( 18 ) A "GUIDE" FOR THE USE OF CALCULATIONS AND SIMULATION OF LABORATORY TESTS
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The document: S. Feitoza, "GUIDELINES FOR THE USE OF SIMULATIONS AND CALCULATIONS TO REPLACE SOME TESTS SPECIFIED IN INTERNATIONAL STANDARDS -. COGNITOR GUIDE 2010" Is a proposal for the text of a new technical standard.
It is one of the references in the "Brochure Cigré 602 / 2014 - Tools for the simulation of the effects of the internal arc in transmission and distribution switchgear" prepared by WG A3-24 of Cigré International.
Here we describe and explain the document whose foreword is in the next paragraphs.
FOREWORD OF THE GUIDE
Laboratory type testing, as specified in product standards, is the most efficient way to verify if a certain product attends the technical standard specification. High power tests like the internal arc tests, temperature rise test and short time withstand current test are onerous and time consuming.
There are relatively few laboratories in the World with capacity to do them. Testing simulation techniques are used to predict results of several type tests. In many cases, they enable to obtain more complete information than the information, which could be obtained in a real laboratory test..
Simulations can be applied in situations like: (a) to avoid switchgear tests in equipment with characteristics near to another one already tested or (b) to enable the certification of products in countries with low testing laboratories availability or (c) to replace SF6 by air in some tests.
Within certain limits, testing simulation can be used to extrapolate the results of an already done laboratory test to other, with similarities, untested equipment. This can be made in an easier or more complex way depending on the type of test.
As an example, for temperature rise tests on bus bar systems, the use of simulation to replace a test is relatively simple to perform. Even with relatively simple calculation methods it is possible to obtain calculated values near to the values obtained during the real tests. For internal arcs tests in switchgear the task is more complex but possible. What is to be checked during the tests are the effects of the overpressures arising during the arc and the risks to persons in the neighborhood. The curve
overpressure x time is the decisive agent for the good or bad test result and shall be registered during lab oratory tests. For short-time withstand current and peak withstand current tests the objective is to verify the
supportability to the effects of electrodynamic forces on insulators and conductors occurring during a short circuit without arc. To calculate the forces and stresses is not a so complex task but to measure them is very difficult and onerous. Nevertheless the calculation methods are used for many decades and well accepted in the technical world.
The difficulties to validate some simulation methods are mainly because some relevant parameters are not yet requested to be measured during laboratory tests.
This Guide show the main parameters which shall be registered during laboratory tests to enable a future use of simulations for the extrapolation of test results.
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( 18 ) Guia Para Uso De Simulações De Ensaios De Laboratórios
›› O documento: "GUIA PARA O USO DE SIMULAÇÕES E CÁLCULOS PARA SUBSTITUIR ALGUNS ENSAIOS ESPECIFICADOS NAS NORMAS IEC - GUIA COGNITOR 2010" é uma proposta para o texto de uma nova norma técnica.
É uma das referências da "Brochura CIGRE 602/2014 – "Tools for the simulation of the effects of the internal arc in transmission and distribution switchgear" ", elaborada pelo WG A3-24 de Cigré International.
Aqui vamos descrever e explicar o documento cujo prefácio é mostrado nos proximos paragrafos.
Ensaios de tipo em laboratório, especificados nas normas de produto, são a forma mais eficaz para verificar se um determinado produto atende à especificação da norma técnica relevante. Ensaios, de alta potência elétrica tais como os de arco interno, elevação de temperatura e de correntes suportáveis de curta duração e de crista são onerosos e demandam longo tempo de preparação. Existem poucos laboratórios, no mundo, com capacidade de realizá-los.
Técnicas de simulação de ensaios são usadas para prever resultados de alguns tipos de ensaios. Em muitos casos, elas permitem a obtenção de informações mais completas do que as informações que poderiam ser obtidos no ensaio em laboratório. As simulações podem ser aplicadas em situações diversas, como por exemplo:
(a) para evitar ensaios em um certo equipamento de características próximas a outro já testado
(b) para evitar a repetição de ensaios em processos de certificação de produtos, quando são feitas pequenas modificações em um produto já certificado.
(c) para substituir o SF6 por ar em ensaios de arco interno com benefícios ambientais.
Dentro de certos limites a simulação de ensaios pode ser usada para extrapolar os resultados de um ensaio de laboratório já feito em um certo equipamento para outro equipamento, com semelhanças, que não foi testado. Isto pode ser feito de maneira mais fácil ou mais complexa dependendo do tipo de ensaio.
Para ensaios de elevação de temperatura, o uso da simulação para substituir o ensaio é relativamente simples de executar e de validar. Mesmo com os métodos de cálculo pouco sofisticados, é possível obter os valores calculados nos pontos de interesse das normas muito próximos a valores obtidos durante ensaios reais.
Para ensaios de arco interno em painéis, barramentos e outros equipamentos a tarefa é mais complexa, mas possível. O que deve ser verificado durante os ensaios são os efeitos das sobrepressões que ocorrem durante o arco e a possibilidade de pessoas nas imediações do equipamento serem atingidas por gases quentes ou partículas sólidas. A curva sobrepressão x tempo é o agente determinante para o bom ou mau resultado.
Nos ensaios de correntes suportáveis de curta duração e de crista o objetivo é verificar a suportabilidade dos isoladores e condutores aos efeitos das forças eletrodinâmicas que ocorrem durante um curto-circuito. Calcular as forças e tensões mecânicas não é uma tarefa tão complexa, mas medi-las é muito difícil e oneroso. Não obstante os métodos de cálculo são usados há muitas décadas e bem aceitos no mundo técnico.
As dificuldades para validar os métodos de simulação ocorrem principalmente porque certas medições, durante os ensaios de laboratório, de parâmetros relevantes não são especificadas nas normas técnicas. A dificuldade é apenas a falta de informações confiáveis para comparação.
O objetivo deste Guia é fornecer orientações para a sistematização do uso de simulações e cálculos, no âmbito das normas IEC, utilizáveis para substituir alguns ensaios de laboratório em situações em que o senso comum mostra ser razoável fazê-lo.
Este Guia indica os principais parâmetros que devem ser registrados nos ensaios de laboratório para permitir uma futura utilização de simulações na extrapolação dos resultados dos ensaios.
O Guia também indica valores típicos de tolerâncias aceitáveis para os valores calculados quando comparados com os resultados do ensaio em laboratório.