«Облик» современного трансформатора
По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. У сухих трансформаторов обмотки и сердечник охлаждаются окружающим воздухом. Эти трансформаторы менее пожароопасны, чем масляные, так как в них горючим материалом является лишь твердая изоляция — бумажно-бакелитовые цилиндры, а также бумажная и хлопчатобумажная изоляция обмоток, пропитанная лаками.
Современные мощные трансформаторы имеют преимущественно масляное охлаждение: естественное или искусственное. С введением в трансформатор минерального масла увеличивается пожарная опасность, так как масло горит, а пары его в смеси с воздухом воспламеняются под действием электрической дуги, искр и т. п.
Минеральное изоляционное масло (трансформаторное) является продуктом дробной перегонки нефти. Масло обладает хорошими электроизоляционными свойствами. Благодаря своей малой вязкости и высокой текучести оно глубоко проникает в поры волокнистой изоляции (бумага, картон и др.), повышая ее электрическую прочность. Одновременно масло является хорошим переносчиком тепла и используется для охлаждения трансформаторов. Благодаря хорошим электроизолирующим свойствам и доступности масла оно широко применяется не только в трансформаторах, но также в выключателях, реакторах, реостатах, конденсаторах и кабелях.
Когда и чем опасен трансформатор
Горючими материалами в масляных трансформаторах являются: изоляционное масло, применяемое в больших количествах, деревянные детали (планки для крепления отводов, клинья, ярмовые балки — у трансформаторов малых габаритов), а также бумажная и хлопчатобумажная изоляция обмоток. В сухих трансформаторах минеральное масло отсутствует, а остальные горючие материалы аналогичны применяемым в масляных трансформаторах.
Эксплуатация трансформаторов протекает в большинстве случаев в таких условиях, при которых возможно воспламенение и горение изоляции. Так, в сухих трансформаторах при сильных перегревах обмоток хлопчатобумажная изоляция, пропитанная лаками, может воспламениться и гореть под воздействием кислорода окружающего воздуха.
В масляных трансформаторах при перегреве обмоток и магнитопровода или при образовании электрических дуг изоляционное масло может воспламениться, причем вероятность его воспламенения возрастает при перегреве масла, например, вследствие перегрузки трансформаторов. Так как в масле постоянно содержится некоторое количество растворенного кислорода и в него все время проникает воздух через отверстие в дыхательной пробке, то при работе трансформаторов всегда имеются условия для воспламенения масла. Газы, образующиеся при термическом распаде масла, могут прорвать стенку или крышку бака, и тогда горение масла получает полное развитие, превращаясь в пожар.
Перегрев и воспламенение изоляции трансформаторов возникают при различных аварийных явлениях, к которым относятся и различные короткие замыкания: межвитковые, между фазами, между фазой и корпусом, между обмотками высшего и низшего напряжения. Причинами коротких замыканий могут служить: плохое выполнение изоляции катушек заводом-изготовителем, например, повреждение ее во время запрессовки катушек, длительные перегрузки трансформаторов, при которых изоляция быстро стареет и становится хрупкой, замыкание отводов-проводов, отходящих от обмоток к выключателям, и др.
Большие переходные сопротивления в местах соединения в трансформаторе образуются на участках с плохо выполненными соединениями обмоток или обмоток и кабелей, идущих к выключателю, а также в других местах. В сухих трансформаторах участки с плохим контактом между токоведущими элементами (провода, стержни, шины) начинают дымить и могут вызвать обугливание изоляции обмоток и ее воспламенение. В масляных трансформаторах вокруг мест с большими переходными сопротивлениями начинается термическое разложение масла на газообразные части. На это обычно реагирует газовое реле. В трансформаторах без газового реле и других сигнальных и защитных устройств разложение масла приводит к тяжелым авариям.
Пожар в стали магнитопровода
Это явление заключается в чрезмерном нагреве вихревыми токами какой-либо части магнитопровода вследствие нарушения изоляции между листами стали или между магнитопроводом и стягивающими его шпильками. Перегрев магнитопровода может привести к разложению масла и к его воспламенению.
Внутренние разряды (перекрытия) с образованием электрической дуги в масле
Перекрытия могут возникать между обмотками высшего и низшего напряжения, между обмоткой высшего напряжения и стенкой бака трансформатора, а также по поверхностям фарфоровых изоляторов. Они образуются вследствие снижения электрической прочности масла при его увлажнении и загрязнении либо вследствие возникновения перенапряжений, вызываемых атмосферным электричеством или коммутационными процессами в системе нескольких включенных трансформаторов. В загрязненном и увлажненном масле, как правило, происходит длительный искровой разряд, который может перейти в дугу, вызывающую термическое разложение масла и даже его воспламенение. При перенапряжениях искровые разряды образуются даже в чистом масле.
На возникновение перекрытий также реагирует газовое реле, которое своевременно отключает трансформатор от сети. При отсутствии или несрабатывания газового реле и других приборов защиты длительно горящая электрическая дуга может вызвать сильный перегрев масла и его воспламенение. В сухих трансформаторах перенапряжения приводят к пробою твердой изоляции, а при длительно горящей дуге — к воспламенению изоляции. Из других причин, вызывающих опасные нагревы и воспламенения изоляции в трансформаторах, следует отметить понижение уровня масла в баках в результате утечки.
Опасность масляных выключателей
Масляные выключатели служат для отключения цепей переменного тока высокого напряжения и большей мощности под нагрузкой. Различают масляные выключатели с большим объемом масла (более 60 кг) — баковые и с малым объемом масла — горшковые.
В многообъемных масляных выключателях масло используется не только для гашения дуги, но и для изоляции токоведущих частей от стенок заземленного бака и друг от друга. В малообъемных масляных выключателях масло служит исключительно для гашения дуги, а токоведущие части от стенок бака изолируют при помощи твердых электроизоляционных материалов, а также воздуха.
Малообъемные масляные выключатели надежнее, чем многообъемные. Опасность взрыва или пожара от них значительно меньше, чем от баковых, так как масло применяется в небольших количествах, не превышающих 10–25 кг. Они применяются при напряжении в установках до 10 кВ и токе до 1000 А. Металлические горшки выключателей находятся под напряжением. В момент разрыва цепи между неподвижным розеточным контактом и подвижным стержнем возникает электрическая дуга, которая разлагает масло. Продукты разложения масла (водород, ацетилен, метан, этилен и др.) создают давление в дугогасительной камере. Возникает дутье масла и газов через щели камеры (поперечное) и продольное вслед за подвижным стержнем. Дуга деионизируется и гасится. Продукты разложения масла (газы с воздухом) взрывоопасны. В этом их пожарная опасность.
Причинами пожаров и взрывов масляных выключателей могут быть:
1. Недостаточный слой масла над контактами. Газовые пузыри, возникающие при гашении дуги, прорывают этот слой и образуют с воздухом взрывчатую смесь, которая может взорваться. Такая опасность создается в тех случаях, когда температура прорвавшихся газов и концентрация газовой смеси достаточны для самовоспламенения.
2.Наличие очень толстого слоя масла над контактами. Газовые пузыри при горении дуги энергично вытесняют масло. Оно быстро поднимается вверх и ударяет в крышку выключателя. Удар в крышку может быть такой силы, что она оторвется, а масло выплеснется из выключателя. Продолжающая гореть электрическая дуга может вызвать воспламенение оставшегося в выключателе масла.
3.Образование мощных электрических дугпри весьма больших токах короткого замыкания. Такие дуги масляный выключатель не всегда способен погасить. При длительном горении дуги выделяется из масла большое количество газов, вызывая быстрое повышение давления в выключателе. Давление может достигнуть такого предела, при котором выключатель взрывается. Взрыв, как правило, сопровождается воспламенением масла.
4. Неисправность выключающего устройства в масляном выключателе. В этом случае дуга может длительно гореть, вызывая бурное образование газов и быстрое повышение давления внутри выключателя. Непрерывно увеличивающиеся в объеме газовые пузыри могут прорваться через слой масла, не рассчитанный на такое большое давление. Кроме того, масло может быстро подняться и ударить в крышку выключателя, что приведет к таким же последствиям, как при наличии очень толстого слоя масла над контактами.
5. Образование внутренних искровых перекрытий, которые часто переходят в дуги. Перекрытия могут возникать между контактными устройствами, принадлежащими различным фазам, а также между контактными устройствами и стенкой бака выключателя. Причиной образования перекрытий может служить низкая электрическая прочность масла, связанная с его увлажнением и загрязнением продуктами старения и термического распада, образующимися при многократных выключениях.
В автогазовых безмасляных выключателях дуга гасится газами, обильно выделяемыми стенками газогенерирующих изоляционных материалов, к которым относятся фибра, органическое стекло и полихлорвинил. Автогазовые выключатели неопасные в пожарном отношении, но могут успешно работать при небольших мощностях. Существуют также воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом. Они рассчитаны на большие мощности, чем масляные выключатели, и безопасны в пожарном отношении, но имеют сложную конструкцию.
Противопожарные мероприятия
Мероприятия, обеспечивающие пожарную безопасность трансформаторов, можно разделить на две группы. К первой относится мероприятие, связанное с оборудованием трансформаторов аппаратами защиты и различными предохранительными устройствами. Во вторую группу входят мероприятия, связаны с рациональным размещением трансформаторов и масляных выключателей, размещением соответствующего оборудования, а также планировкой помещения и открытых площадок и выбором средств тушения пожаров. На трансформаторах в общем случае должна предусматриваться релейная защита от повреждений и ненормальных режимов следующих видов:
— всех видов КЗ, включая и витковые, в обмотках и на выводах;
— замыканий внутри бака маслонаполненных трансформаторов, сопровождающихся выделением газа;
— междуфазных КЗ на ошиновках выводах ВН и НН;
— замыканий на землю на ошиновках выводов ВН и НН;
— токов внешних КЗ; перегрузок обмоток;
— повышения напряжения на выводах;
— нарушений в системе охлаждения;
— возгорания (пожара) масла.
Специальные способы релейной защиты здесь не рассматриваются. К простейшим предохранительным устройствам относятся: газовое реле, выхлопная труба, приборы теплового контроля, плавкие предохранители.
Газовое реле устанавливают на трубе, соединяющей бак трансформатора с расширительным бачком. Оно состоит из корпуса с двумя фланцами. Внутри корпуса расположены друг над другом два латунных поплавка с ртутными контактами. В нормальном состоянии поплавки плавают в масле, и ртуть не замыкает контакты. В аварийном состоянии внутри трансформатора, например, при КЗ, сопровождающихся разложением масла и выделением газов, пузырьки газов, поднимаясь вверх к крышке бака, заполняют корпус реле, вытесняя из него масло в расширительный бачок. С понижением уровня масла поплавки опускаются, и ртутные контакты замыкают сначала верхнего поплавка, а затем нижнего. Контакты верхнего поплавка включают световой и звуковой сигналы, предупреждая обслуживающий персонал, а нижнего — дают сигнал на отключение трансформатора через масляный выключатель. Газовое реле является действенной защитой трансформаторов от внутренних КЗ. Реле срабатывает также при утечке масла из трансформатора. Газовое реле устанавливают на всех трансформаторах мощностью от 560 кВ·А, а в цеховых — мощности 360 кВ·А и выше.
Выхлопная предохранительная трубаимеется на всех трансформаторах мощностью 1000 кВ·А и выше. Она предотвращает разрушение бака при резком повышении давления в трансформаторе в результате выделения газов при термическом разложении масла. Труба сообщается с баком трансформатора и расположена на его крышке несколько наклонно по отношению к горизонту. Верхний торец трубы плотно закрыт стеклянной пластинкой. При значительном увеличении давления внутри бака трансформатора масло и газы поднимаются вверх по трубе и разрушив стекло, выбрасываются наружу, в сторону и вниз.
Приборы теплового контроля (ртутный и ртутноконтактный термометры, дистанционный термометр сопротивления и термометрический сигнализатор) служат для определения температуры верхних, наиболее нагретых слоев масла. При мощности трансформатора более 1000 кВ·А устанавливают терморегуляторы. Увеличение температуры масла выше 95° С свидетельствует о повреждении внутри трансформатора или его перегрузке. Поэтому установка на трансформаторах приборов, контролирующих температуру масла, обязательна.
Сергей Семичаевский, научный сотрудник научно-испытательного центра УкрНИИ гражданской защиты
Джерело: журнал «Охорона праці і пожежна безпека»
|
Придбати журнал із додатком |
