아크 플래시(Arc Flash) 사고 에너지(Incident Energy) 계산 관련 규정(법령, 법규, 기준, 규칙, 법, 근거, CODE, 코드)

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아크 플래시(Arc Flash) 사고 에너지(Incident Energy) 계산 관련 규정(법령, 법규, 기준, 규칙, 법, 근거, CODE, 코드)

NEC MASTER 2025. 3. 20. 08:21

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 ⚠