Чем объясняется высокая пожарная опасность трансформаторов
О пожарной опасности трансформаторов и маслонаполненных аппаратов на энергетических объектах
«Облик» современного трансформатора
По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. У сухих трансформаторов обмотки и сердечник охлаждаются окружающим воздухом. Эти трансформаторы менее пожароопасны, чем масляные, так как в них горючим материалом является лишь твердая изоляция — бумажно-бакелитовые цилиндры, а также бумажная и хлопчатобумажная изоляция обмоток, пропитанная лаками.
Современные мощные трансформаторы имеют преимущественно масляное охлаждение: естественное или искусственное. С введением в трансформатор минерального масла увеличивается пожарная опасность, так как масло горит, а пары его в смеси с воздухом воспламеняются под действием электрической дуги, искр и т. п.
Минеральное изоляционное масло (трансформаторное) является продуктом дробной перегонки нефти. Масло обладает хорошими электроизоляционными свойствами. Благодаря своей малой вязкости и высокой текучести оно глубоко проникает в поры волокнистой изоляции (бумага, картон и др.), повышая ее электрическую прочность. Одновременно масло является хорошим переносчиком тепла и используется для охлаждения трансформаторов. Благодаря хорошим электроизолирующим свойствам и доступности масла оно широко применяется не только в трансформаторах, но также в выключателях, реакторах, реостатах, конденсаторах и кабелях.
Когда и чем опасен трансформатор
Горючими материалами в масляных трансформаторах являются: изоляционное масло, применяемое в больших количествах, деревянные детали (планки для крепления отводов, клинья, ярмовые балки — у трансформаторов малых габаритов), а также бумажная и хлопчатобумажная изоляция обмоток. В сухих трансформаторах минеральное масло отсутствует, а остальные горючие материалы аналогичны применяемым в масляных трансформаторах.
Эксплуатация трансформаторов протекает в большинстве случаев в таких условиях, при которых возможно воспламенение и горение изоляции. Так, в сухих трансформаторах при сильных перегревах обмоток хлопчатобумажная изоляция, пропитанная лаками, может воспламениться и гореть под воздействием кислорода окружающего воздуха.
В масляных трансформаторах при перегреве обмоток и магнитопровода или при образовании электрических дуг изоляционное масло может воспламениться, причем вероятность его воспламенения возрастает при перегреве масла, например, вследствие перегрузки трансформаторов. Так как в масле постоянно содержится некоторое количество растворенного кислорода и в него все время проникает воздух через отверстие в дыхательной пробке, то при работе трансформаторов всегда имеются условия для воспламенения масла. Газы, образующиеся при термическом распаде масла, могут прорвать стенку или крышку бака, и тогда горение масла получает полное развитие, превращаясь в пожар.
Перегрев и воспламенение изоляции трансформаторов возникают при различных аварийных явлениях, к которым относятся и различные короткие замыкания: межвитковые, между фазами, между фазой и корпусом, между обмотками высшего и низшего напряжения. Причинами коротких замыканий могут служить: плохое выполнение изоляции катушек заводом-изготовителем, например, повреждение ее во время запрессовки катушек, длительные перегрузки трансформаторов, при которых изоляция быстро стареет и становится хрупкой, замыкание отводов-проводов, отходящих от обмоток к выключателям, и др.
Большие переходные сопротивления в местах соединения в трансформаторе образуются на участках с плохо выполненными соединениями обмоток или обмоток и кабелей, идущих к выключателю, а также в других местах. В сухих трансформаторах участки с плохим контактом между токоведущими элементами (провода, стержни, шины) начинают дымить и могут вызвать обугливание изоляции обмоток и ее воспламенение. В масляных трансформаторах вокруг мест с большими переходными сопротивлениями начинается термическое разложение масла на газообразные части. На это обычно реагирует газовое реле. В трансформаторах без газового реле и других сигнальных и защитных устройств разложение масла приводит к тяжелым авариям.
Пожар в стали магнитопровода
Это явление заключается в чрезмерном нагреве вихревыми токами какой-либо части магнитопровода вследствие нарушения изоляции между листами стали или между магнитопроводом и стягивающими его шпильками. Перегрев магнитопровода может привести к разложению масла и к его воспламенению.
Внутренние разряды (перекрытия) с образованием электрической дуги в масле
Перекрытия могут возникать между обмотками высшего и низшего напряжения, между обмоткой высшего напряжения и стенкой бака трансформатора, а также по поверхностям фарфоровых изоляторов. Они образуются вследствие снижения электрической прочности масла при его увлажнении и загрязнении либо вследствие возникновения перенапряжений, вызываемых атмосферным электричеством или коммутационными процессами в системе нескольких включенных трансформаторов. В загрязненном и увлажненном масле, как правило, происходит длительный искровой разряд, который может перейти в дугу, вызывающую термическое разложение масла и даже его воспламенение. При перенапряжениях искровые разряды образуются даже в чистом масле.
На возникновение перекрытий также реагирует газовое реле, которое своевременно отключает трансформатор от сети. При отсутствии или несрабатывания газового реле и других приборов защиты длительно горящая электрическая дуга может вызвать сильный перегрев масла и его воспламенение. В сухих трансформаторах перенапряжения приводят к пробою твердой изоляции, а при длительно горящей дуге — к воспламенению изоляции. Из других причин, вызывающих опасные нагревы и воспламенения изоляции в трансформаторах, следует отметить понижение уровня масла в баках в результате утечки.
Опасность масляных выключателей
Масляные выключатели служат для отключения цепей переменного тока высокого напряжения и большей мощности под нагрузкой. Различают масляные выключатели с большим объемом масла (более 60 кг) — баковые и с малым объемом масла — горшковые.
В многообъемных масляных выключателях масло используется не только для гашения дуги, но и для изоляции токоведущих частей от стенок заземленного бака и друг от друга. В малообъемных масляных выключателях масло служит исключительно для гашения дуги, а токоведущие части от стенок бака изолируют при помощи твердых электроизоляционных материалов, а также воздуха.
Причинами пожаров и взрывов масляных выключателей могут быть:
В автогазовых безмасляных выключателях дуга гасится газами, обильно выделяемыми стенками газогенерирующих изоляционных материалов, к которым относятся фибра, органическое стекло и полихлорвинил. Автогазовые выключатели неопасные в пожарном отношении, но могут успешно работать при небольших мощностях. Существуют также воздушные выключатели, в которых дуга гасится сжатым воздухом. Они рассчитаны на большие мощности, чем масляные выключатели, и безопасны в пожарном отношении, но имеют сложную конструкцию.
Противопожарные мероприятия
Мероприятия, обеспечивающие пожарную безопасность трансформаторов, можно разделить на две группы. К первой относится мероприятие, связанное с оборудованием трансформаторов аппаратами защиты и различными предохранительными устройствами. Во вторую группу входят мероприятия, связаны с рациональным размещением трансформаторов и масляных выключателей, размещением соответствующего оборудования, а также планировкой помещения и открытых площадок и выбором средств тушения пожаров. На трансформаторах в общем случае должна предусматриваться релейная защита от повреждений и ненормальных режимов следующих видов:
— всех видов КЗ, включая и витковые, в обмотках и на выводах;
— замыканий внутри бака маслонаполненных трансформаторов, сопровождающихся выделением газа;
— междуфазных КЗ на ошиновках выводах ВН и НН;
— замыканий на землю на ошиновках выводов ВН и НН;
— токов внешних КЗ; перегрузок обмоток;
— повышения напряжения на выводах;
— нарушений в системе охлаждения;
— возгорания (пожара) масла.
Специальные способы релейной защиты здесь не рассматриваются. К простейшим предохранительным устройствам относятся: газовое реле, выхлопная труба, приборы теплового контроля, плавкие предохранители.
Газовое реле устанавливают на трубе, соединяющей бак трансформатора с расширительным бачком. Оно состоит из корпуса с двумя фланцами. Внутри корпуса расположены друг над другом два латунных поплавка с ртутными контактами. В нормальном состоянии поплавки плавают в масле, и ртуть не замыкает контакты. В аварийном состоянии внутри трансформатора, например, при КЗ, сопровождающихся разложением масла и выделением газов, пузырьки газов, поднимаясь вверх к крышке бака, заполняют корпус реле, вытесняя из него масло в расширительный бачок. С понижением уровня масла поплавки опускаются, и ртутные контакты замыкают сначала верхнего поплавка, а затем нижнего. Контакты верхнего поплавка включают световой и звуковой сигналы, предупреждая обслуживающий персонал, а нижнего — дают сигнал на отключение трансформатора через масляный выключатель. Газовое реле является действенной защитой трансформаторов от внутренних КЗ. Реле срабатывает также при утечке масла из трансформатора. Газовое реле устанавливают на всех трансформаторах мощностью от 560 кВ·А, а в цеховых — мощности 360 кВ·А и выше.
Выхлопная предохранительная трубаимеется на всех трансформаторах мощностью 1000 кВ·А и выше. Она предотвращает разрушение бака при резком повышении давления в трансформаторе в результате выделения газов при термическом разложении масла. Труба сообщается с баком трансформатора и расположена на его крышке несколько наклонно по отношению к горизонту. Верхний торец трубы плотно закрыт стеклянной пластинкой. При значительном увеличении давления внутри бака трансформатора масло и газы поднимаются вверх по трубе и разрушив стекло, выбрасываются наружу, в сторону и вниз.
Приборы теплового контроля (ртутный и ртутноконтактный термометры, дистанционный термометр сопротивления и термометрический сигнализатор) служат для определения температуры верхних, наиболее нагретых слоев масла. При мощности трансформатора более 1000 кВ·А устанавливают терморегуляторы. Увеличение температуры масла выше 95° С свидетельствует о повреждении внутри трансформатора или его перегрузке. Поэтому установка на трансформаторах приборов, контролирующих температуру масла, обязательна.
Сергей Семичаевский, научный сотрудник научно-испытательного центра УкрНИИ гражданской защиты
Технологические меры обеспечения пожарной безопасности трансформаторного оборудования. Часть 1
В предыдущих номерах журнала был представлен обзор активных и пассивных систем обеспечения пожарной безопасности трансформаторного оборудования в соответствии с рекомендациями Международного совета по большим системам высокого напряжения (СИГРЭ). Но, помимо рассмотренных ранее систем, существуют также технологические мероприятия, позволяющие уменьшить вероятность рисков возникновения пожаров в силовом трансформаторе.
Капитальные затраты на них, как правило, выше, чем на рассмотренные ранее системы. Однако они приемлемы для крупных подстанций, расположенных рядом с ответственными и опасными промышленными объектами. В данной статье мы рассмотрим организационные технологические мероприятия, а также конструктивные особенности изоляции трансформаторов с точки зрения обеспечения пожарной безопасности.
СИГРЭ настоятельно рекомендует, чтобы организация, эксплуатирующая силовые трансформаторы, самостоятельно анализировала возможности возникновения возгораний и меры по уменьшению рисков. Первым и очень важным шагом является сведение к минимуму рисков возгорания. Этот анализ включает целый комплекс мероприятий: от рассмотрения специфики конкретной модели трансформатора до создания регламентов эксплуатации и технического обслуживания, предотвращающих воспламенение. Второй и не менее важный шаг – отказ от устаревших силовых маслонаполненных трансформаторов и замена их на более безопасное оборудование.
Начнем с рассмотрения возможностей сведения к минимуму риска возникновения пожаров. Вначале необходимо минимизировать риски отказов, которые могут вызвать пожароопасную ситуацию, в том числе обеспечить электрическую защиту, предназначенную для быстрого устранения неисправностей и защиту трансформатора при внешней или внутренней неисправности, а также не допустить возгорания масла.
Некоторые производители трансформаторов уделяют особое внимание требованиям пожарной безопасности. Трансформаторы таких производителей, как правило, отвечают дополнительным требованиям, перечисленным в МЭК 60076, IEEEC 57 или эквивалентным национальным стандартам по допустимой плотности потока и прочности резервуара, выраженной либо в термической способности удерживания электрической дуги, либо способности выдерживать давление газов в баке.
Отдельное внимание уделяется другим ключевым элементам аппаратов, таким как медные проводники обмоток, изоляционные материалы, газовое реле и реле перенапряжения, температурные индикаторы, устройства для сброса давления и прочее. Производители проводят соответствующие тесты и испытания, ими выдвигаются строгие требования в отношении допустимых уровней частичных разрядов в изоляции при перенапряжении, пределов повышения температуры во время испытаний с перегрузкой по току. Отдельно нормируются пределы допустимого увеличения количества газов, растворенных в масле.
Мониторинг данных характеристик позволяет уменьшить вероятность сбоев в работе и, следовательно, снизить вероятность возникновения пожароопасной ситуации. Наиболее важными областями для мониторинга являются такие характеристики, как: уровень газов, растворенных в масле, качество трансформаторного масла, уровень влажности масла, состояние литой изоляции, состояние изоляции высоковольтных вводов. Именно повреждения высоковольтных вводов часто приводят к возникновению пожара в трансформаторе.
Отдельное внимание надо уделить обслуживанию электрооборудования, которое должно производиться в соответствии с рекомендацией производителей и опытом эксплуатирующей организации. Мониторинг и своевременное техническое обслуживание может гарантировать обнаружение и устранение начальных дефектов и предупреждение аварий.
Дополнительные риски с точки зрения пожарной безопасности несет эксплуатация оборудования при повышенных нагрузках. Сетевые организации, которые намерены использовать свои трансформаторы под нагрузкой, выходящей за пределы номинальных значений, должны обеспечить их способность выдерживать подобные нагрузки. В идеале трансформаторы, рассчитанные на увеличенную нагрузку, должны быть протестированы заводомизготовителем.
Если этого произведено не было, эксплуатирующая организация в качестве минимальной меры предосторожности должна проверить изоляцию аппарата и убедиться в ее достаточном ресурсе. Если трансформатор находится внутри помещения или в частично или полностью закрытой оболочке, необходимо обеспечить, чтобы поток воздуха был достаточным для его охлаждения, когда он работает с более высокой нагрузкой.
Анализ растворенного газа также должен выполняться на образцах масла до начала перегрузки, в течение 24 часов после начала перегрузки и через неделю, если перегрузка превышает 20% от номинального значения или если температура обмоток больше 115°C. Для проверки температуры соединений и бака может использоваться тепловизионное обследование.
Надежная резервируемая автоматика вместе с быстродействующим выключателем нагрузки является наиболее важной защитой в ограничении рисков возникновения потенциальных отказов трансформаторов. Быстрая защита минимизирует риск неисправности, в случае отказа ограничивает энергию электрической дуги в корпусе трансформатора. Таким образом снижается риск пробоя изоляции в баке.
Надежная защита вместе с быстродействующим автоматическим выключателем может добиться прерывания дуги в течение 50-70 мс для электроэнергетических систем с частотой 50 и 60 Гц. Энергия дуги прямо пропорциональна длительности горения, поэтому минимизация времени горения дуги уменьшает риск пробоя изоляции бака и, соответственно, риск розлива и воспламенения масла.
Отдельный комплекс мероприятий направлен на защиту от перенапряжений. Удары молний и напряжения, возникающие при переходных процессах, могут вызывать пробой изоляции и электрическую дугу. Таким образом, ограничители перенапряжений являются важной частью защиты трансформатора в снижении риска возникновения пожара. Все линейные клеммы трансформатора должны быть защищены от перенапряжений.
Это особенно важно, если трансформатор подключен непосредственно к воздушным линиям, открытой системе шин. Важно, чтобы ограничители перенапряжений были предусмотрены как на воздушной или кабельной линии, так и на клеммах трансформатора для защиты от более высокого волнового импеданса обмотки трансформатора.
Рассмотренные выше мероприятия обеспечат минимальную технологическую защиту трансформатора, входящую в контур пожарной безопасности. Однако наиболее эффективными являются меры по уменьшению количества огнеопасных изоляционных материалов в трансформаторе. Можно практически полностью исключить пожарную опасность, связанную с возгоранием трансформаторного масла, выбрав трансформаторы сухого типа или трансформаторы с газовой изоляцией.
Трансформаторы сухого типа с литой изоляцией практически не имеют рисков возникновения пожара. Однако данный тип трансформаторов применяется только в линиях напряжением до 66 кВ.
Трансформаторы с использованием инертного газа гексафторид серы (SF6 или элегаз) в качестве охлаждающей и изоляционной среды обладают отличными характеристиками в части пожаро- и взрывобезопасности. Элегазовые трансформаторы широко используются на крупных закрытых городских подстанциях в Японии и других азиатских странах, а также в Австралии.
Элегазовая изоляция полностью исключает риск возгорания. Однако SF6 является мощным парниковым газом, и его возможная утечка в атмосферу грозит экологическими проблемами.
Стоимость трансформаторов с газовой изоляцией значительно выше, чем маслонаполненных трансформаторов, и по этой причине их редко применяют в Европе и Америке на уровне напряжения 66-220 кВ.
В соответствии с внутренними стандартами Японии, если максимальное давление в газоизоляционном трансформаторе в ходе работы превышает 0,2 МПа, то трансформаторный бак должен быть сконструирован специально как сосуд высокого давления. Данные требования также увеличивают стоимость оборудования.
Все достоинства элегазовых трансформаторов перечеркиваются их высокой ценой. Поэтому многие производители в Европе и Северной Америке пытаются уменьшить количество горючих изоляционных жидкостей в трансформаторе, заменив их на жидкости с температурой возгорания более 300°C. Такие жидкости получают на основе синтетических или природных эфиров и силикона. Использование такой изоляции не устраняет полностью риск пожара, но может значительно уменьшить опасность возгорания.
В настоящее время используются следующие типы жидкой изоляции К- класса в соответствии с положениями СИГРЭ:
Сравнение рабочих характеристик изоляционных жидкостей можно найти в таблице 3 стандарта IEC 60076-14.
Созданные в конце 1970-х годов высокомолекулярные углеводородные жидкости основаны на нефтяных маслах. Чтобы увеличить температуру возгорания жидкости, масло очищается от наиболее легких фракций. Таким образом, получается продукт с высокой температурой воспламенения (> 300 °C), но имеющим более высокую вязкость. Он также имеет относительно высокую температуру застывания, что делает его менее подходящим для использования в холодных широтах.
Такие жидкости, представляющие из себя чистое углеводородное соединение, можно смешивать с трансформаторным маслом для заполнения существующих типов маслонаполненных трансформаторов. Несмотря на очевидные плюсы такого решения в разрезе пожарной безопасности такой подход не получил широкого распространения.
Синтетические эфирные соединения были также созданы в конце 1970-х годов. Эти жидкости имеют высокую температуру возгорания в сочетании с низкой температурой застывания (обычно 350°C) и отличную термическую и окислительную стабильность. Силиконовое масло имеет также более высокую вязкость, чем синтетические и натуральные сложные эфиры. Огонь силиконового масла в тестах с открытой чашей меньше, чем у других масел, потому что слой кремнезема (остаток от сгорания) покрывает поверхность жидкости по мере сгорания и не пропускает кислород, пресекая горение.
Это отличное свойство, однако, нивелируется при механическом нарушении слоя кремнезема или при стекании жидкости по вертикальной поверхности.
Силиконовые жидкости имеют более низкое тепловыделение, чем все типы эфирных масел, при одинаковой скорости распространения пламени. Силикон обладает более высокой охлаждающей способностью, чем сложные эфиры.
Низковязкое силиконовое масло в общем имеет лучшие технологические характеристики по сравнению с эфирами, но имеет и ряд недостатков. Во-первых, оно не является биоразлагаемым материалом, а во-вторых, не смешивается с минеральными маслами.
Рис. 1. Тест горения в открытой чаше
Технологические меры по повышению безопасности трансформаторного оборудования не исчерпываются представленными в статье, и в следующих номерах журнала будет рассмотрены другие мероприятия. Однако следует помнить, что даже элементарное соблюдение эксплуатационных требований к оборудованию может существенно повысить пожарную безопасность на электроэнергетическом объекте.
Пожарная опасность трансформаторов. Обеспечение ПБ при монтаже и эксплуатации
Установка трансформаторов должна соответствовать требованиям ПУЭ.
На баках однофазных трансформаторов должны быть нанесены расцветка фаз. На баках трехфазных трансформаторов и групп однофазных трансформаторов должны быть сделаны надписи, указывающие мощность и порядковые подстанционные номера трансформаторов.
Трансформаторы наружной установки должны быть окрашены в светлые тона.
На дверях трансформаторных пунктов и камер должны быть укреплены предупредительные плакаты установленного образца и формы. Двери должны быть заперты на замок.
Вновь устанавливаемые трансформаторы при отсутствии соответствующего указания завода-изготовителя могут не подвергаться внутреннему осмотру со вскрытием.
Осмотр со вскрытием необходим при наличии наружных повреждений, допущенных при транспортировании или хранении, вызывающих предположение о возможности внутренних повреждений.
Выхлопная труба должна быть снабжена мембраной и соединена с верхней частью расширителя. На маслопроводе между расширителем и газовым реле должен быть установлен кран.
Для обслуживания трансформаторов должны быть обеспечены удобные и безопасные условия наблюдения за уровнем и температурой масла, газовым реле, а также отбора проб масла.
Осмотр высоко расположенных частей работающих трансформаторов 1У габарита и выше должен производиться со стационарных лестниц с учётом требований Правил техники безопасности.
Все маслонаполненные трансформаторы, оборудованные расширителем, должны иметь термометры для измерения температуры масла.
На трансформаторах с соволовым наполнением для контроля за давлением внутри бака должны быть установлены мановакуумметры и реле давления, срабатывающие при давлении внутри бака выше 0,6 ат.
Обслуживающий персонал должен вести постоянное наблюдение за показаниями мановакуумметров, снижая нагрузку трансформаторов при увеличении давления выше нормы (0.5 ат).
Для контроля за максимальной нагрузкой трансформаторы мощностью 1000ква и выше должны снабжаться амперметрами. На подстанциях без постоянного дежурства рекомендуется устанавливать амперметры биметаллического типа с буксирной стрелкой. Устройство вентиляции трансформаторных пунктов и камер должны обеспечивать работу трансформаторов с номинальной нагрузкой.
При установке сухих трансформаторов охлаждающий воздух не должен содержать пыль, паров кислот и других разъедающих веществ.
Относительная влажность воздуха и колебания температуры не должны превышать пределов, указанных в заводской инструкции.
Трансформаторные установки должны быть оснащены противопожарными средствами в соответствии с требованиями ПУЭ. При наличии под трансформаторами маслоприёмных устройств дренаж от них и маслопроводы должны содержаться в исправном состоянии.
Уровень масла в расширителе неработающего трансформатора не должен быть ниже уровня контрольных черт, соответствующих уровням масла в трансформаторе при температурах окружающей среды -35, +15 и +35 гр.
Принудительная циркуляция масла в системе охлаждения трансформатора должна осуществляться непрерывно вне зависимости от величины нагрузки.
Эксплуатация трансформаторов с принудительной циркуляцией масла без сигнализации о прекращении циркуляции масла, охлаждающей воды или остановки вентиляторов дутья не допускается.
При наличии маслоохладителей с водяным охлаждением маслонасос должен быть установлен до маслоохладителя по ходу масла. Давление масла в маслоохладителях должно превышать давление, пропускаемое через них воды.
Для трансформаторов с принудительным охлаждением допускаются аварийные режимы работы с прекращением циркуляции масла или воды, либо при остановке вентиляторов дутья. Длительность указанных режимов устанавливается местными инструкциями в соответствии с результатами испытания или заводскими данными. При включении масло-водянного охлаждения трансформаторов в первую очередь пускается масляный насос, а затем водяной. Водяной насос пускается при температуре масла +10 гр.
При отключении сначала отключается водяной насос, а затем масляный.
При эксплуатации трансформаторов должны быть предусмотрены меры по предотвращения замораживания маслоохладителей, насосов и водяных магистралей, а также по устранению неплотностей в системе маслоохлаждения согласно местным инструкциям.
Для каждого трансформатора на основе заводских данных определяется максимально допустимая температура верхних слоёв масла. Эта температура для трансформаторов без принудительной циркуляции масла не должна быть больше +95 гр. Превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха должно быть не более +60 гр.
Трансформаторы с дутьем охлаждением допускают работу с отключенным дутьём, если температура верхних слоёв масла не превышает +55 гр. и нагрузка не более 100% номинальной мощности трансформаторов.
Трансформаторы мощностью 31500 ква и более должны иметь устройство автоматического управления дутьевым охлаждением, действующее в зависимости от температуры масла.
Персонал, обслуживающий трансформаторы, оборудованные переключателем коэффициентов трансформации ПБВ (переключатель без возбуждения), должен не менее чем 2 раза в год перед наступлением зимнего максимума нагрузки и летнего минимума нагрузки произвести проверку правильности установки коэффициента трансформации.
Персонал предприятия, обслуживающий трансформаторы, снабженные устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), обязан поддерживать соответствие между напряжением сети и напряжением, устанавливаемым на регулировочном ответвлении.
Длительная (сезонная) работа трансформаторов с выведением из схемы устройством РПН запрещается.
В аварийных режимах при наличии подвижного резерва допускается перегрузка маслонаполненных трансформаторов и автотрансформаторов до 40% сверх номинальной на время максимумов общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 суток; при этом коэффициент заполнения графика нагрузки трансформатора в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75.
Автотрансформаторы до 220 кв включительно допускают эти же перегрузки только для обмотки высшего и среднего напряжения.
Длительность и величина перегрузки при аварийных режимах для трансформаторов с принудительным охлаждением масла устанавливаются по заводским данным.
При перезагрузке трансформатора сверх допустимой величины дежурный персонал обязан принять меры к его разгрузке, действуя в соответствии с местной инструкцией.
При работе с перегрузкой у трансформатора, снабженного устройством РПН, производить переключение ответвлений не допускается, если ток нагрузки превышает номинальный ток переключателя, за исключением трансформаторов с автоматическим регулированием напряжения.
Трансформаторы, имеющие неполную изоляцию со стороны нулевых выводов, должны работать с глухозаземлённой нейтралью.
Допускается работа этих трансформаторов с нейтралью, заземлённой через вентельный разрядник. В этом случае должна быть предусмотрена релейная защита, исключающая возможность работы трансформатора на участок сети с изолированной нейтралью. Вспомогательные обмотки автотрансформаторов должны всегда работать с глухозаземлённой нейтралью.
Во время монтажа новых или вышедших из капитального ремонта трансформаторов до включения их под напряжение должны быть произведены осмотр и испытания в соответствии с указаниями «Объёма и норм испытаний электрооборудования».
Результаты осмотра, испытаний и приёмки оформляются записями в паспортах и протоколами.
Возможность включения трансформатора под напряжением без сушки, а также необходимость сушки определяют на основании испытаний, проводимых в соответствии с «Инструкцией по контролю состояния изоляции трансформаторов перед вводом в эксплуатацию».
Включение в сеть трансформатора производится, как правило, толчком на полное напряжение.
Для трансформаторов допускается длительное превышение первичное напряжение не более чем на 5% напряжения, соответствующего данному ответвлению. Допустимо превышения напряжения сверх номинального на 10% при нагрузке 25% поминальной или до 6 ч в сутки при номинальной нагрузке.
При работе трансформатора без перегрузки при любых положениях ответвлений и любых режимах сети вторичная обмотка трансформатора может быть загружена током не выше номинального. Перевозбуждение автотрансформаторов с регулировкой напряжения при помощи вольтодобавочных устройств, включаемых в нейтраль, производится в пределах, указанных в заводских инструкциях.
При автоматическом отключении трансформатора под действием газовой или дифференциальной защиты, а также после неуспешного АПВ включения трансформатора в работу может быть произведена только после устранения выявленных ненормальностей.
При отключения трансформатора от защиты с переключением электроснабжения потребителей допускается одно включение трансформатора имеющего дифференциальную и газовую защиту, если отключение произошло от одной из этих защит без видимых признаков повреждения, а другая защита не действовала.
При появления сигнала работы газового реле обязательны осмотр трансформатора и определению по степени горючести газа характера повреждения трансформатора: при обнаружении в газовом реле горючего газа жёлтого или сине-чёрного цвета трансформатор должен быть немедленно отключён.
Если газ в реле безцветен и не горит, трансформатор может быть оставлен в работе.
При необходимости отключения разъединителем (отделителем) тока холостого хода ненагруженного трансформатора, оборудована устройством регулирования напряжения под нагрузкой, рекомендуется после снятия нагрузки на стороне потребителя увеличить коэффициент трансформации трансформатора.
Трансформаторы с естественным масляным и дутьевым охлаждением допускается включать в работу с полной нагрузкой с застывшим маслом при температуре -40 гр.
При температуре -40 гр следует прогреть трансформатор током холодного хода или током нагрузки не более 50% номинальной температуры -40 гр, после чего увеличить нагрузку.
В целях максимального снижения потерь для каждой установки в зависимости от графика нагрузки должно быть определено и соблюдаться оптимальное число параллельно работающих трансформаторов.
Смонтированные резервные трансформаторы должны постоянно содержаться в состоянии готовности включения в работу.
Параллельная работа трансформатора допускается при условии, если:
а) группы соединений одинаковы, а соотношения между мощностями не более 1:3;
б) коэффициенты трансформации равны или различаются не более чем на 0,5%;
в) напряжения короткого замыкание различаются не более чем на 10% среднего арифметического значения напряжения короткого замыкания включаемых на параллельную работу трансформаторов. Перед включением трансформаторов должна быть произведена их фазировка.
Для выравнивания нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания допускается в небольших пределах изменение коэффициента трансформации путем переключения от ветвлений при условии, что при этом ни один из трансформаторов не будет перегружен.
Ток в нейтралях сухих трансформаторов при соединении обмоток по схеме «звезда-звезда» с нулевым выводом на стороне низшего напряжения не должен быть выше 25% номинального тока фазы.
34Пожарная опасность аппаратов управления. Особенности монтажа и эксплуатации
Пожарная опасность электрических аппаратов управления и защиты. Как показывает статистика, более 20 % всех пожаров, связанных с эксплуатацией электроустановок, приходится на электрические аппараты управления, регулирования и защиты. На промышленных предприятиях в электроустановках широко применяются магнитные пускатели. В магнитном пускателе из-за дефектов при изготовлении и неправильного режима эксплуатации возникают неисправности, как правило, в виде чрезмерного повышения температуры деталей. Недопустимое повышение температуры катушки в большинстве случаев связано с появлением в ней междувитковых КЗ. Экспериментально установлено, что причиной повышенного нагрева катушки может быть также увеличение напряжения сети выше допустимого предела (105 от номинального). Чрезмерный нагрев токоведущих частей получается при перегрузке пускателя, ослаблении затяжки контактных соединений, загрязнении контактных поверхностей и износе главных контактов.
Для защиты от токов КЗ и значительных перегрузок на отходящих линиях силовых трансформаторов, батарей статических конденсаторов электродвигателей, светильников и других электроустановок применяют в основном плавкие предохранители и воздушные автоматические выключатели. Плавкий предохранитель состоит из металлической плавкой вставки, поддерживающего ее контактного устройства и корпуса. Некоторые предохранители имеют также устройства для гашения дуги, образующейся при расплавлении плавкой вставки. При увеличении тока в цепи до определенного значения плавкая вставка предохранителя нагревается до температуры плавления металла и расплавляется (перегорает), отключая перегруженную или закороченную цепь. Чем больше ток, проходящий через плавкую вставку, тем она быстрее расплавляется и отключает цепь.
Пожарная опасность аппаратов защиты заключается в появлении электрической дуги и искрообразовання при перегорании плавкой вставки, а также в возможности нагрева токоведущих частей при нарушении плотности контактов. Часто пожары являются результатом ненадежной работы аппаратов защиты и наличия плавких вставок завышенного сечения.
На предприятиях главным образом применяются трубчатые предохранители серий ПР-2. ПН-2, НПН и 11ПР. Предохранитель ПР-2 (предохранитель разборный) применяется в установках до 500 В на номинальные токи до 1000 А. На концах основной части предохранителя (фибровой трубки) насажены обоймы с резьбой, на которые навинчены колпачки для зажима контактных ножей; к этим ножам прикреплена плавкая вставка. При перегорании плавкой вставки цепь тока разрывается и внутри трубки образуется электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги значительная часть фибры разлагается и переходит в газообразное состояние; при этом газы способствуют быстрому гашению дуги. При правильном выборе плавких вставок предохранители ПР-2 достаточно надежны в работе. Однако случается, что из-за применения в предохранителях некалиброванной проволоки в качестве плавкой вставки происходит прогорание фибровой трубки и от вылетающих частиц расплавленного металла возникают загорания.
Плавкие вставки трубчатых предохранителей НПН (насыпной предохранитель неразборный) и НПР (насыпной предохранитель разборный) на такое же напряжение и номинальный ток от 60 до 200 А выполняют из одной или нескольких параллельных медных проволок Плавкая вставка помещена в закрытую фарфоровую трубку, заполненную кварцевым песком. При перегорании вставки дуга горит в узком канале, образованном в результате испарения металла плавкой вставки. Гашение дуги ускоряется при соприкосновении ее с кварцевым песком. Патроны предохранителей НПН не подлежат перезарядке и при перегорании плавких вставок должны заменяться новыми. Патроны предохранителей НПГ можно многократно перезаряжать после их срабатываний.
В установках ниже 1000 В малой мощности примени ют пробочные предохранители. В них плавкая вставка припаяна к резьбе и центральному колпачку сменного элемента, который ввертывается в корпус предохраните ля. Зашита электрических сетей плавкими предохранителями несовершенна. Так, например, часто при перегорании одной из плавких вставок электродвигатели начинают работать на двух фазах и быстро выходят из строя. Такие предохранители довольно эффективно производят защиту электросети лишь при КЗ и менее эффективно — от перегрузок.
Попытки применять плавкие вставки с возможно меньшим номинальным током срабатывания ухудшают их стойкость к колебаниям токов при пусках, кратковременных перегрузках и т. д. Вначале такие предохранители выдерживают эти колебания, но постепенно из за повторяющегося процесса перегрева поверхность плавких вставок окисляется, их рабочее сечение уменьшается, что ускоряет перегорание плавких вставок.
Более совершенными аппаратами защиты от токов КЗ и перегрузок в электрических сетях являются автоматические воздушные выключатели. Их можно эпизодически использовать для ручного включения и отключения электрической сети. При неправильном монтаже и эксплуатации автоматические выключатели также могут явиться причиной пожара, так как при разрыве цепи в них возникают электрические искры и дуги. Возможен нагрев их токоведущих частей от больших переходных сопротивлений.
35. Пожарная опасность электронагревательных приборов, теплогенерирующих установок и аппаратовВсе мы как на производстве, так и в быту постоянно сталкиваемся с различными электроустановками и электронагревательными приборами. Все электронагревательные приборы представляют повышенную опасность, и это одна из распространенных причин пожаров. Статистика пожаров показывает, что количество пожаров из-за нарушений правил эксплуатации электроустановок резко возрастает в этот период.
По назначению электронагревательные приборы подразделяются на следующие подгруппы:
· приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов;
· приборы для нагрева воды;
· приборы для обогрева помещений;
· приборы для глажения;
· приборы для обогрева тела человека;
Проектирование, монтаж, эксплуатацию электрических сетей, электроустановок и электротехнических изделий, а также контроль за их техническим состоянием необходимо осуществлять в соответствии с требованиями нормативных документов по электроэнергетике.
Электроустановки и бытовые электроприборы в помещениях, в которых по окончании рабочего времени отсутствует дежурный персонал, должны быть обесточены, за исключением дежурного освещения, установок пожаротушения и противопожарного водоснабжения, пожарной и охранно-пожарной сигнализации.
Другие электроустановки и электротехнические изделия (в том числе в жилых помещениях) могут оставаться под напряжением, если это обусловлено их функциональным назначением и (или) предусмотрено требованиями инструкции по эксплуатации.
Не допускается прокладка и эксплуатация воздушных линий электропередачи (в том числе временных и проложенных кабелем) над горючими кровлями, навесами, а также открытыми складами (штабелями, скирдами и др.) горючих веществ, материалов и изделий.
В соответствии с требованиями правил пожарной безопасности при эксплуатации действующих электроустановок запрещается:
· использовать приемники электрической энергии (электроприемники) в условиях, не соответствующих требованиям инструкций организаций-изготовителей, или приемники, имеющие неисправности, которые в соответствии с инструкцией по эксплуатации могут привести к пожару, а также эксплуатировать электропровода и кабели с поврежденной или потерявшей защитные свойства изоляцией;
· пользоваться поврежденными розетками, рубильниками, другими электроустановочными изделиями;
· обертывать электролампы и светильники бумагой, тканью и другими горючими материалами, а также эксплуатировать светильники со снятыми колпаками (рассеивателями), предусмотренными конструкцией светильника;
· пользоваться электроутюгами, электроплитками, электрочайниками и другими электронагревательными приборами, не имеющими устройств тепловой защиты, без подставок из негорючих теплоизоляционных материалов, исключающих опасность возникновения пожара;
· применять нестандартные (самодельные) электронагревательные приборы, использовать некалиброванные плавкие вставки или другие самодельные аппараты защиты от перегрузки и короткого замыкания;
· размещать (складировать) у электрощитов, электродвигателей и пусковой аппаратуры горючие (в том числе легковоспламеняющиеся) вещества и материалы.
· пользоваться всеми видами бытовых нагревательных приборов в складских и взрывопожароопасных помещениях.
· использовать электроприборы не соответствующие требованиям инструкций организаций-изготовителей, имеющие неисправности, которые могут привести к пожару.
· использовать электроприборы с электропроводами и кабелями, у которых повреждена или потеряла защитные свойства изоляция.
Объемные самосветящиеся знаки пожарной безопасности с автономным питанием и от электросети, используемые на путях эвакуации (в том числе световые указатели “Эвакуационный (запасный) выход”, “Дверь эвакуационного выхода”), должны постоянно находиться в исправном и включенном состоянии. В зрительных, демонстрационных, выставочных и других залах они могут включаться только на время проведения мероприятий с пребыванием людей. Эвакуационное освещение должно включаться автоматически при прекращении электропитания рабочего освещения.
При установке и эксплуатации софитов запрещается использование горючих материалов.
Прожекторы и софиты следует размещать на расстоянии не менее 0,5 м от горючих конструкций и материалов, а линзовые прожекторы – не менее 2 м.
Светофильтры для прожекторов и софитов должны быть из негорючих материалов.
Запрещается эксплуатация электронагревательных приборов при отсутствии или неисправности терморегуляторов, предусмотренных конструкцией.
Отверстия в местах пересечения электрических проводов и кабелей (проложенных впервые или взамен существующих) с противопожарными преградами в зданиях и сооружениях, должны быть заделаны огнестойким материалом до включения электросети под напряжение.
36 Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током
Из равенства можно сделать вывод: огромное значение имеет изолирующая способность полов и обуви для обеспечения безопасности людей от поражения током.
Индивидуальные способности сопротивления тела человека. Электрическое сопротивление тела человека является неотъемлемой составляющей при его включении в электрическую цепь. Наибольшим электрическим сопротивлением обладает кожа, и особенно ее верхний роговой слой, лишенный кровеносных сосудов. Сопротивление кожи зависит от ее состояния, плотности и площади контактов, величины приложенного напряжения, силы и времени воздействия тока. Наибольшее сопротивление оказывает чистая, сухая, неповрежденная кожа. Увеличение площади и плотности контактов с токоведущими частями снижает ее сопротивление. С увеличением приложенного напряжения сопротивление кожи уменьшается в результате пробоя верхнего слоя. Увеличение силы тока или времени его протекания также снижает электрическое сопротивление кожи вследствие нагрева ее верхнего слоя.
Сопротивление внутренних органов человека является также переменной величиной, зависящей от физиологических факторов, состояния здоровья, психического состояния. В связи с этим к обслуживанию электроустановок допускаются лица, прошедшие специальный медицинский осмотр, не имеющие кожных заболеваний, заболеваний сердечно-сосудистой, центральной и периферической нервных систем и других болезней. При проведении разных расчетов но обеспечению электробезопасности условно принимают сопротивление тела человека равным 1000 Ом.
Продолжительность действия тока. Увеличение длительности воздействия тока на человека усугубляет тяжесть поражения из-за снижения сопротивления тела за счет увлажнения кожи потом и соответствующего увеличения проходящего через него тока, истощения защитных сил организма, противостоящих воздействию электрического тока. Между допустимыми для человека величинами напряжений прикосновения и силы токов существует определенная зависимость, соблюдение которой обеспечивает электробезопасность. Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.
Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и силы токов выше отпускающих установлены для путей тока от одной руки к другой и от руки к ногам, ГОСТ 12.1.038—82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения», которые для нормального (неаварийного) режима работы электроустановок при продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки не должны превышать следующих значений: при переменном (50 Гц) и постоянном токе (соответственно напряжением 2 и 8 В, сила тока соответственно 0,3 МА).
При работе на пищевых предприятиях в условиях высоки л температур (>250С) и относительной влажности воздуха (>75 %) указанные значения напряжения прикосновения и токи должны быть уменьшены в 3 раза. Из данных табл. 4 следует, что при переменном токе силой С мА и постоянном 15 мА человек самостоятельно может освободиться от токоведущих частей в течение периода продолжительностью более 1 с. Эти токи считаются длительно допустимыми, если отсутствуют обстоятельства, усугубляющие опасность.
Путь тока через человека существенно влияет на исход поражения, опасность которого особенно велика, если он проходит через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг.
В теле человека ток проходит не но кратчайшему расстоянию между электродами, а движется главным образом вдоль потоков тканевой жидкости, кровеносных и лимфатических сосудов и оболочек нервных стволов, обладающих наибольшей электропроводностью.
Пути тока в теле человека называют петлями тока. Для электротравм с тяжелым или смертельным исходом наиболее характерны следующие петли тока: рука — рука (40% случаев), правая рука —ноги (20%), левая рука—ноги (17 %), нога —нога (8%).
Многие факторы окружающей производственной среды существенно влияют на электробезопасность. Во влажных помещениях с высокой температурой условия для обеспечения элсктробезопасности неблагоприятны, так как при этом терморегуляция организма человека осуществляется в основном с помощью потовыделения, а это приводит к уменьшению сопротивления тела человека. Заземленные металлические токопроводящие конструкции способствуют повышению опасности поражения током из-за того, что человек практически постоянно связан с одним из полюсов (землей) электроустановки. Токопроводящая пыль повышает возможность случайного электрического контакта человека с токоведущими частями и землей.
В зависимости от влияния окружающей среды «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ) производственные помещения по степени опасности поражения человека электрическим током классифицированы.
Помещения с повышенной опасностью, характеризирующиеся наличием в них одного из следующих признаков:
· сырость (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %);
· токопроводящая пыль, которая может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п.;
· токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.);
· высокая температура воздуха (постоянно или периодически превышающая 35 °С, например, помещения с сушилками, котельные и т. п.);
· возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой. Примером помещений с повышенной опасностью могут быть в пивоварении и безалкогольном производстве — бродильное отделение, отделения приготовления сухих напитков, цехи готовой продукции; сушильные и элеваторные отделения крохмало-паточного производства; тестоприготовительные отделения хлебозаводов.
Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих признаков:
· особая сырость (относительная влажность воздуха близка к 100%, потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты влагой);
· химически активная или органическая среда (агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущис части электрооборудования);
· одновременно два или более признака помещений повышенной опасности. К помещениям этого класса, например, относятся бутылкомоечные отделения, цехи розлива купажа, варки сиропа на пивобезалкогольных производствах; сиропные, варочные, сепараторные отделения крахмало-паточного производства.
Помещениями без повышенной опасности являются такие, в которых отсутствуют признаки указанных выше помещений.
Территории размещения наружных электроустановок приравниваются к особо опасным помещениям.