Раздел: Детекция Тема: Автор: Ярослав МИРОНЕНКО, эксперт
Технологические меры обеспечения пожарной безопасности трансформаторного оборудования. Часть 2
В прошлом номере читатель ознакомился с основными технологическими мероприятиями, позволяющими уменьшить вероятность рисков возникновения пожара в силовом трансформаторе. Сегодня мы рассмотрим вопрос пожарной безопасности трансформаторного оборудования в разрезе конструктивных особенностей аппаратов. Разумеется, в первую очередь, вопросом конструктивного обеспечения пожарной безопасности должен заниматься производитель оборудования, однако представители инжиниринговых и эксплуатирующих организаций, знакомые с элементарными требованиями, могут на этапе выбора поставщика/модели существенно повысить пожаробезопасность энергетического объекта. При рассмотрении конструктивных особенностей трансформатора в первую очередь необходимо говорить о трансформаторном баке. Именно разгерметизации находящегося под давлением бака в случае пожара представляет собой наибольший риск для жизни и здоровья людей, распространения пожара и повреждения другого оборудования. В настоящее время нет международных стандартов для проектирования и противопожарных испытаний трансформаторных емкостей. Только Япония является единственной страной, которая имеет национальный стандарт (руководство по проектированию) с требованиями к конструкции трансформаторных баков. Разработка этого документа велась на основе результатов обширной программы исследований по симуляции возникновения электрической дуги в резервуаре, наполненном различными веществами. Японский опыт в данном вопросе крайне неохотно перенимается другими странами, и зачастую требования к проектированию трансформаторных баков не включаются в итоговое техническое задание, контрольные испытания резервуаров вовсе не проводятся, если заказчик оборудования не включил такое требование в спецификацию.
Как правило, трансформаторный бак обычно конструируется с таким расчетом, чтобы выдерживать нулевое внутреннее давление, возникающие в ходе транспортировки и монтажа нагрузки, статическое давление диэлектрического вещества (как правило, масла) с запасом прочности и другие требования, указанные в спецификации. Однако требования по устойчивости, например, внутреннему давлению, возникающему в ходе возникновения электрической дуги при пробое изоляции, включаются в спецификации производителями и заказчиками очень редко. В идеале конструкция трансформаторного бака должна быть рассчитана с учетом действия систем контроля давления при наиболее критичном повреждении таким образом, чтобы внутреннее давление при возникновении дуги не превышало предел прочности, рассчитанный для резервуара. Однако такой расчет достаточно проблематично произвести для электрической дуги с высокими энергетическими параметрами. Очень немного трансформаторов, эксплуатируемых в настоящее время, конструировалось с учетом данного требования, поскольку потенциальную энергию дуги трудно вычислить с достаточной степенью точности, а кроме того, используемые обычно защитные устройства для снижения давления, как правило, не способны реагировать достаточно быстро и с достаточной разгрузочной способностью для предотвращения разрыва бака. На приведенной ниже диаграмме показаны идеальные защитные характеристики устройств сброса давления.
Исходным при конструировании трансформаторного бака является требуемое значение прочности, которое, как уже указывалось, отсутствует в каких бы то ни было международных стандартах. Однако их можно найти в Рекомендациях международного совета по большим системам высокого напряжения (СИГРЭ) в главе 4. В первую очередь данные требования могут быть обеспечены за счет правильного выбора конструкции бака. Трансформаторный бак представляет собой сварную конструкцию, состоящую в основном из пластин с ребрами жесткости с болтовыми соединениями на фланцах для втулок, переключателей ответвлений и крышки доступа/осмотра. Составление конструктивной карты трансформаторного бака включает анализ различных типов нагрузок, которым подвергается резервуар. Определение напряжений и прогибов при различных условиях нагрузки требует большого количества упрощающих допущений из-за множества различных аксессуаров, фитингов, сварных соединений, встраиваемых в трансформаторный бак. Расчет сопротивления резервуара может быть выполнен либо аналитическими, либо чисовыми методами. Для большинства трансформаторов расчет механических напряжений в конструкции бака из-за возникновения дуги внутри не включаются в состав конструкционного проекта. Дело в том, что часто динамическая способность трансформаторного бака сопротивляться давлению внутренней дуги может быть установлена только опытным путем. Однако, как уже отмечалось, испытания резервуаров крупных трансформаторов обычно не проводятся, и, таким образом, значение прочности бака трансформатора появлению дуги может быть получено только при построении модели с очень ограниченной точностью. Существуют различные методы расчета для оценки повышения давления из-за возникновения дуги и, как результат, механических напряжений в баке трансформатора. Наиболее простые, и в то же время зарекомендовавшие себя модели представлены в рекомендациях Международного совета по большим системам высокого напряжения (СИГРЭ) в главе 4. Стоит помнить, что любая такая расчетная модель является очень условной и не рассматривает динамичные переходные процессы в трансформаторе при появлении избыточного давления. Анализ конструкции резервуара рассматривает однородное внутреннее избыточное давление как функцию от объемной жесткости конструкции резервуара. Расчеты должны подтвердить, что бак трансформатора может деформироваться, но при этом оставаться герметичным, поскольку его прочность на разрыв должна соответствовать, по крайней мере, расчетному внутреннему избыточному давлению. Выдерживаемая прочность на разрыв в баке трансформатора может быть определена на основе проверки его упруголастичных свойств, поскольку разрыв в баке происходит, когда материалы подвергаются механическому напряжению, выходящим за пределы диапазона упругой деформации. Заказчик трансформаторного оборудования может для достижения определенной прочности резервуара инициировать математическое моделирование данной ситуации или провести испытания, необходимые для подтверждения требуемых характеристик. Согласно японскому национальному стандарту наиболее слабым местом при разрыве резервуара под действием внутреннего давлением являются фланцевые соединения и угловые швы. Укрепление этих частей может увеличить прочность бака. Это простая доработка, которую может выполнить любое предприятие-изготовитель, является эффективным средством повышения прочности бака без увеличения его общей жесткости. Однако можно не только увеличивать прочность бака, но и добиваться снижения давления внутри него. 1. Увеличение объема самого резервуара. Это позволяет увеличить объем среды вокруг дуги и, таким образом, снизить возможность повышения давления. Здесь верно и обратное правило – увеличение количества арматуры для повышения прочности бака уменьшает его внутренний объем и, следовательно, увеличивает давление, когда происходит внутренний пробой. Однако локальное укрепление в точках наибольших нагрузок эффективно. Армирование должно быть соответствующим образом устроено для снятия напряжений с этих частей бака, в то же время сохраняя его объем. 2. Увеличение расширяемого объема. Возможно увеличение объема с помощью установки расширительного бачка с соединительной трубой большого диаметра. Этот метод иногда используется японскими производителями для уменьшения внутреннего давления в баке. Если расширяемость резервуара небольшая и существует риск того, что повышение давления может превысить предельное значение прочности, в качестве пространства для снижения давления полезно использовать диафрагму или защитный кожух. Необходимые габариты пространства, уменьшающего давление, и размеры соединительных каналов могут быть получены из испытаний на полномасштабной модели. Увеличение объема примерно на 1000 литров может во время возникновения дуги снизить максимальное давление до 70-80%. Некоторые производители трансформаторов используют так называемые газовые подушки: для компенсации объемного расширения масла верхняя часть герметично закрытого трансформатора заполняется воздухом или азотом. Таким образом, при диэлектрическом пробое давление не может стремительно повыситься из-за сжатия большого газового пространства внутри бака. Данное конструктивное решение так же предпочтительно из-за большей производительности газовых клапанов сброса давления, нежели масляных. Тем не менее, главной проверкой прочности трансформаторного бака являются испытания. В контрольных испытаниях прочности резервуара на разрыв существуют два метода, которыми пользуются равноценно. Первый метод является динамической проверкой, второй – статической или гидравлической. При динамическом повышении давления электрические испытания затрудняются из-за ограничения мощности генератора дугового разряда и трудности с получением подходящего испытательного места. Для моделирования повышения давления, возникающего при возникновении внутренней дуги, использовались методы сжигания порошка. Как правило, сложно проверить прочность резервуара с помощью динамического метода, упомянутого выше, из-за ограничений испытательного оборудования, испытательного пространства, высокой стоимости и т.д. Гидравлическое испытание статического давления является полезной альтернативой для проверки прочности резервуара. Результаты опытов на проверку динамическим напряжением хорошо согласуются с опытами по статическому напряжению, поэтому прочность резервуара может быть проверена гидравлическим тестом. Тем не менее, не только конструктивные особенности трансформаторных баков существенно влияют на пожарную безопасность энергетического объекта. Не менее существенное влияние оказывают системы вентиляции трансформатора, конструкция и качество запорной арматуры и РПН. Но это тема уже отдельной статьи.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них. Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!

Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка: