Актуальный прайс-лист.


скачать



Для защиты трансформаторов и высоковольтного маслонаполненного оборудования от взрывов и пожаров при коротких замыканиях предложен демпферный принцип гашения гидродинамической волны, возникающей в емкостях маслонаполненного оборудования при коротких замыканиях, обеспечивающий надежную защиту без необходимости сброса масла из масляного бака. Для реализации этого принципа необходимо размещение демпфирующего слоя на стенках емкости маслонаполненного электрооборудования для защиты его от разрушения при коротком замыкании.

Актуальность проблемы обусловлена ощутимыми негативными последствиями экономического, социального и экологического характера при взрыве трансформаторов, регуляторов напряжения и высоковольтного маслонаполненного электрооборудования. Как свидетельствуют российская и зарубежная статистики, трансформаторы и высоковольтное маслонаполненное оборудование имеют крайне высокий риск (10-2) взрыва и пожара при коротком замыкании (КЗ), что в десятки-сотни раз превышает риск аварий любых других технических систем, для которых характерен риск не более 10-4.

Существующие в настоящее время отечественные и зарубежные системы защиты трансформаторов и высоковольтного маслонаполненного электрооборудования от взрыва и пожара при КЗ хронически не способны выполнить свою функцию. Это обусловлено тем, что объем сбрасываемого за время КЗ масла за пределы бака существенно меньше (в 4-6 раз) объема парогазовой среды (ПГС), генерируемой энергией КЗ. ПГС играет роль газодинамического поршня, сжимающего жидкость (масло) и в результате повышающего в нем давление. При этом достаточно всего лишь 0,1 литра ПГС на один кубометр масла, чтобы осредненное давление в нем поднялось на одну атмосферу. Это создает пороговые нагрузки на стенки бака, что приводит к его разрушению (взрыву), изливу масла в окружающую среду и возникновению пожара. Реально же нагрузки еще более опасны: они носят резко волновой характер с амплитудной величиной давления в гидродинамической волне, на порядок превышающей осредненное давление. градиент давления при этом, то есть нарастание давления в единицу времени, может достигать нескольких атмосфер в миллисекунду, что делает коэффициент динамичности равным двум. Это приводит к весьма опасному явлению — вибрации стенок бака трансформатора, ускоряющему процесс его разрушения.

В практике обеспечения защиты трансформаторов от взрыва и пожара наиболее полные исследования проведены французской компанией «SERGI». Она разработала систему защиты «TRANSFORMER PROTECTOR» (ТР), считая ее единственной, способной защитить трансформаторы от взрывов и пожаров. Система ТР (рис. 1) состоит из модуля депрессюризации (сброса давления) (2, 3) и регулятора напряжения под нагрузкой (РПН) (1′ ), клапана защиты от ударной волны (4), модуля отделения масла и газов (5), отсечного клапана расширителя (6) и модуля устранения взрывчатых газов (7) — баллона с азотом и системы трубопроводов.

Основой системы ТР является модуль депрессюризации (2, 3), включающий в себя разрывной диск (диафрагму), изолирующий вентиль и поглотитель вибрации. Как только внутри масляного бака (1) или бака РПН (1′) достигается критический уровень давления, модуль депрессюризации активизируется механически и автоматически, что позволяет, по мнению разработчиков, мгновенно сбросить давление. затем открывается клапан защиты от ударной волны (4), запускается модуль устранения взрывчатых газов, в результате чего смесь масла и газов поступает в бак отделения масла и газов (5). Отсечной клапан расширителя (6) закрывается. Один из индикаторов модуля депрессюризации инициирует подачу азота в ряд точек трансформатора для снижения температуры масла и прекращения генерации взрывчатых газов. Взрывчатые газы из бака разделения (5) отводятся в безопасное место, где они могут сгореть. Анализ системы защиты фирмы «SERGI» позволяет сделать следующие выводы.

  1. Система защиты «SERGI» не предотвращает вибрацию стенок масляного бака, что ускоряет процесс его разрушения.
  2. Основной узел системы защиты — модуль депрессюризации и трубопроводы за ним не обеспечивают безопасные нагрузки в одну избыточную атмосферу, рекомендуемые фирмой «SERGI». Это объясняется тем, что объем генерируемых при КЗ паров масла и горючих газов, создающих избыточное давление в трансформаторе, существенно превосходит объем сбрасываемого из бака масла. Следовательно, сжимающее действие газовой среды, своего рода «газодинамического поршня», не позволит снизить давление до безопасного.
  3. До конца не вскрыты все факторы, влияющие на градиент (скорость нарастания) давления при КЗ. В частности, решающую роль, кроме силы тока, играет объем масляного бака, а также деформируемость стенок бака.
  4. Испытания проводились на установках, значительно отличающихся по системе защиты от рекомендуемой и внедряемой фирмой «SERGI» на реальных трансформаторах.
  5. Система не гарантирует защиту от взрыва паров масла и горючих газов в декомпрессионной камере и баке отделения газов от масла, коль скоро до срабатывания системы в этих полостях находится воздух, что приводит к образованию взрывоопасной смеси.
  6. Система подачи азота в масляный бак не решает проблему предотвращения пожара и взрыва и является бесполезной.
  7. Ограничительным фактором для внедрения французской системы защиты в России является так-же чисто формальное обстоятельство. Российские трансформаторы спроектированы на обеспечение прочности при избыточном давлении не более 0,5- 0,7 атм., тогда как французская система защиты рассчитана на обеспечение давления в 1,0 атм.

Кроме указанных выше недостатков, следует отметить, что система защиты «SERGI» отличается неоправданно высокой стоимостью.

Для защиты трансформаторов и высоковольтного маслонаполненного электрооборудования от взрыва и пожара при КЗ авторами предлагается демпферный принцип гашения гидродинамической волны, возникающей в емкостях маслонаполненного электрооборудования при КЗ, обеспечивающий надежную защиту без необходимости сброса масла при коротком замыкании из масляного бака [Л]. Предложения сотрудников ОАО «ПК ХК ЭЛЕКТРО-ЗАВОД» позволили найти технологически реализуемую модификацию, внедрение которой позволит в десятки раз снизить риск от взрыва и пожара на трансформаторах и маслонаполненном высоковольтном оборудовании при КЗ.

Идея заключается в равномерном и технологически удобном размещении на 25-50% площади вертикальных стенок масляных емкостей, в частности, масляного бака трансформатора, демпферного слоя в виде пакетов толщиной от 1,5 до 3,5 см. В качестве демпферного слоя (подушки) используется упругий пористый материал типа поролона или пенополиуретана (рис. 2).

Демпфирующий материал размещается в пакеты соответствующих размеров, состоящих из двух слоев маслостойкой пленки. Роль второго слоя велика: если один слой обеспечивает нормально допустимую изоляцию, например, в течение одного года, то второй слой этот срок увеличивает минимум в 3-4 раза. Принцип работы демпферной системы защиты следующий. При падении гидродинамической волны любой интенсивности на демпферный слой пиковое давление

из бака масла. Следовательно, сжимающее действие
газовой среды, своего рода «газодинамического порш-
ня», не позволит снизить давление до безопасного.
3. До конца не вскрыты все факторы, влияющие на
градиент (скорость нарастания) давления при КЗ. В част-
ности, решающую роль, кроме силы тока, играет объем
масляного бака, а также деформируемость стенок бака.
4. Испытания проводились на установках, значи-
тельно отличающихся по системе защиты от рекомен-
дуемой и внедряемой фирмой «SERGI» на реальных
трансформаторах.
5. Система не гарантирует защиту от взрыва паров
масла и горючих газов в декомпрессионной камере и
баке отделения газов от масла, коль скоро до сраба-
тывания системы в этих полостях находится воздух,
что приводит к образованию взрывоопасной смеси.
6. Система подачи азота в масляный бак не решает
проблему предотвращения пожара и взрыва и является
бесполезной.
7. Ограничительным фактором для внедрения
французской системы защиты в России является так-
же чисто формальное обстоятельство. Российские
трансформаторы спроектированы на обеспечение
прочности при избыточном давлении не более 0,5-
0,7 атм., тогда как французская система защиты рас-
считана на обеспечение давления в 1,0 атм.

на стену бака снижается в сотни раз, и при этом нагружение стенки происходит плавно, и ее прогиб осуществляется в статическом режиме, что предотвращает вибрацию стенок масляного бака (коэффициент динамичности равен единице). Демпферный слой обеспечивает разгрузку также и на участках стенки, не занятой демпферным слоем.

Сущность защитных свойств демпферного слоя заключается в увеличении свободного (дополнительного) объема бака на величину ΔVо, которая должна быть равна объему парогазовой среды Vпг при безопасной нагрузке, что исключает необходимость сброса объема масла за пределы бака. Объем ΔVо образуется за счет сжатия демпферного слоя на величину ΔVдс и деформации (прогиба стенок бака), увеличивающей его объем на величину ΔVб, то есть ΔVо = ΔVдс + ΔVб = Vпг.

Объемы ΔVдс и ΔVб зависят от текущего значения объема парогазовой среды Vпг, определяющей поле давления в масляном баке. Характеристики демпферного слоя должны быть подобраны так, чтобы объем ΔVдс совместно с объемом ΔVб компенсировали объем парогазовой среды Vпг при безопасном повышении давления в баке (0,4-0,6 атм.). В этом случае отпадает необходимость в применяемой повсюду защитной системе, в том числе, и очень сложной и дорогостоящей системе «SERGI».

Первая серия проведенных в НТЦ «Взрывоустойчивость» МГСУ экспериментов на установках, моделирующих процесс КЗ в трансформаторе, свидетельствует об эффективности демпферной системы защиты. Моделирование гидродинамических процессов в результате КЗ в маслонаполненном оборудовании, в частности, трансформаторах возможно несколькими способами: посредством электрического разряда; взрыва газовоздушной или кислородовоздушной смеси; пневмовзрывом при разрушении мембраны, отделяющей сосуд с газом высокого давления; взрывом твердого ВВ или пороха и т.д. Ниже приведены результаты экспериментов, в которых КЗ в сосуде с жидкостью моделировалось пневмовзрывом.

Испытания проводились на стенде, состоящем из двух вертикальных отсеков стальной трубы 1, 2 (рис. 3), соединенных фланцами с горизонтальной трубой 3, необходимой для удлинения воздушного импульса, создаваемого ударным давлением при разрыве диафрагмы 4 из лавсановой пленки. Интенсивность волны может регулироваться путем изменения диаметра отверстия переходного кольца между трубами 1 и 3 (см. рис. 3). Давление перед диафрагмой создается в результате открытия вентиля поступления воздуха из баллона высокого давления 6. Правый вертикальный отсек трубы 2 заполнялся водой. На ее заглушке 8 можно размещать демпфирующие упругие подушки различной толщины и диаметра.

Изменение избыточного давления во времени фиксировалось шестью пьезоэлектирическими датчиками, обозначенными на рис. 3 как Д1-Д6. Сигнал датчиков через восьмиканальный блок электрометрических усилителей регистрировался персональным компьютером.
В качестве примера на рис. 4 показаны осциллограммы избыточного давления на стенках трубы отсека 2 с демпфирующей подушкой пенополиуретана толщиной 9 мм и диаметром 50 мм, размещенной на заглушке трубы 8. Три верхних осциллограммы записаны при начальном ударном давлении, равном 2 амт., три последующие — при давлении 1 атм. Верхняя осциллограмма показывает изменение давления, создаваемого воздушной ударной волной. Две следующие — на стенке трубы, не покрытой демпфирующей подушкой. Видно, что воздушная волна возбуждает колебание давления в столбе воды в течение десятков миллисекунд с частотой порядка 280 Гц. Нижние три осциллограммы показывают изменение давления, зафиксированного датчиками Д4-Д6, установленными на заглушке. Датчики показывают полное разрушение составляющей давления на заглушке, покрытой демпфирующим слоем. Причем, заглушка покрыта демпфирующим слоем лишь на 40 %. На заглушке наблюдается медленное, то есть

квазистатическое повышение давления до давления воздуха в отсеке высокого давления 8 (см. рис. 3). При КЗ на реальных объектах давление будет повышаться до безопасного уровня (0,5 атм.) Опыты показали полную состоятельность идеи размещения демпфирующего слоя на стенках емкости маслонаполненного электрооборудования для защиты его от разрушения при КЗ.

Испытания, проведенные с моделированием КЗ электрическим разрядом, подтвердили приведенные выше результаты.

Источник: журнал "Электро" 2'2009

 
Яндекс.Метрика
Заказать звонок
*
*
Сделать заказ
*
*
*