NFPA 70E
D.2.4 Calculation of Incident Energy Exposure Greater Than 600 V for an Arc Flash Hazard Analysis.
The equation that follows can be used to predict the incident energy produced by a three-phase arc in open air on systems rated above 600 V.
The parameters required to make the calculations follow.
📌 D.2.4 600V 이상의 시스템에서 아크 플래시 사고 에너지 계산 방법
⚡ 개요:
이 공식은 600V 이상의 전압을 가진 시스템에서 야외(개방된 공간)에서 발생하는 3상(Three-phase) 아크 플래시의 사고 에너지를 예측하는 데 사용됩니다.
아크 플래시 위험 분석(Arc Flash Hazard Analysis)을 할 때, 다음 3가지 요소를 고려해야 합니다.
(1) The maximum bolted fault, three-phase short-circuit current available at the equipment.
🔍 1) 최대 볼트 결함(단락) 전류
👉 해당 장비에서 발생할 수 있는 **최대 3상 단락 전류(Bolted Fault Short-Circuit Current)**를 확인해야 합니다.
➡ 단락 전류가 클수록 아크 플래시의 에너지가 증가합니다.
(2) The total protective device clearing time (upstream of the prospective arc location) at the maximum short-circuit current.
If the total protective device clearing time is longer than 2 seconds, consider how long a person is likely to remain in the location of the arc flash.
It is likely that a person exposed to an arc flash will move away quickly if it is physically possible, and 2 seconds is a reasonable maximum time for calculations.
A person in a bucket truck or a person who has crawled into equipment will need more time to move away.
Sound engineering judgment must be used in applying the 2-second maximum clearing time, since there could be circumstances where an employee’s egress is inhibited.
🔍 2) 보호 장치(퓨즈·차단기)의 총 차단 시간
👉 아크 플래시가 발생한 위치의 상위(Upstream) 보호 장치(퓨즈, 차단기 등)가 전류를 차단하는 시간을 확인해야 합니다.
💡 중요한 포인트:
- 보호 장치의 차단 시간이 길면, 아크 플래시 에너지가 커짐
- 2초 이상 차단 시간이 걸릴 경우, 사람이 아크 플래시 위험 지역에서 얼마나 머무를 수 있는지 고려해야 함
- 사람이 이동할 수 있으면, 2초를 넘는 시간은 계산하지 않는 것이 합리적
- 하지만, **사람이 이동하기 어려운 상황(버킷 트럭을 타고 있거나, 장비 안에 들어가 있는 경우)**에는 더 긴 시간을 고려해야 함
- 2초 제한을 적용할 때는 "공학적 판단(Engineering Judgment)"이 필요함!
(3) The distance from the arc source.
🔍 3) 아크 소스(Arc Source)와의 거리
👉 사고가 발생한 지점과 작업자의 거리도 중요한 요소
➡ 거리가 가까울수록, 사고 에너지 노출이 커짐!
➡ 거리가 멀어지면, 아크 플래시 에너지는 거리의 제곱에 반비례하여 감소함.
NFPA 70E에 따르면, 아크 플래시로 인해 발생하는 **사고 에너지(Incident Energy)**는 아래 요소에 의해 결정됩니다.
✅ 에너지가 영향을 받는 요소:
- 상간 전압(Phase to phase voltage, V) → 전압이 높을수록 아크 플래시 에너지가 커짐
- 아크 지속 시간(Arc duration, t) → 시간이 길수록 더 많은 에너지가 방출됨
- 단락 전류(Short circuit current, F) → 전류가 클수록 더 강한 아크가 발생함
- 거리(Distance, d) → 거리의 제곱에 반비례 (가까울수록 위험)
💡 쉽게 설명하면?
🔥 아크 플래시 사고 에너지는 3가지 주요 요소에 의해 결정됨
1️⃣ 최대 단락 전류(전류가 클수록 위험!)
2️⃣ 보호 장치 차단 시간(차단이 늦어지면 더 위험!)
3️⃣ 아크 발생 지점과의 거리(가까울수록 위험!)
⚠ 특히 보호 장치 차단 시간이 2초를 초과할 경우, 사람이 신속하게 피할 수 있는지 고려해야 함!
👷 즉, 계산할 때 현실적인 상황(사람이 이동 가능 여부)을 반영해야 한다는 것!
⚡ 2초 규칙과 차단기 동작 시간의 관계
NFPA 70E에서 아크 플래시 위험 분석(Arc Flash Hazard Analysis) 시 2초를 기준으로 삼는 이유는 사람이 위험한 상태에서 벗어날 수 있는 시간을 고려하기 때문입니다. 하지만 이 2초가 차단기 동작 시간과 직접적으로 연결되는 것은 아닙니다.
✅ 2초 규칙의 의미
- 사람이 물리적으로 아크 플래시에서 벗어날 수 있는 시간을 기준으로 설정된 것.
- 사람이 움직일 수 없는 환경(버킷 트럭, 밀폐된 전기실 등)에서는 2초보다 길어질 수도 있음.
- 즉, 차단기가 2초 안에 동작해야 한다는 규정은 아님.
✅ 차단기 동작 시간과의 관계
- 차단기나 퓨즈가 얼마나 빨리 동작하는지는 보호 계전기 설정과 **전력 시스템의 특성(단락 전류, 장비 정격 등)**에 따라 다름.
- 보통 저압 차단기(480V 이하)는 0.1초~0.5초 이내에 동작하도록 설정하는 경우가 많음.
- 고압(600V 이상)에서는 차단기 동작 시간이 길어질 수 있음, 따라서 2초가 넘는 경우도 존재.
🔎 결론
- NFPA 70E의 2초 규칙은 "사람이 위험 지역에서 벗어날 수 있는 시간"을 기준으로 한 것.
- 2초가 차단기 동작 시간과 직접적인 연관이 있는 것은 아님.
- 하지만 보호 계전기 및 차단기 설정 시 2초 이내에 동작하는 것이 이상적이며, 이를 초과하면 추가적인 보호 대책이 필요할 수 있음.
즉, 보통 차단기가 2초 안에 동작하도록 설정되는 경우가 많지만, 2초 규칙 자체가 차단기의 동작 시간을 의미하는 것은 아니다. 🚨
⚡ 아크 에너지와 인체 부상, 사망과의 관계
아크 플래시(Arc Flash)로 인한 부상 및 사망 위험은 **아크 에너지(incident energy, 단위: cal/cm²)**에 직접적으로 영향을 받습니다. NFPA 70E를 포함한 여러 전기 안전 규정에서는 아크 에너지가 특정 값을 초과하면 심각한 화상 및 사망 위험이 증가한다고 명시하고 있습니다.
🔥 아크 에너지와 인체 영향 (NFPA 70E 기준)
✔ 1.2 cal/cm² 이상이면 인체에 유의미한 화상을 입을 수 있음, 그래서 NFPA 70E에서 최소 PPE(개인 보호 장비) 착용 기준으로 1.2 cal/cm²를 설정함.
✔ 40 cal/cm² 이상이면 아크 폭발(Arc Blast)로 인한 충격파 및 열폭발로 즉사할 가능성이 높음.
✔ 아크 플래시는 단순 화상뿐만 아니라 폭발로 인한 충격, 청력 손실, 호흡기 손상, 시력 손상 등도 유발할 수 있음.
📜 NFPA 70E 및 관련 규정에서 다루는 내용
- NFPA 70E (Standard for Electrical Safety in the Workplace)
- 1.2 cal/cm² 이상이면 PPE 착용 필수 (화상 위험 기준)
- 40 cal/cm² 이상이면 보호 장비로도 방어 불가능한 "무방어 지점"으로 간주
- 아크 플래시 위험 평가 및 PPE 선정 기준 제공
- IEEE 1584 (Guide for Performing Arc Flash Hazard Calculations)
- 아크 에너지 계산 방법 제공
- 위험 거리 및 보호 대책 가이드라인 제공
- OSHA 1910.269 (Electric Power Generation, Transmission, and Distribution)
- 아크 플래시 보호 조치 및 작업자 안전 기준 명시
🔎 결론
- 1.2 cal/cm² 이상이면 화상 발생 가능, 최소한의 보호 장비 필요 (NFPA 70E)
- 40 cal/cm² 이상이면 치명적 폭발 위험, 보호 장비로도 방어 불가능
- NFPA 70E, IEEE 1584, OSHA 1910.269 등의 규정에서 아크 에너지와 인체 부상 간의 관계를 정의함
- PPE를 착용하고, 아크 플래시 위험 분석을 수행하는 것이 중요함 ⚠