Arc flash is one of the two primary hazards encountered by workers near electrical equipment. Most applications where arc flash may be encountered are alternating current (AC) electrical systems. However, direct current (DC) electrical systems are becoming increasingly prevalent with industries implementing more renewable energy sources and energy storage devices. Little research has been performed with respect to arc flash hazards posed by DC electrical systems, particularly energy storage devices. Furthermore, current standards for performing arc flash calculations do not provide sufficient guidance when working in DC applications. IEEE 1584-2002 does not provide recommendations for DC electrical systems. NFPA 70E provides recommendations based on conservative theoretical models, which may result in excessive personal protective equipment (PPE). Arc flash calculations seek to quantify incident energy, which quantifies the amount of thermal energy that a worker may be exposed to at some working distance. This thesis assesses arc flash hazards within a substation backup battery system. In addition, empirical data collected via a series of tests utilizing retired station batteries is presented. Lastly, a predictive model for determining incident energy is proposed, based on collected data.

O trabalho tem como objetivo avaliar e propor a utilização de soluções tecnológicas que permitam a redução dos riscos causados por arcos elétricos nas instalações de uma unidade industrial com sistema isolado de geração elétrica. Por ser extremamente danosa à segurança das pessoas que interagem com uma instalação elétrica e por causar danos significativos aos equipamentos e instalações, a energia incidente, proveniente de um arco elétrico, deve ser mensurada em conformidade com as normas existentes e os riscos devem ser controlados e mitigados, de maneira a não comprometer a integridade física das pessoas e das instalações. Dessa forma, o presente trabalho propõe alterações no sistema de proteção e a inserção de dispositivos dedicados à identificação de arcos elétricos no interior de painéis da unidade em questão, contribuindo significativamente para a redução da energia incidente liberada na ocorrência de um arco elétrico. Essa redução da energia incidente é conseguida devido à redução do tempo para eliminação da falta, necessitando, dessa forma, de dispositivos e relés de proteção voltados exclusivamente para a proteção contra arco elétrico. / This dissertation aims to evaluate and propose the use of technological solutions that enable the reduction of risks caused by arc flash on the premises of an industrial unit with insulated system of electricity generation. It may be extremely damaging to the safety of people who interact with electrical installations and could cause significant damage to the equipment and facilities, the incident energy from an arc flash should be measured in accordance with existing standards, their risks must be controlled and attenuated, in order not to compromise the physical integrity of people and facilities. That way, this paper proposes changes into the system of protection and the insertion of devices dedicated to the identification of arc flashes inside panels of the unit concerned, contributing significantly to the reduction of incident energy released in the event of an arc flash. This reduction is obtained by lowering the time for the elimination of absence, requiring, therefore, devices and protective relays devoted exclusively to protect against electric arc.

O trabalho tem como objetivo avaliar e propor a utilização de soluções tecnológicas que permitam a redução dos riscos causados por arcos elétricos nas instalações de uma unidade industrial com sistema isolado de geração elétrica. Por ser extremamente danosa à segurança das pessoas que interagem com uma instalação elétrica e por causar danos significativos aos equipamentos e instalações, a energia incidente, proveniente de um arco elétrico, deve ser mensurada em conformidade com as normas existentes e os riscos devem ser controlados e mitigados, de maneira a não comprometer a integridade física das pessoas e das instalações. Dessa forma, o presente trabalho propõe alterações no sistema de proteção e a inserção de dispositivos dedicados à identificação de arcos elétricos no interior de painéis da unidade em questão, contribuindo significativamente para a redução da energia incidente liberada na ocorrência de um arco elétrico. Essa redução da energia incidente é conseguida devido à redução do tempo para eliminação da falta, necessitando, dessa forma, de dispositivos e relés de proteção voltados exclusivamente para a proteção contra arco elétrico. / This dissertation aims to evaluate and propose the use of technological solutions that enable the reduction of risks caused by arc flash on the premises of an industrial unit with insulated system of electricity generation. It may be extremely damaging to the safety of people who interact with electrical installations and could cause significant damage to the equipment and facilities, the incident energy from an arc flash should be measured in accordance with existing standards, their risks must be controlled and attenuated, in order not to compromise the physical integrity of people and facilities. That way, this paper proposes changes into the system of protection and the insertion of devices dedicated to the identification of arc flashes inside panels of the unit concerned, contributing significantly to the reduction of incident energy released in the event of an arc flash. This reduction is obtained by lowering the time for the elimination of absence, requiring, therefore, devices and protective relays devoted exclusively to protect against electric arc.

Adding Power Electronic Interfaced Devices (PEID) generation to grids is an increasing trend because of the concurrent development of better power electronic converters and a greater interest in a better utilisation of energy resources. Small and dispersed energy sources that would previously not be worth introducing into the grid is becoming more and more viable and other potential benefits such as better control of voltage levels and smoothing out load changes also spur this development. But while there are great potential benefits of the controllability of these devices there are also risks when existing protection systems are made for the linear behaviour of traditional synchronous generators. This thesis describes the peculiarities of the short circuit behaviour of PEID generators and how this affects the short circuit energy levels in terms of short circuit current, I2t and incident arc energy. Using simulation, it is shown that in the case of the specific mine grid studied, the incident arc energy increases substantially and that this need to be considered when evaluating installation of PEID generation. / Användningen av nätansluten omformardriven generering ökar alltmer i takt med att bättre omformare utvecklas och intresset för ett effektivare nyttjande av energiresurser ökar. Små och utspridda energiresurser som tidigare inte var värda att ta vara på tillgängliggörs alltmer, och fördelar som bättre spänningsreglering och lastutjämning driver på utvecklingen. Men med de fördelar som kommer av omformarnas reglerbarhet så kommer också risker beroende av deras olinjäritet, eftersom existerande skyddssystem är anpassade till det linjära beteendet hos traditionella synkrongeneratorer. Den här avhandlingen behandlar säregenheterna i kortslutningsbeteendet hos effektelektroniska omformare och hur det påverkar kortslutningsenergin i bemärkelsen I2t, händelseenergin vid ljusbågar samt kortslutningsströmmen. Via dynamisk simulering så visas att händelseenergin i vissa fall kan öka avsevärt och att detta behöver övervägas vid installation av omformardriven generering.