kledij tegen thermische effecten en elektrische energie

Het is van groot belang om een juiste selectie te maken in welke standaarden er gebruikt worden in uw installatie.
HyTEPS kan u hierin adviseren.

Gevaarlijke vlambogen; een kostbare zaak

Zoals aangegeven zijn de effecten van ongewenste vlambogen zeer ernstig. Een vlamboog kan leiden tot persoonlijk letsel, maar tevens tot grote schade aan de installatie zoals verdeelsystemen. Door schade die aan de installatie ontstaat bij een vlamboog kan deze tot stilstand komen voor een periode oplopend tot enkele weken. Volledige vervanging van installatiedelen als verdeelsystemen kan zelfs noodzakelijk blijken te zijn. Dit levert directe gevolgschades op door extra kosten voor vervangingsdelen en indirecte kosten door afname van de beschikbaarheidsfactor, wat meeweegt in de bedrijfsresultaten en concurrentiepositie.

Middels simulaties en vlamboog berekeningen ondersteunt HyTEPS u bij de bescherming van uw medewerkers, het reduceren van onnodige risico's en ongewenste stilstand en kosten.

HyTEPS Vlamboog Veiligheidslabel

Door middel van simulaties en vlamboogberekeningen ondersteunt HyTEPS u bij het beschermen van uw medewerkers, en het reduceren van onnodige risico's en ongewenste stilstand en kosten.

Gelijkstroom (DC) vlamboogberekeningen

Geen enkele elektrische installatie kan gegarandeerd zonder het risico op vlambogen functioneren. Verdeelborden en -panelen zijn altijd onderhevig aan vlamboogverschijnselen. Daarbij staan gelijkstroominstallaties (DC) bloot aan precies dezelfde gevaren als wisselstroominstallaties (AC).

Hoewel de meeste elektrische installaties wisselstroominstallaties zijn, zijn er vrijwel altijd een aantal gelijkstroombelastingen te vinden - om optimaal te kunnen functioneren maakt elke installatie gebruik van wisselstroom-/gelijkstroomomvormer. Gelijkstroombelastingen op elektrische systemen nemen toe, met name door de integratie van energie uit hernieuwbare bronnen en technologische ontwikkelingen zoals elektrische voertuigen, energieopslagsystemen en LED-verlichting.

Als gevolg zijn gedeeltelijke of volledige gelijkstroominstallaties steeds heel gangbaar geworden, met name waar het gaat om offshore-installaties (schepen en platforms), nieuwe installaties die gevoelig zijn voor stroomkwaliteitsstoringen, en bepaalde industriële toepassingen aan land. DC-installaties zouden het 'nieuwe normaal' kunnen worden.

HyTEPS is gespecialiseerd in zowel AC als DC-vlamboogberekeningen, waardoor de veiligheid van dergelijke elektrische installaties gewaarborgd is. De methodologie is gebaseerd op de meest recente bevindingen en onderzoek.

Normen en Richtlijnen voor gelijkstroom. Is naleving een "must"?

Gelijkstroomsystemen worden niet behandeld in de bestaande richtlijnen en normen voor het berekenen van vlambooggevaren. Met andere woorden: er is nog geen officiële universele methodologie gedefinieerd voor het uitvoeren van dergelijke berekeningen.

Vergeleken met AC-systemen is het onderzoek naar vlambogen in DC-systemen relatief nieuw. Onderzoekers hebben tests uitgevoerd en hun bevindingen gedocumenteerd, om tot een methodologie te komen voor het berekenen van DC-vlambogen, grotendeels op basis van empirische vergelijkingen.

HyTEPS kan DC-vlamboomsimulaties uitvoeren op basis van de drie meest gebruikte en algemeen gangbare methoden:

  1. Maximum Vermogens Methode: Deze in 2007 geïntroduceerde aanpak gaat uit van het maximale vermogen dat een vlamboog zou kunnen bereiken en de maximale vrijkomende energie waaraan een werknemer kan worden blootgesteld. Het maximale vermogen, in watt, is de systeemspanning vermenigvuldigd met de helft van de geboute foutstroom.
  2. Stokes en Oppelander: Deze methode, ontwikkeld in 1990, gaat uit van empirische vergelijkingen op basis van testresultaten. Onderzoek is gebaseerd op een open verticale en horizontale vlamboog tussen seriële elektroden of stroomrails in de open lucht. Er wordt ook een schatting gemaakt van de minimale brandspanning die nodig is om de open vlamboog onder verschillende omstandigheden in stand te houden.
  3. Paukert: Deze aanpak is gebaseerd op een compilatie van gepubliceerde boogfoutgegevens van zeven onderzoekers die verschillende boogproeven hebben uitgevoerd. Op basis daarvan formuleerde Paukert boogspannings- en boogweerstandsvergelijkingen, rekening houdend met de afstand tussen elektroden.

De gekozen berekeningsmethode wordt in overleg met de klant bepaald, in combinatie met het advies van HyTEPS, aangezien elke methode zijn voordelen, nadelen, en beperkingen kent. De gekozen methode sluit altijd het beste aan bij de behoeften van de klant.

Afhankelijk van de gekozen methode kan extra informatie over de fysieke kenmerken van de verdeelborden nodig zijn.

Wanneer worden DC-vlamboogberekeningen aanbevolen?

In gelijkstroominstallaties met accusystemen, gelijkrichters die wisselstroom omzetten naar gelijkstroom, en/of gelijkstroommotoren, is het aan te bevelen om vlamboogberekeningen uit te voeren op elke gelijkstroomverdeelplaat, voornamelijk om:

1.         Ervoor te zorgen dat de installatie veilig is, door na te gaan of er geen onveilige situaties (kunnen) ontstaan

2.         Meer te weten te komen over de energieniveaus in geval van een vlamboog

3.         Bepalen persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's) voor meer veiligheid

Dit is met name belangrijk in situaties waarin accu's op een DC-busbar zijn aangesloten en voor 100 % zijn opgeladen. Afhankelijk van de grootte van de accu kunnen de gevolgen van een vlamboog op de rail fataal zijn. Daarom spelen meerdere parameters een rol, zoals de beschermingsinrichting vóór de accu en kabeldemping, die de vlamboogstroom beïnvloedt. Ook de aan- of afwezigheid van galvanische scheiding beïnvloedt de uiteindelijke waarde van de DC-kortsluitstroom en daarmee de vlamboogenergie. Normaal gesproken schakelt de begrenzing van vermogenselektronica snel in, om gevoelige interne apparatuur te beschermen. Om die reden is de grootste bijdrage meestal afkomstig van gelijkstroomaccu's.

 

 

 

Persoonlijke beschermingsmiddelen

De NFPA 70E 2021-norm m.b.t. elektrische veiligheid op de werkplek is gericht op elektrische veiligheidseisen voor werknemers ter plaatse. Deze norm richt zich op praktische voorzorgsmaatregelen die de productiviteit van werknemers binnen hun functies borgt.

In de loop der jaren is het gedeelte over praktische DC-richtlijnen geleidelijk aan opgenomen en uitgebreid. Situaties waarin persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE) al dan niet vereist zijn worden hierin gedefinieerd.

 

Persoonlijke Beschermingsmiddelen vereist wanneer werknemers worden blootgesteld aan elektrische onderdelen die onder spanning staan. Hier kan namelijk een gelijkstroom-vlamboog ontstaan, gepaard met het vrijkomen van energie.

Het is uiterst belangrijk dat werknemers niet alleen weten aan welke risico’s zij mogelijk worden blootgesteld, maar ook dat zij de optimale veiligheidsuitrusting dragen. Op het DC-vlambooglabel dat op de voorzijde van elke verdeelkast of -paneel wordt aangebracht staat dit vermeld.

Het DC-vlamboog-label

Een door HyTEPS ontwikkeld label geeft de resultaten van DC-vlamboogsimulatie beknopt weer, inclusief gevarencategorie en vereiste PBM’s. Dit is ter indicatie, aangezien er geen directe relatie bestaat met een norm of richtlijn. De informatie op het label is gebaseerd op de deskundigheid van HyTEPS op het gebied van vlambooggevaar in wisselstroom en recent onderzoek naar vlambooggevaar in gelijkstroom.

Algemene informatie:

  • Waarschuwing: Vlambooggevaar
  • Aanduiding verdeelkast
  • Type vlamboog: gelijkstroom (DC)
  • Methode gebruikt voor de berekening
  • Datum simulatie
  • ISO-nummer: uniek voor ieder label
  • Logo klant
  • HyTEPS-logo
  • Waarschuwing: hier wordt aangegeven dat informatie op het label is gebaseerd op een simulatierapport / vlamboogvlamstudie en dat aanpassingen aan de systeemconfiguratie of apparatuur de resultaten ongeldig maken.

 

 

 

 

 

 

 

DC vlamboog informatie:

  • Schokgevaar wanneer afdekking wordt verwijderd
  • Stroomsterkte vlamboog
  • Voor de simulatie in aanmerking genomen werkafstand
  • Invallende energie als gevolg van een DC-vlamboog, gebaseerd op de plaats van de vlamboog, d.w.z. behuizing (in een kast met een open deur) of in de open lucht (zonder kast).

HyTEPS is expert in simulaties van vlambogen

 

Graag informeren wij u over de mogelijkheden van simuleren en rapporteren. Wij streven ernaar om maatwerk te leveren; rapporten en adviezen die direct toepasbaar zijn, en de veiligheid en continuïteit verbeteren. Hierdoor krijgt u een goed overzicht van de installatie, de goede werking van de beveiligingen en het antwoord op de vraag of de installatie goed is ontworpen, voor zowel normaal bedrijf als noodbedrijf!