Предотвращение взрывов трансформаторов

Учеными лаборатории Скандинавского исследовательского технологического института изучения возобновляемых источников энергии был проведен следующий эксперимент. Был использован маслонаполненный распределительный трансформатор мощностью 200кВА, на котором искусственно сделали короткое замыкание. Сначала короткое замыкание осуществили в трансформаторе, который был просто погружен в масляный бак (рис.1). В последующем эксперименте трансформатор погрузили в бак, сделанный из энерго-поглощающего материала (рис.2). В первом случае стенки бака были просто разорваны, в результате избыточного давления газов, т.е. продуктами сгорания масла от короткого замыкания. Бак второго типа (новая разработка),остался целым и не дал течи. Для этого эксперимента был индуцирован ток короткого замыкания намного больше, чем ток в реальных трансформаторах.
Так что представляет из себя масляный бак на трансформаторе второго типа? В данном случае энерго-поглощающий материал-это ни что иное, как сминающиеся сектора, наподобие тех которые применяются в автомобилях, где поглощение энергии происходит в последовательно деформируемых перегородками. В результате чего все что находится внутри оболочки (в данном случае кузова автомобиля) получает минимальные повреждения.Несчастные случаи на мощных подстанциях порой уносят человеческие жизни, говорит специалист по материаловедению Хокон Нордхаген из СИНТЕФ в Трондхейме ,самой большой независимой исследовательской организации в Скандинавии. Мощные масляные трансформаторы расположены как электроподстанциях разных учреждений, так и в жилых домах.
И если внутреннее короткое замыкание произойдет, это вызовет появление дуги электроразряда, образование газа и резкое увеличение давления в результате. Как утверждает Нордхаген вероятность такого сценария (особенно в развитых странах, где правила эксплуатации трансформаторов соблюдаются неукоснительно) — невелика. Но даже небольшое количество таких ситуаций способно привести к гибели людей и сильному повреждению имущества. Поэтому он со своими коллегами хотят адаптировать энергетический сектор. Сегодня трансформаторы устанавливаются в жестких стальных баках. Риск взрыва может быть значительно уменьшен ,если их заменить на так называемые «мягкие» емкости, которые будут поглощать энергию взрыва.
Идея использовать технологию сминаемых автомобильных корпусов в трансформаторостроении положила начало пилотному проекту, в который вовлечены четыре норвежских энергогенерирующих компании. Над проектом работают ведущие инженеры в области энергетики и электрического материаловедения СИНТЕФ.

корпус трансформатора

Во всех больших мощных трансформаторах применяется масло, которое выполняет функции изолятора и хладагента для эффективного охлаждения трансформаторов. Такое исполнение трансформатора улучшает его надежность и уменьшает потери энергии по сравнению с сухим трансформатором. Улучшение энергоэффективности масляных трансформаторов может, в какой-то степени, также привести к частичной замене сухих трансформаторов на масляные, т.е. мощность производимых масляников будет уменьшаться. Статистика в Норвегии показывает, что сбои в оборудовании происходят примерно в 15 случаях из 3000 работающих силовых трансформаторов каждый год. Электроразрывная дуга, которая образуется при коротком замыкании вызывает усиленное испарение масла, в результате чего формируется горючая газовая смесь. В случае сильной аварии, объем и давление газа резко возрастают и конструкция бака ,не рассчитанная на это либо разрушается, либо происходит взрыв. В случае разрушения бака происходит утечка горючих газов и их дальнейшее воспламенение, с последующим воспламенением самого трансформаторного масла.
Жесткость конструкции имеет свои «побочные эффекты». На сегодняшний день применяются два основных метода для предотвращения воспламенения и взрыва трансформаторов.

1. Трансформаторы оборудованы защитным реле, которое отсоединяет трансформатор от сети в течение очень короткого промежутка времени при коротком замыкании. Таким образом, дуга гасится очень быстро.

2. Дополнительно трансформаторные баки усиливаются, путём наварки на них стальных ребер жесткости, что позволяет выдерживать увеличение давления внутри самого бака.

Но здесь присутствует один нюанс. С одной стороны трансформаторные баки стали выдерживать давление, которое было для них разрушительно до усиления. Но с другой стороны давление в баке, если короткое замыкание переходит в неконтролируемую стадию, возрастает на столько, что взрыв может привести в итоге к самым трагическим последствиям. Высокое внутреннее давление нежелательно по ряду причин:

1. Горючие газы и масло могут вытечь, вследствие сильного избыточного давления, через уплотнения и соединения что в итоге может привести к воспламенению и взрыву.

2. Все детали корпуса и сам корпус подвергаются усталостному напряжению, которое очень тяжело рассчитать заранее т.к. закладывать в расчёт крайние значения сечений конструкций экономически не выгодно. Более того значения напряжений возрастают с увеличением внутреннего давления, что в итоге приводит к разрыву бака, срыву болтов, хомутов и других элементов конструкции.

Таким образом, в институте склоняются к развитию альтернативной технологии « автомобильных кузовов». Автомобильный кузов рассчитан и сделан с так называемыми «мягкими зонами» или демпферными зонами, которые поглощают энергию при ударе путем смятия. Инженерная мысль состоит в изготовлении трансформаторного бака таким же образом. При увеличении внутреннего давления полые секции бака расширяются без риска разрыва или разрушения. В этом случае также выигрывается дополнительное время, необходимое для срабатывания автоматики и отключения трансформатора от сети. Этих требований можно вполне достичь при том, что корпус трансформатора будет достаточно жесткий для того чтобы выдержать транспортировку и вакуумную поверку перед заправкой маслом.
Цель недавно запущенного пилотного проекта по обеспечению безопасной работы трансформаторов — построить систему внедрения этой технологии в крупномасштабное производство. Математическая модель и реализация в металле постоянно совершенствуются в институте. Основная задача — добиться наилучшего соотношения параметров безопасной работы и оптимизации производственных и материальных затрат с успехом решается норвежскими инженерами.

К списку статей

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню