แนวทางการคำนวนค่า Cal สำหรับการรประเมิน Arc Flash Hazard

 อาร์กแฟลช (Arc Flash) คือปรากฏการณ์ลัดวงจรที่เกิดในอากาศ ทำให้เกิดความร้อน แสงจ้า และแรงระเบิดรุนแรง ซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิตต่อผู้ปฏิบัติงาน เอกสารนี้อธิบายขั้นตอนการประเมินความเสี่ยงและการป้องกันตามมาตรฐาน IEEE 1584 และ NFPA 70E Cal (ย่อมาจาก calories) คือหน่วยพลังงานความร้อน แต่ในงานด้านความปลอดภัยจากอาร์กแฟลช เราจะใช้หน่วยว่า cal/cm² (แคลอรี่ต่อตารางเซนติเมตร)
เพื่อวัดว่า พลังงานความร้อนจากอาร์กแฟลชจะกระทบต่อร่างกายคนที่ไม่มีการป้องกันได้มากแค่ไหน

10 ขั้นตอนในการประเมิน Arc Flash Hazard (AFH)

แนวทางนี้เป็นขั้นตอนที่ใช้โดยวิศวกรไฟฟ้าในการวิเคราะห์อันตรายจากอาร์กแฟลช เพื่อตรวจสอบค่าพลังงาน ความเสี่ยง และจัดเตรียมมาตรการป้องกันที่เหมาะสมก่อนลงมือทำงานใกล้ระบบไฟฟ้า

1. ระบุอุปกรณ์/ตำแหน่งที่ต้องประเมิน

เลือกเฉพาะจุดที่บุคลากรต้องทำงานใกล้กับระบบไฟฟ้าที่อาจเกิดอาร์กแฟลชได้ เช่น ตู้ไฟ, สวิตช์เกียร์

2. รวบรวมข้อมูลอุปกรณ์

รวมข้อมูลแรงดัน, ขนาดหม้อแปลง, ค่าความต้านทาน, ระยะห่างอิเล็กโทรด ฯลฯ เพื่อใช้ในการคำนวณ

3. สร้างผังวงจรไฟฟ้าแบบ Single-Line Diagram

ช่วยแสดงภาพรวมของระบบและจุดเชื่อมต่อไฟฟ้าเพื่อใช้เป็นฐานในการวิเคราะห์

4. คำนวณกระแสลัดวงจร (Bolted Fault Current)

วิเคราะห์ค่ากระแสลัดวงจรที่เกิดขึ้นได้สูงสุดในแต่ละจุดตามสภาพการใช้งานจริง

5. คำนวณกระแสอาร์ก (Arcing Current)

ใช้สูตรจาก IEEE 1584 หรือ NFPA 70E เพื่อประมาณค่ากระแสอาร์กจากกระแสลัดวงจร

6. ตรวจสอบเวลาเปิดวงจร (Arcing Time)

ประเมินว่ารีเลย์ ฟิวส์ หรือเบรกเกอร์จะตัดวงจรในเวลานานเท่าใดจากค่ากระแสอาร์ก

7. คำนวณพลังงานที่ได้รับ (Incident Energy)

เป็นค่าพลังงานความร้อนที่บุคคลใกล้อาร์กจะได้รับ วัดใน cal/cm² ที่ระยะทำงานมาตรฐาน

ค่า Incident Energy (พลังงานที่ได้รับ) เป็นปัจจัยสำคัญที่ใช้กำหนดระดับความเสี่ยงและ PPE ที่ต้องใส่ โดยมีหน่วยเป็น cal/cm² ซึ่งแสดงถึงพลังงานที่กระทบต่อพื้นที่หนึ่งตารางเซนติเมตร

สูตรคำนวณ Incident Energy (E)

E=4.184×Cf×En×(tDx)E = 4.184 \times Cf \times En \times \left( \frac{t}{D^x} \right)E=4.184×Cf×En×(Dxt​)

โดย:

• E = พลังงานที่ได้รับ (cal/cm²)

• 4.184 = ค่าคงที่ในการแปลงจาก J เป็น cal

• Cf = ค่าคงที่ (1.0 สำหรับแรงดัน > 1kV, 1.5 สำหรับแรงดัน < 1kV)

• En = พลังงานที่ Normalize แล้ว (J/cm²) ตามสูตร:

  En=10(K1+K2+0.0016×G)En = 10^{(K1 + K2 + 0.0016 \times G)}En=10(K1+K2+0.0016×G)

• t = เวลาในการเกิดอาร์ก (หน่วยวินาที)

• D = ระยะห่างจากจุดเกิดอาร์ก (หน่วยมิลลิเมตร)

• x = ค่า exponent ตามประเภทตู้ เช่น Switchgear, MCC ฯลฯ

---

 ตัวอย่างการคำนวณ

ให้ระบบแรงดันต่ำ ( < 1kV ), อยู่ในตู้แบบปิด (Box), ระยะห่าง = 455 mm
Arc Time = 0.2 วินาที, Gap = 25 mm, En = 10 J/cm²
ใช้ค่า x = 1.641 จากตาราง MCC & Panels

ขั้นตอน:

1. Cf = 1.5 (เพราะแรงดัน < 1kV)

2. แทนค่าสูตร:

E=4.184×1.5×10×(0.24551.641)E = 4.184 \times 1.5 \times 10 \times \left( \frac{0.2}{455^{1.641}} \right)E=4.184×1.5×10×(4551.6410.2​)

3. คำนวณ:

E≈62.76÷91500≈0.686cal/cm2E ≈ 62.76 \div 91500 ≈ 0.686 cal/cm²E≈62.76÷91500≈0.686cal/cm2

 พลังงานต่ำกว่า 1.2 cal/cm² → ไม่ถึงระดับที่ก่อให้เกิดบาดเจ็บระดับ 2

 หมายเหตุ

• ค่าที่คำนวณได้นี้ใช้ในการกำหนด PPE เช่น หมวกกันไฟ, ถุงมือแรงดันสูง ฯลฯ

• ค่ามาตรฐานสำหรับอาการไหม้ระดับ 2 คือ 1.2 cal/cm²

• หากค่า E เกิน 8 cal/cm² ขึ้นไป ควรใช้ชุด PPE ระดับสูง เช่น Arc Suit

8. กำหนดหมวดความเสี่ยง (Hazard/Risk Category)

แบ่งระดับความรุนแรงออกเป็น 5 ระดับ (0–4) ตามปริมาณพลังงานที่ได้รับ

9. คำนวณระยะปลอดภัย (Flash Protection Boundary)

ระยะห่างที่ต้องใส่อุปกรณ์ป้องกันเพื่อป้องกันการบาดเจ็บจากความร้อนของอาร์ก

10. จัดทำรายงานและติดป้ายเตือน

ต้องมีฉลากบนอุปกรณ์ที่แจ้งค่าพลังงาน ระยะปลอดภัย และ PPE ที่ต้องใช้ เพื่อเตือนผู้ปฏิบัติงาน

ระยะเข้าใกล้ตาม NFPA 70E

มาตรฐาน NFPA 70E กำหนดระยะการเข้าใกล้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีศักยภาพเกิดอาร์ก เพื่อจำกัดบุคคลที่เข้าใกล้ และกำหนดรูปแบบการป้องกันที่เหมาะสมตามระดับอันตราย

1. Flash Protection Boundary

ระยะที่ผู้ไม่สวม PPE จะได้รับบาดเจ็บระดับผิวหนังไหม้ระดับ 2 หากเกิดอาร์กแฟลช

2. Limited Approach Boundary

อนุญาตให้เฉพาะบุคลากรที่มีความรู้หรือควบคุมโดยผู้เชี่ยวชาญเข้าใกล้ได้

3. Restricted Approach Boundary

ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าแรงสูงและผ่านการฝึกอบรมเฉพาะทาง

4. Prohibited Approach Boundary

ถือว่าเสี่ยงเท่าการสัมผัสไฟฟ้าโดยตรง ต้องมีมาตรการป้องกันสูงสุดทั้งอุปกรณ์และขั้นตอน

สูตรที่ใช้บ่อยในการคำนวณ

การวิเคราะห์อาร์กแฟลชต้องใช้สูตรทางไฟฟ้าเฉพาะ ซึ่งช่วยในการคำนวณค่ากระแสอาร์ก พลังงานที่ปล่อยออกมา และระยะปลอดภัย โดยอิงจากข้อมูลของอุปกรณ์จริงในระบบ

1. Arc Current (Ia)

ใช้ค่ากระแสลัดวงจรร่วมกับระยะช่องว่าง เพื่อคำนวณกระแสที่เกิดขึ้นระหว่างอาร์ก

2. Incident Energy (En)

ค่าพลังงานความร้อนที่บุคคลจะได้รับที่ระยะ 610 มม. และเวลา 0.2 วินาที

3. Incident Energy ที่ระยะทำงานจริง

คำนวณพลังงานที่ได้รับโดยใช้เวลาและระยะห่างจริงในการทำงาน เช่น 18 นิ้ว

4. Flash Protection Boundary (DB)

ระยะที่พลังงานตกลงเหลือเท่ากับ 1.2 cal/cm² ซึ่งถือเป็นจุดที่เสี่ยงต่อแผลไหม้ระดับ 2