1. Arc-Flash의 개요

   일반적으로 Arc방전은 고압 또는 저압에서 비슷한 과정의 발생 메커니즘을 가지고 있으나, 전압이 갖는 요구 절연내력의 특성에 따라 발생빈도에는 다소 차이가 있다. 고압이나 특고압은 저압에 비해 큰 절연내력을 요구하기 때문에 Arc방전 발생 빈도가 높다고 할 수 있으나, 여러지역에 다수의 회로가 분포되어 있는 저압설비의 설치환경 때문에 저압 Arc방전은 인명피해뿐만 아니라 화재발생 측면에서도 매우 위험한 결과를 초래할 수 있다. 

   전기설비에서 작업자의 실수 및 절연불량 등의 문제로 단락사고가 발생하면 플라즈마(Plasma)형태의 전기적 Arc 방전이 일어나므로, Arc-Flash 위험에 노출된 작업자는 심각한 화상은 물론 생명에 위협을 받을 수 있으며, 전기설비 및 주변 가연물은 착화될 수 있다. 전기설비의 접속단자에서 Arc는 순간적으로 약 20,000℃의 고열과 강력한 압력파(Arc-Blast)를 발생시키는 것으로 알려져 있는데, 이러한 압력파에 의해 공기의 급속 팽창과 도체의 증발이 유발된다. 이때 공기는 약 1,670배, 구리는 67,000배의 부피로 팽창되어 폭발로 이어지고 금속용해, 금속파편과 높은 압력을 발생시켜 인명피해 및 화재로 확산될 수 있다.

2. 아크플래시 발생원인

1) 격리된 부속과의 우연한 접촉 
2) 부적당한 단락 등급 
3) 공구가 활선 부속에 떨어진 경우
4) 배선 과실 
5) 절연부에 먼지와 같은 오염. 
6) 장비의 부식
7) 부적당한 작업 절차 

3. Arc flash Energy 관련 이론

1) IEEE 1584 Standard  2002 
(Guide for performing Arc Flash Hazard Calculation)

· 아크고장전류 (Arcing fulat current -1kV 미만) 
lg (Ia) = K + 0.662 lg (IB) + 0.0966 V + 0.000526 G + 0.5588 V lg (IB) - 0.00304 G lg (IB) 
lg : log10 
Ia : arcing fault current(kA)
K : 개방형(0.153), 박스형(0.097) 
IB : 3상 대칭고장전류(kA) 
V : 전압(kV)
G : 도체간격(mm)
 
· 아크고장전류 (Arcing Fault Current -1KV 이상)
lg (Ia) =0.00402 + 0.983 lg (IB) 
Therefore, Ia = 10＾lg (Ia) 
Iabr = Ia * IBbr / IB 
IBbr : 각 보호기기를 통하는 고장전류(KA) 

· 표준 아크에너지(Normalized Incident Energy)
lg (En) = K1 + K2 + 1.081 lg (Ia) + 0.0011 G 
En : 아크에너지(J/cm2) 
K1 : 개방형(0.792), 박스형(0.555) 
K2 : 비접지, 고저항접지 계통(0) 
       접지계통(0.113) 
G : 도체사이간격(mm)
En = 10 ^ lg En 

· 발생아크에너지(Incident Energy converted from normalized) 
E = 4.184 Cf En (t/0.2) (610^x / D^x)
E : incident energy (J/cm2) 
Cf : 전압 1kV 초과(1.0) 1kV 이하(1.5) 
t : 아크발생지속시간 (초)
D : 작업거리(mm)
x : 거리지수(전압Level 및 장비형식에 따른)

· 아크플래시경계거리(Arc flash Boundary)
DB = [ 4.184 Cf En (t/0.2) (610^x / EB) ] ^ 1/x 
DB : 사건 Energy EB일 때 Arc flash 경계(mm)
EB : 노출된 피부에 2도 화상을 입힐 수 있는 Energy 한계 (EB = 5.0 J/㎠)
x  : 거리지수 Default거리지수 (전압 level과 장비 형식에 따른)

X (거리지수)

G (도체사이 간격)

D (Working distances)

2) NFPA 70E - 2004

NFPA 70E - 2004방식도 IEEE 1582 2002에서 아래 사항을 제외하고는 그 순서를 같이 한다.

· 전압 600V 이하 Bus에서의 섬광 보호 경계
Dc = [2.65  x MVAbf  x  t] ½ 
Dc = [53 x MVA x  t] ½ 
Dc : 2도 화상이 가능한 Arc 발생원으로부터의 거리(feet)
MVAbf : Bus에서의 단락용량 (MVA)
MVA : 변압기 정격용량 0.75MVA 이하에서 변압기 용량 MVA에 1.25배수
t  : Arc노출 지속 시간 (초)

· 전압 600V 이상 Bus에서의 섬광보호 경계
- 제거 시간 0.1초 혹은 그 이하 일 때
경계 거리에서의 사건 Energy 계산 = 1.5Cal/㎠ 
- 제거 시간 0.1초 보다 길 때
경계 거리에서의 사건 Energy 계산 = 1.2Cal/㎠