Пожарная опасность трансформаторных подстанций. Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности

Общие сведения о трансформаторах.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той  же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы получили очень широкое практическое применение для передачи электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приемниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.

При передаче электрической  энергии от электростанций к ее потребителям большое значение имеет сила тока, проходящего по проводам. В зависимости от тока выбирается сечение проводов линии передачи энергии и, следовательно, определяется стоимость проводов, а также потери энергии в них.

Если при одной и  той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то ток в той же мере уменьшится, а это позволит применять провода с меньшим поперечным сечением для устройства линии передачи электрической энергии и уменьшит расход цветных металлов, а также уменьшит потери мощности в линии.

Электрическая энергия  вырабатывается на электростанциях  синхронными генераторами при напряжении 11 — 18 кВ (в некоторых случаях  при 30—35 кВ). Хотя это напряжение очень  велико для непосредственного его  использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния. Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы.

Приемники электрической  энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (110—380 В). Кроме того, при высоком напряжении требуется усиленная изоляция токоведущих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трансформаторы.

 Таким образом,  электрическая энергия при передаче  от места ее производства к  месту потребления трансформируется несколько раз (3-4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7—8 раз) мощности генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях.

Трансформатор имеет  две изолированные обмотки, помещенные да стальном магнитопроводе. Обмотка, включенная в сеть источника электрической  энергии, называется первичной; обмотка, от которой энергия подается к приемнику, вторичной.

Обычно напряжения первичной  и вторичной обмоток неодинаковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, то трансформатор называется повышающим, если же первичное напряжение больше вторичного, то — понижающим.

Принцип действия и устройство трансформатора.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Если первичную обмотку  трансформатора включить в сеть источника  переменного тока, то по ней будет  протекать переменный ток, который  возбудит в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки трансформатора, индуцирует в ней эдс. Под действием этой эдс по вторичной обмотке и через приемник энергии будет протекать ток. Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, передается из первичной цепи во вторичную, но при другом напряжении, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вторичную цепь.

Для улучшения магнитной  связи между первичной и вторичной  обмотками они помещаются на стальном магнитопроводе. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы трансформаторов собираются из тонких пластин (толщиной 0,5 и 0,35 мм) трансформаторной стали, покрытых изоляцией (жаростойким лаком). Трансформаторная сталь может быть горячекатаной и холоднокатаной.

В трансформаторах больших  мощностей магнитопроводы собираются из полос стали.

Трансформаторы большой  мощности в настоящее время изготовляют  исключительно стержневыми, так  как у них проще изоляция обмоток  высшего напряжения от магнитопровода, чем в броневых. В трансформаторах малой мощности напряжения обмоток малы, а поэтому изоляция их от магнитопровода значительно упрощается. Трансформаторы малой мощности часто изготовляют с броневым магнитопроводом, который имеет только один комплект с двумя обмотками, тогда как у стержневого — два комплекта.

Обмоткам трансформатора придают преимущественно форму  цилиндрических (круглых) катушек, концентрически нанизываемых на стержень магнитопровода. При такой форме обмотки лучше  противостоят радиальным механическим усилиям, возникающим во время работы трансформатора. В некоторых случаях применяют катушки более сложной формы — прямоугольные, овальные и др. При малых токах обмотки наматываются из медного или алюминиевого изолированного провода круглого поперечного сечения, а при больших прямоугольного поперечного сечения.

Для лучшего охлаждения в магнитопроводах мощных трансформаторов  устраивают охлаждающие каналы в  плоскостях, параллельных и перпендикулярных плоскости стальных листов. Охлаждающие каналы устраивают и в обмотках.

Номинальной мощностью  трансформатора называется полная мощность, отдаваемая его вторичной обмоткой при полной (номинальной) нагрузке. Номинальная мощность выражается в  единицах полной мощности, т. е. в вольт-амперах  или киловольт-амперах. В ваттах и киловаттах выражают активную мощность трансформатора, т. е. ту мощность, которая может быть преобразована из электрической в механическую, тепловую, химическую, световую и др.

Сечения проводов обмоток  и всех частей машины или любого электрического аппарата определяются не активной составляющей тока или активной мощностью, а полным током, протекающим по проводнику, и, следовательно, полной мощностью.

Трансформаторы малой  мощности имеют большую удельную поверхность охлаждения, и естественное воздушное охлаждение является для них вполне достаточным. Трансформаторы большой мощности устраивают с масляным охлаждением, для чего помещают их в металлические баки, наполненные минеральным маслом. Наиболее широко распространено естественное охлаждение стенок бака трансформатора. Для увеличения охлаждающей поверхности в стенки баков вваривают стальные трубы  или радиаторы.

Масло в баке трансформатора в процессе эксплуатации соприкасается  с окружающим воздухом и подвергается окислению, увлажнению и загрязнению, вследствие чего уменьшается его электрическая прочность. Для обеспечения нормальной эксплуатации трансформатора необходимо контролировать температуру масла, заменять его новым,  производить периодическую сушку и чистку. Изменение температуры трансформатора приводит к изменению уровня масла. В связи с этим баки трансформаторов снабжаются расширителями. Расширитель, представляющий собой цилиндрический сосуд из листовой стали, устанавливают над крышкой бака и соединяют патрубком. Уровень масла изменяется только в расширителе, что позволяет уменьшить поверхность масла, соприкасающуюся с воздухом, и предохранить масло от загрязнения и увлажнения.

Рабочий режим  трансформатора.

При холостом ходе трансформатора (нагрузки нет) вторичная обмотка его разомкнута и ток в этой обмотке не проходит. В первичной обмотке при этом проходит ток холостого хода который много меньше тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформатора. Магнитодвижущая сила холостого хода, возбуждает переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу и индуцирует в первичной и вторичной обмотках эдс.

При всяком изменении  магнитного потока, пронизывающего какой-либо виток, в этом витке индуцируется эдс, равная по величине и обратная по знаку изменению магнитного потока во времени. Знак минус указывает направление эдс, при котором ток, проходящий в витке под ее действием, создает магнитный поток, препятствующий изменению основного магнитного потока. Например, если основной магнитный поток увеличивается (ДФ имеет положительное значение), то возникающий под действием эдс ток в витке создает магнитный поток, направленный встречно основному магнитному потоку. При уменьшении основного магнитного потока (ДФ имеет отрицательное значение) возникающий под действием эдс ток в витке создает магнитный поток, совпадающий по направлению с основным магнитным потоком.

Обмотки трансформатора имеют обычно большое число витков. В каждом витке обеих обмоток  индуцируется одинаковая эдс, так как  все витки этих обмоток сцеплены с одним и тем же магнитным потоком.

Свойства трансформатора при работе его под нагрузкой  могут быть определены непосредственным его испытанием. Если включить трансформатор  на какую-либо нагрузку и изменять ее, то по показаниям приборов можно проследить, каким образом будет изменяться напряжение на зажимах вторичной обмотки и кпд трансформаторов. Однако при испытании трансформатора под нагрузкой происходит очень большой расход электроэнергии (тем больший, чем больше мощность трансформатора), и для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо громоздкое оборудование (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Кроме того, непосредственное испытание трансформатора дает очень неточные результаты.

Рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. При этом требуется сравнительно малая затрата энергии, отпадает надобность в громоздком оборудовании, кроме того, значительно повышается точность измерений по сравнению с непосредственным испытанием.

Внутрицеховые распределительные устройства и  трансформаторные подстанции

Внутрицеховые РУ и ПС с маслонаполненным оборудованием  могут размещаться на первом и  втором этажах в основных и вспомогательных  помещениях производств, которые согласно противопожарным требованиям отнесены к категории Г или Д I или II степени огнестойкости как открыто, так и в отдельных помещениях.

Распределительные устройства и подстанции без маслонаполненного  оборудования могут размещаться  в помещениях с производствами категории В по противопожарным требованиям.

На ПС могут быть установлены  сухие, с негорючим экологически чистым диэлектриком или масляные трансформаторы.

В обоснованных случаях  допускается в производственных зданиях I и II степени огнестойкости  предусматривать выкатку внутрь помещений сухих трансформаторов, трансформаторов с негорючим диэлектриком, а также масляных трансформаторов с массой масла не более 6,5 т, при условии выкатки и транспортировки трансформаторов до ворот цеха предприятия не через взрывоопасные или пожароопасные зоны.

Под каждым трансформатором  и аппаратом с массой масла  или жидкого диэлектрика 60 кг и  более должен быть устроен маслоприемник  в соответствии с требованиями 4.2.103 п.3, как для трансформаторов и  аппаратов с массой масла более 600 кг.

Ограждающие конструкции  помещений ПС и закрытых камер  с масляными трансформаторами и  аппаратами, а также РУ с масляными  выключателями с массой масла  в одном полюсе (баке) 60 кг и более, должны иметь предел огнестойкости  не менее 0,75 ч, а сами помещения и камеры могут быть пристроены или встроены в здании I или II степени огнестойкости.

Строительные конструкции  помещений РУ с масляными выключателями  в одном полюсе (баке) менее 60 кг должны иметь предел огнестойкости не менее 0,25 ч. Такие помещения разрешается пристраивать или встраивать в здания степени огнестойкости I и II. В здания степени огнестойкости IIIa такие помещения допускается пристраивать или встраивать, если эти помещения имеют непосредственный выход наружу и если наружные стены этого помещения на высоту 4 м или до покрытия здания выполнены из негорючего материала или отделены негорючим козырьком, выступающим за плоскость стены не менее чем на 1 м.

Ограждающие конструкции  помещений ПС с трансформаторами сухими или с негорючими диэлектриками должны иметь предел огнестойкости не менее 0,25 ч, а сами помещения пристроены или встроены в здания степени огнестойкости не ниже IIIa.

Внутрицеховые, пристроенные и встроенные ПС, в том числе  КТП, установленные в отдельном  помещении или открыто в производственном помещении, должны отвечать следующим требованиям:

а) ПС (в том числе  КТП) с масляными трансформаторами и закрытые камеры с масляными  трансформаторами разрешается устанавливать  только на первом этаже основных и  вспомогательных помещений производств, отнесенных к категории Г и Д, в зданиях I или II степени огнестойкости. При этом в одном помещении допускается устанавливать масляные трансформаторы с суммарной массой масла не более 6,5 т, а на каждой открыто установленной КТП могут быть применены масляные трансформаторы с суммарной массой масла не более 3,0 т;

б) расстояния между отдельными помещениями разных ПС или между  закрытыми камерами масляных трансформаторов  не нормируются;

в) ограждающие конструкции помещения  внутрицеховой или встроенной ПС, в которой устанавливаются КТП с масляными трансформаторами, а также закрытых камер масляных трансформаторов должны быть выполнены из негорючих материалов и иметь предел огнестойкости не менее 0,75 ч;

г) для ПС с трансформаторами сухими или с негорючим экологически чистым диэлектриком единичная или суммарная мощность трансформаторов, их количество, расстояния между ними, расстояния между ПС, этаж установки не ограничиваются.

При устройстве вентиляции камер трансформаторов  и помещений ПС (КТП), размещаемых в производственных помещениях с нормальной средой, разрешается забирать воздух непосредственно из цеха.