Фахівці компанії ТОВ «Укрелектросервіс» на продовженні тривалого періоду часу займалися консалтингом семимісячний пошук в інтернеті, привів до виявлення інформації про 630 вибухах трансформаторів тільки на території США. Фінансові втрати, викликані вибухами і пожежами, а також припиненням вироблення електроенергії, досягли сотень мільйонів доларів США.
Силові трансформатори відносяться до числа найбільш дорогого обладнання, що встановлюється на електростанціях і трансформаторних підстанціях.
Зазвичай вони містять значну кількість горючої речовини, при загорянні якого пожежа може розповсюдитися на сусідні конструкції і споруди. Отже, особливу увагу в цьому випадку повинна бути приділена їх захисту.
Аналіз цієї бази даних показав, що всі постраждалі трансформатори були обладнані традиційними системами електрозахисту: диференціальної, токовой, по землі, а також реле Бухгольца і, в деяких випадках, реле швидкого зростання тиску. Єдиним використовуваним засобом механічного захисту був клапан скидання тиску. У більшості випадків системи електричного захисту спрацьовували належним чином і посилали сигнал на вимикач трансформатора.
На жаль, вибуху не вдавалося уникнути навіть у тому випадку, коли трансформатор був обладнаний сучасними вимикачами, які забезпечують відключення протягом 50 мілісекунд. Єдиний вид механічного захисту - клапан скидання тиску - не ефективний при коротких замиканнях, так як всі знищені трансформатори були обладнані саме цим пристроєм.
Проведені дослідження нашими фахівцями показали, що швидкість зростання тиску в баку, що виникає внаслідок короткого замикання, значно перевищує час реагування всіх систем захисту трансформатора. Це, в особливості, відноситься до клапану скидання тиску, який не розрахований для швидкої евакуації необхідної кількості масла, що дозволило б уникнути вибуху бака трансформатора. При сильних коротких замикань клапан скидання тиску іноді не встигає відкритися взагалі.
Вибухи і пожежі трансформаторів зазвичай є наслідком пробою ізоляції. Причиною цього можуть бути перевантаження або скачки в електричному ланцюзі, викликані блискавками, перемиканнями, поступовим зносом ізоляції, недостатнім рівнем масла, вологістю, кислотою, яка міститься в маслі, а також збоями в супутньому обладнанні, такому, як пристрої регулювання напруги під навантаженням (РПН) або електричні вводи.
Енергія електричної дуги, що виникає в результаті пробою ізоляції, викликає різкий стрибок локальної температури. Вона також генерує велику кількість вибухових і горючих газів, які провокують дуже швидке збільшення тиску в баку трансформатора.
Потім трансформатор вибухає протягом часток секунди, і кришка бака при цьому зазвичай зривається. Велика кількість масло-газової суміші вихлюпується на значний простір. Контакт вибухових і горючих газів з повітрям (киснем) може привести до потужного вибуху, який в деяких випадках поширює вогонь по всій електростанції. У той же час температура поверхні масла в бакс швидко досягає точки займання, і трансформатор загоряється.
Для моделювання будь-яких видів коротких замикань розрахунки повинні бути зроблені з урахуванням точної геометрії кожної конструкції і потужності трансформатора. Таким чином, МТГ-модель бере до уваги всі параметри трансформатора:- властивості матеріалів (товщина і якість міді, ізоляційних матеріалів і т. д.);
- кількість витків, розміри і геометрія обмоток;
- компоненти діелектричного масла, характеристики потоку та охолоджую щей системи;
- геометричні параметри трансформатора, включаючи пристрої РПН і електричні вводи.
Перед моделюванням пробою ізоляції результати МТГ постійно перевіряються для номінального режиму роботи трансформатора і в умовах перевантажень, при цьому враховуються особливості обладнання замовників. Здійснена програма досліджень привела до створення концепції попередження вибухів і пожеж, а також системи TRANSFORMER PROTECTOR. розробленої з метою запобігання вибуху бака трансформатора при різних типах коротких замикань.
В ході досліджень вирішувалися такі завдання:- визначити кількість вибухових і горючих газів, що виділяються внаслідок перенесення енергії;
- розрахувати виникає при цьому збільшення тиску всередині бака;
- розрахувати енергію, яка повинна бути евакуйована для запобігання вибуху і пожежі трансформатора;
- розробити систему, що дозволяє евакуювати гази і масляну суміш і перешкоджає доступу кисню.
На електростанціях короткі замикання трансформаторів представляють особливо великий ризик, тому що інерція генератора продовжує живити електричну дугу протягом відносно великого проміжку часу, якщо між генератором і трансформатором немає вимикача. Для запобігання вибуху бака трансформатора такі умови є найбільш важкими З цієї причини були вивчені проблеми попередження вибуху блокових трансформаторів на електростанціях під час трирічної програми досліджень, здійсненої при співпраці з однією з американських енергокомпаній.
Результати програми досліджень показали наступне:- тиск всередині бака трансформатора зростає від 50 до 1 000 бар в секунду, в залежності від місця короткого замикання і кількості енергії, що передається маслу електричною дугою;
- клапани скидання тиску, зазвичай встановлюються на баку трансформатора, не здатні знизити внутрішній тиск бака і оберегти його від вибуху під час короткого замикання для всіх модельованих ситуацій;
- в більшості випадків трансформатори вибухають протягом 5-50 мілісекунд після того, як тиск всередині бака починає зростати.
Також стало очевидним, що інформація, зареєстрована системами SCADA під час коротких замикань трансформаторів, є марною. Так як градієнт зростання тиску завеликий для традиційних вимірювальних приладів, це не дозволяє адекватно відображати протягом події.
Ефективним засобом захисту трансформаторів і їх пристроїв регулювання напруги під навантаженням (РПН) є система TRANSFORMER PROTECTOR (ТР), розроблена компанією SERGI.
Система TP призначена для застосування на всіх масляних трансформаторах потужністю понад 0,1 МВА та виконує наступні функції:- зниження тиску в баку трансформатора (протягом декількох мілісекунд);
- евакуація вибухових газів з бака трансформатора без контакту з повітрям;
- відведення вибухових газів від трансформатора в віддалену зону, де вони можуть згоріти в безпеці, що важливо, наприклад, на нафтопереробних підприємствах;
- припинення виділення вибухових газів завдяки використанню подачі азоту.
Залежно від потужності трансформатора і його місця розташування знаходять застосування системи ТР трьох різних моделей. Кожен тип включає в себе один або кілька модулів скидання тиску і один модуль усунення вибухових газів. Відмінності полягають в особливостях здійснення декомпресії, поділу масла і вибухових газів, зберігання відведеного масла.
Система STP призначена для відносно невеликих трансформаторів потужністю від 0,1 до 5 МВА, розташованих поза або всередині приміщень. Система МТР призначена для будь-яких трансформаторів потужністю від 0,1 до 1000 МВА або більше, розташованих поза або всередині приміщень. Система LTP призначена для будь-яких трансформаторів потужністю від 5 до 1000 МВА і більше, розташованих поза приміщеннями на електростанціях і трансформаторних підстанціях.