Mechanical Strength of MV Ship-switchgear During Fault Arc

• Autorzy: Partyka R. , Kowalak D.

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2300-3022.2015107

Warianty tytułu

PL

Wytrzymałość mechaniczna okrętowych rozdzielnic średniego napięcia podczas zwarć łukowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

In this paper the analysis of pressure stressed in an enclosure during fault arc inside switchgear is also presented. There is introduced the method based on determining stresses which are the sum of tensile stresses (membrane) and deflection stresses. For tensile stresses analysis the energy method, for unrestrainedly supported rectangular plate, was used. Further in the paper, the calculations and measurements results of enclosure stresses were shown. Dimensions of analyzed enclosure were 0.48 x 0.52. Also, an oscillogram record from laboratory tests was given further in the paper. There were demonstrated the results of calculations of maximum stresses σ_ysum in an enclosure an analyzed cable compartment of marine switchgear during fault arc. In the presented paper the calculation method of pressure and temperature of gases inside MV marine switchgear during fault arc was presented. Simultaneous equation (1) gives a thermodynamic model of processes concurrent to fault arcs inside air insulated switchgear. Simultaneous equation (1) enables calculation of pressure p and temperature T based on average arc power P_L. The above mentioned model is particularly useful for analysis of pressure and temperature in switchgears equipped with slots or overpressure reducing canals. Calculated, according to (1), temperature is the average temperature in the area encompassed by the fault arc. Formulating it more strictly; that area is defined by the product of volume V and coefficient c. The method does not count a spatiotemporal distributions of temperature and pressure in the total volume of the compartment.

PL

W artykule przedstawiono analizę naprężeń w elementach osłonowych rozdzielnic z izolacją powietrzną, poddanych działaniu ciśnienia gazów podczas wewnętrznych zwarć łukowych. Zaproponowano metodę opartą na wyznaczeniu naprężeń będących sumą naprężeń rozciągających (błonowych) i naprężeń zginających. Do analizy naprężeń rozciągających zastosowano metodę energetyczną dla płyt prostokątnych swobodnie podpartych. Przedstawiono też metodę obliczania ciśnienia i temperatury gazów wewnątrz rozdzielnicy okrętowej średniego napięcia podczas zwarcia łukowego. Układ równań (1) przedstawia model termodynamiczny procesów towarzyszących zwarciom łukowym wewnątrz rozdzielnic i umożliwia obliczanie ciśnienia p oraz temperatury T na podstawie średniej mocy łuku P_L. Model ten jest szczególnie przydatny do analizy ciśnienia i temperatury w rozdzielnicach wyposażonych w szczeliny lub kanały wypływowe. Obliczona wg równań (1) temperatura jest średnią temperaturą w obszarze objętym zwarciem łukowym, a ściślej w obszarze definiowanym przez iloczyn objętości V i współczynnika c. Metoda nie uwzględnia rozkładu przestrzenno-czasowego temperatury i ciśnienia w całej objętości przedziału. W dalszej części artykułu przedstawiono wyniki obliczeń oraz pomiarów naprężeń w osłonie o wymiarach 0,48 x 0,52 m, jak również – oscylogram z prób laboratoryjnych. Podano wyniki obliczeń maksymalnych naprężeń σ_ysum w osłonie analizowanego przedziału kablowego rozdzielnicy okrętowej podczas zwarcia łukowego.

Słowa kluczowe

EN

metal enclosed switchgear; fault arc; gas pressure; gas temperature; mechanical stresses in enclosures

PL

rozdzielnice osłonięte; łuk zwarciowy; ciśnienie gazu; temperatura gazów

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 1
• Strony: 98--107
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Partyka R.

• Gdańsk University of Technology

autor

Kowalak D.

• Gdańsk University of Technology

Bibliografia

• 1. Timoshenko S., Woinowski-Krieger S., Teoria płyt i powłok, Warszawa 1962.
• 2. Partyka R., The measurements and analysis of energy balance of 3 phase short-circuit disturbance arc in metal clad high voltage switchboards, 37. Int. Wiss. Kolloquium. Ilmenau, Thüring-en 1992.
• 3. Partyka R., Pressure rise in metal enclosed high voltage switchgear during disturbance short-circuit arc., 2nd Int. Conference on “Electrical Contacts, Arcs, Apparatus and their Applications”, Xi’an, China, 25–29 May 1993.
• 4. Partyka R., Three phase travelling disturbance arc within leak-proof high voltage switchboards, 6th Int. Symposium on “Short – Circuit Currents in Power Systems”, Liege (Belgium), 6–8 September 1994.
• 5. IEC 61363-1:1998 Electrical installation of ships and mobile and fixe offshore units – Part 1: Procedures for calculating short-circuit currents in three-phase a.c.
• 6. Międzynarodowa konwencja o bezpieczeństwie życia na morzu, SOLAS 1974: tekst ujednolicony, Polski Rejestr Statków, Gdańsk 2002.
• 7. Polski Rejestr Statków (PRS) – Przepisy klasyfikacji i budowy statków morskich, część VII, Urządzenia elektryczne i automatyzacja, Gdańsk 2005.
• 8. Partyka R., Badanie skutków zwarć łukowych w rozdzielnicach osłoniętych, Monografie 70, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2006.
• 9. EN 62271-200:2012 High-voltage switchgear and controlgear – Part 200: AC metal-enclosed switchgear and controlgear for rated voltages above 1 kV and up to and including 52 kV.
• 10. Partyka R., Kowalak D., Skutki zwarć łukowych w średnionapięciowych rozdzielnicach okrętowych z izolacja powietrzną, Przegląd Elektrotechniczny 2013, nr 8.