h1

h2

h3

h4

h5
h6
http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Calculation of pressure rise in electrical installations due to internal arcs considering SF 6-air mixtures and arc energy absorbers = Berechnung des Druckanstieges in elektrischen Anlagen im Störlichtbogenfall unter Berücksichtigung von SF6-Luft-Gemischen und Lichtbogenenergieabsorbern



VerantwortlichkeitsangabeKittipong Anantavanich

ImpressumAachen : Mainz 2010

UmfangIII, 125 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN3-86130-677-8

ReiheAachener Beiträge zur Hochspannungstechnik ; 14


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zsfassung in engl. und dt. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-03-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-32065
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51647/files/3206.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Hochspannungstechnik (614210)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Störlichtbogen (Genormte SW) ; Elektrische Anlage (Genormte SW) ; Gekapselte elektrische Anlage (Genormte SW) ; Druckbeanspruchung (Genormte SW) ; Berechnung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; SF6-Luft-Gemisch (frei) ; Lichtbogenenergieabsorber (frei) ; fault arc (frei) ; electrical installation (frei) ; overpressure (frei) ; SF6-air mixture (frei) ; arc energy absorber (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Störlichtbögen in elektrischen Anlagen verursachen einen schnellen Temperatur- und damit Druckanstieg im betroffenen Anlagenraum, der das Bedienpersonal, die Anlage und sogar das Schaltanlagengebäude sowie die Versorgungssicherheit gefährden kann. Der entstehende Überdruck wird üblicherweise durch Druckentlastungsöffnungen begrenzt. Der Nachweis der Störlichtbogensicherheit erfolgt durch Versuche in Hochleistungsprüffeldern oder – wo dieses nicht möglich oder praktikabel ist – über Druckberechnungen. Heutzutage existieren bereits bewährte Druckberechnungsverfahren, die den Druckanstieg aufgrund von Fehlerlichtbögen bestimmen können. Für praktische Anwendungen haben sich zwei Arten von Druckberechnungsverfahren als bedeutsam erwiesen, das „CFD-Verfahren”, das ortsaufgelöste Ergebnisse mit einer Computational Fluid Dynamics-Software liefert und das sogenannte „Standardverfahren”, mit dem man räumlich gemittelte Druckverläufe erhält. Der Anwendungsbereich dieser Verfahren ist jedoch eingeschränkt. Zum Beispiel ist es bislang mit allen bekannten Verfahren nicht möglich, das Ausströmverhalten bei SF6-isolierten Anlagen zuverlässig in die Druckberechnung einzubeziehen. Dasselbe gilt für Lichtbogenenergieabsorber, deren Wirkung bislang wenig theoretisch untersucht worden ist. In der vorliegenden Arbeit werden diese für die Druckberechnung wichtigen Phänomene betrachtet. Schwerpunkt bei der Modellierung von ausströmenden SF6-Luft-Gemischen mit sich verändernder Gaszusammensetzung ist die Erzeugung und Behandlung von zuverlässigen realen Gasdaten. Damit werden Effekte wie z.B. Dissoziation, Ionisation und Wechselwirkungen zwischen Gaspartikeln einschließlich chemischer Reaktionen mitberücksichtigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Modellierung von Absorbern. Hierzu werden zunächst die Wärmeaufnahme und der Strömungswiderstand getrennt behandelt. Um beide Wirkungen gleichzeitig zu beschreiben, werden bestehende sowie verbesserte Modellansätze evaluiert und geeignete Kombinationen von Modellansätzen vorgeschlagen. Die Strömung von SF6-Luft-Gemischen und die Wirkung von Lichtbogenenergieabsorbern werden erstmalig in ein Standardverfahren und mit realistischen Gasdaten in ein CFD-Verfahren eingebunden. Dabei spielt die Behandlung der Gasdaten und die Modifizierung der Gleichungssysteme eine besondere Rolle. – Die Wirkung von Absorbern erfolgt durch die Berücksichtigung von Wärmesenken und Reibungskräften. Weiterhin wird ein auf dem Standardverfahren beruhendes Rechenprogramm entwickelt, das schnell Resultate liefert, einfach zu handhaben ist und die beiden Phänomene Gasgemischströmung und die Wirkung von Energieabsorbern mitberücksichtigen kann (Improved Standard Calculation (ISC)-Methode). Dabei werden realistische Gasdaten verwendet. Das Programm ist in Java programmiert und damit plattformunabhängig, vielseitig einsetzbar und z.B. in der Lage, eine beliebige Anzahl von miteinander verbundenen Räumen und Druckentlastungsöffnungen zu berücksichtigen. Durch Vergleich von Messungen in verschiedenen Anordnungen mit Rechenergebnissen, durchgeführt mit dem CFD- als auch dem ISC-Verfahren, wird die Einbindung von Gasgemischströmungen und Energieabsorbern in die beiden Druckberechnungsverfahren validiert.

Internal arcs cause sudden temperature and thus pressure increase in electrical installations, which may endanger personnel, installation rooms or buildings as well as the security of power supply. Overpressure can be controlled by e.g. relief openings. The proof of internal arc withstand is usually performed by tests in high power laboratories or by pressure calculations especially in cases, where tests are impractical. Nowadays, there exist reliable pressure calculation methods, which are able to determine pressure rise due to internal arcing. For practical applications, two methods are of importance, the CFD calculation method, which provides spatially resolved results, and the standard calculation method providing spatially averaged results. However, the application range of these methods is limited. This is especially true if SF6-air mixtures have to be considered (SF6-insulated switchgear) or if arc energy absorbers are installed. In this thesis, both effects, which are important for pressure rise in the case of internal arcing, are treated. The key point of modelling SF6-air mixture flows of changing composition is the generation and treatment of reliable gas data. A further main focus is the modelling of arc energy absorbers. For this purpose, heat absorption and flow resistance are considered first of all separately. In order to describe both effects simultaneously, existing and improved model approaches are evaluated and appropriate model combinations are proposed. SF6-air mixtures and the effect of arc absorbers are implemented in both calculation methods for the first time with reliable gas data. Special care is taken on data handling and modification of the equation systems. The inclusion of the effect of absorbers is achieved by considering heat sinks and friction forces. Based on the standard calculation method, a versatile improved software tool (Improved Standard Calculation Method) for the determination of pressure developments is developed, which is fast, easy to handle, able to treat SF6-air mixtures and absorbers based on reliable gas data, platform independent and including any number of rooms and openings. Both calculation methods are validated by comparing measurements in different arrangements with calculation results.

Fulltext:
Download fulltext PDF

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-113918
Datensatz-ID: 51647

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

QR Code for this record

The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Electrical Engineering and Information Technology (Fac.6)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
614210

 Record created 2013-01-28, last modified 2022-04-22


Fulltext:
Download fulltext PDF
Rate this document:

Rate this document:
1
2
3
 
(Not yet reviewed)