电气保护程序是任何电力系统的核心组成部分。这些程序不仅减少了设备和生产流程损坏的风险，更重要的是，它们降低了员工暴露于潜在致命电弧闪光危害的可能性。此类程序的核心是能够识别并分析电气系统中存在高风险电弧闪光的区域。

在识别电弧闪光危害时，有一个关键问题必须考虑：在许多电气设施中，保护装置的跳闸设置通常仅基于三相短路的标准。然而，低于1.0kV的低压电弧故障所产生的电流幅度可能远低于电路的最大三相短路电流。虽然释放的事故能量在较低电流幅度下应较小，但过电流保护装置可能需要更长时间跳闸，这会导致事故能量的释放持续几分钟。

目前，识别并分析高风险电弧闪光区域的过程通常采用两种计算方法：NFPA 70E 和 IEEE 1584。尽管这两种方法都考虑了低电流幅度的情况，但每种方法对低电流的处理方式有所不同。

另一个重要因素是CSA-Z462标准的引入。该标准由加拿大标准协会（CSA）开发，并与2009年版NFPA 70E同步发展。CSA-Z462将成为加拿大设施中使用的主要计算方法。由于2009年版NFPA 70E基于2004年版，因此了解NFPA 70E至关重要。

方法A：NFPA 70E

根据NFPA 70E 2004年方法，建议从“最大”和“最小”短路电流来确定600V及以下设备的事故能量。实际上，它建议将最大可用短路电流减少62%，以确定上游过电流设备可能需要几秒钟或几分钟才能跳闸的情况。这个减少的百分比与行业公认的最低自持电弧故障电流水平一致。然后可以使用公式[D.6.2(a)]来计算事故能量。

方法B：IEEE 1584

另一种计算低压设备事故能量的方法是IEEE 1584TM-2002和2004a "电弧闪光危害计算指南"（第5.1至5.5节）。IEEE 1584经验公式能够预测非常低的电弧故障电流值。IEEE 1584 2002年公式1可用于确定实际电弧故障电流的大小，这与NFPA 70E使用的可用短路电流不同。

在本文描述的简单电力系统中，计算的电弧电流幅度可能仅为最大可用三相短路电流的45%。IEEE 1584还建议，对于标称电压低于1000V的系统，应进一步减少15%的电流

确定最高事故能量值

在电弧闪光分析中，低压电弧故障的较低电流幅度是一个需要特别关注的领域。根据用于确定事故能量的计算方法，结果可能存在很大差异。无论使用哪种方法进行电弧闪光分析，可能都需要运行多种电弧故障电流幅度的变体，以确定可以释放的绝对最高事故能量值。

必须考虑所有可能的电弧闪光位置以及用于保护电路的保护装置，以正确识别低压电弧危害。此外，可能还需要运行两组计算：一组用于最大电流，另一组用于最小电流。

在图2中，我们使用电力系统分析软件在系统中的两个位置执行电弧闪光分析，以确定低压电弧危害。该系统具有典型的过电流和短路保护设置。一个1.5MVA的变压器通过177MVA短路容量的公用事业连接供电，并在13.8kV初级电压侧由一个100安培、15.5kV的标准速熔断器进行短路保护。变压器为480V的开关设备供电，主断路器为2400安培，配备固态跳闸装置。

然后使用电力系统分析软件在“SWGR B”位置模拟了开关设备母线上的电弧故障。你可以在图2中看到使用IEEE 1584 2004a方法的计算结果。

我们还使用NFPA 70E方法评估了相同位置的电弧故障，分别使用了最大和最小的短路电流。预计跳闸电弧故障的保护装置是主断路器CB5。四种不同电弧故障分析的结果列于表1中。

当使用最大短路电流确定事故能量时，结果显示，由于CB5中固态跳闸装置的瞬时部分迅速动作，母线上释放的事故能量为2.69 cal/cm²，危险类别为1（基于NFPA 70E-2004年版，表130.7(C)）。但是，如果使用最小短路电流，结果显示事故能量可能高达25 cal/cm²（危险类别为4）。这是由于CB5的清除时间更长造成的。

IEEE 1584预测的危险类别为3（12.5至14.51 cal/cm²），这是最坏的情况。IEEE 1584方法在此情况下提供了更准确的结果，因为它使用实际的电弧电流（Ia）来确定CB5断路器的操作时间。

确定最坏情况下的事故能量

前面的模拟可能不足以确定低压设备的最坏事故能量。如果你在主断路器隔室（如图1所示）模拟电弧故障，可能会释放出更大的事故能量，因为此位置的主保护装置将是熔断器Fuse2，其清除时间较长。

表2的结果显示，在主断路器CB5的线侧（输入侧）发生故障时，释放的事故能量更大，原因是熔断器的操作时间较长。图3显示了Fuse2的时间电流特性（TCC）曲线，以及故障电流在最小、最大和电弧故障条件下的预计清除时间。

需要注意的是，故障电流的微小减少可能导致清除时间大大延长。事实上，已经有多起低压设备中发生的电弧闪光事件记录，由于上游保护装置的响应较慢，这些事件持续了几秒甚至几分钟。

减少低电流幅度电弧故障危害的有效方法是调整保护装置的设置，以减少电弧故障的清除时间。通常情况下，主电力断路器并未启用瞬时响应，因为需要与下游设备进行协调。

在母线电弧故障的情况下，暂时将主电力断路器的瞬时拾取设置调整到低于最低预期电弧故障电流的水平，可以显著减少故障清除时间。市场上有一些设备提供“维护”模式，该模式会自动覆盖正常的保护装置协调设置，并引入瞬时拾取设置。

此瞬时拾取设置足够低，可以检测到电弧故障电流。当电气工作或维护完成时，可以将主保护装置恢复到正常操作设置。图4中的“维护模式”设置和标记为“最小电弧电流”的故障箭头显示了电弧故障电流的绝对最小幅度。

除了添加和减少瞬时拾取设置以减少低压电弧的危害之外，还可以考虑使用光检测继电器或“电弧闪光传感器”。这些设备可以检测到电弧故障发出的光。如果发生电弧，光传感器会向继电器发送跳闸信号，该信号可以在不到2个周期内跳闸断路器。电弧传感器还可以与过电流继电器一起使用。只有当过电流和光传感器同时检测到电弧故障的存在时，电弧传感器继电器才会发送跳闸信号。这样可以减少由于与电弧故障无关的光源而引发的误跳闸。

降低风险

最后，您应该认真考虑在高风险地点进行带电工作，特别是依赖上游过电流保护设备跳闸的场景，除非您可以通过某种方式减少危害。降低事故能量的这种方法是进一步降低电弧闪光事故风险并最大限度地减少员工暴露于潜在致命电弧闪光中的一种有效手段。

简而言之，无论使用何种分析方法（IEEE 1584或NFPA 70E，或两者结合），务必考虑低压设备中电弧故障的极低电流幅度。必须分析电弧故障电流的最大值和最小值，才能准确评估带电电气工作的危害。