Arc-flash hazard calculations based on IEE 1584-2018

The arc flash is an electrical explosion caused by an uncontrolled electrical arc that may start for several reason. A very bright light, the sound of an explosion and high energy radiation emissions are produced during an arc flash event. Consequences for workers in proximity may be burns up to the third degree, permanent health issues and even death. IEEE 1584-2018 introduces a new method for computing the Arc Flash Boundary (AFB), i.e. the safety distance from the arc source at which a worker without the appropriate Personal Protective Equipment (PPE) would receive second degree burns. The specific goal of this thesis was to develop a user friendly calculation tool which was able to guide the user step by step throughout the computation. Starting from a meticulous study of the standard, the spreadsheet has been developed through Microsoft Excel and VBA add-on and its proper functioning has been carefully tested. Secondly, given a calculation note about a real case which was performed according to the previews version of the standard (IEEE 1584-2002), a comparison between different method results has been performed. The new standard improves the calculation technique over all voltage ranges and introduces new correction factors making it possible to use this method even for not standardized applications. According to the results of this thesis and to all documents consulted for this thesis purposes, final AFB results are much less over conservative respect to the previews method.

Un Arc flash è un’esplosione elettrica causata da un arco elettrico, il quale può verificarsi per molteplici ragioni. Un evento di questo tipo è in grado di sviluppare radiazioni ad altissima energia, intensi bagliori ed il suono di una vera e propria esplosione. Le conseguenze per le persone che si trovano in prossimità possono essere ustioni fino al terzo grado, problemi di salute permanenti e perfino perdita della vita. La nuova normativa IEEE 1584-2018 introduce un nuovo metodo per il calcolo dell’Arc Flash Boundary (AFB), ossia la distanza di sicurezza dalla fonte dell’arco alla quale un lavoratore, equipaggiato con le adeguate protezioni, può ricevere al massimo ustioni di secondo grado. L’obbiettivo specifico di questo lavoro di tesi è quindi quello di sviluppare un software di calcolo di facile utilizzo, che sia in grado di guidare l’utente passo dopo passo, ottenendo come risultato la suddetta distanza di sicurezza. Partendo da un’attenta analisi della normativa, il foglio di calcolo è stato sviluppato utilizzando Microsoft Excel e la funzione aggiuntiva di codifica VBA (Visual Basic for Applications) ed il suo funzionamento è stato testato in tutte le configurazioni presenti. In secondo luogo, presa visione di un calcolo svolto su un caso applicativo secondo la precedente versione nella normativa, l’aggiornamento di tale calcolo è stato effettuato, permettendo di svolgere un confronto sui risultati ottenuti. La nuova versione dello standard evidenzia un metodo di calcolo migliorato per tutta la gamma di tensioni ed introduce nuovi fattori correttivi per applicazioni che differiscono da quelle standardizzate. In accordo con i risultati ottenuti e con i documenti consultati per lo svolgimento di questo lavoro di tesi, il calcolo dell’AFB secondo l’ultima versione dello standard risulta molto meno conservativo rispetto alla precedente.