relatorio arcflash final
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Grupo de Estudos em Qualidade da Energia Elétrica – GQEE Instituto de Sistemas Elétricos e Energia – ISEE
Universidade Federal de Itajubá
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS II ESTUDO DE ARC-FLASH
Orientador: Prof. Dr. José Maria de Carvalho Filho
Mestrandos em Eng. Elétrica Arthur Henrique Perini de Medeiros Thiago Moura Galvão.
Itajubá 01 de dezembro de 2011
Conteúdo
1 Introdução ............................................................................................................................................. 3
2 Premissas .............................................................................................................................................. 3
2.1 Normas de Referência ................................................................................................................... 3
2.2 Método de Cálculo ........................................................................................................................ 3
2.2.1 Outros Métodos .................................................................................................................... 4
3 Diagrama de Proteção .......................................................................................................................... 4
4 Dados do estudo de Curto circuito ....................................................................................................... 6
5 Resultados ............................................................................................................................................. 6
6 Referências .......................................................................................................................................... 11
7 Anexo .................................................................................................................................................. 12
1 Introdução
Em complementação ao estudo de proteção e seletividade do sistema proposto nos diagramas apresentado nos itens posteriores, o estudo de Arc-Flash ou Arco Voltaico, é essencial para realizar a analise completa dos riscos oferecidos aos colaboradores envolvidos nos trabalhos em eletricidade em uma planta.
Este trabalho apresenta um estudo de caso onde é calculada a energia incidente proveniente da falta com arco, as distâncias seguras de trabalho, o valor da corrente do arco e as classes de proteção dos EPI’s dos colaboradores envolvidos. É importante ressaltar que esta ultima proteção deve ser mantida como retaguarda da proteção principal que é a eliminação da falta no tempo mais rápido possível.
2 Premissas
Os seguintes itens definem as premissas básicas para este estudo:
A distância do colaborador até o arco foi considerada para os cubículos de 13,8 kV de 609,6 mm e para os painéis de BT de 457,2. É importante ressaltar que a norma vigente varre uma gama de valores de que vão de 457,2 a 1828,8, que é dependente da forma de instalação dos barramentos nos cubículos.
2.1 Normas de Referência
IEEE 1584 - 2002 – Guide for Performing Arc-Flash Hazard
NFPA 70E - 2004 – Standard for Electrical Safety in the Workspace
2.2 Método de Cálculo
Os cálculos serão efetuados com o auxílio do software ETAP 7, onde oferece a opção de calculo da energia incidente de acordo com as normas IEEE 1584 e NFPA 70-2009. O método escolhido é o do IEEE que é baseado não somente em cálculos teóricos, mas sim em resultados experimentais. Contudo o método é baseado no método de calcula de Raph Lee que por sua vez leva em consideração a energia máxima do arco, o que pode trazer valores elevados da energia incidente e superdimencionamento das características das vestimentas de proteção.
Quando as condições de contorno das normas IEEE 1584 e NFPA 70-2009 não são respeitadas, por exemplo, quando a tensão nominal excede 15 kV, as equações de Ralph Lee são utilizadas.
2.2.1 Outros Métodos
O autor citado em [3], refere-se a dois métodos de calculo que não usam o modelo de Ralph Lee como base, mas sim as equações de transferência de calor da termodinâmica sendo condução, convecção e irradiação as formas pelas quais a energia do arco é incidida sobre uma superfície. Tais equações são de uma forma geral, mais complexas de serem resolvidas e para tanto a necessidade de software para o auxílio nos cálculos é extremamente útil. Os métodos propostos estão são implementados através dos softwares Heat Flux (Duke Energy) e Arc Pro (HD Electric Company)
3 Diagrama de Proteção
Abaixo na figura 2 está mostrado o diagrama de proteção da planta:
Figura 1 – Diagrama de Proteção
4 Dados do estudo de Curto circuito
Abaixo na tabela 1está mostrado o resultado do cálculo de curto circuito em ½ ciclo simétrico. O software utilizado é o ETAP 7.0.
5 Resultados
A figura 2 abaixo mostra os resultados diretamente no diagrama de proteção montado no software ETAP 7.
Tabela 1 – Resultados do calculo de curto circuito
Figura 2 – Resultados da análise de Arc-Flash mostrados no diagrama unifilar pelo ETAP
A tabela 2 abaixo resume os resultados após os cálculos efetuados pelo software ETAP 7.
Tabela 2 – Resultados da análise de Arc-Flash
A tabela 2 abaixo mostra os resultados após os cálculos efetuados pelo software ETAP 7.
Na análise dos resultados pode-se observa que a categoria de risco para a especificação dos EPI’s tem o seu limite ultrapassado na Barra B2-QD1. Isto é devido ao tempo de extinção da falta considerado 85,80 ciclos que é o maior tempo de abertura de um dos disjuntores interligados na barra este disjuntor é o 52-3.
O parâmetro “energia incidente” é o responsável pela extrapolação do limite da categoria de risco, pois como mencionado acima é dependente do tempo de extinção da falta. Portanto a eliminação da falta com o menor tempo possível é imprescindível neste caso e pode obter este resultado com a adição de um relé de arco no sistema de proteção referente ao cubículo QD1. Considerando um tempo de detecção de 0,02 s para o relé de arco e 0,04 s do tempo de abertura dos disjuntores pode-se reduzir para aproximadamente 60 ms ou aproximadamente 4 ciclos.
O relé de detecção de Arco Voltaico do fabricante SEL – Schweitzer Engineering Laboratories modelo SEL-751A, utiliza as informações de sensores de luz e os sinais de correntes providos dos tc’s para providenciar uma atuação rápida eficiente, onde o fabricante indica tempos de detecção na ordem de 2 ms. A figura 3 abaixo ilustra um esquema de proteção disponível em [2].
Figura 3 – Esquema de proteção com o relé de arco
O software ETAP também permite imprimir etiquetas de risco para os equipamentos analisados como barramentos, cubículos e disjuntores. Abaixo são mostradas algumas destas etiquetas plotadas para este estudo em questão.
Figura 4 – Etiquetas modelos 3,5x7 – Perigo Barras
Figura 6 – Etiqueta modelo 4x4 – Atenção - Barra
Figura 5 – Etiqueta modelo 3x6 – Perigo - Barra
6 Referências
[1] CARVALHO FILHO, Prof. José Maria de. PROTEÇÃO CONTRA ARCOS ELÉTRICOS INTERNOS. Itajubá: Apostila Didática, 2009
[2] SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES. SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA ARCO VOLTAICO EM PAINÉIS DE MÉDIA E BAIXA TENSÃO. Disponível em:
<www.selinc.com.br/art_tecnicos/sel_artigo_arcovoltaico.pdf>. Acesso em: 01 out. 2011.
[3] IDEAL WORK. Introdução a Análise do Arco Elétrico, Conceitos e Aplicações: Por Aguinaldo Bizzo. Disponível em: <www.idealwork.com.br/download/aguinaldo_bizzo2.pdf>.
Acesso em: 05 dez. 2011.
[4] HDE ELECTRIC COMPANY. Focus on Safety Equipment and Clothing. Disponível em:
<http://www.hdelectriccompany.com/more-information/library-archives/Focus-on-Safety-
Equipment-and-Clothing.htm>. Acesso em: 05 dez. 2011.
[5] Norma NFPA 70E - 2004 – Standard for Electrical Safety in the Workspace
[6] Norma IEEE 1584 - “IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”, 2002.
Figura 6 – Etiqueta modelo Avery 6579 – Atenção - Barra
7 Anexo
Abaixo é mostrado o relatório completo realizado através do software ETAP 7. Onde constam todos os dados de entrada do sistema, bem como a tabela resumo com os resultados do estudo.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 1
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Electrical Transient Analyzer Program
ANSI Short-Circuit
IEEE 1584
Arc Flash Analysis
Total
Number of Buses:
Swing V-Control Load Total
Number of Branches:
XFMR2 Reactor Line/Cable Impedance Tie PDXFMR3 Total
Number of Machines:
Generator Motor MachinesGrid
Synchronous Synchronous Induction
Load
Lumped
2 0 6
3 0 4 0 0 0
1 0 4 0 1
8
7
6
Power
System Frequency: 60 Hz
Unit System: Metric
Project Filename: trabalho_prot
Output Filename: C:\ETAP 700\trabalho_prot\Untitled.AAF
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 2
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Adjustments
Transformer Impedance:
Reactor Impedance:
Adjustments
Apply
/Global
Individual
PercentTolerance
Overload Heater Resistance:
Transmission Line Length:
Cable Length:
Temperature Correction
Transmission Line Resistance:
Cable Resistance:
Apply
Adjustments
Individual
/Global Degree C
Global
Global
Individual
Individual
0
0
Yes
Yes
No
No
No
Yes
Yes
Hazard/Risk Level
NFPA 70E 2009
cal/cm²Category ID
Hazard/Risk Levels
0 1.20Cat 0
1 4.00Cat 1
2 8.00Cat 2
3 25.00Cat 3
4 40.00Cat 4
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 3
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Bus Input Data
ID Type Nom. kV
Bus
Base kV
Initial Voltage
%Mag. Ang.Sub-sys
138.000 138.000SWNGB1-SE 1 100.00 0.00
13.800 13.800SWNGB2-QD1 1 100.00 0.00
13.800 13.800LoadB3-QD2 1 100.00 0.00
4.160 4.160LoadB4-CCM1 1 100.00 0.00
0.480 0.480LoadB5-QD3 1 100.00 0.00
0.480 0.480LoadB6-CCM2 1 100.00 0.00
0.480 0.480LoadCX-M3 1 100.00 0.00
0.480 0.480LoadCX-M4 1 100.00 0.00
8 Buses Total
All voltages reported by ETAP are in % of bus Nominal kV.
Base kV values of buses are calculated and used internally by ETAP .
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 4
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Bus Arc Flash Input Data
ID Nom. kV
Faulted Bus
Equip. Type Gap (mm) X Factor
Arc Flash Ratings
Exp. Movable Fixed Circuit Restricted Prohibited
Limited Approach Boundary (m)Avail. Protection
cal/cm²
B1-SE Open Air 138.000 3.353 3.048 1.091 0.939 0.0
B2-QD1 153 0.973MCC 13.800 3.048 1.524 0.658 0.183 0.0
B3-QD2 153 0.973MCC 13.800 3.048 1.524 0.658 0.183 0.0
B4-CCM1 102 0.973MCC 4.160 3.048 1.524 0.658 0.183 0.0
B5-QD3 25 1.641MCC 0.480 3.048 1.067 0.305 0.030 0.0
B6-CCM2 25 1.641MCC 0.480 3.048 1.067 0.305 0.030 0.0
CX-M3 13 2.000Cable Bus 0.480 3.048 1.067 0.305 0.030 0.0
CX-M4 13 2.000Cable Bus 0.480 3.048 1.067 0.305 0.030 0.0
The Gap and X-Factors are not utilized if the theoretically derived Lee method was used to determine the incident energy and flash protection
boundary. The Lee method is used if the bus voltage and/or short-circuit parameters are outside the range covered by the IEEE 1584 empirical
equations.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 5
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Line/Cable Input Data
ID Library Size #/Phase T (°C) R
Line/Cable
Ohms or Siemens/1000 m per Conductor (Cable) or per Phase (Line)
Adj. (m) % Tol.
Length
YX
CABO-1 15NCUS3 240 20.0 2 0.07212 0 0 0.0000000 0.10700
CABO-2 1,0NCUS3 300 30.0 2 0.05868 0 0 0.0000000 0.08360
CABO-3 0,6NCUS1 35 30.0 1 0.48490 0 0 0.0000000 0.11000
CABO-4 0,6NCUS1 35 30.0 1 0.48490 0 0 0.0000000 0.11000
Line / Cable resistances are listed at the specified temperatures.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 6
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
2-Winding Transformer Input Data
ID MVA Prim. kV Sec. kV % Z X/R Prim. Sec.
Transformer
% Tol.
Rating Z Variation
+ 5% - 5% % Z
Adjusted% Tap Setting
T1 40.000 138.000 13.800 12.00 25.00 0 0 0 12.0000 0 0
T2 5.000 13.800 4.160 6.00 12.50 0 0 0 6.0000 0 0
T3 1.500 13.800 0.480 5.00 7.50 0 0 0 5.0000 0 0
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 7
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Branch Connections
ID From Bus To Bus R X ZType
CKT/Branch % Impedance, Pos. Seq., 100 MVAbConnected Bus ID
Y
T1 B1-SE 1.20 29.98 30.00B2-QD12W XFMR
T2 B3-QD2 9.57 119.62 120.00B4-CCM12W XFMR
T3 B3-QD2 44.05 330.41 333.33B5-QD32W XFMR
CABO-1 B2-QD1 0.04 0.06 0.07B3-QD2Cable
CABO-2 B5-QD3 38.20 54.43 66.50B6-CCM2Cable
CABO-3 B6-CCM2 631.38 143.23 647.42CX-M4Cable
CABO-4 B6-CCM2 657.42 143.23 672.84CX-M3Cable
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 8
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Power Grid Input Data
ID ID MVASC kV R X
Rating
X/R
100 MVA Base% Impedance
Power Grid Connected Bus
PAC 138.000 9.98648 0.51980 1000.000B1-SE 19.21
Total Connected Power Grids (= 1 ): 1000.000 MVA
Synchronous Generator Input Data
MVA kV RPM X"/R X'/R R Tol.Adj.
Synchronous Generator Rating X/R Ratio
% Impedance in Machine Base
Connected Bus
IDTypeID Xd'
Xd"
0.450 55.56 40.00 600 13.800 30.000G1 Turbo 18.00 25.00B2-QD1 0.0
Total Connected Synchronous Generators ( = 1 ): 30.000 MVA
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 9
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Induction Machine Input Data
kVA kV RPM X"/R X'/R R X'X"
Induction Machine Rating X/R Ratio Machine BaseConnected Bus
IDID
% Impedance
HP/kWQty
Motors
MOTOR-1 1 B4-CCM1 4.160 0.44 52.50 35.00 1800 15.38 23.08 500.00 494.23
MOTOR-2 1 B4-CCM1 4.160 0.44 52.50 35.00 1800 15.38 23.08 500.00 494.23
MOTOR-3 1 CX-M3 0.480 2.51 19.95 7.98 1800 20.00 50.00 105.00 103.89
MOTOR-4 1 CX-M4 0.480 3.16 15.86 6.37 1800 20.15 50.15 105.00 103.89
Total Connected Induction Motors ( = 4 ): 1196.3 kVA
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 10
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 183 cm= 100% of base kVBase kV = 138.000
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = UngroundedNominal kV = 138.000
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B1-SE
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 4.661 FCT1 =Ia" = 4.661 0,067 4.0 Incident Energy 1 = 6,567
Ia' = 4.563Ibf' = 4.563 FCT2 = 0,001 0.0 Incident Energy 2 = 0,076
Ia = 4.480Ibf = 4.480
Total Incident Energy = 6,6430,067Fault Clearing Time = 4.0
Hazard/Risk Level* = 2
Flash Protection Boundary = 4.31 m
For Protective Device: CB1@ Ia = 4,184 kA
Relay: F-D60/52-1 Type: Overcurrent
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-1 HV CB3Ph 0.477 0.477 3.0 4.661 4.0 6.567
0.379 0.379 4.5 4.563 26.0 41.784
0.296 0.296 7.4 4.480 55,8 88,04952-3
FCT = 64.09 >Max.Total =85,8 136,399
CB1 HV CB3Ph 4.184 4.184 4.0
4.184 4.184 5.5
4.184 4.184 8.4 Cannot be Determined
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 11
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 61 cm= 100% of base kVBase kV = 13.800
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = UngroundedNominal kV = 13.800
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B2-QD1
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 17.719 FCT1 =Ia" = 17.031 0,067 4.0 Incident Energy 1 = 2,934
Ia' = 15.057Ibf' = 15.665 FCT2 = 0,433 26.0 Incident Energy 2 = 16,695
FCT3 =Ia = 13.671Ibf = 14.223 55.8 0,930 Incident Energy 3 = 32,278
Total Incident Energy = 51,9081,430Fault Clearing Time = 85.8
Hazard/Risk Level* = Exceeds Maximum PPE Arc Rating
Flash Protection Boundary = 29.27 m
For Protective Device: 52-3@ Ia = 3,619 kA
Relay: F-489/52-3 Type: Overcurrent
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-2 HV CB3Ph 10.459 10.053 80.8 17.031 4.0 2.934
10.459 10.053 80.8 15.057 26.0 16.695
10.459 10.053 80.8 13.671 70,3 40,64552-1
FCT = 111.97 >Max.Total =100,3 60,275
52-3 HV CB3Ph 6.971 6.700 85.8
5.020 4.825 85.8
3.765 3.619 85.8 Cannot be Determined
52-4 HV CB3Ph 0.290 0.279 17.031 4.0 2.934
0.187 0.180 15.057 26.0 16.695
0.000 0.000 13.671 55,8 32,27852-3
FCT = 29.27 >Max.Total =85,8 51,908
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 12
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 61 cm= 100% of base kVBase kV = 13.800
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = UngroundedNominal kV = 13.800
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B3-QD2
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 17.678 FCT1 =Ia" = 16.992 0,067 4.0 Incident Energy 1 = 2,927
Ia' = 15.026Ibf' = 15.632 FCT2 = 0,380 22.8 Incident Energy 2 = 14,592
Ia = 13.645Ibf = 14.195
Total Incident Energy = 17,5190,446Fault Clearing Time = 26.8
Hazard/Risk Level* = 3
Flash Protection Boundary = 9.59 m
For Protective Device: 52-4@ Ia = 14,846 kA
Relay: F-B30/52-4 Type: Overcurrent
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-5 HV CB3Ph 0.249 0.240
0.170 0.164
0.000 0.000 Cannot be Determined
52-7 HV CB3Ph 0.041 0.039 16.992 4.0 2.927
0.017 0.016 15.026 22.8 14.592
0.000 0.000 13.645 52-4
FCT = 9.59 3Total =26,8 17,519
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 13
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 46 cm= 100% of base kVBase kV = 4.160
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = UngroundedNominal kV = 4.160
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B4-CCM1
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 10.529 FCT1 =Ia" = 10.210 0,055 3.3 Incident Energy 1 = 1,614
Ia' = 9.729Ibf' = 10.032
Ia = 9.005Ibf = 9.286
Total Incident Energy = 1,6140,055Fault Clearing Time = 3.3
Hazard/Risk Level* = 1
Flash Protection Boundary = 0.62 m
For Protective Device: 52-6@ Ia = 9,347 kA
Relay: F-745-3/52-6 Type: Overcurrent
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-6 HV CB3Ph 9.639 9.347 3.3 10.210 1.8 0.883
9.439 9.153 3.3 9.729
9.286 9.005 3.4 9.005 52-5
FCT = 1.09 0Total =1,8 0,883
52-9 HV CB3Ph 0.446 0.432 10.210 3.3 1.614
0.297 0.288 9.729
0.000 0.000 9.005 52-6
FCT = 0.62 1Total =3,3 1,614
FU-2 Fuse3Ph 0.446 0.432 10.210 3.3 1.614
0.297 0.288 9.729
0.000 0.000 9.005 52-6
FCT = 0.62 1Total =3,3 1,614
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
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SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 46 cm= 100% of base kVBase kV = 0.480
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = GroundedNominal kV = 0.480
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B5-QD3
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 34.905 FCT1 =Ia" = 19.076 0,067 4.0 Incident Energy 1 = 4,450
Ia' = 18.530Ibf' = 33.905 FCT2 = 0,257 15.4 Incident Energy 2 = 16,644
Ia = 18.125Ibf = 33.165
Total Incident Energy = 21,0940,324Fault Clearing Time = 19.4
Hazard/Risk Level* = 3
Flash Protection Boundary = 2.62 m
For Protective Device: 52-8@ Ia = 18,259 kA
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-10 LV CB3Ph 1.210 0.661 19.076 4.0 4.450
0.495 0.271 18.530 15.4 16.644
0.000 0.000 18.125 52-8
FCT = 2.62 3Total =19,4 21,094
52-8 LV CB3Ph¨ 33.697 18.416 19.4 16.215 4.0 3.733
33.411 18.259 19.4 15.750 26.0 23.512
33.165 18.125 19.4 15.406 67,0 59,14952-7
FCT = 6.19 >Max.Total =97,0 86,394
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
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Page: 15
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 46 cm= 100% of base kVBase kV = 0.480
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = GroundedNominal kV = 0.480
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: B6-CCM2
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 30.067 FCT1 =Ia" = 16.794 0,060 3.6 Incident Energy 1 = 3,489
Ia' = 16.273Ibf' = 29.135
Ia = 15.898Ibf = 28.463
Total Incident Energy = 3,4890,060Fault Clearing Time = 3.6
Hazard/Risk Level* = 1
Flash Protection Boundary = 0.88 m
For Protective Device: 52-10@ Ia = 16,114 kA
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
52-11 LV CB3Ph 0.605 0.338 16.794 3.6 3.489
0.248 0.138 16.273
0.000 0.000 15.898 52-10
FCT = 0.88 1Total =3,6 3,489
FU-1 Fuse3Ph 0.613 0.342 16.794 3.6 3.489
0.249 0.139 16.273
0.000 0.000 15.898 52-10
FCT = 0.88 1Total =3,6 3,489
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 16
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 46 cm= 100% of base kVBase kV = 0.480
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = GroundedNominal kV = 0.480
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: CX-M3
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 13.550 FCT1 =Ia" = 9.214 0,010 0.6 Incident Energy 1 = 0,327
Ia' = 8.975Ibf' = 13.200
Ia = 8.822Ibf = 12.974
Total Incident Energy = 0,3270,010Fault Clearing Time = 0.6
Hazard/Risk Level* = 0
Flash Protection Boundary = 0.24 m
For Protective Device: FU-1@ Ia = 8,918 kA
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
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SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Arc Flash Analysis
Fault Current Decay Calculation Method
Working Distance = 116 cm= 100% of base kVBase kV = 0.480
Prefault Voltage = 100% of nominal bus kV System Grounding = GroundedNominal kV = 0.480
Solution Method: Fault Current Decay
Arc Fault at Bus: CX-M4
Bus Arc Flash Results
Total Bolted
(kA)Total Arcing
(kA)
Fault Clearing Time
(cycles) (Seconds) (cal/cm²)
Ibf" = 13.874 FCT1 =Ia" = 9.409 0,015 0.9 Incident Energy 1 = 0,078
Ia' = 9.159Ibf' = 13.505
Ia = 9.000Ibf = 13.270
Total Incident Energy = 0,0780,015Fault Clearing Time = 0.9
Hazard/Risk Level* = 0
Flash Protection Boundary = 0.30 m
For Protective Device: 52-11@ Ia = 9,105 kA
Arc Fault at Device
Individual Contribution
to Bus Arc Fault
(kA) (kA)
Incident Energy
FCT
(cycles)
ArcingBolted Arcing
(kA)
FCT
(cycles)
Incident E
(cal/cm²) Level*
Hazard/Risk
(m)
FPB
TypeID Protective Device ID for FCTType
Phase
* NFPA 70E 2009 Table 130.7(C)(11), Protective Clothing Characteristics, is used to determine the Hazard/Risk Level.
¨ Arcing current variation was applied at this location.
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
7.0.0
Page: 18
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
Incident Energy Summary
Bus
Total Fault Current
(kA)
Bolted Arcing
Arc-Flash Analysis Results
(cycles)
FCT
(cal/cm²)
Incident E
Level
Hazard/Risk
(m)TypeNom. kVID
FPB
B1-SE 138.000 4.661 4.661 6.643 4.31Open Air 2# 4,048
B2-QD1 13.800 14.223 13.671 51.908 29.27MCC >Max.85,800
B3-QD2 13.800 15.632 15.026 17.519 9.59MCC 326,776
B4-CCM1 4.160 10.529 10.210 1.614 0.62MCC 13,291
B5-QD3 0.480 33.905 18.530 21.094 2.62MCC 319,440
B6-CCM2 0.480 30.067 16.794 3.489 0.88MCC 13,600
CX-M3 0.480 13.550 9.214 0.327 0.24Cable Bus 00,600
CX-M4 0.480 13.874 9.409 0.078 0.30Cable Bus 00,900
The theoretically derived Lee method was used to determine the incident energy and flash protection boundary for this location since the bolted fault
current or nominal voltage are outside the empirical method range. ((Ibf" < 0.7 kA or Ibf" > 106 kA) and (0.208 ≤ Nominal kV ≤ 15 kV))
#
Location: ITAJUBA-MG
Engineer: ARTHUR MEDEIROS/ THIAGO GALVÃOStudy Case: SC
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Page: 19
SN: 12345678
Filename: trabalho_prot
Project: PROJETO PLANTA IND ETAP
Contract:
Date: 04-12-2011
Revision: Base
Config.: Normal
WorkingFlash Incident
Hazard/Risk
Level(cm)(m)
FCT
(cycle)
Open
(cycle)
PD Arc
Fault (kA)
Energy
(cal/cm²)
Trip
(cycle)
Bolted Fault (kA)Gap
(mm) Source Trip Device IDPDBusEquip. TypeID Nom. kV
Trip DeviceFaulted Bus Fault Current
Summary - Arc Flash Hazard Calculations
DistanceBoundary
B1-SE 138.000 Open Air 4.661 4.184 CB1 4.05 1.62 4.3 6.6 183 2.43 4.184 2#
B2-QD1 13.800 MCC 153 14.223 3.619 52-3 85.80 0.60 29.3 51.9 61 85.20 3.765 >Max.
B3-QD2 13.800 MCC 153 15.632 14.846 52-4 26.78 0.60 9.6 17.5 61 26.18 15.445 3
B4-CCM1 4.160 MCC 102 10.529 9.347 52-6 3.29 0.60 0.6 1.6 46 2.69 9.639 1
B5-QD3 0.480 MCC 25 33.905 18.259 52-8 19.44 0.00 2.6 21.1 46 19.44 33.411 3
B6-CCM2 0.480 MCC 25 30.067 16.114 52-10 3.60 0.00 0.9 3.5 46 3.60 28.850 1
CX-M3 0.480 Cable Bus 13 13.550 8.918 FU-1 0.60 0.00 0.2 0.3 46 0.60 13.116 0
CX-M4 0.480 Cable Bus 13 13.874 9.105 52-11 0.90 0.00 0.3 0.1 116 0.90 13.424 0
The theoretically derived Lee method was used to determine the incident energy and flash protection boundary for this location since the bolted fault current or nominal voltage are outside the
empirical method range. ((Ibf" < 0.7 kA or Ibf" > 106 kA) and (0.208 ≤ Nominal kV ≤ 15 kV))
#