報告書番号

H13011

タイトル（和文）

受配電盤内のアーク故障を想定した圧力上昇シミュレーション手法の開発

タイトル（英文）

Development of simulation method of pressure rise due to fault arc in switchgears

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

電力流通機器内部において万一の故障によりアークが発生すると，内部圧力が上昇し機器が破損することなどが懸念される。報告書では，金属メッシュを有する受配電盤内のアーク故障を想定したCFD計算を行い，以下の成果を得た。
(1) 金属メッシュの解析モデルの構築
金属メッシュの物理的な効果を勘案して，金属メッシュを一つの圧力損失媒体および熱量が通過・蓄積する媒体として扱い，金属メッシュを構成する金属線の直径や間隔および材質から圧力損失と通過・蓄積する熱量を決定するモデルを構築した。これらの簡易化により，金属メッシュの複雑な構造を計算領域として扱うことなく簡便に計算構造を作成できる。
(2) 受配電盤における検証
上記の解析モデルを用いて，受配電盤内部でアークが発生した場合の圧力上昇のCFD計算を行い，実験結果との比較を行った。その結果，放圧室内の波形は若干異なるものの，圧力上昇最大値が高い開閉器室内の波形を概ね再現できた。また，金属メッシュを通じて噴出する高温ガスのエネルギー流密度を解析した。その結果，開閉器室や放圧室の圧力がほぼ大気圧に戻っても，高温ガスのエネルギー流密度は高い値を継続するため，故障時の周囲への熱的影響を検討する際には，この経時変化にも注意を払う必要があることが明らかになった。
以上より，金属メッシュを有する受配電盤内でのアーク発生時の圧力上昇解析モデルを構築・検証し，高温ガスの噴出状況などが解析できることを示した。

概要 （英文）

When a fault arc occurs in an electrical installation, the pressure in it increases due to the energy input from the arc into the gas. Actual electrical installations, e.g. switchgears, have openings for releasing the overpressure of the installations, and in some of these installations wire meshes and/or perforated metal plates are used. The authors have developed a simple calculation model considering the physical effect of perforated metal plates. In this report, the simple calculation model was extended for wire meshes, and the 3-D pressure rises in an MV switchgear with wire meshes were calculated by using the model. As a result, the calculation results of pressure developments in the switchgear showed a good agreement with the experimental ones. In addition, the energy flow density of hot gases spouting from the wire meshes was calculated. The energy flow density maintained a high value although the pressure rise in the switchgear decreased close to zero.

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