Hydro-Québec Production expertise de centrales Évaluation des dangers d’arcs électriques Colloque technique Direction – Expertise de centrales 7-8 février 2017 Table des matières 1. Les dangers d’éclair d’arc électrique 2. Évaluation du courant d’arc 3. Évaluation du temps d’exposition 4. Évaluation de la distance d’intervention 5. Évaluation de l’énergie incidente 6. Tableaux d’analyse de danger d’éclair d’arc 2 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 1. Les dangers d’éclair d’arc électrique UN ARC ÉLECTRIQUE C’est le passage d’un courant entre deux conducteurs au travers d’un gaz ou d’une vapeur ionisée (air). 3 Défaut d’éclair d’arc électrique • Température de l’arc : 35 000 °F • 4x la surface du soleil • 3e plus haute source de chaleur après laser et fission nucléaire • Métal en fusion • Bruit et onde de choc • Lumière intense (flash d’arc) • Gaz brûlants • Sublimation du cuivre (augmentation de 67 000 x Volume) • Explosion • Boule de feu • Éclats d’équipements 4 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Les normes • CSA Z462: – Les niveaux d’énergie sont liés à l’appareil et à la tâche (forme tabloïde); – S’applique aux bâtiments (garages, entrepôts, bureaux administratifs, etc..) • ULC S801: – Trois mesures de protection: • Contrôles approuvés par un ingénieur; • Contrôles administratifs; • Utilisation d’EPI adéquats. • Supérieure à 240 V c.a.; • Triphasée, inférieure ou égale à 240 V c.a. combiné à une source de plus de 125 kVa; • ou de plus de 100 V cc 5 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Définition des catégories de dangerosité Catégorie 0 Énergie ≤ 1,2 cal/cm2 Catégorie 2 1,2 cal/cm2 < Énergie ≤ 8 cal/cm2 Catégorie 4 8 cal/cm2 < Énergie ≤ 40 cal/cm2 Pour les niveaux d’exposition > 40 cal/cm2, aucun ÉPI ne peut protéger adéquatement – travail à proscrire sur cet équipement. 6 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Définition de calorie et calorie/cm² • Calorie : – Une calorie, c’est L’ÉNERGIE nécessaire pour faire augmenter 1 gramme d’eau de 1 degré Celcius. Exemple : • Placez votre doigt par-dessus une flamme pendant 1 seconde • 1 cm par 1 cm de votre doigt va absorber 1 Calorie = 1cal/cm2 7 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 2. Évaluation du courant d’arc 8 Évaluation du courant d’arc • Calculé aux différents points d’intervention • Déterminé à partir d’une étude de court-circuit triphasé détaillée, ou d’une étude de court-circuit courant continu détaillé • Niveaux de court-circuit obtenus en modélisant le réseau électrique : – Sources de courant de défaut (réseau HQ entrée centrale, alternateurs, charges motrices, batteries, chargeurs..); – Impédances des équipements passifs (transformateurs, inductances, câbles…) : – Création d’un schéma unifilaire d’impédance à partir d’un schéma unifilaire électrique 9 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemple schéma unifilaire d’impédance 10 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques • Équations de calculs – Évaluation du courant d’arc à partir du courant 3φ solide selon IEEE 1584; – Équations empiriques basées sur des résultats d’essais en laboratoire (réseaux < 15) 11 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 3. Évaluation du temps d’exposition 12 Évaluation du temps d’exposition • Durée entre l’apparition de l’arc électrique et son élimination totale par un équipement de coupure via l’opération des protections Texp = Top protection + Top équip. Coupure Les différents calculs sont basés sur l’opération de la protection située en amont ou couvrant la zone de l’équipement concerné. Selon le norme IEEE 1584, une durée d’éclair d’arc maximale de 2 sec. est adéquate lorsque l’intervenant n’est pas dans un endroit qui restreint les mouvements. 13 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Temps d’opération des équipements de coupure • Temps d’opération des disjoncteurs : – 120 kV et plus : 3 cycles; – 69 kV et moins : 5 cycles; – 600 V : inclus dans la courbe temps/courant de la protection; – Temps d’opération des relais auxiliaires : 25 msec (moyen); – Temps d’opération des fusibles : inclut la détection et l’élimination du défaut (courbe Total Clearing Time manufacturier). 14 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemples d’évaluation du temps d’exposition • Ex. : Intervention sur disjoncteur d’arrivée du CD principal 600 V 15 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemples d’évaluation du temps d’exposition • Ex. : Intervention sur disjoncteur d’artère du CD principal 600 V • Si défaut d’arc, isolation du défaut par la protection 600 V (LSI) du disjoncteur d’arrivée : – Ouverture du disjoncteur d’arrivée 600 V (1-31) : • T protection = Texp : 0,5 sec Note : le temps de réaction de la protection 600 V dépend des réglages et de l’intensité du courant d’arc vue par la protection. 16 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemples d’évaluation du temps d’exposition • Ex. : Intervention sur disjoncteur d’artère du CD principal 600 V 17 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemples d’évaluation du temps d’exposition • Ex. : Intervention sur disjoncteur du CD secondaire 600 V • Si défaut d’arc, isolation du défaut par la protection 600 V (LSI) du disjoncteur d’artère alimentant le CD secondaire : – Ouverture du disjoncteur de départ 600 V (1-3152) : • T protection = T exp : 0,22 sec Note : le temps de réaction de la protection 600 V dépend des réglages et de l’intensité du courant d’arc vue par la protection. 18 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Exemples d’évaluation du temps d’exposition • Ex. : Intervention sur disjoncteur du CD secondaire 600 V 19 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 4. Évaluation de la distance d’intervention 20 Évaluation de la distance d’intervention • Distance entre l’arc électrique potentiel et le torse • Fonction du type d’intervention considéré 21 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Évaluation de la distance d’intervention TYPES DE TÂCHES DISTANCES DE TRAVAIL TYPES (m) Armoire moyenne tension 13,8 kV 1. Introduction ou enlèvement de disjoncteurs 1,22 2. Essais de tension (1) 1,22 3. Installation de prises de terre de sécurité (1) 1,22 Armoire basse tension 600 V (CD) 4. Introduction ou enlèvement de disjoncteurs 0,91 5. Essais de tension (1) 1,22 6. Installation de prises de terre de sécurité (1) 1,22 CCM 600 V 7. Toutes les tâches 0,46 (1) : Tâche avec perche isolante de 4 pieds. 22 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 5. Évaluation de l’énergie incidente 23 Évaluation de l’énergie incidente • Équations IEEE 1584 utilisées selon le niveau de tension Réseau ≤ 15 kV : Équation empirique normalisée Lg En = K1 + K2 + 1,081 Lg Ia + 0,0011G Avec En : Énergie incidente normalisée (J/cm2) pour t = 0,2 s et D = 610 mm K1 : K2 : - 0,792 (arc air libre) et – 0,555 (arc enfermé) 0 (réseaux non mis à la terre ou mis à la terre par résistance élevée) - 0,113 (autres réseaux mis à la terre) Ia = Ibf G: 24 Écartements entre conducteurs (mm) (tableau 4) Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Évaluation de l’énergie incidente • Équations IEEE 1584 utilisées selon le niveau de tension Conversion à partir des valeurs normalisées E= 4,184 Cf En (t/0,2)(610/D)X Avec E: Cf: En: t: D: x: 25 Énergie incidente (J/cm2) Coefficient de calcul 1,0 (réseau >1 kV) 1,5 (réseau ≤ 1 kV) Énergie incidente normalisée (J/cm2) Durée de l’arc (s) Distance de travail (mm) Exposant de distance (tableau 4) Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Règles du pouce • L’énergie incidente reçue est : – Proportionnelle au courant d’arc (à temps d’exposition et distance d’intervention identiques); – Proportionnelle à la durée d’exposition (à distance d’intervention et courant d’arc identiques); – Inversement proportionnelle au carré de la distance d’intervention (à temps d’exposition et courant d’arc identiques). 26 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Évaluation de l’énergie incidente • S’il y a plusieurs sources de contribution au défaut d’arc, l’énergie incidente totale est la somme des énergies incidentes produites par chaque contribution. – Ex. : Défaut d’arc sur disjoncteur d’arrivée 13,8 kV des services auxiliaires : Énergie incidente contribution du réseau H.Q. (0,1 sec) Énergie incidente totale = + Énergie incidente contribution alternateur (2 sec.) 27 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Périmètre de protection contre les éclairs d’arcs électriques (Flash Protection Boundary) • Distance d’une partie sous tension exposée en-deçà de laquelle une personne peut subir des brûlures du 2e degré ou plus (1,2 cal/cm2) si un éclair d’arc électrique survient. • L’intervenant doit alors porter un ÉPI avec une caractéristique d’arc (ATPV) correspondant à l’énergie incidente potentielle à la distance de travail prévue. 28 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Périmètre de protection contre les éclairs d’arc électrique (selon IEEE 1584) Réseau ≤ 15 kV Équation empirique DB = [4,184 Cf En (t/0,2) (610x/ EB) ] 1/x Avec DB : Périmètre de protection contre un éclair d’arc électrique (mm) 29 Cf : Coefficient de calcul 1,0 (réseau > 1 kV); 1,5 (réseau ≤ 1 kV) En : Énergie incidente normalisée (J/cm2) t: Durée d’arc (s) x: Exposant de distance (tableau 2) EB : Énergie incidente au périmètre de protection contre les éclairs d’arc électrique (5,0 J/cm2 = 1,2 cal/cm2) Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques 6. Tableaux d’analyse de danger 30 Tableaux d’analyse de danger d’éclair d’arc électrique • Les calculs et résultats présentés sur ces tableaux sont valides pour une exposition directe à un éclair d’arc (arc extérieur ou arc dans une cellule avec porte ouverte). – Avec : • • • • 31 Périmètre de protection contre les éclairs d’arc électrique « Flash Boundary »; Énergies incidentes aux distances de travail normalisées; Catégories de dangerosité (niveaux d’ÉPI) aux distances de travail normalisées; Distances minimales de protection contre les éclairs d’arc électrique pour les différentes catégories de dangerosité (0,2,4). Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Tableaux d’analyse de danger • Ex. : CD principal 13,8 kV 32 Hydro-Québec — Direction — Expertise de centrales — Colloque technique 7 et 8 février 2017 — Évaluation des dangers d’arcs électriques Questions?