Калачев О.В., Юдин Л.Ю. "Вентиляция и охлаждение силовых трансформаторов с соблюдением правил промышленной безопасности в помещениях объектов электроэнергетики"

Калачев Олег Валерьевич, зам. директора  департамента филиала ООО «КЭР-Инжиниринг» «КЭР-Наладка»

Юдин Леонид Юрьевич, директор департамента филиала ООО «КЭР-Инжиниринг» «КЭР-Наладка»

Вентиляция и охлаждение силовых трансформаторов с соблюдением правил промышленной безопасности в помещениях объектов электроэнергетики

Силовые трансформаторы используют на объектах электроэнергетики, этот тип оборудования относится к наиболее опасным производственным объектам, вот почему его эксплуатация, ремонт и любые другие действия выполняются в соответствии с требованиями промышленной безопасности.

Основная нормативная база, используемая в отношении трансформаторов, состоит из следующих документов:

·          ГОСТ 11677-85. [1]

·          ГОСТ 14209-85. [2]

·          ФЗ 116. [3]

Силовые трансформаторы имеют сложную конструкцию, состоящую из следующих элементов:

·          Сердечник.

·          Маслорасширитель.

·          Крышка.

·          Бак.

·          Переключатель.

·          Арматура защитных и измерительных устройств.

Согласно требованиям промышленной безопасности, перед установкой трансформатора на его место необходимо провести соответствующие испытания. Много внимания уделяется вопросу эксплуатации оборудования, в связи с тем, что трансформаторы работают при предельных нагрузках, не редко, при отсутствии необходимого охлаждения и вентиляции происходит возгорание.  

Создатели трансформатора предусмотрели наличие в его конструкции изогнутых труб, вваренных в бак. Они необходимы для лучшей отдачи тепла в окружающий воздух. Сегодня существует большое разнообразие трансформаторов различной номенклатуры. Все модели отличаются между собой классом напряжения, номинальной мощностью, режимом работы и иными параметрами.

В зависимости от того, какова мощность оборудования, все силовые трансформаторы разделяются на несколько групп. Для лучшего понимания мы выделили их в отдельную таблицу:

По требованиям промышленной безопасности на объектах энергетики, где стоят трансформаторы, должен осуществляться четкий и регулярный контроль за температурным режимом, при котором работает оборудование. Процесс контроля сводится к периодическому измерению величины температуры верхнего слоя масла находящегося в баке. Для этого используются специальные стеклянные термометры, помещенные в гильзы на крышке трансформатора. Сами гильзы заполняются трансформаторным маслом.

По нормативным требованиям температура на термометре после измерения не может превышать 950 градусов по Цельсию. Обязательно, чтобы в конструкции оборудования были предусмотрены вытяжные устройства.

Стоит помнить, что если работа силового трансформатора осуществляется при температуре больше допустимой по нормативам, увеличивается не только процент возникновения аварии, но и значительно сокращается эксплуатационный срок используемого изоляционного масла.

Важно помнить, что большое значение играет температура окружающей среды в помещении, где установлен силовой трансформатор. Это основная причина, по которой в помещениях, согласно требованиям промышленной безопасности, необходимо делать качественную вентиляцию, за счет которой удастся своевременно выгонять нагретый воздух из камеры оборудования и загонять туда прохладный.

Если трансформатор работает с номинальной нагрузкой, разница в температуре между выводимым и вводимым воздухом не должна быть более 15 градусов. Ошибочно мнение, что достаточно установить естественную вентиляцию, чтобы эксплуатация трансформатора не сопровождалась лишними проблемами. В некоторых случаях ее недостаточно, тогда необходимо делать искусственную вентиляцию, которая будет лучше охлаждать оборудование, оберегая его от перегрева.

Возникновение пожаров в трансформаторных установках не редкость, усугубляется положение, когда речь заходит о масляном оборудовании большого объема. Чтобы иметь возможность вовремя остановить пожар важно, иметь под рукой исправные противопожарные средства.

Стоит помнить, что правильная вентиляция необходима для увеличению номинальной мощности. Специалисты утверждают, что предусматривать систему охлаждения и вентиляции необходимо заранее, до того, как производится монтаж оборудования. На момент проектирования принимается во внимание специфика трансформатора и его расположение в помещении.

В зависимости от того, в каких условиях работают трансформаторы, они разделяются на несколько групп:

·          Общего назначения.

·          Регулировочные.

·          Специального назначения.

Подбирать вид оборудования стоит исходя не только из его технических параметров, но и того, в каком климате может использоваться оборудование и в закрытом помещении или на улице.

Если рассматривать со стороны охлаждения, то силовые трансформаторы бывают:

·          Сухие.

·          Масляные.

·          С негорючим жидким диэлектриком.

Климатическое исполнение и категория размещения имеют свое обозначение, согласно ГОСТ 15150-69. [4] В следующей таблице указан тип трансформатора и вид охлаждения.

А вот приточный вентилятор в конструкции трансформатора выглядит следующим образом.

Если установлено общее естественное охлаждение, то такой вентилятор необходим чтобы рассеять естественную тепловую конвекцию, которая вырабатывается любым типом силового трансформатора. По требованиям существующих нормативов, нормальной вентиляцией называют такую, когда в нижней части имеется отверстие для притока нового воздуха, а на противоположной стороне внутри помещения, вверху отверстия для оттока. Любое ограничение приведет к ухудшению работы оборудования.

Если в помещении температура превышает 20 градусов, уже устанавливается дополнительная вентиляция, в том числе и когда размеры комнаты небольшие, оборудование часто перегружается или естественная вентиляция плохо сделана, работает некачественно.

Во всех этих случаях вытяжной вентилятор устанавливается вверху и служит терморегулятором. Специально обученный человек рассчитывает и устанавливает вентиляцию таким образом, чтобы она была адаптирована к имеющемуся количеству теплопотерь как силового трансформатора, так и иного оборудования, а также к изменениям давления между выходящим и входящим воздухом. Нельзя недооценивать особенности помещения. Режимы охлаждения имеют свое обозначение, для трансформаторов изготовленных за границей это четыре символа. Первая буква обозначает внутренний охладитель, который контактирует с обмоткой. Это следующие буквы:

·          О – минеральное масло или изоляционная синтетическая жидкость, у которых точка воспламенения 300 градусов.

·          К –жидкость, точка воспламенения которой более ста градусов.

·          L –жидкость, температура воспламенения которой не измеряется.

Режим циркуляции теплоносителя внутри обозначается второй буквой:

·          N – естественно-принудительная циркуляция.

·          F – принудительная циркуляция через систему и термосифонная циркуляция.

·          D – принудительная циркуляция, которая направляется через две системы: охлаждения и охлаждение основных обмоток.

Внешний агент, который участвует в охлаждении обозначается третьей буквой. Это может быть:

·          A – воздух. 

·          W – вода.

Четвертой буквой обозначают режим циркуляции внешнего носителя:

·          N –конвекция естественная.

·          F – циркуляция принудительная.

Если говорить конкретно о контроле режима температуры на трансформаторах сухого типа, то в их конструкции используется специальный блок. При наличии вентилятора такой блок в момент опасного превышения температуры, включает автоматически сигнализацию, предупреждающую о положении дел, а после вентилятор охлаждения. В случае, если температура не перестанет падать и значение достигнет предельно допустимого и выше, тогда будет подан сигнал аварийного отключения оборудования. Такой агрегат значительно увеличивает безопасность эксплуатации силовых трансформаторов. В его составе есть четыре канала измерения температуры, а также 4 реле.

Первые три канала имеют датчики отвечающие за контроль температуры всех фаз трансформатора, а четвертый регулирует режим верхнего ярма у магнитопровода. Среди основных функций рассматриваемого прибора можно выделить:

·          Если температура поднимется выше 145 градусов моментально сработает реле и станет видно на панели, что загорелся индикатор предупреждения.

·          Если температура поднимется выше 155 градусов активируется реле, указывающее на перегрев трансформатора, а на экране загорится соответствующий индикатор.

·          Когда температура повышается 135 градусов срабатывает реле, оповещающее об охлаждении, в автоматическом режиме включается вентилятор и работает до тех пор, пока температура не станет 110 градусов, затем он отключается.

Работа вентилятора отображается на панели задач, как и неисправность датчика. Индикатор, загораясь, подсказывает, что один из датчиков неисправен, мог произойти обрыв или короткое замыкание или аномальное превышение температуры на несколько секунд.

Чтобы трансформатор нормально работал в помещении необходимо соблюдать ряд условий:

·          От стен до токоведущих частей оборудование должно быть соблюдено соответствующее расстояние, указанное в «Правилах эксплуатации электроустановок».

·          Обслуживающий персонал должен иметь свободный доступ к оборудованию в целом и к отдельным его частям.

·          Система вентиляции не может быть меньше положенной нормы, именно она обеспечивает отвод тепла от агрегата.

·          Оборудование должно иметь защиту от попадания на его поверхность атмосферных осадков, посторонних частиц или возможного конденсата, которые приведут к короткому замыканию а в последствии и возгоранию.

При монтаже системы вентиляции проводятся обязательные расчеты, которые должны включать в себя данные по размерам отверстий для оттока и притока воздуха, информацию по мощности принудительной системы охлаждения.

В качестве исходных данных для соответствующих расчетов стоит принимать следующие показатели:

Рк.з. – потери короткого замыкания.

Рхх – потери холостого хода.

Н – разница в высоте между положением выходного и входного отверстия для вентиляции.

k – коэффициент, который будет учитывать уровень защиты оборудования, если это IP00: k, то он будет равен 1, если IP21 или IP31, то 0,5.

Имея эти данные на руках можно рассчитать площадь отверстия для притока воздуха по следующей формуле:

          0,18*(P_к.з + P_хх)

S = __________________

             k*√H

Площадь отверстия для выхода потока воздуха рассчитывается по другой формуле, имеющей следующий вид:

S=1.1 * S

Стоит помнить, что рассчитывать размер отверстий подобным образом можно только при условии, что в среднем температура окружающей среды в помещении, куда устанавливается трансформатор, будет около 20 градусов, а высота над уровнем моря до тысячи метров.

В случаях, когда естественная вентиляция не может быть установлена в соответствии с получившимися расчетами, то есть размер отверстий не соответствует полученным данным, делается принудительная вентиляция. Производительность такой системы рассчитывается по следующей формуле:

V=4/5*( P_к.з + P_хх)

Только благодаря строгому соблюдению норм и требований промышленной безопасности можно говорить о снижении уровня пожароопасности силовых трансформаторов. Качественная вентиляция и охлаждение помогают значительно снизить уровень риска возникновения аварийной ситуации, и об этом стоит помнить.

Список литературы:

1.        ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия».

2.        ГОСТ 14209-85 «Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки».

3.        ФЗ 116 «О промышленной безопасности».

4.        ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды».