Устройство для предотвращения взрыва силового трансформатора
Полезная модель относится к экологически чистым пожаробезопасным неразрушающим системам защиты силовых трансформаторов при коротком замыкании в активной части трансформатора и может быть использована в маслонаполненных трансформаторах средней и большой мощности с целью предотвращения катастрофических последствий тяжелого внутреннего повреждения трансформатора.
Технический результат заключается в быстрой декомпрессии бака трансформатора и предотвращения его разрушения.
Устройство содержит декомпрессионную камеру (1), расположенную вне бака (2) трансформатора, и разрывную мембрану (3). При этом декомпрессионная камера (1) выполнена в виде складного пакета из термостойкого полотна и закреплена на внешнем фланце (4) разрывной мембраны (3).
Декомпрессионная камера находится вне корпуса трансформатора и соединена с ним коротким патрубком через разрывную мембрану. Диаметр патрубка должен быть достаточным для сброса продуктов, образующихся при возникновении дуги, с минимальным сопротивлением.
Материал декомпрессионной камеры должен быть термостойким, эластичным, достаточно прочным и плотным для обеспечения герметичности оболочки, не пропуская газы. Таким материалом может быть тканевое полотно из сплетенной ленты или жгутов с армидными нитями либо карбонизированное углеродными волоконами.
Для снятия механических нагрузок имеется сеточное ограждение (4), на которое опирается камера (1) при ее раскрытии. 3 з.п.ф., 1 ил.
Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для предотвращения разрыва корпуса конструкционных элементов, преимущественно трансформаторов, охлаждаемых большим объемом жидкости (масла). При коротком замыкании и дуге, возникающей в активной части трансформатора, выделяется большое количество газов, образующихся при разложении трансформаторного масла. В основном это ацетилен и водород, который при высокой температуре при контакте с воздухом самовоспламеняется, что приводит к пожару и тяжелым авариям. Процесс развивается в течение десятков миллисекунд, при этом давление в баке резко возрастает, превышая критические параметры. Устранение последствий таких аварий требует значительных капиталовложений для восстановления оборудования. Поэтому защита трансформатора от взрыва требует особого внимания.
В трансформаторной технике известна защитная противопожарная система, приводимая в действие различными датчиками релейного типа. Недостатком этих устройств является их инерционность - время срабатывания составляет сотые доли секунды, что во много раз превышает необходимую скорость срабатывания защиты, так как процесс развивается в течение нескольких миллисекунд (Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Силовые трансформаторы. Справочная книга. Энергоиздат, 2004). Поэтому для защиты трансформаторов от взрыва и разрушения необходимы системы с меньшей инерционностью.
Наиболее близким к предлагаемому решению (его прототипом) является устройство для предотвращения взрыва электрических трансформаторов (патент RU 2263989 от 17.03.2000). Это устройство содержит декомпрессионную камеру, соединенную с баком трубопроводом, на котором расположено разрывное устройство (мембрана). Такие системы применяются для защиты трансформаторов средней и большой мощности. Однако скорость выделения газов при возникновении дуги в масле чрезвычайно высока (до 50 м3/сек). Поэтому градиенты давления в баке и трубопроводах, соединяющих бак с декомпрессионной камерой, слишком велики, чтобы вовремя снизить давление в баке до безопасного уровня. Вследствие большего перепада давления в трубопроводе устройство-прототип не достаточно эффективно и зачастую не срабатывает при тяжелых авариях мощных трансформаторов.
Предложенное устройство устраняет недостатки прототипа, решая техническую задачу защиты трансформатора с применением декомпрессионного устройства практически без использования трубопроводов, соединяющих бак с декомпрессионной камерой.
Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве для предотвращения взрыва силового трансформатора, содержащее декомпрессионную камеру, расположенную вне бака трансформатора, и разрывную мембрану, декомпрессионная камера выполнена в виде складного пакета из термостойкого полотна и закреплена на внешнем фланце разрывной мембраны.
Указанная совокупность признаков обеспечивает быстрый сброс давления в баке при коротком замыкании (КЗ). Образующиеся газы и масло сбрасываются в камеру, раскрывающуюся по мере поступления в нее продуктов.
Полезная модель имеет развитие, заключающееся в том, что устройство содержит сеточное ограждение раскрывающейся декомпрессионной камеры, закрепленное на внешнем фланце разрывной мембраны. Это снимает механические нагрузки с камеры.
Другим развитием полезной модели является вариантное выполнение термостойкого полотна декомпрессионной камеры (из сплетенной ленты или жгутов с армидными нитями, либо карбонизированного углеродными волокнами).
Сущность предложенного решения поясняется схемой, показанной на фиг.1. Устройство содержит декомпрессионную камеру 1, расположенную вне бака 2 трансформатора, и разрывную мембрану 3. Камера 1 выполнена в виде складного пакета из термостойкого полотна и закреплена на внешнем фланце 4 разрывной мембраны 3.
Устройство работает следующим образом.
Трансформатор содержит активную часть, помещенную в бак 2, заполненный охлаждающей жидкостью (диэлектрическим маслом). В верхней части бака 2 под крышкой выполнен короткий патрубок, на котором установлен разрывной элемент (мембрана) 3, зафиксированная двумя фланцами. На внешнем фланце 4 закреплена камера 1. При выбросе, в результате КЗ в активной части, горячих продуктов разложения трансформаторного масла в раскрывающуюся камеру 1 происходит одномоментный сброс давления в баке 2, предотвращающий разрыв корпуса бака. В декомпрессионной камере 1 происходит отделение газообразных продуктов (водород, ацетилен, СО) от масла. Газы, формируясь в верхней части емкости, под действием давления поступают через трубопровод за пределы трансформаторного отсека, где при контакте с воздухом происходит воспламенение и выгорание газов 5, не причиняя вреда оборудованию.
Для снятия механических нагрузок камера 1 при раскрытии опирается на сеточное ограждение-корзину 6. В нижней части емкости раскрывающейся камеры 1 имеется патрубок с вентилем 7 для слива остывшего масла после выгорания газообразных продуктов разложения. Клапан 8, установленный на патрубке перед мембраной 3, перекрывается после сброса давления, предотвращая тем самым возвратное поступление продуктов разложения масла в бак 2. Клапан 9, установленный на выходе трубопровода 10, перекрывается после выгорания газообразных продуктов.
Термостокое полотно может быть выполнено из сплетенной ленты или жгутов с армидными нитями. В основе полотна-соединения углерода и кислорода. Более высокими параметрами по термостойкости обладают графитовые - тканевые полотна (RU 2318932 от 2006). Они выдерживают температуры 1200-2000°С.
Полотно карбонизированное углеродными волокнами, может быть использовано для формирования тепловой защиты (RU 2257429). После карбонизации полотно подвергают обработке при 1200-2800°С.
В предложенной полезной модели отсутствует задержка во времени сброса давления в баке трансформатора, так как нет трубопроводов, соединяющих. бак с декомпрессионной камерой, что повышает эффективность защитного устройства. При этом устройство компактно (тканевая камера 3 в обычном состоянии сложена в пакет).
1. Устройство для предотвращения взрыва силового трансформатора, содержащее декомпрессионную камеру, расположенную вне бака трансформатора, и разрывную мембрану, при этом декомпрессионная камера выполнена в виде складного пакета из термостойкого полотна и закреплена на внешнем фланце разрывной мембраны.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит сеточное ограждение раскрывающейся декомпрессионной камеры, закрепленное на внешнем фланце разрывной мембраны.
3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что термостойкое полотно выполнено из сплетенной ленты или жгутов с армидными нитями.
4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что термостойкое полотно выполнено карбонизированным углеродными волокнами.
