از آنجا که ماشینهای الکتریکی به آرامش و رفاه بشر کمک میکنند، در صورت استفاده و نگهداری غیرصحیح میتوانند تهدیدی برای جان آدمی باشند و خسارات مالی جبران ناپذیری را به بار آورند. در این مقاله ابتدا روغن ترانسفورماتور و قسمت های مرتبط با آن معرفی شده و سپس به چگونگی ایجاد حریق و راهکارهای پیشگیری برای جلوگیری از ایجاد حریق ناشی از روغن مورد استفاده در ترانسها و نهایتاً روشهای اطفاء اینگونه حریقها پرداخته میشود. [2]
تعریف
ترانسفورماتور یکی از انواع ماشینهای الکتریکی است که موجب تغییرات انرژی الکتریکی از صورتی به صورت دیگری میشود.
اهمیت استفاده از ترانسفورماتور در سیستم قدرت
از آنجایی که ترانسفورماتورها در یک سیستم قدرت بعنوان یک رابط بین ژنراتورها و خطوط انتقال انرژی و همچنین رابطی بین خطوط انتقال انرژی و مصرف کنندهها میباشند، استفاده از آنها موجب میشود تا کار انتقال توان در مسافت های طولانی راحتتر صورت گرفته و تلفات در طول مسیر به حداقل مقدار خود برسد.
(شکل1 ) نمونه ای از یک ترانسفورماتور قدرت روغنی
تقسیمبندی ترانسفورماتورها از نظر نوع عایق و خنک سازی
حرارتی که در آهن هسته ترانسفورماتور و مس سیم پیچی ترانسفورماتور تولید میشود ترانسفورماتور را گرم کرده و باید این حرارت را دفع نمود که این عمل در صنعت با روش های گوناگونی انجام میشود. این حرارت را توسط هوا یا روغن به خارج انتقال میدهند. به همین دلیل طی یک تقسیم بندی از نظر نوع عایقسازی و خنک کردن، ترانسها را به دو دسته خشک که معمولاً از صمغ ریختگی در آنها به منظور عایقسازی استفاده میشود و روغنی که ماده عایق در این نوع ترانسها روغن میباشد تقسیم میکنند.
ترانسفورماتورهای با عایق روغنی همیشه در معرض خطر آتشسوزی قرار دارند، که در نتیجه ایجاد یک خطای درونی در ترانسفوماتور یا عوامل بیرونی اتفاق میافتد. [1]
روغن ترانسفورماتور
روغن ترانسفورماتور(transformer oil ) یکی از ترکیبات نفتی و یک روغن معدنی است که به شدت تصفیه شده و در دماهای بالا پایدار بوده و دارای خواص عایقکاری عالی میباشد. [3و2]
وظیفه اصلی روغن ترانسفورماتور، ایجاد عایقکاری و خنک کردن سیم پیچها میباشد و از آنجا که این دو وظیفه برای ترانسفورماتور از حساسیت خاصی برخوردار است، روغن ترانسفورماتور باید دارای خصوصیات و استانداردهایی باشد تا بتواند وظایف خود را به نحو احسن انجام دهد. از جمله این استانداردها میتوان به موارد زیر اشاره کرد: [2و4]
1- مقدار ولتاژ شکست بالا (استقامت دی الکتریک) که مهمترین مشخصه الکتریکی روغن محسوب میشود و وجود عواملی همچون رطوبت و ذرات معلق ناخالصی و اجسام خارجی باعث پایین آمدن این مشخصه و کم شدن ولتاژ شکست عایقی روغن میشود.
2- قابلیت انتقال حرارتی خوب
3- ویسکوزیته کم، هرچه ویسکوزیته کم باشد روغن به راحتی میتواند بعنوان یک سیال انتقال دهنده حرارت انجام وظیفه نماید و این عامل نقش مهمی در خنکسازی ترانسفورماتور دارد.
4- نقطه جاری شدن پایین، کمترین درجه حرارتی است که در آن روغن میتواند جاری شود.
5- نقطه اشتعال بالا، درجه حرارتی که در آن گازهای جمع شده در بالای روغن شعلهور میشوند.
6- جلوگیری از خوردگی مواد عایقی و قسمتهای فلزی ترانسفورماتور
7- تضمین پایداری شیمیایی و طول عمر زیاد برای ترانسفورماتور
از جمله عواملی که باعث خراب شدن روغن ترانسفورماتور میشوند میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1- وجود رطوبت 2- اکسیداسیون 3- درجه حرارت بالا 4- قوسهای ایجاد شده ناشی از اضافه ولتاژ یا اضافه بار 5- پایین آمدن سطح روغن 6- کاهش مقاومت عایقی
باک روغن
یکی از قسمت های تشکیل دهنده در ساختمان ترانسفورماتورهای روغنی باک روغن میباشد که یک مخزن استوانهای شکل است و در بالای بدنه (تانک) ترانسفورماتور بصورت افقی نصب شده و وظیفه اصلی آن بعنوان یک مخزن ذخیره کننده روغن به منظور تغییرات حجم روغن میباشد.
باک روغن بوسیله یک لوله رابط به تانک اصلی نصب شده و یک رله محافظ بنام رله بوخ هلتس سر راه این لوله رابط قرار دارد.
(شکل2 ) نمایش باک روغن ترانسفورماتور روغنی
در ترانسفورماتورهای روغنی ما ناچار به استفاده از سیستمهای خنککننده جهت خنکسازی روغن هستیم اما اگر این سیستم های خنک کننده نتوانستند وضعیت پایدار ماشین را حفظ کنند ناچار به استفاده از رلهها و وسایل حفاظتی خاص خواهیم بود. [2]
نحوه خنکسازی در ترانس های نوع روغنی میتواند بطور گردش طبیعی یا اجباری روغن توسط سیال خنک کننده هوا یا آب صورت گیرد. [6]
رله های حفاظتی در ترانسفورماتور [6]
ازجمله رلهها و وسایل حفاظتی در این نوع ترانسها میتوان به رله بوخ هلتس و رله تویبر اشاره کرد.
رله تویبر (Tuiber): اساس کار این رله بر مبنای حرکت روغن و ایجاد گاز میباشد. این رله ترانسفورماتور را در مقابل اضافه بار و در اولویت بعد در مقابل اتصال کوتاه حفاظت میکند.
رله بوخ هلتس: یکی از وسایل حفاظتی بکار رفته در ترانسفورماتور میباشد که از آن در مقابل عیوب داخلی محافظت میکند، و نحوه کار آن مبتنی بر هر جرقه یا گرم شدگی غیرعادی روغن یا یک عایق جامد که از خود نشان میدهد و باعث تخلیه شدن گاز و بالا آمدن روغن و جمع شدن آن در محلهایی از مسیرش میباشد. این رله در اثر ایجاد خطاهایی مانند اضافه بار، اتصالی در سیم پیچهای ترانسفورماتور، چکه یا کاهش روغن، اتصال زمین، ایجاد قطعی در سیم پیچ یک فاز از خود عکسالعمل نشان میدهد و زنگ خطر را به صدا درآورده و در صورت عدم رفع اشکال، ترانس را قطع میکند.
چگونگی ایجاد گاز ناشی از حرارت زیاد
وقتی یک قوس الکتریکی حاصل از اضافه بار در ترانسفورماتور رخ میدهد حرارت زیاد ایجاد شده ناشی از این خطا، روغن ترانس را تجزیه کرده و گازهایی درون منبع روغن حاصل شده و در محفظه ترانس جمع میشود. در صورتیکه منافذ خروجی پاسخگوی خروج این گازها نباشند باعث انفجار نهایتاً آتشسوزی میشود. [2]
راهکارهای ارائه شده جهت پیشگیری از حریق ترانسفورماتورهای روغنی [2و1]
1- انتخاب ترانسفورماتور متناسب با توان مصرفی
2- اینگونه ترانسفورماتورها باید در فضای آزاد نصب شوند.
3- استفاده از دیوارهای بتنی تحت عنوان دیوار آتش در حد فاصل ترانسهای قرار گرفته در پستهای برق به منظور جلوگیری از نفوذ آتش به اطراف محل آتشسوزی احتمالی.
4- تستهای دورهای و به موقع روغن ترانس و کنترل سطح روغن درون ترانس
5- بررسیهای دورهای قسمتهای مختلف ترانس به خصوص سیستمهای حفاظتی از قبیل رله بوخ هلتز – بدنه – فشارشکن (محل خروج گازهای اضافی درون ترانس) و …
6- سرعت عملکرد سیستم حفاظتی ترانس (شامل رلهها و کلیدها و …): با توجه به اینکه حتی هنگامیکه تانک ترانس متلاشی میشود و روغن آن جاری میشود الزاماً منجربه آتشسوزی نمیشود به همین دلیل عملکرد سریع سیستم حفاظتی و کلیدها بسیار مهم است.
7- درنظر گرفتن محلی (چالهای) جهت تخلیه روغن و آب در پست به منظور مهار شدن این مواد بعد از خاموش شدن آتش.
(شکل3 ) نحوه بکار گیری دیوار آتش
روش های اطفاء حریق [5]
اگر آتش سوزی ناشی از روغن ترانسفورماتورها را جزء دسته B حریق ها قرار دهیم، بهترین روش مبارزه و اطفاء آن استفاده از پودرهای شیمیایی و گاز CO2 است.
آتش دسته B در اثر سوختن مایعات قابل اشتعال و یا جامداتی که به راحتی قابلیت مایع شدن را دارند (مواد نفتی) پدید میآید، استفاده از آب برای این نوع حریقها توصیه نمیشود (به خصوص مواقعی که با قسمت های الکتریکی سروکار داریم). اطفاء اینگونه حریقها عموماً مبتنی بر خفه کردن حریق است.
1- پودرهای خاموش کننده شیمیایی
این پودرها دارای ترکیبات شیمیایی نظیر بیکربنات سدیم، بیکربنات پتاسیم، بیکربنات پتاسیم با پایه اوره، کلرید سدیم می باشند که به منظور اطفاء و مهار آتش از طریق کاهش غلظت اکسیژن یا بخار سوخت در هوا و ایجاد حائل برای دسترسی مواد سوختی به هوا میباشد، که روی حریق پاشیده شده و با پوشاندن سطح آتش مانع رسیدن اکسیژن به آن میگردد.
2- گاز CO2
گازی بی بو، غیرسمی، غیرقابل احتراق و سنگینتر از هوا بوده و هادی جریان الکتریسیته نیست. مکانسیم عملکرد این گاز به سه صورت، 1- خفه کردن آتش 2- رقیق کردن اکسیژن هوا 3- سرد کردن آتش، میباشد. این گاز باعث ایجاد خسارت به مواد موجود در محیط حریق نمیشود.
(شکل4 ) وقوع حریق در ترانسفورماتورهای قدرت
نتیجه
روغن ترانسفورماتور در حال حاضر یکی از بهترین گزینهها برای کاربردهای خنککنندگی و عایقی در ترانسفورماتورهای توان بالاست. آتشسوزی در نیروگاهها و پستهای برق فقط به دلیل استفاده از روغن در ترانسفورماتورها نبوده و دلایل زیادی از جمله زلزله، آسیب دیدن و سوختن عایق کابلها، درست عمل نکردن سیستمهای حفاظتی در اثر ایجاد خطا و … وجود دارد که هر کدام ازاین دلایل میتوانند سهمی در ایجاد آتشسوزی در یک پست برق یا نیروگاه داشته باشند. اما یکی از این دلایل، وجود ترانسفورماتورهای روغنی در این مکانهاست که در اثر شرایطی که ممکن است برای ترانسفورماتور یا روغن آن ایجاد شود و روغن را تحت تأثیر قرار دهد نهایتاً منجر به ایجاد حریق و انفجار در اینگونه تجهیزات شود.
با رعایت اصول و استانداردهای ذکر شده در این مقاله برای روغن ترانسها و بازدیدها و بررسیهای دورهای سیستمهای حفاظتی و عملکرد صحیح آنها در موقع بروز خطا و تستهای مربوط به سالم بودن و حجم روغن، میتوان از بروز حریق در این اماکن و حتی خسارت احتمالی ناشی از آن جلوگیری کرد.
منابع :
[1] علی مسفروش – حامد محفلی.94. “دلایل آتشسوزی ترانسهای قدرت و روشهای پیشنهادی جهت امکان جلوگیری یا کاهش وقوع آن” . بیست و چهارمین همایش ایمنی شرکت برق منطقهای اصفهان.
[2] www.wikifire.ir. April 2018
[3] پریسا جمشیدی. 94. “روغن ترانسفورماتور”. اتحادیه صادرکنندگان فرآوردههای نفت و گاز و پتروشیمی ایران.
[4] رحمت اله هوشمند. 82 . “تولید برق در نیروگاهها”. انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز.
[5] رستم گلمحمدی. 95. “مهندسی حریق”. نشر فن آوران.
[6] حسن شادکام انور. 83. “ماشینهای الکتریکی”. گسترش علوم پایه.
تهیه و تنظیم: مهندس محمدرضا چاوشی حسینی، کارشناس ارشد برق – قدرت
نظرات کاربران