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Arc flash boundary assessment on LV cabinets during Saharan dust outbreaks in Puerto Rico
Lozano Inca, Fernando
Lozano Inca, Fernando
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Abstract
The impact of Saharan dust outbreaks on arc flash boundaries in low-voltage (LV) cabinets has not been adequately considered. Arc flashes on AC systems, influenced by air conductivity and electromagnetic fields, pose significant hazards, yet conventional safety models do not account for atmospheric variations. To address this gap, new equations based on the Heaviside-Maxwell framework have been developed to quantify how changes in air conductivity, with and without contamination, affect arc flash boundaries. These equations, derived from physical laws, evaluate how increased atmospheric conductivity alters boundary distances and incident energy levels. To verify the results, simulations were conducted using electrical engineering software, applying the models to LV cabinets within the UPRM distribution system. Findings reveal that elevated dust concentrations reduce boundary distances and increase incident energy, exceeding standard safety thresholds. This challenges existing risk assessments, which overlook environmental pollutants. Empirical validation supports revising IEEE 1584 and NFPA 70E to integrate atmospheric conditions into arc flash evaluations, ensuring safety standards align with physical laws and Maxwell’s equations.
El impacto de los brotes de polvo sahariano en los lÃmites de los relámpagos de arco en armarios de bajo voltaje (LV) no ha sido adecuadamente considerado. Estos eventos, influenciados por la conductividad del aire y los campos electromagnéticos, represen- tan riesgos significativos, pero los modelos de seguridad convencionales no contemplan variaciones atmosféricas. Para abordar esta deficiencia, se han desarrollado nuevas ecua- ciones basadas en el marco de Heaviside-Maxwell para cuantificar cómo los cambios en la conductividad del aire, con y sin contaminación, afectan los lÃmites del arco eléctrico. Estas ecuaciones, derivadas de leyes fÃsicas, evalúan cómo el aumento de la conductivi- dad atmosférica altera distancias lÃmite y niveles de energÃa incidente. Para verificar los resultados, se realizaron simulaciones en software de ingenierÃa eléctrica, aplicando los modelos a armarios de LV en el sistema de distribución de la UPRM. Los hallazgos revelan que mayores concentraciones de polvo reducen las distancias lÃmite e incremen- tan la energÃa incidente, superando los umbrales de seguridad. La validación empÃrica respalda la revisión de IEEE 1584 y NFPA 70E, integrando condiciones atmosféricas en las evaluaciones de riesgo.
El impacto de los brotes de polvo sahariano en los lÃmites de los relámpagos de arco en armarios de bajo voltaje (LV) no ha sido adecuadamente considerado. Estos eventos, influenciados por la conductividad del aire y los campos electromagnéticos, represen- tan riesgos significativos, pero los modelos de seguridad convencionales no contemplan variaciones atmosféricas. Para abordar esta deficiencia, se han desarrollado nuevas ecua- ciones basadas en el marco de Heaviside-Maxwell para cuantificar cómo los cambios en la conductividad del aire, con y sin contaminación, afectan los lÃmites del arco eléctrico. Estas ecuaciones, derivadas de leyes fÃsicas, evalúan cómo el aumento de la conductivi- dad atmosférica altera distancias lÃmite y niveles de energÃa incidente. Para verificar los resultados, se realizaron simulaciones en software de ingenierÃa eléctrica, aplicando los modelos a armarios de LV en el sistema de distribución de la UPRM. Los hallazgos revelan que mayores concentraciones de polvo reducen las distancias lÃmite e incremen- tan la energÃa incidente, superando los umbrales de seguridad. La validación empÃrica respalda la revisión de IEEE 1584 y NFPA 70E, integrando condiciones atmosféricas en las evaluaciones de riesgo.
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Date
2025-04-29
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Arc Flash, Saharan dust