PRESSION STATIQUE
La pression statique à l'intérieur d'une armoire électrique est fondamentalement une fonction du volume interne, qui peut s'exprimer par la loi des gaz parfaits.
Pour faciliter les calculs, il convient d'indiquer la loi des gaz parfaits sous la forme :
où les indices i et f se réfèrent à l'état initial et à l'état final d'un procédé. S'il est imposé une température constante, cela devient :
qui est appelée la Loi de Boyle-Marriotte.
Si la pression est constante, la loi des gaz parfaits prend alors la forme suivante :
qui est appelée Loi de Charles pour des raisons historiques. Elle convient pour des expériences effectuées en présence d'une pression atmosphérique constante.
Tous les états possibles d'un gaz parfait peuvent être représentés par une surface PVT comme le montre l'illustration ci-dessous. Le comportement lorsque l'une des trois variables d'état est maintenue constante est également indiqué.
Fig. 1.10
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Comme on peut le voir avec l'exemple ci-dessus, le test de la pression statique ne représente que l'un des effets d'un arc, en combinant les trois variables de test représentées dans cette section, nous pouvons obtenir une représentation précise de la force optique sous l'effet des PVT, ce qui inclut un front d'onde thermoacoustique.
La liaison simple entre pression et volume peut être dérivée comme suit :
La pression statique augmente lorsque le volume diminue.
Il est important de remarquer que le volume n'est PAS équivalent à la surface (A), d'où l'équation générale P = F/A ne s'applique pas.
Lors d'un événement d'éclair d'arc électrique, la pression statique à l'intérieur d'une enceinte augmente jusqu'à ce que : soit (a) un système d'échappement de la pression pré-conçu, tel qu'un évent, commence à fonctionner, soit (b) la désintégration physique du système entraîne un échappement de la pression. La Fig. 1.12 donne un exemple d'un système d'échappement de la pression du commutateur. Plusieurs types de ce modèle sont maintenant intégrés dans ce qui est connu comme le commutateur « résistant aux arcs » ou « protégé des arcs ».
Fig. 1.12 |
Le système d'échappement de la pression fonctionne à la suite de l'onde thermoacoustique, traitée dans la prochaine section, et NON du fait de l'accumulation de la pression statique. Cela entraîne la baisse de la pression statique interne.
La Fig. 1.13 indique l'accumulation et la libération de la pression comme étant une fonction de temps à l'intérieur d'un élément de commutateur résistant aux arcs. La pression maximale mesurée était d'environ 19 psi.
Fig. 1.13 - Représentation dynamique d'un événement d'éclair d'arc |
La fig 1.13 montre clairement l'augmentation de pression liée à un éclair d'arc, et la baisse résultante de la pression due au fonctionnement du système d'échappement.
Afin de correctement tester la capacité d'une optique d'oilleton infrarouge à supporter les pressions statiques associées à un événement d'éclair d'arc, un hydrotest Hawk doit être effectué.
Avec une pression maximale observée lors d'un éclair d'arc de 19 psi, une augmentation de 150 % équivaut à une pression statique minimale requise pour une optique d'oilleton infrarouge de 48 psi.
L'oilleton infrarouge Hawk de la gamme C a passé favorablement une batterie d'hydrotests qui prouve sa résistance à une pression statique considérablement plus élevée que celle observée lors d'un éclair d'arc.
PRESSION DYNAMIQUE (onde thermoacoustique)
Sans aucune doute, la force la plus destructrice observée lors d'un éclair d'arc est l'augmentation de la pression dynamique, connue sous le nom d'onde thermoacoustique. L'onde thermoacoustique, qui est une fonction du courant de court-circuit, est présente indépendamment du volume de l'équipement.
Cette onde de choc peut produire des niveaux sonores d'impulsions dépassant largement les limites permises par l'OSHA. Les forces provenant de l'onde de pression peuvent faire éclater les tympans, les poumons ou causer des blessures mortelles.
L'onde thermoacoustique est utilisée pour actionner des systèmes d'échappement de la pression intégrés dans un commutateur résistant aux arcs, qui finit par réduire la pression interne de l'équipement comme l'explique la section sur la pression statique.
Fig. 1.14 Évents de pression après un éclair d'arc. |
Il est clair qu'une pression statique de 19 psi n'entraîne pas un fonctionnement si brusque. Le gondolage montré à la Fig. 1.15 est le résultat direct de l'onde de choc produite par un éclair d'arc de 20 kA de 0,1 s.
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Fig. 1.15 Gondolage produit par un éclair d'arc de 20 kA
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L'énergie de l'onde thermoacoustique est une fonction du courant de court-circuit. Chaque impact de l'onde à l'intérieur de l'armoire entraîne une augmentation de la vitesse. Cet effet est connu comme « accumulation de pression ». Un oilleton infrarouge doit être testé pour savoir s'il supporte les effets d'accumulation de la pression d'un éclair d'arc par modelage thermoacoustique.
Si l'optique d'un oilleton infrarouge n'a pas été testée, elle ne peut être utilisée dans aucun programme de réduction de l'énergie des éclairs d'arc conformément à des normes telles que la NFPA70E.
