Internal arc fault simulation using CFD to predict thermal behavior in switchgear
During an event of internal arc fault in LV/MV switchgears an electrical energy of the order of several Mega-joules is released which should be dissipated in the span of few milliseconds. Major portion of this energy is utilized in the heating of the enclosure gases resulting in the significant pressure rise inside the chamber. Objective of the simulation model developed is to improve design efficiency, increased safety, and especially to minimise real-world testing. Internal arc parameters such as pressure rise in various compartment, exhaust gas temperature, indicator temperature and pressure on panel walls are investigated with CFD simulation methodology. A 3-D CFD simulation of high temperature gases in LV/MV panel is carried out with coupled interactions between flow, temperature, turbulence and radiation fields taken into account. The internal temperature and pressure rise due to internal arc at different locations in breaker, cable and busbar compartment were compared. The same is used further to analyse structural forces and stresses on the panel members. Temperature rise at different locations on indicator walls which are modelled at a distance of 300 mm from panel were estimated from simulation. Visualization of the temperature, pressure and flow field is possible with CFD model.
Calculation of pressure rise in electrical installations due to internal arcs considering SF 6-air mixtures and arc energy absorbers
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. Berechnung des Druckanstieges in elektrischen Anlagen im Storlichtbogenfall unter Berucksichtigung von SF6-Luft-Gemischen und Lichtbogenenergieabsorbern Kurzfassung Storlichtbogen in elektrischen Anlagen verursachen einen schnellen Temperaturund damit Druckanstieg im betroffenen Anlagenraum, der das Bedienpersonal, die Anlage und sogar das Schaltanlagengebaude sowie die Versorgungssicherheit gefahrden kann. Der entstehende Uberdruck wird ublicherweise durch Druckentlastungsoffnungen begrenzt. Der Nachweis der Storlichtbogensicherheit erfolgt durch Versuche in Hochleistungspruffeldern oder – wo dieses nicht moglich oder praktikabel ist – uber Druckberechnungen. Heutzutage existieren bereits bewahrte Druckberechnungsverfahren, die den Druckanstieg aufgrund von Fehlerlichtbogen bestimmen konnen. Fur praktische Anwendungen haben sich zwei Arten von Druckberechnungsverfahren als bedeutsam erwiesen, das „CFD-Verfahren“, das ortsaufgeloste Ergebnisse mit einer Computational Fluid Dynamics-Software liefert und das sogenannte „Standardverfahren“, mit dem man raumlich gemittelte Druckverlaufe erhalt. Der Anwendungsbereich dieser Verfahren ist jedoch eingeschrankt. Zum Beispiel ist es bislang mit allen bekannten Verfahren nicht moglich, das Ausstromverhalten bei SF6-isolierten Anlagen zuverlassig in die Druckberechnung einzubeziehen. Dasselbe gilt fur Lichtbogenenergieabsorber, deren Wirkung bislang wenig theoretisch untersucht worden ist. In der vorliegenden Arbeit werden diese fur die Druckberechnung wichtigen Phanomene betrachtet. Schwerpunkt bei der Modellierung von ausstromenden SF6Luft-Gemischen mit sich verandernder Gaszusammensetzung ist die Erzeugung und Behandlung von zuverlassigen realen Gasdaten. Damit werden Effekte wie z.B. Dissoziation, Ionisation und Wechselwirkungen zwischen Gaspartikeln einschlieslich chemischer Reaktionen mitberucksichtigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Modellierung von Absorbern. Hierzu werden zunachst die Warmeaufnahme und der Stromungswiderstand getrennt behandelt. Um beide Wirkungen gleichzeitig zu beschreiben, werden bestehende sowie verbesserte Modellansatze evaluiert und geeignete Kombinationen von Modellansatzen vorgeschlagen. Die Stromung 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 Berucksichtigung von Warmesenken und Reibungskraften. Weiterhin wird ein auf dem Standardverfahren beruhendes Rechenprogramm entwickelt, das schnell Resultate liefert, einfach zu handhaben ist und die beiden Phanomene Gasgemischstromung und die Wirkung von Energieabsorbern mitberucksichtigen kann (Improved Standard Calculation (ISC)-Methode). Dabei werden realistische Gasdaten verwendet. Das Programm ist in Java programmiert und damit plattformunabhangig, vielseitig einsetzbar und z.B. in der Lage, eine beliebige Anzahl von miteinander verbundenen Raumen und Druckentlastungsoffnungen zu berucksichtigen. Durch Vergleich von Messungen in verschiedenen Anordnungen mit Rechenergebnissen, durchgefuhrt mit dem CFDals auch dem ISC-Verfahren, wird die Einbindung von Gasgemischstromungen und Energieabsorbern in die beiden Druckberechnungsverfahren validiert.
What Happened to Suicide Bombings in Israel? Insights from a Terror Stock Model
An analysis of three years of suicide bombing data in Israel reveals an increase in such attacks through March 2002 followed by a steep decline through the end of 2003. The authors propose a terror-stock model that treats the suicide bombing attack rate as a function of the number of terrorists available to plan and execute suicide bombings. The intent of Israeli tactics such as targeted killings and preemptive arrests is to reduce the capacity of terror organizations to commit attacks. When fit to the data, this model suggests that the targeted killing of terror suspects sparks estimated recruitment to the terror stock that increases rather than decreases the rate of suicide bombings. Surprisingly, only the deaths of suspected terrorists, and not Palestinian civilians, are associated with such estimated recruitment. Although Israeli actions have reduced the rate of suicide bombings over time, it is preventive arrests rather than targeted killings that seem more responsible for this outcome.