SK284150B6 - Spôsob a zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru elektrických transformátorov - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka oblasti prevencie výbuchov a požiarov elektrických transformátorov chladených horľavou kvapalinou.

Doterajší stav techniky

Elektrické transformátory majú straty tak vo vinutiach, ako aj v jadre a z toho dôvodu jc potrebné vznikajúce teplo rozptýliť. Vysokovýkonové transformátory sa teda všeobecne chránia použitím oleja. Používané oleje sú dielektrické a môžu sa vznietiť nad teplotou rádovo 140 °C. Pretože transformátory sú veľmi drahé komponenty, musí byť ich ochrane venovaná zvláštna pozornosť.

Požiare sa pri výkonových transformátoroch izolovaných dielektrickým olejom všeobecne vyskytujú z dôvodov porušenia elektrickej izolácie, čo spôsobuje často veľmi prudké náhle vznietenie. Toto má za následok rozsiahle prasknutie skrine transformátorov a spaľovanie oleja, čo rozširuje oheň na ďalšie namontované príslušenstvo, ktoré môže tiež obsahovať značné množstvo horľavých výrobkov.

Výbuchy môžu byť vyvolané preťaženiami, napäťovými rázami, postupným chátraním izolácie, nedostatočnou hladinou oleja, výskytom vlhkosti alebo škvŕn hrdze alebo zlyhaním niektorej izolačnej súčiastky.

Zo známeho stavu techniky sú známe poistné ventily, ktoré sa otvárajú v prípade pretlaku vnútri skrine transformátora. Tieto ventily nie sú ale vhodné pre následky straty vnútornej izolácie v transformátore.

Známe sú tiež systémy ochrany proti požiaru pre elektrické transformátory, ktoré sú uvádzané do činnosti snímačmi teploty. Tieto systémy sú činné so značným časovým oneskorením, keď už olej v transformátore horí. Potom sa robí určitý kompromis, aby sa horenie obmedzilo na spomínané príslušenstvo a zabránilo sa rozšíreniu požiaru na susedné strojové zariadenie.

Cieľom tohto vynálezu je teda vytvoriť spôsob, ktorý by chránil tak proti pretlaku vnútri transformátora spôsobeného náhlym vznietením, keď sa poruší vnútorná elektrická izolácia, ako aj proti požiaru, ktorý je dôsledkom takýchto porušení izolácie.

Ďalším cieľom vynálezu je zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru, ktoré by dovolilo okamžité zistenie poruchy elektrickej izolácie.

Podstata vynálezu

Podľa vynálezu zahrnuje spôsob zabránenia výbuchu a požiaru elektrického transformátora vybaveného skriňou naplnenou chladiacim médiom nasledujúce kroky:

detekciu poškodenia elektrickej izolácie transformátora prostredníctvom náhleho rastu tlaku zisťovaným snímačom tlaku, ktorý je realizovaný ako poistný ventil, čiastočné vypúšťanie chladiaceho média obsiahnutého v skrini cez vypúšťací ventil, a ochladzovanie horúcich častí chladiaceho média vháňaním stlačeného inertného plynu ku dnu skrine, aby a premiešalo chladiace médium a vypudil kyslík, ktorý sa nachádza v blízkosti.

Zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru elektrického transformátora vybaveného skriňou naplnenou horľavým chladiacim médiom zahrnuje podľa vynálezu prostriedok na snímanie tlaku v spomenutej skrini a prostriedok na čiastočné vypúšťanie chladiaceho média obsiahnutého v tejto skrini.

Poškodenie izolácie najprv vyvoláva silný elektrický oblúk, ktorý spôsobuje uvedenie systému elektrickej ochrany do chodu, ktorý spúšťa napájaciu jednotku transformátora (prerušovač obvodu). Elektrický oblúk tiež spôsobuje následné vybitie energie, ktoré spôsobuje zvýšenie vnútorného tlaku transformátora, dostatočné na to, aby vyvolalo prasknutie jeho skrine.

Zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru je výhodne vybavené prostriedkom na detekciu spúšťania napájacej jednotky transformátora a riadiacou jednotkou, ktorá dostáva signály vydávané snímacími prostriedkami transformátora a môže vysielať riadiace signály.

Zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru výhodne zahrnuje prostriedok na chladenie horúcich častí kvapaliny vstrekovaním inertného plynu ku dnu skrine, ktorý je riadený riadiacim signálom z riadiacej jednotky. Dôvodom na to je, že niektoré časti chladiaceho média sú podrobené ohriatiu, ktoré môže spôsobiť, že sa vznietia. Vstrekovanie inertného plynu v dolnej časti skrine vyvoláva premiešanie chladiaceho média, čo udržuje rovnováhu teploty a umožňuje vyhnať kyslík prítomný v blízkosti kvapaliny.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález sa jasnejšie pochopí preštudovaním podrobného opisu jedného zvláštneho vyhotovenia, ktoré je potrebné chápať ako úplne neobmedzujúci príklad a ktoré je vyobrazené na pripojených výkresoch, na ktorých je: obrázok 1 - celkový pohľad na zariadenie podľa vynálezu a obrázok 2 - schematický pohľad, ktorý predstavuje logiku práce zariadenia podľa vynálezu.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Ako je znázornené na obrázkoch, zahrnuje transformátor 1 skriňu 2, ktorá sa nachádza na podložke 3 prostredníctvom pätiek 4, a je elektricky napájaný vodičmi 5 obklopenými izolátormi 6.

Skriňa 2 je naplnená chladiacim médiom 7, napríklad dielektrickým olejom. Aby sa zabezpečila konštantná hladina chladiaceho média 7 v skrini 2, je transformátor 1 vybavený doplňovacou nádržou 8, ktorá je so skriňou 2 spojená potrubím 9.

Toto potrubie 9 je vybavené automatickým spätným ventilom 10, ktorý uzatvára potrubie 9, akonáhle zaznamená rýchly pohyb chladiaceho média 7. V prípade výbuchu v skrini 2 náhle klesá tlak v potrubí 9, čo spôsobuje, že chladiace médium 7 začína tiecť, čo sa rýchlo zastaví uzatvorením automatického spätného ventilu 10. Toto zabraňuje tomu, aby chladiace médium 7 obsiahnuté v doplňovacej nádrži 8 napájalo oheň v transformátore 1.

Skriňa 2 je vybavená snímačom 11 tlaku, ktorý môže okamžite detegovať zmenu tlaku spôsobenú náhlym vznietením vyvolaným poškodením elektrickej izolácie transformátora 1. Snímač 11 tlaku môže najmä pozostávať z poistného ventilu, ktorý je vybavený elektrickým kontaktom a ktorý je schopný vysielať informáciu, ktorá sa týkajú zistenej zmeny tlaku. Skriňa 2 je tiež vybavená snímačmi 12 teploty, ktoré sú v skrini umiestnené v niekoľkých bodoch, aby zisťovali teplotu chladiaceho média 7. Tieto snímače 12 teploty však majú oneskorenie odhadované na 20 alebo 30 sekúnd relatívne vzhľadom na snímač 11 tlaku, vzhľadom na skutočnosť, že teplo sa šíri pomalšie ako tlak.

Skriňa 2 zahrnuje snímač 13 pary detegujúci prítomnosť pary chladiaceho média 7 a označovaný tiež výrazom „buchholz“, ktorý je namontovaný v niektorom hornom bode na skrini 2, všeobecne na potrubí 9. Náhle vznietenie vyvolané porušením elektrickej izolácie vyvolá v skrini 2 rýchle uvoľňovanie pary z chladiaceho média 7. Snímač 13 pary je teda zvlášť vhodný na zisťovanie porušenia elektrickej izolácie.

Transformátor 1 je napájaný cez neznázomenú napájaciu jednotku, ktorá zahrnuje prostriedok na prerušenie napájania, ako sú prerušovače obvodu, a ktoré sú vybavené spúšťacími snímačmi 21.

Skriňa 2 je vybavená vypúšťacím prostriedkom, ktorý zahŕňa vedenie 14, ku ktorému je pripojené vypúšťanie v požadovanej výške hladiny. Vedenie 14 je uzatvorené vypúšťacím ventilom 15 s veľkým priemerom, napríklad 100 až 150 mm. Skriňa 2 zahŕňa tiež prostriedok na chladenie chladiaceho média 7 vstrekovaním ku dnu skrine 2 inertného plynu 16, ako je dusík. Tento inertnýplyn 16 sa skladuje v pretlakovej nádrži 17 vybavenej ventilom 18, uvoľňovačom tlaku 19 a rúrkou 20, ktorou sa dopravuje plyn 16 do skrine 2.

Snímač 11 tlaku, snímače 12 teploty, snímač 13 pary, spúšťacie snímače 21, vypúšťací ventil 15 vedenia 14 a ventil 18 rúrky 20 sú spojené do riadiacej jednotky 22 určenej na riadenie práce tohto zariadenia. Riadiaca jednotka 22 je vybavená prostriedkom na spracovanie dát, ktorý dostáva signály od rôznych snímačov a môže vysielať riadiace signály určené pre ventily 15 a 18.

Zariadenie je uvádzané do činnosti vysokotlakovým signálom, ktorý prichádza zo snímača 11 tlaku, ktorý sa kryje so spúšťacím signálom prichádzajúcim zo spúšťacích snímačov 21 napájacej jednotky transformátora 1, aby sa zabránilo výbuchu a požiaru. Aby sa začalo hasenie požiaru, môže byť zariadenie tiež uvádzané do činnosti signálom vysokej teploty prichádzajúceho z niektorého zo snímačov 12 teploty, ktorý sa kryje so signálom prítomnosti pary, ktorý prichádza zo snímača 13 pary. Jestvuje teda požiadavka, aby súhlasnú informáciu dodávali dva snímače, aby sa vyhlo predčasnému spusteniu.

Pri normálnych podmienkach sa zariadenie spúšťa informáciou o vysokom tlaku, ktorá je v súlade s informáciou, ktorá sa týka spustenia napájacej jednotky, ktorá okamžite začína krok 23 otvorenia vypúšťacieho ventilu 15, čo dovoľuje okamžitú dekompresiu skrine 2 transformátora 1, ktorého väčšina súčiastok zostane neporušená s výnimkou tých, ktoré sú umiestnené v oblasti, ktorá je veľmi tesne pri elektrickom oblúku spôsobenom poruchou izolácie. Otvorenie vypúšťacieho ventilu 15 umožňuje vyhnúť sa pretekaniu zapáleného chladiaceho média 7, keď sa bude do prípadne poškodenej skrine 2 vstrekovať inertný plyn 16. Nakoniec spôsobuje otvorenie vypúšťacieho ventilu 15 dekompresiu v potrubí 9, čo vedie k automatickému spätnému ventilu 10. Doplňovacia nádrž 8 je taká izolovaná a kvapalina, ktorú obsahuje, nenapája oheň. Rýchle otvorenie vypúšťacieho ventilu 15 tiež znižuje riziká výbuchu a zvyšuje pravdepodobnosť, že skriňa 2 transformátora 1 zostane nedotknutá.

Riziká požiaru sú teda znížené, ale po čiastočnom vypustení skrine 2 sa po danom časovom oneskorení, napríklad 20 sekúnd, systematicky spúšťa krok 24 vstrekovania inertného plynu 16 ku dnu skrine 2, aby sa kvapalina premiešala tak, aby sa uviedla do rovnováhy jej teplota a tiež aby sa vypudením kyslíka udusili akékoľvek možné plamene na povrchu chladiaceho média 7. Dôvodom toho je to, že chladiace médium 7, vo všeobecnosti olej, môže horieť len pri teplote nad teplotou vzplanutia, to jest okolo 140 °C.

Navyše v prípade ohňa v transformátore 1 dosahuje vďaka elektrickému oblúku túto hodnotu len povrch chladiaceho média 7, kým priemerná teplota je najviac 80 °C. Premiešanie chladiaceho média 7 teda umožňuje znížiť teplotu najteplejších častí. Z bezpečnostných dôvodov je pretlaková nádrž 17 obsahujúca inertný plyn 16 určená na to, aby bola schopná vstrekovať inertný plyn 16 v čase trvajúcom rádovo 45 minút, čo je oveľa viac ako čas predpovedaný na zhasenie ohňa.

Transformátor 1 môže byť vybavený jedným alebo viacerými transformátorovými prepínačmi 25 pod zaťažením, ktoré sa používajú ako spojovacie medzičlánky medzi spomenutým transformátorom 1 a elektrickou sieťou, ku ktorej je pripojený, aby sa zabezpečilo konštantné napätie aj napriek zmene prúdu dodávaného do siete. Transformátorový prepínač 25 pod zaťažením je pripojený cez kanál 26 k vedeniu 14 určenému na vypúšťanie. V skutočnosti je aj transformátorový prepínač 25 pod zaťažením tiež chladený nehorľavým chladiacim médiom. Z dôvodu jeho malého objemu je výbuch transformátorového prepínača 25 pod zaťažením mimoriadne prudký a môže byť sprevádzaný rozstriekaním lúčov zapáleného chladiaceho média. Kanál 26 je vybavený kalibrovanou membránou 27 schopnou prasknutia v prípade skratu a teda aj pretlaku vnútri transformátorového prepínača 25 pod zaťažením. Toto chráni skriňu uvedeného transformátorového prepínača 25 pod napätím pred výbuchom. Tento prepínač tiež zahrnuje snímač 28 tlaku, ktorý je na jednej strane pripojený k napájacej jednotke transformátora 1, aby ho spúšťal, a na druhej strane k riadiacej jednotke 22, aby vyvolal funkciu tohto zariadenia na zabránenie výbuchu a požiaru v prípade skratu v transformátorovom prepínači 25 pod zaťažením.

Vynález teda poskytuje spôsob a zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru transformátora, ktorý vyžaduje niekoľko modifikácií jestvujúcich súčiastok, ktoré detegujú mimoriadne rýchlo porušenie izolácie a ktoré pôsobia vždy skoro súčasne, aby obmedzili vzniknuté následky. Toto umožňuje, aby bol tak transformátor, ako aj transformátorový prepínač pod zaťažením chránený pred poškodením a tiež to umožňuje minimalizovať poškodenie spôsobené krátkym spojením.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob zabránenia výbuchu a požiaru elektrického transformátora (1), ktorý má skriňu (2) naplnenú horľavým chladiacim prostriedkom (7), pri ktorom sa horúce časti chladiaceho prostriedku (7) ochladzujú vháňaním inertného plynu (16) pod tlakom do dna skrine (2), aby sa chladiaci prostriedok (7) premiešal a vypudil sa kyslík nachádzajúci sa v jeho blízkosti, vyznačujúci sa tým, že sa pred krokom (24) vháňania inertného plynu (16) deteguje porušenie elektrickej izolácie transformátora (1) prostredníctvom náhleho rastu tlaku, ktorý sa zisťuje snímačom (11) tlaku, vyhotoveným ako poistný ventil vybavený elektrickým kontaktom, a pri ktorého výskyte sa pre okamžitú dekompresiou skrine (2) transformátora (1) odvedie časť chladiaceho prostriedku (7), najmä vypúšťacím ventilom (15).
2. 2. Spôsob podľa nároku I,vyznačujúci sa t ý m , že sa paralelne so zisťovaním tlaku sleduje pohyb chladiaceho prostriedku (7) do skrine (2) a pri zistení rýchleho pohybu chladiaceho prostriedku (7) sa na zabránenie rozstrekovania chladiaceho prostriedku (7) izoluje doplňovacia nádrž (8) chladiaceho prostriedku (7) od skrine (2) uzatvorením spätného ventilu (10).
3. 3. Spôsob podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa paralelne so zisťovaním tlaku zisťuje prítomnosť pary chladiaceho prostriedku (7) v skrini (2) transformátora (1) snímačom (13) pary a pri určenom výskyte pary sa čiastočne vypustí chladiaci prostriedok (7) a do skrine (2) sa vháňa inertný plyn (16).
4. 4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa súčasne sníma teplota chladiaceho prostriedku (7) snímačom (12) teploty a pri prekročení hraničnej hodnoty teploty sa čiastočne vypustí chladiaci prostriedok (7) a do skrine (2) sa vháňa inertný plyn (16).
5. 5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa zisťuje spustenie napájacej jednotky transformátora (1) snímačmi (21) spustenia, po ktorom nasleduje čiastočné vypustenie chladiaceho prostriedku (7) a vháňanie inertného plynu (16) do skrine (2).
6. 6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 3až 5, vyznačujúci sa tým, že čiastočné vypúšťanie chladiaceho prostriedku (7) začne len keď začatie tohto kroku iniciujú aspoň dva funkčne odlišné snímače súčasne.
7. 7. Zariadenie na zabránenie výbuchu a požiaru elektrického transformátora (1), ktoré má skriňu (2) naplnenú horľavým chladiacim prostriedkom (7), ktoré zahrnuje poistný ventil, ktorý je vybavený elektrickým kontaktom a tvorí snímač (11) tlaku v skrini (2), vyznačujúce sa t ý m , že poistný ventil, ktorý je časťou prostriedku na predchádzanie výbuchu a požiaru, je prepojený s vypúšťacím ventilom (15) na okamžitú dekompresiu skrine (2) transformátora (1) čiastočným vypustením chladiaceho prostriedku (7) zo skrine (2).
8. 8. Zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúce sa t ý m , že prostriedok na predchádzanie výbuchu a požiaru zahrnuje tiež snímač (13) pary chladiaceho prostriedku (7) v skrini (2), snímač (12) teploty chladiaceho prostriedku (7) v skrini (2) a snímač (21) spúšťania napájacej jednotky transformátora (1).
9. 9. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že snímač (11) tlaku, snímač (13) pary, snímače (12) teploty a snímač (21) spúšťania napájacej jednotky sú pripojené k riadiacej jednotke (22) , na príjem signálov vysielaných z týchto snímacích prostriedkov transformátora (1) a vysielanie riadiacich signálov.
10. 10. Zariadenie podľa nároku 9, vyznačujúce sa t ý m , že vypúšťací ventil (15) má otváranie riadené riadiacim signálom z riadiacej jednotky (22).
11. 11. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 9 alebo 10, vyznačujúce sa tým, že do dna skrine (2) vyúsťuje prostriedok na chladenie horúcich časti chladiaceho prostriedku (7) vháňaním inertného plynu (16).
12. 12. Zariadenie podľa nároku 11,vyznačuj úce sa t ý m , že prostriedok na vháňanie inertného plynu (16) zahrnuje pretlakovú nádrž (17) stlačeného inertného plynu (16), uvoľňovač tlaku (19) a ventil (18) s otváraním riadeným riadiacou jednotkou (22).
13. 13. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 7 až 12, vyznačujúce sa tým, že transformátor (1) je vybavený transformátorovým prepínačom (25) pod zaťažením osadeným snímačom (28) tlaku v transformátorovom prepínači (25) pod zaťažením, ktorý má na zabránenie výbuchu prostriedok na uvedenie na atmosférický tlak.