1.1. 연구의 필요성

국제사회 변화, 점진적 발전으로 4차산업 및 AI 시대로 전환되면서 전력수요는 대형화 산업시설, 공공 및 민간기업의 AI 데이터센터 구축, 공항, 반도체 공장과 대형 건축물 등 다양한 산업 환경에서 전력설비의 규모와 복잡성이 지속해서 증가하고 있다. 이러한 대규모 산업시설 전력설비는 대용량 전력을 안정적으로 공급하기 위해 고전압을 사용하는 경우가 많다. 특히 고압의 경우 일반적으로 충전부 직접접촉 전에 충전부에 접근할 경우 아크가 선행되기 때문에 아크사고 위험에 대한 보호는 충전부 직접 접촉에 의한 사고 저감에도 효과적인 방안이 될 수 있다^[1]. 이에 따라 전기설비에서 발생할 수 있는 전기적 사고의 위험성 또한 증가하고 있다. 특히 이러한 전기 사고 중 아크플래시는 작업자의 인명 피해와 기기 및 설비 손상을 동시에 유발할 수 있는 대표적인 전기 재해로 알려져 있다. 아크플래시는 전기설비에서 절연이 파괴되거나 단락 사고가 발생할 때 공기 중에 형성되는 고온의 플라즈마 방전 현상으로, 순간적으로 19,400℃ 이상의 극심한 고온과 강력한 압력파를 동반한다^[1]. 이 과정에서 금속 증기와 강한 복사열이 함께 발생하여 작업자에게 심각한 화상을 입히거나 폭발과 같은 2차 사고로 이어질 수 있으며, 전력설비에도 치명적인 손상을 가져와 정전이나 생산 중단 등 산업시설의 경제적 손실로 이어질 수 있다. 이러한 위험성으로 인해 미국을 비롯한 해외 선진국에서는 전기설비의 설계 및 유지관리 단계에서부터 아크플래시 위험성을 체계적으로 평가하고, 이를 줄이기 위한 다양한 안전기준을 적용하고 있다^[2].

해외기준으로는 NFPA 70E (Standard for Electrical Safety in the Workplace)와 IEEE 1584-2018(Guide for Performing Arc Flash Hazard Calculations)이 있으며, NFPA 70E는 전기 작업자의 안전 확보를 위한 작업 절차와 개인 보호장비 (PPE: Personal Protective Equipment)등급을 제시하고, IEEE 1584-2018은 아크플래시 입사 에너지(IE: Incident Energy)를 계산하는 방법을 제시 함으로써, 아크 발생으로부터 인한 인체의 감전 및 화상으로부터 보호할 수 있는 기준이 제공하고 있다. 반면 국내 한국전기설비규정(KEC: Korea Electro-technical Code)은 국제표준 (IEC: International Electro technical Commission) 기반으로 전기설비의 설계, 시공 및 유지관리를 위한 기준으로서 시설물의 안전에 필요한 성능과 기술적 요건을 포함하고 있으나, 현행 KEC에서는 과전류 보호장치의 설치 및 정격선정, 차단기 차단용량 및 접지 시스템에 한정되고 있으며, 작업자 안전 관점에서의 아크플래시 위험성 평가에 필요한 IE 산정, 경계위험 지역 설정 및 보호장비 요구사항에 대한 기준을 제공되지 않고 있다. 본 논문에서는 아크플래시 발생원인을 분석하고, 해외기준 NFPA 70E 및 IEEE 1584-2018의 기반으로 아크플래시 발생 시 위험 크기를 결정하는 핵심 지표인 입사 에너지(IE)를 분석하고 이를 줄이는 방법을 제시 하였다. 이를 통해 국내 KEC 전기설계기준에서 보완이 필요한 부분을 도출하고, 향후 아크플래시 위험성 평가의 표준화 기준을 마련하는데 기여하고자 한다^{[3, 4]}.

1.2. 연구의 목적 및 방법

본 연구의 목적은 해외기준의 NFPA 70E와 IEEE 1584-2018을 중심으로 아크플래시 위험성 평가 방법을 확인하고, 전력설비 설계단계에서 적용 가능한 입사 에너지 저감 하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 해외기준 NFPA 70E와 IEEE 1584-2018에서 제시하고 있는 아크플래시 위험성 평가 기준과 입사 에너지 계산 결과 토대로 시설물 유지관리에서 가장 중요한 전기 작업자의 안전 확보를 위한 보호 경계(Boundary), PPE 등급 및 라벨링 부착 등을 검토하였다. 또한, 아크플래시 입사 에너지에 영향을 미치는 주요 설계 요소를 검토하기 위해 최대 고장전류 계산, 케이블 굵기 산정 및 보호장치(차단기) 차단시간 선정 등 전력계통의 주요 설계 변수를 중심으로 분석하였다.

2.1. 아크플래시 정의 및 원인

아크플래시란 전기 시스템 내에서 전선, 모선 또는 전기 장비 간의 절연이 파괴되면서 이온화된 공기(플라즈마)를 통해 대전류가 갑작스럽게 방전되는 전기적 폭발 현상을 의미하며, 접촉 불량, 절연의 열화, 상도체 간 단락, 작업자의 실수 등에 의해 공기 절연이 파괴될 때 발생한다. 그 원인은 전기적, 환경적, 인적 요인의 세 가지로 구분할 수 있다. 전기적 요인은 분전반, 배전반, MCC 등 내부에서 두 도체 간 비정상적 접촉으로 대전류가 흐르는 단락 회로가 주를 이루며, 장비 노후화나 기계적 진동에 의한 절연 결함, 노후화된 차단기·퓨즈의 성능 저하로 고장전류를 신속히 차단하지 못해 초기 스파크가 거대한 아크플래시 폭발로 확대되는 경우도 포함된다. 환경적 요인은 수배전반이나 전기기기 내부로 침투한 습기, 먼지, 염분, 금속성 분진 등의 오염물질이 절연체 표면에 축적되어 절연 강도를 약화시키고 전도 경로를 형성하거나, 극한의 온도 변화로 절연체와 연결부에 열적 스트레스가 가해지는 경우를 말한다. 인적 요인은 비숙련자의 접근이나 관리자의 부주의 등에서 비롯되고 있다. Table 1은 이러한 전기적, 환경적 및 인적 요인별 특징을 나타내고 있다^[5].

2.2. 입사 에너지의 이론적 배경

전력설비에서 발생하는 아크플래시는 단락 또는 절연 파괴로 인해 형성되는 전기 아크에 의해 순간적으로 매우 높은 열에너지가 방출되는 현상으로, 작업자에게 심각한 화상 및 인명 피해를 초래할 수 있다. 이러한 위험성을 정량적으로 평가하기 위해 전력설비 안전분석에서는 IE 개념을 사용하며, 이는 아크 발생 시 특정 작업 거리에서 인체 또는 장비 표면에 도달하는 단위 면적당 열에너지의 양을 의미한다. 해외기준 IEEE 1584-2018과 NFPA 70E에서는 인체 피부가 견딜 수 있는 열에너지 한계를 기준으로 안전설계 기준을 설정하고 있다. 임계 에너지 1.2 (cal/cm² 또는 5 J/cm²) 기준은 스톨 피부 화상 손상 모델(Stoll skin burn injury model)에 근거한다^[6].

Fig. 1. Stoll-curve skin burn threshold ^[6]

Fig. 1은 스톨 곡선을 나타내고 있다. 이는 보호되지 않은 인체 피부가 1초 동안 열에너지에 노출될 경우 치유 가능한 2도 화상의 발생이 시작되는 임계점으로 평가되고 있으며, 이러한 수치는 작업자가 치명적인 영구적 화상 상해를 입지 않기 위한 최후의 마지노선 에너지값을 의미한다. 이를 기준으로 아크 플래시 경계의 기준점이 되고 있다^[6]. 이러한 아크로부터 전력설비의 아크플래시 위험성 평가에서는 보호 차단기의 차단시간, 단락전류의 크기, 작업 거리 등을 고려하여 계산된 IE가 1.2cal/cm² 이하가 되도록 설계하는 것이 기본적인 전기 안전설계 기준으로 적용된다. 입사 에너지는 아크 지속시간에 비례하고 작업 거리의 증가에 따라 감소하는 특성을 가지며, 보호기기(차단기, 퓨즈 등)의 동작 시간이 길어질수록 작업자가 받는 열에너지는 급격히 증가하게 된다. 따라서, 전력설비 설계에서는 고속 차단 보호장치, 전류 제한형 차단기, 보호계전기 협조(Protection Coordination), 아크 차단기 등 적용하여 아크 지속시간을 최소화하고 작업 거리를 확보함으로써 계산된 IE가 1.2cal/cm² 이하가 되도록 설계하는 것이 가장 중요하다고 볼 수 있다^[7].

Table 2에서는 IE 별 인체 피부 영향을 미치는 정도를 나타내고 있다. IE가 0.5cal/cm² 일 때는 가장 안정적이며, 기본값 1.2cal/cm²는 치료가 가능한 2도 화상 발생, 그 이상 되는 입사 에너지 발생할 경우 인체에 치명적이어서 별도의 PPE 착용이 불가피하다는 것을 알 수 있다.

Fig. 2. TCC curve comparison of arcing current and short-circuit current ^{[6, 7]}

Fig. 2는 단락 전류와 아크 전류의 차단기 동작 시간 차이를 나타내고 있다. 단락 전류는 전류 크기가 커서 차단기가 상대적으로 빠르게 동작한다. 반면, 아크 전류는 아크 임피던스 영향으로 단락 전류보다 작아져 차단시간이 길어질 수 있다. 차단시간이 증가하면 IE와 아크플래시 위험도 함께 증가함을 알 수 있다.

3.1. NFPA 70E 기준 입사 에너지 고찰

NFPA 70E 기준은 아크플래시 발생에 따른 IE 계산 및 보호 경계 거리 계산하여 이를 기반으로 PPE 등급, 라벨링을 결정하여 인체에 발생할 수 있는 화상 및 감전에 대한 안전기준을 제공하고 있다. 계산방법은 크게 3가지 방법으로 계산하고 있다. 첫 번째는 복잡한 아크플래시 해석을 위한 전용프로그램 없이도 간단한 계산식을 이용하여 적용하는 방법이다. 최대 고장전류, 계통전압 및 아크 제거시간의 기본 자료를 이용하는데, 최대고장 전류 발생 시 차단시간이 고려되지 않고, 아크 제거시간만을 제공하고 있다. 아크플래시로 인한 IE, 보호 경계 거리 계산식은 식 (1) 와 (2)와 같이 계산할 수 있다^[7].

여기서, E는 입사 에너지(cal/cm²), F는 최대 고장 전류(kA), V는 계통 전압(V), D는 아크로부터의 작업자의 보호 경계 거리(mm), MVA는 변압기 단락용량 및 t는 아크 제거 시간(0.2초 고정값)을 의미한다. 보호 경계 거리 의미는 치료 가능한 (2도 화상) 화상이 발생하는 거리를 의미하고 있다^[7].

두 번째 방법은 개방된 공간의 배전반 내부에서의 사고에 따른 계산방법으로 식 (3)에서 나타내고 있다.

마지막으로 세 번째 방법은 폐쇄형 배전반 내부에서 사고에 따른 계산방법으로 식 (4)에서 나타내고 있다.

여기서, $E_{EA}$는 개방된 공간에서의 입사 에너지 (cal/cm²)이며, $E_{EB}$는 폐쇄형 배전반에서의 입사 에너지 (cal/cm²)를 의미한다. 또한, $D_A$는 전극에서부터의 거리(455mm= 18inch), t는 최대 단락 사고 발생 시 제거시간 (sec) 및 F는 최대 고장 전류(kA)를 의미한다. 두 번째와 세 번째 방법은 첫 번째 방법보다 정확한 계산을 위해 추가적인 데이터가 요구된다. 배전반 내부의 부스 전극 간의 간격, 접지 유무, 보호기기의 차단기의 차단시간(0.3 sec 기본값)의 데이터가 요구되며, 사고에너지 분석이 가능한 사고전류 범위는 16 ~ 50kA 이하만 가능하며, 계통 전압은 1000V 이하로 제한적으로 적용 가능하다^[7].

3.2. IEEE 1584-2018 기준 입사 에너지 고찰

NFPA 70E 기준은 전용프로그램을 사용하지 않아도 간략한 계산식을 통해 아크플래시 위험에 따른 IE, 경계거리 및 PPE 등급을 결정할 수 있는 반해 IEEE 1584-2018은 수많은 실험 테스트를 기반으로 구축된 통계적 모델로, 최대 고장 전류, 도체의 간격 및 밀폐(폐쇄형 장비유형) 여부 등 복합적으로 고려하여 IE 산출을 위한 계산 절차를 제공하고 있다. 수기로 계산할 수 있는 보다 구체적이며, 수학적 수치를 해석함으로써 신뢰성 측면에서는 뛰어나나 전력기기 장비유형(개방형, 밀폐형, 각 전극의 두께, 전극 간의 간격 및 재질) 및 장비 간 이격거리 등 실제 엔지니어링 및 설계사무소에서 기본설계 단계에서 적용하기가 어렵고, 부하설비 결정에 따른 전력기기 장비유형 결정되는 100% 설계 진행 시 전용프로그램을 통해 그 결괏값을 도출해야 하는 경제적인 측면도 있다.

IEEE 1584-2018에서는 IE 계산을 위해서는 아크전류($I_a$)를 계산되어야 하며, 그 결과 값을 이용하여 정규화된 입사 에너지($E_n$)를 계산 후, 실제 입사 에너지(E)를 계산하여 보호 경계 거리 산출 및 개인 보호장비(PPE) 등급을 산정하고 있다. $I_a$는 1000V 미만 전력계통의 아크 발생 시 아크 자체의 저항 성분으로 인해 실제 흐르는 $I_a$는 대칭 3상 고장 전류보다 감소하게 된다. $I_a$의 관계식은 식 (5)에서 $E_n$는 식 (6)와 같이 나타낼 수 있다^[8].

여기서, $\lg$는 상용로그($\log_{10}$), $I_a$는 아크전류(kA), K는 공간 형태의 상수 (개방형 구조: -0.153, 박스/밀폐형 구조: -0.097), $I_{bf}$는 3상 대칭 실효 값 단락 전류(kA), V는 시스템 전압(kV), G는 배전반/분전반 등 도체 간격(mm), $E_n$는 정규화 된 입사 에너지 (아크 지속시간 0.2초, 작업 거리 610mm 기준값). $K_1$는 박스형으로 –0.555, 개방형 –0.792이며, $K_2$는 접지계통 형식에 따른 계수(비접지 계통: 0, 접지계통: -0.113)를 의미한다. 작업자의 이격거리를 반영하여 인체에 도달하는 최종 입사 에너지를 계산한다^[8].

$I_a$와 $E_n$의 계산된 결괏값을 식 (1)에 대입하여 최종 입사 에너지값을 계산 후 인체에 도달하는 최종 입사 에너지를 계산한다.

3.3. 아크플래시 위험장소 보호 경계 거리

아크플래시 경계는 감전이 아닌 아크 플래시 폭발 열에너지로부터 작업자를 보호하기 위한 경계이다. 아크 발생 시 피부에 2도 화상이 발생할 수 있는 IE 임계 값인 1.2cal/cm²가 도달하는 거리를 의미한다. 감전 보호 경계와 달리, 시스템의 아크 에너지 방출량에 따라 제한/제한적 접근 경계의 안쪽에 있을 수도 있고 바깥쪽으로 훨씬 넓게 형성될 수도 있다. 따라서, 무자격자의 접근을 통제하여 감전 접근 경계에만 의존할 경우 작업자가 아크플래시 위험에 노출될 수 있으므로 별도의 계산된 접근 경계 거리가 필수적이다.

Fig. 3. Arc flash boundary on an incident energy of 1.2cal/cm² [9]

Fig. 3은 피부에 2도 화상이 발생할 수 있는 IE 임계 값인 1.2cal/cm²일 때 노출된 충전부로부터 최소한의 접근 경계 거리를 보여주고 있다. 계통 전압 1000V 미만에서 제한 접근 경계 도달할 경우 별도의 PPE 착용 후 접근해야 하며, 자격이 없는 즉, 비전공자가 접근할 경우 1m까지만 허용되며, 그 이하의 거리에는 접근할 수 없다는 것을 의미한다.

3.4. 입사 에너지별 개인 보호장비 등급

PPE 등급은 아크플래시 사고 시 발생하는 IE의 크기에 따라 1등급에서부터 4등급까지 구분할 수 있다. 1등급에서는 4~8cal/cm² 이하일 때는 최소 아크 정격 8cal/cm²의 방염 작업복에 면 내의와 안면 보호구를 추가하는 2등급은 8~25cal/cm² 이하일 때는 최소 아크 정격 25cal/cm²의 다중 방염 작업복과 방염 후드를 착용해야 하는 3등급, 그리고 25~40cal/cm² 이하의 최고 위험 환경에서 최소 아크 정격 40cal/cm² 이상의 3겹 이상 다층 구조 방염 섬광복과 보호구를 완벽히 갖추어야 하는 4등급으로 분류하고 있다. Table 3은 PPE 카테고리에 관해 설명하고 있다^{[7, 8]}.

4.1. 아크플래시 설계기준 현황

아크플래시 위험성 평가는 IEEE 1584-2018에서 제시하는 IE 계산 모델과 NFPA 70E 기준을 기반으로 적용되며, 작업자의 2도 화상 발생 한계에 해당하는 1.2cal/cm²를 근거로 아크 보호 경계 거리를 설정하도록 규정하고 있다. 국내에서 적용되고 있는 아크플래시 설계기준은 KEC 및 KOSHA GUIDE 기술지원규정으로 구분할 수 있다. KEC는 전기설비의 설계·시공·검사·유지관리 기준을 통합적으로 제시하고 있으며, 보호 도체, 차단장치, 과전류 보호, 열적 영향 방지 등 설비 안전성 확보를 위한 기술기준을 포함하고 있으며, 아크에 대한 기준은 KEC 214.2.1 “전기기기에 의한 화재방지”의 아크 차단기 사용과 KEC 311.4 “아크 고장에 대한 보호” 이외의 아크플래시의 열적·기계적 위험을 설계단계에서 IE를 줄이는 설계절차에 대한 기준은 없는 실정이다. KOSHA GUIDE는 아크플래시 위험성 평가 및 예방에 관한 기술지침으로 PPE 등 감전 예방 중심의 보호구 사용 요건을 일부 규정은 대부분 NFPA 70E 기준은 인용하여 적용하고 있으나, 법적 구속력이 없는 권고 지침에 그치고 있다. Table 4는 국내의 아크플래시 관련 기준 현황 비교표를 설명하고 있다^{[9, 10]}.

4.2. 아크플래시 기준의 한계

국내 아크플래시 설계기준의 가장 근본적인 한계는 설계기준, 법적 안전의무, 현장 작업지침이 통합적으로 연계되지 못하고 부분적으로 다루어지고 있다는 점이다. 이를 세 가지 측면으로 구분하여 기술한다.

첫째, KEC의 아크플래시 위험을 독립적으로 위험성 평가 기준의 입사 에너지 산정, 접근 경계 거리 설정, 장비별 위험 등급 라벨링, 보호계전기 협조를 통한 입사 에너지 저감 절차에 대한 기준이 없다. 둘째, KOSHA GUIDE 기술지원규정은 보호구와 작업복 요구사항을 일부 두고 있으나, 국제적으로 널리 쓰이는 사고에너지 기반 PPE 선정, 설비별 라벨 부착, 수치화된 위험성 평가 의무까지 직접 연결되지 않고 있으며, 아크플래시 실무 대응에 유용하지만 법적 구속력이 없는 권고 지침이므로 현장 적용의 강제성과 일관성이 제한된다. 셋째, 설계단계와 유지관리 단계가 분리되어 있어, 보호장치의 차단시간 최적화, 계통 임피던스 관리, 작업 거리 확보, 유지보수 등 아크플래시 저감 설계가 제도적으로 구체화 되지 않고 있다. 국내기준은 설비의 전기적 안전성과 작업자의 아크플래시 위험에 대해 언급을 하고 있으나, 체계적으로 위험성 평가에 대한 설계기준이 없다는 것이 본질적 한계라고 할 수 있다^[9].

5.1. 입사 에너지 저감 설계방법 제안

NFPA 70E 기준 저압계통(600V 이하)에서 최대 고장 전류 30kA 조건으로 아크플래시가 발생할 경우, 표준 차단시간 0.3초에서의 입사 에너지(IE)는 피부 2도 화상 임계값(1.2cal/cm²)을 초과하는 수준으로 작업자에게 치명적인 화상·실명·사망을 유발할 수 있다. 전력기기(분전반, 배전반 및 전동기 제어반)는 고장 시 고장 전류가 크고 보호장치의 동작 시간이 길어질 가능성이 있어 아크플래시 위험이 구조적으로 높은데, 이는 전력기기 사용 과정에서 아크가 항상 존재할 수 있는 현상이며 그 지속시간이 길어질수록 아크플래시로 전이되어 인체에 치명적인 위험을 초래하기 때문이다. IE는 보호장치의 차단시간 t(초)에 선형으로 비례하고 작업거리(Working Distance)가 멀어질수록 감소하는 특성을 가진다. 이러한 비례 관계에 착안하여, 본 연구에서는 IE 저감을 위한 설계방법으로 다음의 세 가지 변수를 검토하였다.

첫째, 변압기 용량을 최소화하는 방법이다. 변압기 용량이 작아지면 공급 가능한 고장 전류 자체가 줄어들어 IE 저감에 기여할 수 있으나, 변압기 용량은 부하 용량에 따라 결정되는 값이므로 임의로 축소하기 불가능하다. 둘째, 최대 고장 전류를 최소화하는 방법이다. 고장 전류가 작아지면 같은 차단시간 조건에서도 IE가 감소하나, 최대 고장 전류 역시 케이블 포설 방식이나 계통 임피던스 등 다른 설계 요인에 의해 결정되는 값이어서 근본적인 저감 변수로 활용하기에는 현실적인 제약이 있다. 셋째, 고속도 차단기를 적용하여 차단시간을 단축하는 방법이다. 차단기의 동작 시간을 고속형 차단기를 적용하여 피부 2도 화상 임계 값 이하로 낮출 수 있다. 이에 본 연구에서는 KS C IEC 60947-2(저압 개폐장치 및 제어장치)에서 380V 분전반에 적용 가능한 순시 차단시간(0.01~0.05초) 범위를 활용하여, 부하 특성에 적합한 고속도 차단기를 선정하는 설계방법을 제안한다^[11]. 폐쇄형 배전반의 IE는 식 (4)에 따라 계산하였으며, 계산 결과의 객관성을 검증하기 위해 최대 고장 전류, 계통전압, 도어 개방(Door Open) 상태에서 내부 전극(부스)까지의 거리 등 임계값 산출에 필요한 각 계수 값을 제시하였다. 보호장치 종류별 동작 시간은 Table 5를 참조하며, 본 연구에 적용한 설계 검증을 위해 사용한 프로그램은 단락 전류는 Power Tool Window(PTW) 6.0 버전, 아크플래시는 Arc Flash Analysis 버전 3.2를 사용 하였다.

IE 임계 값 계산 결과 $E_1$과 $E_2$는 같은 계통 조건에서 보호장치의 차단시간만을 변수로 비교한 결과로, 차단시간이 짧아질수록 IE 값은 비례하여 감소하는 것으로 확인할 수 있다. 차단시간을 0.3초에서 0.01초로, 즉 약 1/30의 수준으로 단축하였을 때 IE 값은 25.6cal/cm²에서 0.72cal/cm²로 거의 같은 비율로 감소하였다. 이는 차단시간과 IE가 일정한 비례 관계를 유지하고 있음을 보여주며, 두 값 사이의 관계가 합리적으로 일치함을 확인할 수 있다. 특히,$E_2$의 IE 결과 값 0.72cal/cm²로 피부 2도 화상이 발생하는 임계값인 1.2cal/cm²보다 낮은 수준으로, 차단시간을 0.01초까지 단축할 경우 작업자에게 화상을 유발하지 않는 안전한 수준까지 IE를 낮출 수 있음을 의미한다. 반면 $E_1$의 IE 결과 값 25.6cal/cm²은 임계 값을 크게 초과하는 수준으로, 일반적인 차단시간(0.3초) 조건에서는 작업자가 심각한 화상 위험에 노출될 수 있음을 확인할 수 있다. Fig. 4는 차단기 동작 시간 변화에 따른 아크플래시 입사 에너지 감소 효과를 나타내는 특성곡선을 나타내고 있다. 동작 시간이 0.3초인 경우 입사 에너지는 25.6cal/cm²로 산정되어 2도 화상 발생 경계인 1.2cal/cm²를 크게 초과한다. 반면 동작 시간을 0.01초로 단축하면 입사 에너지는 0.72cal/cm²로 감소하여 2도 화상 발생 경계 이하로 감소한다. 이는 보호장치의 고속 차단 및 순시 동작 특성 개선이 아크 지속시간을 감소시키고, 결과적으로 작업자 열적 위험을 효과적으로 완화할 수 있음을 확인할 수 있다.

Fig. 4. Comparison of T-C characteristic curves for trip time and incident energy ^[9]

5.2. PPE 등급, 라벨링 및 보호 경계 거리 비교

Fig. 5. Comparison of T-C characteristic curves for trip time and incident energy ^[9]

Fig. 5는 $E_1$과 $E_2$의 아크플래시의 IE의 위험성 평가 시뮬레이션으로 검증하였다. $E_1$의 IE는 25.64cal/cm², PPE 4 등급, 보호경계 거리는 144 inch(3.65m)으로 확인되었으며, $E_2$의 IE는 0.72cal/cm², PPE 0등급, 보호 경계 거리는 13 inch(0.33m)로 확인되었다. 식 (4)에서처럼 계산한 결과와 시뮬레이션으로 검증한 결과 값은 약간의 차이는 있으나, 큰 변동 차이는 없는 것으로 확인할 수 있다.

Fig. 6. Comparison of arc-flash protection boundary distances

Fig. 6은 $E_1$과 $E_2$의 아크플래시의 IE의 위험성 평가 시뮬레이션 검증을 통해 경계 거리를 비교한 것이다. IE는 0.72cal/cm²에서 25.64cal/cm²로 증가하며, 이에 따라 PPE 수준도 0에서 4로 상승한다. 즉, IE가 커질수록 작업자가 접근 가능한 안전 경계 거리가 크게 확대됨을 보여준다.