ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КОРПУС МАСЛОНАПОЛНЕННОГО СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Область техники
Предлагаемое устройство относится к области электротехники и может быть использовано для предотвращения разрыва корпуса конструкционных элементов, преимущественно трансформаторов, охлаждаемых большим объемом жидкости (масла).
Уровень техники
При коротком замыкании (КЗ) 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 нескольких миллисекунд (Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Силовые трансформаторы. Справочная книга. Энергоиздат, 2004). 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 [патент на изобретение RU 2103777, опубликован 27.01.1998]. Недостатком этого устройств является их инерционность - время срабатывания составляет сотые доли секунды, что во много раз превышает необходимую скорость срабатывания защиты. Поэтому для защиты трансформаторов от взрыва и разрушения необходимы системы с меньшей инерционностью.
Наиболее близким к предлагаемому решению (его прототипом) является устройство, в котором гашение гидродинамической волны, возникающей в емкостях маслонаполненного оборудования при КЗ, обеспечивается размещением на стенках корпуса трансформатора демпферных элементов в виде пакетов из наружной маслостойкой пленки и упругого полимерного материала типа поролона или пенополиуретана [Мишуев А.В. и другие Демпферная система защиты трансформаторов и высоковольтного маслонаполненного электрооборудования от взрыва и пожара при коротком замыкании, журнал "Электро" 2'2009].
Наличие демпферных элементов позволяет снизить нагружение стенок камеры, которое в этом случае будет происходить плавно, их прогиб будет осуществляться в статическом режиме, что предотвратит вибрацию стенок.
Однако, применение поролона или пенополиуретана в качестве материала демпферных элементов имеет недостатки, состоящие в следующем. Поролон и пенополиуретан имеют низкую термостойкость и быстро стареют при повышенной температуре (более 50 С) масла в корпусе трансформатора. Пористые материалы на полимерной основе содержат определенное количество воздуха, который при разрушении пленочного покрытия демпфирующего элемента вступает в контакт с маслом трансформатора и снижает его взрывобезопасность.
Сущность полезной модели с учетом ее развитии
Предложенное устройство устраняет недостатки прототипа, повышая надежность взрывозащиты трансформатора с применением демпферных элементов.
Предметом полезной модели является взрывозащитный корпус маслонаполненного силового трансформатора, содержащий демпферные элементы из пористого материала, по меньшей мере, частично покрывающие внутреннюю поверхность корпуса, отличающийся тем, что в качестве пористого материала применен пенометалл.
Развития полезной модели предусматривают возможность использования в качестве пенометалла пеноалюминия или пеностали, а также выполнение с увеличенной толщиной демпферных элементов, покрывающих участки внутренней поверхности корпуса, подверженные более высокому давлению при взрыве масла.
Сущность предложенного решения поясняется схемой, показанной на фиг.1.
На фигуре показаны в разрезе корпус маслонаполненного трансформатора, имеющий стенку 1 и днище 2. Внутреннюю поверхность корпуса покрывают демпферные элементы 3 и 4 из пенометалла. Элементы 3 покрывают периферийные участки внутренних поверхностей стенки и днища, вблизи места их сопряжения, а элементы 4 - остальные участки внутренней поверхности корпуса. Элементы 3 имеют меньшую толщину, чем элементы 4. Устройство работает следующим образом.
При взрыве, сопровождающем КЗ в активном элементе трансформатора (сердечник с обмотками), в масле образуются газы и формируется гидродинамическая волна, которая своим давлением сжимает демпферные элементы. Демпферные элементы из пенометалла сжимаются в упругопластической области, способствуя увеличению внутреннего объема корпуса и гашению энергии волны за счет рассеяния энергии при пластическом деформировнии пенометалла. Как показало проведенное математическое моделирование, давление фронта гидродинамической волны на периферийные участки внутренних поверхностей стенки и днища, вблизи мест их сопряжения, меньше чем на участки в средней части стенок и днища. Это позволяет уменьшить толщину элементов 3 по сравнению с элементами 4.
Применение полезной модели позволяет обеспечить:
- работу при высоких температурах, вплоть до температур, действующих на поверхности масла, граничащей с масляным пузырем;
- большую долговечностью, что обеспечивает работу защиты весь срок эксплуатации трансформатора;
- рассеяние большего количества энергии взрыва за счет пластической деформации слоя пеноалюминия;
- технологичность сборки и возможность ваккумирования трансформатора.