Запобігання вибухам трансформаторів

Вченими лабораторії Скандинавського дослідницького технологічного інституту вивчення поновлюваних джерел енергії було проведено наступний експеримент. Було використано маслонаполненный розподільний трансформатор потужністю 200кВА, у якому штучно зробили коротке замикання. Спочатку коротке замикання здійснили у трансформаторі, який був просто занурений у масляний бак (рис.1). У подальшому експерименті трансформатор занурили в бак, виготовлений з енергопоглинаючого матеріалу (рис.2). У першому випадку стінки бака просто розірвані, внаслідок надлишкового тиску газів, тобто. продуктами згоряння олії від короткого замикання. Бак другого типу (нова технологія), залишився цілим і дав течі. Для цього експерименту було індуковано струму короткого замикання набагато більше, ніж струм у реальних трансформаторах.
Так що являє собою масляний бак на трансформаторі другого типу? В даному випадку енерго-поглинаючий матеріал-це ні що інше, як сектори, що змінюються, на кшталт тих які застосовуються в автомобілях, де поглинання енергії відбувається в послідовно деформованих перегородками. Внаслідок чого все що знаходиться всередині оболонки (в даному випадку кузова автомобіля) отримує мінімальні ушкодження. Потужні масляні трансформатори розташовані як в електропідстанціях різних установ, так і в житлових будинках.
І якщо внутрішнє коротке замикання відбудеться, це спричинить появу дуги електророзряду, утворення газу та різке збільшення тиску в результаті. Як стверджує Нордхаген, ймовірність такого сценарію (особливо в розвинених країнах, де правила експлуатації трансформаторів дотримуються неухильно) — невелика. Але навіть невелика кількість таких ситуацій здатна призвести до загибелі людей та сильного пошкодження майна. Тож він зі своїми колегами хочуть адаптувати енергетичний сектор. Сьогодні трансформатори встановлюються у жорстких сталевих баках. Ризик вибуху може бути значно зменшеним, якщо їх замінити на так звані «м'які» ємності, які поглинатимуть енергію вибуху.
Ідея використовувати технологію автомобільних корпусів, що зминаються, в трансформаторобудуванні започаткувала пілотний проект, в який залучені чотири норвезькі енергогенеруючі компанії. Над проектом працюють провідні інженери в галузі енергетики та електричного матеріалознавства СІНТЕФ.

У всіх великих потужних трансформаторах застосовується олія, яка виконує функції ізолятора та холодоагенту для ефективного охолодження трансформаторів. Таке виконання трансформатора покращує його надійність та зменшує втрати енергії порівняно із сухим трансформатором. Поліпшення енергоефективності масляних трансформаторів може, певною мірою, також призвести до часткової заміни сухих трансформаторів на масляні, тобто. потужність масляників буде зменшуватися. Статистика в Норвегії показує, що збої в устаткуванні відбуваються приблизно в 15 випадках із 3000 працюючих силових трансформаторів щороку. Електророзривна дуга, що утворюється при короткому замиканні, викликає посилене випаровування масла, внаслідок чого формується горюча газова суміш. У разі сильної аварії об'єм і тиск газу різко зростають і конструкція бака, не розрахована на це або руйнується, або відбувається вибух. У разі руйнування бака відбувається витік горючих газів та їх подальше займання, з наступним займанням самого трансформаторного масла.
Жорсткість конструкції має «побічні ефекти». На сьогоднішній день застосовуються два основні методи для запобігання запаленню та вибуху трансформаторів.

1. Трансформатори обладнані захисним реле, яке від'єднує трансформатор від мережі протягом короткого проміжку часу при короткому замиканні. Таким чином, дуга гаситься дуже швидко.

2. Додатково трансформаторні баки посилюються шляхом наварювання на них сталевих ребер жорсткості, що дозволяє витримувати збільшення тиску всередині самого бака.

Але тут є один нюанс. З одного боку, трансформаторні баки стали витримувати тиск, який був для них руйнівним до посилення. Але з іншого боку тиск у баку, якщо коротке замикання перетворюється на неконтрольовану стадію, зростає стільки, що вибух може призвести до найтрагічніших наслідків. Високий внутрішній тиск небажаний з низки причин:

1. Горючі гази та масло можуть витекти, внаслідок сильного надлишкового тиску, через ущільнення та з'єднання що у результаті може призвести до займання та вибуху.

2. Всі деталі корпусу і сам корпус піддаються напругі втоми, яке дуже важко розрахувати заздалегідь т.к. закладати у розрахунок крайні значення перерізів конструкцій економічно невигідно. Більш того значення напруг зростають зі збільшенням внутрішнього тиску, що в результаті призводить до розриву бака, зриву болтів, хомутів та інших елементів конструкції.

Таким чином, в інституті схиляються до розвитку альтернативної технології автомобільних кузовів. Автомобільний кузов розрахований і зроблений з так званими м'якими зонами або демпферними зонами, які поглинають енергію при ударі шляхом зминання. Інженерна думка полягає у виготовленні трансформаторного бака таким же чином. У разі збільшення внутрішнього тиску порожнисті секції бака розширюються без ризику розриву чи руйнації. У цьому випадку також виграється додатковий час, необхідний спрацювання автоматики і відключення трансформатора від мережі. Цих вимог можна цілком досягти при тому, що корпус трансформатора буде досить жорстким для того, щоб витримати транспортування та вакуумну перевірку перед заправкою олією.
Мета нещодавно запущеного пілотного проекту із забезпечення безпечної роботи трансформаторів – побудувати систему впровадження цієї технології у великомасштабне виробництво. Математична модель та реалізація у металі постійно вдосконалюються в інституті. Основне завдання - досягти найкращого співвідношення параметрів безпечної роботи та оптимізації виробничих та матеріальних витрат з успіхом вирішується норвезькими інженерами.

До списку статей