PT795183E

PT795183E - Processo e dispositivo de prevencao contra a explosao e incendio de transformadores

Info

Publication number: PT795183E
Application number: PT96932665T
Authority: PT
Inventors: Philippe Magnier
Original assignee: Philippe Magnier
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2000-11-30
Also published as: CZ293859B6; CN1079573C; DE69608784T9; RO116688B1; BG63740B1; HUP9800461A3; DE69608784T2; HUP9800461A2; CA2206793A1; UA45365C2; SK64597A3; RU2215352C2; JPH10510105A; CZ153297A3; CA2206793C; HU221222B1; US5946171A; BG101451A; KR970707563A; HK1003400A1

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO DE PREVENÇÃO CONTRA A EXPLOSÃO E INCÊNDIO DE TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS" A presente invenção insere-se ao domínio da prevenção contra a explosão e o incêndio de transformadores eléctricos arrefecidos com um fluído combustível.

Os transformadores eléctricos sofrem perdas quer nos enrolamentos quer na parte ferro, que necessitam a dissipação do calor produzido. Assim, os transformadores de grande potência são geralmente arrefecidos com óleo. Os óleos utilizados são dieléctricos e são susceptíveis de se incendiarem acima de uma temperatura de 140°. Sendo os transformadores componentes muito dispendiosos, a sua protecção necessita uma atenção particular.

Os incêndios de transformadores de potência isolados por óleo dieléctrico ocorrem em geral devido à ruptura do isolamento eléctrico interno que provoca uma deflagração frequentemente muito violenta. Resulta daí uma importante fenda da cuba do transformador e um incêndio do óleo que propaga fogo aos outros equipamentos locais que são igualmente susceptíveis de conter grandes quantidades de produtos combustíveis.

As explosões podem ser provocadas por sobrecargas, por sobretensões, por deterioração progressiva do isolamento, por um nível de óleo insuficiente, por aparecimento de água ou de bolor ou por falha de um componente isolante. 1

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Conhecem-se da técnica anterior, válvulas de segurança que são accionadas por uma sobrepressão no interior da cuba do transformador. Contudo estas válvulas não são adaptadas às consequências de uma falha de isolamento interno do transformador. 0 documento WO-A-94 28 566 refere-se a um aparelho de detecção de uma descarga parcial num equipamento eléctrico de alta tensão como por exemplo um transformador. O aparelho compreende um transductor capaz de converter ondas de pressão ultra-sonoras formadas por um defeito de isolamento. Descarrega-se então a energia eléctrica que dai resulta para a terra.

Conhecem-se igualmente sistemas de protecção de incêndio para transformadores eléctricos que são accionados por detectores de temperatura.

Por outro lado, o documento EP-A-238 475 descreve um dispositivo de extinção de incêndio de um transformador eléctrico com óleo por injecção de azoto sob pressão na base da cuba para agitar o óleo e arrefecer assim as partes mais quentes do óleo.

Mas estes sistemas funcionam com uma inércia importante, quando o óleo do transformador já se encontra em chamas. Limitam apenas o incêndio ao equipamento respectivo para não se propagar o fogo às instalações próximas. 0 documento DE-A—2 624 882 descreve um dispositivo de protecção contra a sobrepressão na cuba de um transformador contendo um fluido de arrefecimento. Este dispositivo compreende um válvula de segurança sob a forma de uma cobertura equipada com um contacto eléctrico. - 2 - (--^ Ο objecto da presente invenção é assim o de fornecer um processo que proteja tanto contra a sobrepressão no interior do transformador, devida à deflagração durante a ruptura de isolamento eléctrico interno, como contra o incêndio que resulta de tais rupturas de isolamento. A invenção tem igualmente por objecto um dispositivo de prevenção contra a explosão e o incêndio que permite uma detecção instantânea da ruptura do isolamento eléctrico. 0 processo de protecção contra o incêndio de um transformador eléctrico que compreende uma cuba cheia de fluido de arrefecimento combustível no qual se arrefecem as partes quentes do fluído de arrefecimento por injecção de um cjás inerte sob pressão na base da cuba a fim de agitar o fluído de arrefecimento e de eliminar o oxigénio situado na proximidade, compreende, antes da fase de arrefecimento, uma fase de prevenção contra a explosão e o incêndio do transformador por detecção de uma ruptura de isolamento eléctrico do transformador por uma válvula de segurança equipada com um contacto eléctrico e formando um meio de sonda de pressão e descompressão instantânea da cuba do transformador por vazamento parcial do fluído de arrefecimento por meio de uma válvula. 0 dispositivo de protecção contra incêndios de um transformador eléctrico, de acordo com a invenção compreende uma cuba cheia de fluído de arrefecimento combustível, e uma válvula de segurança equipada com um contacto eléctrico e formando um meio de sonda de pressão na referida válvula fazendo parte dos meios de prevenção contra a explosão e o incêndio que compreende além disso uma válvula (15) de descompressão instantânea da cuba do transformador por vazamento parcial do fluído de arrefecimento contido na cuba. 3

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Um defeito de isolamento gera, num primeiro tempo, um arco eléctrico importante que provoca uma acção dos sistemas de protecção eléctricos que disparam a célula de alimentação do transformador (disjuntor)- 0 arco eléctrico provoca, igualmente, uma difusão consequente de energia que desenvolve um aumento da pressão interna do transformador suficiente para danificar a cuba.

De preferência, o dispositivo é munido com um meio de detecção do disparo da célula de alimentação do transformador e de uma caixa de comando que recebe os sinais emitidos pelos meios de sonda do transformador e que é capaz de emitir sinais de comando.

De preferência, o dispositivo compreende um meio de arrefecimento das partes quentes do fluido, por injecção de gás inerte na base da cuba,.comandado por um sinal de comando da caixa de controlo. Com efeito, certas partes do fluído de arrefecimento sofrem um aquecimento capaz de iniciar a formação de chamas. A injecção de um gás inerte na base da cuba provoca uma agitação do fluído de arrefecimento que homogeneíza a temperatura e permite eliminar o oxigénio presente na proximidade do fluído. A invenção será melhor compreendida pelo estudo da descrição pormenorizada de um modo de realização particular apresentado de uma forma não limitativa e ilustrado pelos desenhos em anexo, em que: a figura 1 é uma vista geral do dispositivo de prevenção de acordo com a invenção; e a figura 2 é uma vista esquemática que representa a lógica de funcionamento do dispositivo de acordo com a invenção. 4 \

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Conforme ilustrado nas figuras, o transformador 1 compreende uma cuba 2 que assenta no solo 3 por meio de pés 4 e é alimentado em energia eléctrica por cabos 5 envolvidos por isoladores 6. A cuba 2 está cheia de fluido de arrefecimento 7, por exemplo, óleo dieléctrico. A fim de garantir um nível constante de fluído de arrefecimento 7 na cuba 2, o transformador 1 é munido de um reservatório de alimentação 8 em comunicação com a cuba 2 por uma conduta 9. A conduta 8 é provida com uma pequena válvula automática 10 que obtura a conduta 9 logo que ela detecte um movimento rápido do fluído 7. Assim, durante uma explosão da cuba 2, a pressão na conduta 9 diminui bruscamente o que provoca um princípio de escoamento do fluido 7 que é rapidamente parado pela obturação da pequena válvula 10. Evita-se assim que o fluído 7 contido no reservatório de alimentação 8 venha alimentar o incêndio do transformador 1. A cuba 2 é munida de uma sonda de pressão 11 susceptível de detectar sem atraso a variação de pressão devida à deflagração provocada pela ruptura do isolamento eléctrico do transformador 1. A sonda de pressão 11 é constituída por uma válvula de segurança equipada com um contacto eléctrico e assim susceptível de transmitir uma informação relativa à variação de pressão detectada. A cuba 2 é igualmente munida de sondas de temperatura 12 situadas em vários pontos da cuba 2, a fim de conhecer a temperatura do fluído 7. Contudo, estas sondas de temperatura 12 apresentam um atraso estimado em 20 ou 30 segundos em relação ao detector de pressão 11, devido à propagação mais lenta do calor do que da pressão. A cuba 2 compreende uma sonda 13 da presença de vapor do fluído de arrefecimento igualmente chamado "bucholz" montada - 5 -

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mim ponto alto da cuba 2, em geral na conduta 9. A deflagração devida a uma ruptura de isolamento eléctrico provoca rapidamente o desenvolvimento de vapor do fluido 7 na cuba 2. Uma sonda de vapor 13 é portanto adequada para detectar uma ruptura de isolamento eléctrico. 0 transformador 1 é alimentado por intermédio de uma célula de alimentação, não representada, que compreende meios de corte de alimentação tal como disjuntores e que é munida de sondas de disparo 21. A cuba 2 é munida de meios de vazamento compreendendo uma conduta 14 à qual está ligada na altura desejada do nivel de vazamento. A conduta 14 é fechada por uma válvula 15 com çjrande diâmetro por exemplo 100 a 150 mm. A cuba 2 compreende um meio de arrefecimento do fluido 7 por injecção de gás inerte 16 como seja por exemplo o azoto na base da cuba 2. O cjás inerte 16 é armazenado num reservatório sob pressão 17 nunido de uma válvula 18, de um detector 19 e de uma conduta 20 que conduz o gás 16 até à cuba 2. A sonda de pressão 11, as sondas de temperatura 12, a sonda de vapor 13, as sondas de disparo 21, a válvula 15 da conduta 14 e a válvula 18 da conduta 20 estão ligados a uma caixa de comando 22 destinada a controlar o funcionamento do dispositivo. A caixa de comando 22 está munida de meios de tratamento de informação recebendo os sinais das diferentes sondas susceptiveis de emitirem sinais de comando com destino às válvulas 15 e 18. 0 dispositivo é accionado por um sinal de pressão elevada vindo da sonda de pressão 11 em coincidência com um sinal de disparo vindo das sondas de disparo 21 da célula de alimentação do transformador 1 para prevenir a explosão e o incêndio. 0 dispositivo pode igualmente ser accionado por um - 6 -

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sinal de temperatura elevada proveniente das sondas de temperatura 12 em coincidência com um sinal de presença de \rapor proveniente da sonda de vapor 13 para despoletar a extinção de um incêndio. Assim, exige-se que duas sondas forneçam informações concordantes a fim de evitar disparos intempestivos.

Em condições normais, o dispositivo dispara pela informação de pressão elevada, em concordância com a informação de disparo da célula de alimentação, que comanda instantaneamente a fase 23 de abertura da válvula de vazamento 15 que permite a descompressão instantânea da cuba 2 do transformador 1 em que a maior parte dos componentes permanecerão portanto intactos, com excepção dos elementos situados numa zona muito próxima do arco eléctrico desenvolvido pelo defeito de isolamento. A abertura da válvula 15 permite evitar transbordos de fluido 2 em chamas quando se injectar gás inerte 16 na cuba 2 que é susceptivel de estar deteriorada. Por fim, a abertura da válvula 15 provoca uma descompressão na conduta 9 o que conduz à obturação da válvula automática 10. O reservatório de alimentação 8 fica assim isolado e o fluido 7 que ele contém não alimenta o incêndio. A abertura rápida da válvula 15 diminui igualmente os riscos de explosão e aumenta a probabilidade de a cuba 2 do transformador 1 ficar intacta.

Os riscos de incêndio são portanto reduzidos, mas após o vazamento parcial da cuba 2, a fase 24 de injecção do gás inerte 16 na base da cuba 2 é sistematicamente despoletada após uma dada duração de temporização, por exemplo 20 segundos, para agitar o fluido 7 a fim de homogeneizar a sua temperatura e igualmente extinguir as eventuais chamas à superfície do fluido 7 eliminando o oxigénio. Com efeito, o fluido 7, em geral óleo, não pode inflamar-se senão a uma zemperatura superior ao ponto de inflamação, ou seja cerca de - 7 - 140°. Ora, no caso de um incêndio do transformador 1 após um arco eléctrico, só a superfície do fluido 7 atinge este valor sendo a temperatura média no máximo de 80°. A agitação do fluido 7 permite portanto um abaixamento da temperatura das partes mais quentes. Por razões de segurança, o reservatório 17 de gás inerte 16 está previsto para poder injectar gás inerte 16 durante uma duração da ordem de 45 minutos o que é largamente superior à duração prevista para se extinguir o incêndio. O transformador 1 pode ser equipado com um ou vários modificadores de tomada de carga 25 servindo como interfaces entre o transformador 1 e a rede eléctrica à qual está ligado para assegurar um tensão constante apesar das variações de corrente fornecida à rede. O modificador de tomada de carga 25 está ligado por uma conduta 26 à conduta 14 destinada ao vazamento. Com efeito, o modificador de tomada de carga 25 é igualmente arrefecido por um fluido de arrefecimento inflamável. Devido ao seu volume reduzido, a explosão de um modificador de tomada de carga é extremamente violenta e pode ser acompanhada de projecção de jactos de fluido de arrefecimento em chamas. A conduta 26 é provida com um diafragma calibrado 27 capaz de se romper em caso de curto-circuito e portanto de sobrepressão no interior do modificador de tomada de carga 25. Evita-se assim a explosão da cuba do referido modificador de tomada de carga 25. Este compreende igualmente uma sonda de pressão 28 ligada, por um lado, à célula de alimentação do transformador 1 para o disparar e, por outro lado, à caixa de comando 22 para despoletar o funcionamento do dispositivo de prevenção durante um curto-circuito no modificador de tomada de carga 25.

Graças à invenção, dispõe-se assim de um processo e de um dispositivo de prevenção contra a explosão e o incêndio - 8 - num transformador que necessitam de poucas modificações dos elementos existentes, que detectam as rupturas de isolamento de forma extremamente rápida e agem quase simultaneamente de forma a evitar as consequências dai resultantes. Isso permite salvar o transformador assim como o modificador de tomada de carga e minimizar os danos ligados ao curto-circuito.

Lisboa, 28 de Agosto de 2000

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims

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U, t REIVINDICAÇÕES 1. Processo de protecção contra incêndios de um transformador eléctrico (1) que compreende uma cuba (2) cheia de fluido de arrefecimento (7) combustível pelo qual se arrefecem (24) as partes quentes do fluido de arrefecimento (7) por injecção de um gás inerte (16) sob pressão na base da cuba (2) a fim de agitar o fluido de arrefecimento (7) e de eliminar o oxigénio situado na proximidade, caracterizado por a fase de arrefecimento ser precedida de uma fase de prevenção contra a explosão e o incêndio do transformador por detecção de uma ruptura de isolamento eléctrico do transformador (1) por uma válvula de segurança equipada com um contacto eléctrico e que forma um meio de sonda de pressão (11) e descompressão instantânea da cuba do transformador por vazamento parcial do fluido de arrefecimento (7) por meio de uma válvula (15) .
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma fase de isolamento de um reservatório de alimentação (8) de fluido de arrefecimento (7) por meio de uma pequena válvula (10) a fim de impedir o fluido de arrefecimento (7) de se expandir, fechando-se a válvula (10) logo que um movimento rápido do fluido de arrefecimento (7) seja detectado.
3. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por uma fase de detecção da presença de vapor de fluido de arrefecimento (7) na cuba (2) do transformador (1) por meio de uma sonda de vapor (13) susceptível de provocar o vazamento parcial do 1

s \l fluido de arrefecimento (7) e a injecção de gás inerte (16) .
4. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por uma fase de detecção da temperatura do fluido de arrefecimento (7) por meio de sondas de temperatura (12) susceptiveis de provocarem o vazamento parcial do fluido de arrefecimento (7) e a injecção de gás inerte (16).
5. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por uma fase de detecção do disparo de uma célula de alimentação do transformador por meio de sondas de disparo (21) susceptivel de provocar o vazamento parcial do fluido de arrefecimento (7) e a injecção de gás inerte (16) .
6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 3 a 5, caracterizado por a fase de vazamento (23) parcial do fluido de arrefecimento (7) apenas não ser desencadeada senão quando duas sondas comandarem simultaneamente o desencadear da referida fase (23).
7. Dispositivo de protecção contra o incêndio de um transformador eléctrico (1) que compreende uma cuba (2) cheia de fluido de arrefecimento (7) combustível, compreendendo o dispositivo uma válvula de segurança equipada com um contacto eléctrico e formando um meio de sonda da pressão na referida cuba (2), caracterizado por a referida válvula fazer parte de meios de prevenção contra a explosão e o incêndio que compreendem também uma válvula (15) de descompressão instantânea da cuba do transformador por vazamento parcial do fluido de arrefecimento (7) contido na cuba (2). 2 \ f Lz
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os meios de prevenção contra a explosão e o incêndio compreenderem também um meio de sonda de vapor (13) do fluido de arrefecimento (7) na cuba (2), meios de sonda da temperatura (12) do fluido de arrefecimento (7) na cuba (2) e um meio de sonda do disparo (21) de uma célula, de alimentação do transformador (1) .
9. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 ou 8, caracterizado por uma caixa de comando (22) que recebe os sinais emitidos pelos meios de sonda do transformador (1) e susceptivel de emitir sinais de comando.
10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a válvula (15) de descompressão ser aberta pelo desencadear de um sinal de comando da caixa de comando (22) .
11. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 9 ou 10, caracterizado por um meio de arrefecimento das partes quentes do fluido de arrefecimento (7), por injecção de gás inerte (16) na base da cuba (2).
12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o gás inerte (16) compreender um reservatório (17) de gás sob pressão, um expansor (19) e uma válvula (18) com abertura comandada por um sinal de comando da caixa de comando (22).
13. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 12, caracterizado por compreender um meio de sonda (28) da pressão num modificador de tomada de carga (25) do transformador e um meio de colocação à pressão 3 atmosférica do referido modificador de tomada de carga destinado a evitar a sua explosão. Lisboa, 28 de Agosto de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL % 4