Устройство защиты электрического трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании

Устройство защиты электрического трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для предупреждения взрыва и пожара на электрических трансформаторах, охлаждаемых горючей жидкостью.

Электрические трансформаторы при работе выделяют тепло в обмотках и сердечнике и требуют рассеяния производимого тепла. Трансформаторы обычно охлаждаются маслом. Основной причиной разрушения трансформаторов является недопустимо большое повышение давления в масляном баке, вызванное вскипанием трансформаторного масла при коротком замыкании. Образующийся при кипении объем паров масла создает в баке давление, которое приводит к разрушению трансформатора. Короткое замыкание приводит также к воспламенению трансформаторного масла и пожару на силовых трансформаторах.

Поскольку трансформаторы являются дорогостоящим оборудованием, их защите следует уделять тщательное внимание.

Известно устройство защиты электрического трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании, включающего основной бак, заполненный трансформаторным маслом и соединенный посредством трубопровода с клапаном с резервной емкостью с маслом, датчик давления в баке, электрические вводы и трубопровод сброса давления с затвором (см. RU 2215352, 2003). Однако такое устройство защиты трансформатора недостаточно эффективно вследствие своей инерционности, т.к. нарастание давления в баке при коротком замыкании происходит с высокой скоростью за чрезвычайно малое время. Это время не позволяет привести в действие средства, способные предотвратить взрыв.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство защиты электрического трансформатора для предотвращения взрыва и пожара при коротком замыкании, содержащего основной бак, заполненный трансформаторным маслом и соединенный с защитным баком трубопроводом сброса давления с затвором и разрывным элементом, резервную емкость, сообщающуюся с основным баком посредством трубопровода с клапаном, датчик давления в баке и электрические вводы со средствами их защиты (см. RU 2263989, 2005). Недостатками данного устройства защиты трансформатора являются сложность конструкции и недостаточная эффективность защиты.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности защиты электрических трансформаторов от взрыва и пожара при коротком замыкании.

Поставленный технический результат достигается в устройстве защиты электрического трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании, содержащего основной бак, заполненный трансформаторным маслом и соединенный с защитным баком посредством трубопровода сброса давления с затвором и разрывным элементом, резервную емкость, сообщающуюся с основным баком трансформатора через трубопровод с клапаном, датчики давления в основном баке и электрические вводы со средствами их защиты. Защитный бак заполнен инертным газом, снабжен датчиком давления скоростного напора и имеет в своей верхней части решетку с расположенным на ней нейтральным по отношению к трансформаторному маслу материалом в виде металлических шаров и разрушаемую пленку, расположенную над металлическими шарами перед входом в трубу, соединяющую защитный бак с атмосферой. Датчик давления скоростного напора размещен в защитном баке на уровне входа в него трубопровода сброса давления, а датчики давления размещены на корпусе основного бака трансформатора и сообщаются с трансформаторным маслом. Решетка расположена выше места соединения защитного бака с трубопроводом сброса давления. Стенки основного бака с внутренней стороны своей поверхности имеют защитный элемент, а промежуток между защитным элементом и стенкой основного бака заполнен инертным газом или пористым эластичным материалом. Средство защиты вводов электрического трансформатора выполнено в виде эластичной пленки, соединенной снаружи со стенкой основного бака, охватывающей нижнюю часть ввода и заполненной внутри инертным газом.

Защитный элемент стенок основного бака может быть выполнен из плоской или гофрированной жести, а в качестве инертного газа используется азот.

Во втором варианте защитный элемент может представлять собой маслонепроницаемую пленку при заполнении промежутка между защитным элементом и стенкой основного бака пористым эластичным материалом

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство защиты электрического трансформатора, на фиг.2 - сечение а-а на фиг.1 (вариант 1), на фиг.3 - сечение а-а на фиг.1 (вариант 2).

Электрический трансформатор включает основной бак 1, заполненный охлаждающим трансформаторным маслом и соединенный с защитным баком 2 посредством трубопровода 3 сброса давления с затвором 4 и разрывным элементом 5, например, разрывной мембраной или пленкой. Защитный бак 2 в своей верхней части имеет решетку 6 с расположенным на ней нейтральным по отношению к охлаждающему трансформаторному маслу материалом в виде металлических шаров 7. Над металлическими шарами 7 перед входом в трубу 8, соединяющую защитный бак 2 с атмосферой, расположена разрушаемая защитная пленка 9. Решетка 6 расположена в защитном баке 2 выше его места соединения с трубопроводом 3 сброса давления. Датчик 10 давления скоростного напора размещен в защитном баке 2 на уровне входа в него трубопровода 3 сброса давления и фиксирует повышение давления при вытекании трансформаторного масла из основного бака 1 в защитный бак 2. На корпусе основного бака 1 размещены датчики 11 давления, сообщающиеся с трансформаторным маслом и фиксирующие повышение давления в основном баке 1 при коротком замыкании. Для присоединения трансформатора к внешним линиям в верхней части основного бака 1 расположены электрические вводы 12. Средство защиты каждого электрического ввода 12 выполнено в виде эластичной пленки 13, соединенной снаружи со стенкой основного бака 1 и охватывающей нижнюю часть ввода 12.

Для поддержания в баке 1 постоянного давления трансформаторы оборудуются резервной емкостью 14, сообщающейся с баком 1 посредством трубопровода 15 с клапаном 16. Стенки 17 основного бака 1 с внутренней стороны своей поверхности имеют защитный элемент 18 из плоской или перфорированной жести (вариант 1). Промежуток между защитным элементом 18 и стенкой 17 основного бака 1 представляет собой демпфирующий слой 19, заполненный инертным газом, например азотом. Инертным газом (азотом) заполнены также защитный бак 2 и внутренний объем эластичных пленок 13.

Во втором варианте демпфирующий слой 19 представляет собой пористую эластичную среду типа поролона, изолированную от масла маслонепроницаемой пленкой.

Трубопровод 3 сброса давления имеет диаметр d₁=0,3...0,6 м и в нем располагается дисковый затвор 4, позволяющий при его закрытии создавать вакуум, при котором происходит заполнение бака 1 трансформаторным маслом. Поперечное сечение трубопровода 3 перекрывается разрывным элементом 5 в виде мембраны (пленки), разрушающейся при избыточном давлении 0,35...0,45 атм, возникающем в масляном баке 1 при коротком замыкании, и позволяющей трансформаторному маслу и образовавшимся газам поступить в защитный бак 2.

При необходимости можно установить два или несколько трубопроводов 3 сброса давления с дисковыми затворами 4 и разрывными элементами 5.

Защитный бак 2 заполнен азотом для предотвращения взрыва истекающих в него паров масла и взрывоопасных газов, образующихся в результате разложения паров масла при высокой температуре. Высота Н защитного бака 2 выбирается из конструктивных соображений и может быть равной высоте основного бака 1 в случае защиты трансформатора, когда не срабатывает система отключения напряжения после возникновения короткого замыкания. В этом случае объем защитного бака 2 рассчитывается на объем поступающего в него масла и газов за время, равное нескольким секундам.

На решетке 6 защитного бака 2 располагается нейтральный по отношению к трансформаторному маслу материал, например металлические шары 7, снижающие температуру выброшенного масла и газов до безопасного уровня (приблизительно 70°С), что предотвращает взрыв газа и паров масла на выходе их в атмосферу. Высота слоя расположенных на решетке 6 металлических шаров 7 составляет h=0,15...0,25 м.

В случае выполнения защитного бака 2 круглого поперечного сечения его диаметр может быть равен d₂=(2,5...3,0)·d₁, где d₁ - диаметр трубопровода 3 сброса давления.

Верхняя часть защитного бака 2 заканчивается трубой 8, имеющей диаметр d₃=(0,25...0,3)·d₁ и сообщающейся с атмосферой.

Разрушаемая защитная пленка 9, отделяющая защитный бак от атмосферы, должна быть рассчитана на значительные изменения ее прогиба, связанные с изменением объема азота при изменении естественной температуры местности, где установлен трансформатор. Прочность защитной пленки 9 должна быть такой, чтобы обеспечить ее разрушение при повышении давления на ΔР=0,03...0,05 атм при срабатывании системы защиты.

Датчики 11 давления необходимы для подачи сигнала при определенном избыточном давлении для отключения напряжения на трансформаторе при возникновении короткого замыкания.

Датчик 10 давления скоростного напора дублирует датчики 11 давления. От него поступает сигнал на отключение системы электропитания трансформатора после разрыва элемента 5 в виде мембраны.

Для защиты электрических вводов 12 при коротком замыкании используется герметично закрепленная на крышке бака 1 и нижней части корпуса ввода 12 эластичная пленка 13, заполненная азотом. В случае разгерметизации и истечения из масляной полости ввода масла, паров и газов не происходит возникновения пожара, т.к. эластичная пленка 13 с азотом обеспечивает гашение пламени.

При коротком замыкании обмоток трансформатора и резком повышении давления в баке 1 наблюдается резкое увеличение давление масла и значительная вибрация стенок бака 1 трансформатора. Для снижения скорости нарастания давления и его величины, а также гашения вибрации стенок трансформатора предлагается вдоль стенок бака создать демпфирующий слой 19 (фиг.2). Демпфирующий слой 19 создается путем установки вдоль стенок бака с его внутренней стороны плоской или гофрированной жести. Полость между жестью и стенкой бака заполняется азотом. Толщина полости равна b=20...30 мм. Во втором варианте (фиг.3) на внутренних стенках бака предлагается размещать демпфирующий слой 19 толщиной е=15...45 мм из пористого эластичного материала. Жесткость материала должна быть такой, чтобы его объем не уменьшался более чем на 20% от воздействия гидростатического давления при нормальной работе трансформатора. Для сохранения способности масла отдавать тепло окружающей среде через стенки основного бака демпфирующий слой размещается на части внутренней поверхности стенок основного бака в зависимости от объема основного бака и силе тока короткого замыкания.

Предлагаемое устройство защиты трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании обладает надежной конструкцией и обеспечивает эффективную защиту трансформатора.

1. Устройство защиты электрического трансформатора от взрыва и пожара при коротком замыкании, содержащего основной бак, заполненный трансформаторным маслом и соединенный с защитным баком посредством трубопровода сброса давления с затвором и разрывным элементом, резервную емкость, сообщающуюся с основным баком трансформатора через трубопровод с клапаном, датчики давления в основном баке и электрические вводы со средствами для их защиты, отличающееся тем, что защитный бак заполнен инертным газом, снабжен датчиком давления скоростного напора и имеет в своей верхней части решетку с расположенным на ней нейтральным по отношению к трансформаторному маслу материалом в виде металлических шаров и разрушаемую пленку, расположенную над металлическими шарами перед входом в трубу, соединяющую защитный бак с атмосферой, причем датчик давления скоростного напора размещен в защитном баке на уровне входа в него трубопровода сброса давления, а решетка расположена выше места соединения защитного бака с трубопроводом сброса давления, при этом датчики давления размещены на корпусе основного бака трансформатора и сообщаются с трансформаторным маслом, а стенки бака трансформатора с внутренней стороны своей поверхности имеют защитный элемент, причем промежуток между защитным элементом и стенкой основного бака трансформатора заполнен инертным газом или пористым эластичным материалом, а средство защиты электрического ввода выполнено в виде эластичной пленки, охватывающей нижнюю часть ввода, соединенной снаружи со стенкой основного бака трансформатора и заполненной внутри инертным газом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный элемент стенок основного бака трансформатора выполнен из плоской или гофрированной жести при заполнении промежутка между защитным элементом и стенкой основного бака инертным газом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве инертного газа использован азот.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный элемент стенок основного бака трансформатора выполнен в виде маслонепроницаемой пленки при заполнении промежутка между защитным элементом и стенкой основного бака пористым эластичным материалом.