IEEE 1584为电力行业电弧保护和必要的安全分离距离提供了基础理论和模型。
❖该标准基于必要的计算功率分配来评估电弧的影响。
❖虽然与航空工业布线系统的要求有相近之处,但该标准内模型的适用范围禁止用于飞机上电弧的评估,只可作为借鉴。
人们深入研究飞机电弧影响时,经常以IEEE1584作为参考,因为在人们不熟悉飞机上电弧的属性时,IEEE1584给出了一套可借鉴的模型和公式。
即“本标准的目的是让鉴定工程师分析电力系统线缆,分析内容是计算相关人员在操作和维修工作期间可能接触到的最大能量。承建商和设施业主可以利用这些信息,根据适用的电力工作场所安全标准的要求,为相关人员提供适当的保护。”
电力行业的一些电弧损伤经验可以应用到航空航天的设计要求,例如25.1707中吗?这就是本文的要探讨的内容。
在物体间距和最大外壳尺寸上也有限制,最大的机箱机柜的外壳尺寸与飞机外壳尺寸相仿。
对航空航天行业的我们来说,有几项参数是突破这些边界限制的。
❶ 工作频率最大为60Hz。对于大多数飞机应用,交流电源工作范围从300 - 800Hz。根据电弧测试经验,60 - 400Hz对总电弧能量的影响是有限的。虽然有细微差距,但不同频率的交流电其电弧的影响结果总体上是接近的。
❷ IEEE1584中只给出了交流系统的电弧模型。当我们需要评估直流电弧模型时只能参考其他模型或标准。
❸ 低压系统的最小故障电流为500A。对于16AWG及更小线规的线缆的电弧故障,故障电流可能低于该值。对于20AWG导线,从电源配电盘到故障位置的导线长度必须小于20英尺(208V相电压,每100英尺20AWG导线0.9欧姆)。FAA的研究表明,在这种情况下,最严重的电弧事件发生点是距离电源100-150英尺的位置。这是由于故障电流和断路器响应时间的组合决定的。
因此,虽然这些标准的限制边界确实使模型超出了大多数航空应用的参数,但我们可以适用IEEE1584的公式检查模型结果,并与飞机电弧的历史弧测试数据进行比较。
首先,在使用标准IEEE 1584时需要注意的一点是,有几个方程的使用取决于电压水平(≤600V、600V、2700V和14300V)。这就说得通了,因为电弧事件所引起的电离很可能与分离距离和电压大小有关。
600V以下电弧事件的电弧能量公式。IEEE 1584。
该公式有几个输入,包括几个系数(' k '参数是基于选定的方程),螺栓故障电流,配置的导体,和电弧事件持续时间。导线的配置可为:
1)露天的水平敷设的导体;
2)导电盒中的水平敷设导体;
3)金属盒内的垂直敷设导体;
4)露天垂直敷设的导体;
5)端接于金属盒内的垂直敷设的导体。
对于下面的例子,使用的是户外环境中垂直敷设的导体。
断路器响应时间也是计算的一部分。使用热断路器的人必须根据系统电压、电路和电弧电阻的组合,对断路器跳闸时间做出最佳预测。这里建议使用最小/最大持续时间方法。
综上所述,这个公式产生的输出单位是焦耳每平方厘米。单独来看,这个值没有什么意义。但是,那些具有额外建模能力的工程师可以将其作为输入。
但从应用的角度来看,目标是确定安全距离。在标准中,该值指定为电弧闪络的边界,其中为“入射能量为5.0J/cm2,与预期电弧的距离”。实际上,这是最小的“安全”距离。
与能量计算相似,电弧闪络边界(AFB)方程很长,需要多次输入。
600V以下电弧闪弧的边界公式。节选自IEEE 1584。