Omgaan met vlamboogdrukgolven door berekeningen en preventieve maatregelen
Wanneer de isolatie tussen onder spanning staande fasegeleiders op elektrische apparatuur defect raakt, kan stroom via de lucht lopen in plaats van via een geleider, waarbij thermische energie in de directe omgeving wordt vrijgegeven. De explosieve energie-uitbarsting tijdens deze ‘vlamboog’ staat bekend als een vlamboogdrukgolf. De sterkte van de vlamboogdrukgolf hangt grotendeels af van hoe krachtig de vlamboog is en het drukniveau dat hierdoor wordt gecreëerd.
‘Onze klant wilde weten of de wanden zoals gespecifieerd bestand zouden zijn tegen een aantal ontploffingsscenario’s,” vertelt Arnau Sans, Lead Engineer bij HyTEPS. “Een andere klant had een enorme ketel met middenspanningsvoeding geïnstalleerd (in een open elektriciteitskast met elektroden bovenop) in de buurt van een trap en wilde bepalen wat er zou kunnen gebeuren in het geval er zich een vlamboog voor zou doen op de elektroden van de ketel. De resultaten van onze metingen laten klanten zien welke energieniveaus er verwacht kunnen worden en welke druk er in een gebouw zal ontstaan, inclusief krachten op verschillende afstanden en locaties. Op basis van invallende energie, initiële vlamboogdruk, vlamboogdrukverhoging, temperatuur en warmteoverdracht kon HyTEPS in beide gevallen aanbevelingen geven. Bijvoorbeeld: de kortsluittijd van het relais verlagen, een druk- en giftige dampafgifteklep installeren, of een muur plaatsen die de vrijkomende druk aankan, om werknemers te beschermen.
Vaak heeft de klant of het bedrijf dat verantwoordelijk is voor het ontwerpen en bouwen van de installatie geen rekening gehouden met het feit dat vlamboogdruk zo destructief kan zijn, of zelfs met het feit dat er zich een vlamboog voor zou kunnen doen op de locaties. Daarom moeten veiligheidsmaatregelen en verdere berekeningen worden uitgevoerd zodra alles goed is geïnstalleerd. Het is beter om simulaties tijdens de ontwerpfase uit te voeren, omdat de oplossing anders duurder wordt.
Dit was een bijzonder interessant project, omdat het een andere benadering vereiste dan ‘gewone’ vlamboogmetingen. Voor een ‘gewone’ vlamboogmeting heb je de gegevens van de betreffende kast en installatie nodig. Op basis van de resulterende energiewaarde kun je dan PBM’s definiëren. Voor een vlamboogberekening heb je echter ook gegevens van de het gebouw nodig, zoals metingen, indeling en volume. Ook de plaatsing van structurele elementen en de fysieke verdeling van elektrische componenten in praktijksituaties levert in sommige gevallen verrassende resultaten op.
Ik heb nu absoluut een beter inzicht gekregen in vlamboogdrukstudies en -resultaten. Ook kan ik klanten nu beter adviseren op basis van uitgebreid onderzoek gericht op het interpreteren van resultaten en het oplossen van aanverwante problemen. De eerste stappen zijn het ontwikkelen van diepgaande kennis over vlamboogstandaardberekeningen, het begrijpen van de simulatie-uitkomsten, en inzicht verkrijgen in wat de resultaten betekenen. Ik heb behoorlijk veel geleerd over vlambogen – hoe ze tot stand komen, welke schade ze kunnen veroorzaken – evenals over het onderzoek dat is gedaan naar dit onderwerp, inclusief de formules en methodologieën.
