Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

К ВОПРОСУ БЕЗОПАСНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Соснина Е.Н. 1 Маслеева О.В. 1 Пачурин Г.В. 1 Бедретдинов Р.Ш. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Целью управления безопасностью труда является организация работы по обеспечению безопасности, снижению травматизма и аварийности, профессиональных заболеваний, улучшению условий труда на основе комплекса задач по созданию безопасных и безвредных условий труда. В работе дана оценка воздействия процесса эксплуатации сухих трансформаторов с расщепленной первичной обмоткой и ключами однонаправленного тока мощностью 400 кВА на здоровье обслуживающего персонала и окружающую среду. Данные трансформаторы отличаются от обычных трансформаторов наличием тиристорных регуляторов напряжения и системы управления. При их эксплуатации возможно воздействие на обслуживающий персонал повышенного уровня шума, электромагнитного излучения промышленной частоты; опасность поражения электрическим током и загрязнение окружающей среды. Дано описание источников шума трансформаторов, выполнен расчет шума на рабочем месте. Определена напряженность электрического поля, создаваемого электрооборудованием. Обоснована необходимость утилизировать трансформаторов после их вывода из эксплуатации. Проведенные исследования показали, что процесс эксплуатации трансформаторы не оказывает вредного воздействия на здоровье обслуживающего персонала и окружающую среду.
сухой трансформатор
источники шума
расчет шума
электромагнитное излучение
загрязнение окружающей среды
поражение электрическим током
утилизация трансформаторов
1. Александров Г.Н. Сверхвысокие напряжения. – Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1973. – 180 с.
2. Довбыш В.Н., Маслов М.Ю., Сподобаев Ю.М. Электромагнитная безопасность элементов энергетических систем: Монография / В.Н. Довбыш, М.Ю. Маслов, Ю.М. Сподобаев. – Самара: ООО «ИПК «Содружество», 2009. – 198 с.
3. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Оценка шумового воздействия силовых трансформаторов на окружающую среду // Современные проблемы науки и образования. 2012. – № 6. – // www.science-education.ru/106-7585 (дата обращения: 17.09.2013).
4. Строганов Ю. Снижение шума и вибрации трансформаторов и реакторов в эксплуатации // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2008. – № 10. – С. 9–20.
5. Электрические поля воздушных линий электропередачлиний электропередач http://ecology-portal.ru/publ/ekologicheskaya-zaschita-i-ohrana-okruzhayuschey-s/500100-yelektricheskie-polya-vozdushnyx-linij-yelektroperedach.html (дата обращения: 17.09.2013).

Основной целью управления безопасностью труда является организация работы по обеспечению безопасности, снижению травматизма и аварийности, профессиональных заболеваний, улучшению условий труда на основе комплекса задач по созданию безопасных и безвредных условий труда.

При эксплуатации трансформаторов возможно воздействие на обслуживающий персонал опасных и вредных факторов согласно ГОСТ 12.0.003-74* «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация»: повышенный уровень шума, повышенный уровень электромагнитного излучения промышленной частоты на рабочем месте, опасность поражения электрическим током, а также есть вероятность загрязнения окружающей среды.

В данной работе были рассмотрены сухие трансформаторы с расщепленной первичной обмоткой и ключами однонаправленного тока мощностью 400 кВА, которые отличаются от обычных трансформаторов наличием тиристорных регуляторов напряжения и системы управления.

Шум трансформаторов

Находящееся в эксплуатации на промышленных предприятиях и в жилых районах трансформаторное оборудование производит шум, неблагоприятно воздействующий на здоровье обслуживающего персонала. Одновременно вибрация оборудования, являющаяся причиной его шума, влияет на его собственную механическую прочность, снижая срок службы и повышая возможность возникновения внутренних повреждений.

Источники шума в трансформаторах

Шум трансформаторов вызывается вибрацией активной части, а также вентиляторами системы охлаждения. Существенное влияние на шум трансформатора оказывают резонансные явления, возникающие в его отдельных элементах – охладителях, стенках бака, расширителе, трубопроводах и т.д. Вибрация активной части трансформатора обусловлена магнитострикционными и электромагнитными силами в магнитной системе и динамическими силами в обмотках. В трансформаторах преобладает магнитострикционная составляющая вибрации [1, 2].

Спектральное содержание характеристик шума трансформаторов связано с частотой питающего напряжения. У трехфазных трансформаторов (частота сети – 50 Гц) наиболее ярко выражены первые три гармоники – 100, 200, 300 Гц.

Определенное влияние на уровень звука трансформаторов оказывают высокочастотные помехи в питающем напряжении сети, в которых работают различные тиристорные устройства. Электрические помехи в таких сетях обычно невелики и составляют доли процента от номинального напряжения. Однако эти составляющие могут повысить уровень звука сухих трансформаторов малой и средней мощности на 20–30 дБ. Это повышение связано с резонансами отдельных пластин магнитной системы, их вибрации и взаимного соударения.

Снижение шума сухих трансформаторов

Существенное снижение уровня звука трансформаторов достигается при помощи пропитки и склейки магнитной системы материалами на основе эпоксидных смол.

Более всего распространены сухие трансформаторы 3-фазные с шихтованной магнитной системой. Шум активной части таких трансформаторов без кожуха невысок. Однако он резко возрастает у полностью собранного трансформатора с кожухом, который увеличивает поверхность звукоизлучения трансформатора и к тому же не обладает достаточной жесткостью, будучи изготовлен из тонколистовой стали.

Наибольший шум (иногда в области частот 1000 Гц) имеет место во внутренних углах окон магнитопровода. На этих участках имеет место повышенная индукция (до 2 Вн), вызывающая возрастание вибрации и, соответственно, шума. Поскольку такие участки сухих трансформаторов доступны, снижение шума осуществляется путем заливки внутренних углов окон магнитопровода эпоксидным компаундом.

Расчет шума трансформаторов

На трансформаторной ПС стоят 2 сухих трансформатора мощностью 400 кВА.

Сухие трансформаторы с литой изоляцией разработаны специально для установки во встроенных подстанциях. Данный тип трансформаторов характеризуется уменьшенными габаритами, пониженным уровнем шума. Для таких трансформаторов уровень звука составляет 68 дБА.

Поскольку обычно в ТП ставят 2 трансформатора, то суммарный уровень составит

Lсум = Lw + 10∙lg n, (1)

где Lw – шум трасформатора, дБА; n – количество трасформаторов.

Lсум = 68 + 10∙lg 2 = 71 дБА.

Допустимые уровни шума на рабочем месте, согласно СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки», составляют 80 дБА. Таким образом, шум, создаваемый трансформаторами на рабочем месте, будет ниже допустимого. Поэтому специальных мероприятий по снижению шума не требуется.

Электромагнтное поле

Распределительные устройства сетей энергоснабжения, такие как силовые трансформаторы, кабели являются источниками электромагнитного поля промышленной частоты [3, 4]. Исследования биологического воздействия электрического поля обнаружили неблагоприятное влияние на нервную систему человека, что ведет к нарушениям эндокринного аппарата и обмена веществ в организме, нарушает физиологические функции: ритм сердечных сокращений, уровень кровяного давления.

Допустимые значения напряженности электрического поля для рабочих мест указаны в СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях». Предельно допустимый уровень напряженности электрического поля 50 Гц на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м.

Допустимые значения напряженности электрического поля для жилых домов и территории жилой застройки приведены в СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям».

Напряженность электрического поля промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях (на расстоянии от 0,2 м от стен и окон и на высоте 0,5–1,8 м от пола) не должна превышать 0,5 кВ/м. Напряженность электрического поля промышленной частоты 50 Гц на территории жилой застройки не должна превышать 1 кВ/м на высоте 1,8 м от поверхности земли.

Расчет электрического поля выполняем для сухого трансформатора напряжением 10/0,4 кВ и мощностью 400 кВА, кабеля ААШв 3×95∙10 кВ.

Характеристика кабеля: жила – мягкая алюминиевая секторная проволока, изоляция – бумага, пропитанная вязким составом, для кабелей с индексом «Ц», пропитанная нестекающим составом, поясная изоляция – бумага, пропитанная вязким составом, для кабелей с индексом «Ц», пропитанная нестекающим составом, экран – лента электропроводящей бумаги, оболочка – выпрессованная алюминиевая оболочка, защитный покров – битумный слой, лента ПЭТ-Э пленки и выпрессованная ПВХ оболочка, номинальная толщина изоляции жил, 2,75 мм, номинальная толщина изолляция жилы: 2,75 мм; поясной изоляции: 1,25 мм; номинальный наружный диаметр, 41,8 мм, диаметр жилы – 16 мм.

Поскольку кабель имеет алюминиевую оболочку, а силовой трансформатор ‒ стальной кожух, то они будут выполнять роль экрана для электрического поля. Но в местах присоединения кабеля к трансформатору экран отсутствует.

Максимальное значение напряженности электрического поля в местах стыка, согласно [5], рассчитывается по формуле (2)

Eqn313.wmf (2)

где C – ёмкость единицы длины кабеля, ф/м; U – номинальное напряжение, кВ; ɛо = 8,85∙10–12 кл∙н/м; H – высота, м; Dо – расстояние между проводами, м.

При С = 11,7∙10–12 ф/м, Dо = 0,5 м, Н = 1,7 м, Емах = 0,47 кВ/м, что является ниже допустимой величины согласно санитарным нормам.

Мероприятия по защите окружающей среды

Процесс эксплуатации трансформаторной ПС с сухими трансформаторами не оказывает существенного влияния на окружающую среду. В процессе эксплуатации не происходит выделения вредных веществ в атмосферный воздух, таких как элегаз, отсутствует возможность разлива трансформаторного масла.

К возможным отрицательным факторам можно отнести отчуждение земель, необходимых для строительства ПС, и образующиеся отходы.

После вывода трансформатора из эксплуатации его необходимо утилизировать для переработки и вторичного использования, поскольку действующим законодательством запрещается выкидывать трансформаторы на свалку.

Процессу утилизации подлежат составляющие части сухого трансформатора, которые не относятся к токсичным отходам.

Сердечник состоит из металла с химическим составом: Fe – 36 %, Si – 4 %. Агрегатное состояние – твердый. Продукты распада – отсутствуют. Опасные реакции – отсутствуют. Классификация – металлический лом.

Обмотки изготовлены из металла с химическим составом: Al – 99,5 %, Fe – 0,4 %, Si – 0,1 % или Cu – 99,9 %, Fe – 0,05 %, Si – 0,05 %. Продукты распада – отсутствуют. Опасные реакции – отсутствуют. Классификация – металлический лом.

Изоляция – изоляционный материал, состоящий из полимера. Продукты распада – отсутствуют. Опасные реакции – отсутствуют. Классификация – промышленные отходы.

Если эти вещества попадут в почву, то возможно отрицательно влияние на окружающую среду.

Медь угнетающе действует на рост микроорганизмов, понижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений.

Железо образует комплексы с обычными метаболитами, нарушая нормальный обмен веществ.

Медь, железо (II) взаимодействуют с клеточными мембранами, изменяя их проницаемость. Наличие ионов алюминия вызывает ограничение роста и урожайности сельскохозяйственных культур.

Выводы

Проведенные исследования показали, что процесс эксплуатации сухих трансформаторов с расщепленной первичной обмоткой и ключами однонаправленного тока мощностью 400 кВА не оказывает вредного воздействия на здоровье обслуживающего персонала и окружающую среду.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (госконтракт № 16.526.12.6016 от 11.10.2011 г.).

Рецензенты:

Михаленко М.Г., д.т.н., профессор, декан ИФХФ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород;

Лоскутов А.Б., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Электроэнергетика и электроснабжение» (ЭЭиЭС), Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 20.09.2013.


Библиографическая ссылка

Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Бедретдинов Р.Ш. К ВОПРОСУ БЕЗОПАСНОСТИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-5. – С. 1023-1026;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32446 (дата обращения: 14.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074