Booglichtbeveiliging | -Actieve boogeliminatietechnologie

Een boogflits is een van de meest verwoestende industriële incidenten die je kunt tegenkomen. In een oogwenk kan je schakelkast vernietigd worden, downstreamapparatuur zwaar beschadigd raken, operaties voor dagen of weken stilgelegd worden en personeel ernstig gewond raken of om het leven komen.

In bepaalde faciliteiten of toepassingen is het potentieel risico op een boogflits zeer laag; conventionele (niet-geprotecteerd tegen boogflitsen) schakelkasten kunnen met minimale risico's gebruikt worden. Echter, in de meeste toepassingen is het veel logischer om te vertrouwen op apparatuur met kenmerken ontworpen om boogflitsrisico's te verminderen – biedend een voorzichtig "verzekering" tegen de catastrofale gevolgen van een boogincident.

Het verwoestende potentieel is enorm. De energie die tijdens een boogflits in 11kV-schakelkasten vrijkomt, is gelijk aan de energie die nodig is om zes ruimte shuttles te lanceren. Temperaturen kunnen oplopen tot 20.000°C – vijf keer heter dan de oppervlakte van de zon – waardoor metaal kan verdampen.

Boogfouten kunnen zeldzaam zijn, maar ze vertegenwoordigen wel het meest ernstige type fout dat in een schakelkastensysteem kan optreden. Mogelijke oorzaken variëren, waaronder menselijke fout (het meest voorkomend), technische/apparatuurfouten en omgevingsfactoren.

Je kunt kiezen uit verschillende methoden om het risico op schade en letsel door boogflitsen te verminderen. Drie van de meest voorkomende worden hieronder beschreven.

Passieve Interne Boogbescherming

Bij passieve interne boogbescherming wordt een boogfout onderbroken nadat deze is opgetreden door middel van conventionele beschermrelais. De gemiddelde tijd tussen het begin van de boog en het uitschakelen door het relais varieert van 100 tot 1.000 milliseconden (ms) – letterlijk binnen de knippering van een oog, die typisch wordt gemeten op 100 tot 400 ms.

Hoewel deze duur extreem kort is, zal het boogincident bijna zeker voldoende schade veroorzaken om reparatie of vervanging van onderdelen van de schakelkast noodzakelijk te maken. Productieprocessen die afhankelijk zijn van de schakelkast kunnen ook ernstig gestoord raken.

Schakelkasten met passieve interne boogbescherming bevatten een soort leidingssysteem dat een "ontsnappingsroute" biedt voor hoogdruk, hoge temperatuur en mogelijk giftige gassen. Sommige schakelkasten hebben een leiding naar een externe ruimte. Deze oplossing wordt meestal gebruikt in kleinere schakelkastenkamers. Als de schakelkast zich in een grotere kamer of weg van de buitenmuur bevindt, kan de leiding ventilatie in de kamer waar de schakelkast is geïnstalleerd geven.

Beide ventilatiestrategieën verminderen of elimineren de uitstoot van booggassen vanaf de voorkant van de schakelkast, wat helpt bij het minimaliseren van eventueel letsel. Ze helpen ook bij het verspreiden van explosieve druk, waardoor de interne schade aan de schakelkast wordt verminderd.

Actieve Interne Boogonderbreking

In schakelkasten uitgerust met actieve interne boogonderbreking werkt het beschermcircuit onafhankelijk van het beschermrelais. De typische boogonderbrekingstijd bedraagt ongeveer 60-80 ms, wat de som is van de tijd die nodig is om de boog te detecteren, de circuitbreker te activeren en de brekeroperatie te voltooien.

Sensortechnologie stuurt een signaal naar de upstream-circuitbreker om het circuit te onderbreken, waarmee de boog zeer snel wordt gedetecteerd. Twee veelvoorkomende boogdetectiemethoden zijn stroomsensorapparaten en/of optische lichtsensoren die de flits "zien". De reactietijd is sneller dan bij passieve interne boogbescherming, maar nog steeds ontoereikend om potentiële significante schade en letsel te voorkomen.

Het is bekend dat veerverwerkte circuitbrekers hun uitschakeltijd kunnen verlengen naarmate ze ouder worden, wat resulteert in langere booguitdoofingstijden. Langere uitschakeltijden staan direct in verband met verhoogde boogflitsenschade. Dit is geen probleem bij magnetische circuitbrekers, die niet over de tijd trager worden.

Actieve Boogeliminatie

De twee methoden hierboven helpen de potentiële schade en letsel door bogen te verminderen, maar het is belangrijk op te merken dat beide reactiviteit tonen – ze reageren pas nadat een boog is opgetreden. De derde methode, actieve boogeliminatie, is ontworpen om zo snel te reageren dat de boog bijna volledig wordt geëlimineerd.

Technisch gezien reageert deze methode, net als de eerdere, ook op een boog nadat deze is opgetreden, maar de reactie is zo snel dat de schade aan de schakelkast meestal minimaal is en het risico op letsel voor personeel verwaarloosbaar of nihil is. Het bereikt een aanzienlijk snellere reactie – meestal minder dan 1,5 ms en nooit meer dan 4 ms. In plaats van de upstream-circuitbreker te laten uitschakelen, gebruikt het een Ultra-Snelle Aardingsschakelaar (UFES) om bij het optreden van een boogfout een driefasige aangesloten kortsluiting te initiëren.

De UFES, in combinatie met snelle en betrouwbare foutdetectie via verschillende sensormethoden, helpt ervoor te zorgen dat een boogfout bijna onmiddellijk na het optreden wordt gedoofd. Dit resulteert in een dramatische vermindering van hitte en druk. Het resetten van de schakelkast vereist meestal alleen het afnemen van het interieur en het vervangen van primaire schakelonderdelen – allemaal wat meestal binnen enkele uren kan worden voltooid.

Samenvatting

Als er brand uitbreekt in je huis, is het geruststellend om een detectie- en alarmsysteem te hebben dat onmiddellijk de brandweer waarschuwt, waardoor ze binnen enkele minuten ter plaatse zijn. Nog geruststellender zou echter een systeem zijn dat voorkomt dat de brand überhaupt begint. Dit is vergelijkbaar met hoe actieve boogeliminatie zich onderscheidt van andere methoden voor het beheer van boogfouten.

Actieve boogeliminatie is mogelijk de meest effectieve methode om boogflitsrisico's te verminderen, hoewel het met een iets hogere kosten gepaard gaat ten opzichte van andere beschermingsmethoden. Voor schakelkasten die geen enkele boogbescherming ontwerp hebben, vertegenwoordigt actieve boogeliminatie een relatief kleine investering ten opzichte van de waarde van de schakelkast die het beschermt. Bij het evalueren van de kosten-batenanalyse is het ook belangrijk om de extra kosten te overwegen die ontstaan door productie- of procesonderbrekingen na een boogincident.

Om de hoogste mate van bescherming te bieden voor je personeel en schakelkast, en om het risico op operationele onderbrekingen te minimaliseren, is actieve boogeliminatie via een ultra-snelle aardingsschakelaar de juiste keuze voor je schakelkast.