EXPERIMENTAL STUDY ON THE TEMPERATURE REDUCTION PATTERNS OF TRANSFORMER OIL PASSING THROUGH A HEAT EXCHANGER
DOI:
https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-1-189-352-361Keywords:
transformer, transformer oil, oil receiver, fire spread, fire safety, flash pointAbstract
This study examines the issue of ensuring fire safety of transformers filled with insulating liquid (transformer mineral oils), which are fire-hazardous equipment of transformer substations. Leakage of transformer oil heated to dangerous temperatures (more than 150 ° C - above the flash point) as a result of emergency depressurization of the power transformer housing can lead to the occurrence and spread of a significant fire throughout the substation, since mineral transformer oil is a flammable liquid with an ignition temperature ≤ 300 ° C and a lower heat of combustion ≥ 42 ° MJ / kg. The use of traditional rock backfill (a layer of at least 0.25 m thick of washed gravel or granite rubble or non-porous rubble of another rock with a fraction of 50 mm ± 20 mm) in transformer oil receivers is standard worldwide practice, but it is economically expensive to maintain and may be ineffective for cooling the oil below the flash point during oil leakage during an emergency depressurization of the transformer housing. The research is aimed at developing an effective heat exchange system capable of reducing the temperature of transformer oil below the flash point during its emergency leakage into the oil receiver from the depressurized transformer housing. During the experimental study, the depressurization of the transformer housing and the pouring of heated transformer oil into the oil receiver were simulated - a specially designed heat exchanger with a cooling circuit (corrugated stainless steel tubes) using a phase transition refrigerant (water). The results showed that the temperature of the transformer oil decreased below the flash point while passing through the cooling circuit of the heat exchange system. Based on the results of the research, a mathematical model of the decrease in the temperature of the transformer oil depending on the distance of passage through the cooling circuit of the heat exchange system was developed. The results obtained are the basis for further studies of the dependence of the area of the cooling circuit of the heat exchanger, which ensures the cooling of the transformer oil to a temperature below its flash point in the event of a fire, on the volume of transformer oil in the transformer housing and the diameter of the corrugated tubes of the cooling circuit.
References
Fire hazard testing. Part 1-40. Guidance for assessing the fire hazard of electrotechnical products. Insulating liquids: IEC 60695-1-40:2013. International Electrotechnical Commission. 2013. 64 р.
Guide for Substation Fire Protection (2012). IEEE 979. New York, USA. Institute of Electrical and Electronics Engineers. 2012 [in English].
NFPA 850 Recommended Practice for Fire Protection for Electric Generating Plants and High Voltage Direct Current Converter Stations. Quincy, MA, USA. National fire protection association. 2020 [in English].
Guide for Transformer Fire Safety Practices, Working Group A2.33, Paris, France. 2013. 139 p. Retrieved from. https://static.mimaterials.com/midel/documents/sales/Guide_for_Transformer_Fire_Safety_Practices.pdf [in English].
Правила улаштування електроустановок. Київ: Міненерговугілля України, 2017. 617 с.
Правила пожежної безпеки в компаніях, на підприємствах та в організаціях енергетичної галузі України. Наказ Міністерства енергетики та вугільної промисловості України 26.09.2018. № 491. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0328-19#Text
(дата звернення 11.04.2023).
ГКД 34.20.507-2003 Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Наказ Міністерства палива та енергетики України 13 червня 2003 року No 296 (у редакції Наказу Міністерства енергетики та вугільної промисловості України 21.06.2019 року No271.
Тепловий баланс котельної установки: Методичні вказівки / Уклад.: О. В. Кондратенко, В. І. Кондратенко. – Харків: УкрДУЗТ, 2015. – 36 с.
Transformer Oil Handbook / Edited by John Smith. 2nd ed. New York: Wiley, 2018. – 320 p. – ISBN 978-1-119-
-1.
Теплофізичні властивості гірських порід і мінералів / За ред. В. І. Ляховського. – Київ: Наукова думка, 1982. – 256 с.
Ніжник В.В., Поздєєв С.В., Жартовський С.В., Фещук Ю.Л. Оцінювання небезпеки поширення пожежі на суміжні будівельні об’єкти за критерієм теплового потоку. Міжнародний науковий журнал: Інтернаука. К.: № 11 (73), 2019. С. 47–51.
Зозуля Д.В. Розробка та наукове обґрунтування технічних пропозицій щодо підвищення надійності,
енергетичної ефективності та продовження ресурсу трансформаторів ТНЦ-1250000/330 на блоках АЕС України. Збірник: Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. м. Чорнобиль, випуск 20, 2013. С. 57-67.
Wu Chuanping ; Zhou Tiannian ; Chen, Baohui ; Liu, Yu ; Liang, Ping. Experimental Study on Burning Characteristics of the Large-Scale Transformer Oil Pool Fire with Different Extinguishing Methods . Fire technology ; Norwell Volume 57, Ed. 1, (Jan 2021). Р. 461-
Li Liyang, Xu Zhai, Juncai Wang, Peng Chen, Congling Shi. Experimental study on vertical spill fire characteristics of transformer oil under continuous spill condition. Process Safety and Environmental Protection (IF6.158), Pub Date : 2021-10-28.
Ruibang Sun, Jyncai Wang, Xing Yang, Peng Chen. Experimental Research on the Combustion Characteristics of Transformer Oil Jet Fires in Oil-Filled Equipment under Heat. ACS Omega, 16 Nov 2021, 6 (47).
Ruibang Sun, Juncai Wang, Xing Yang, Peng Chen, Liusuo Wu. Experimental study on geometric characteristics of transformer oil jet fire under external heat source. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects (IF3.447), 13 Oct 2021.
Jinlong Zhao, Shansheng Wang, Jianping Zhang, Rui Zhou, Rui Yang. Experimental Study on the Burning Characteristics of Transformer Oil Pool Fires. Energy Fuels 2020, 34, 4, 16 March 2020. Р. 4967–4976.
Провести пошукові дослідження умов самозгасання полум’я рідких вуглеводнів, покритих дрібновічковими сітками: Звіт про Наукову дослідну роботу. № державної реєстрації 0196U009041. Український науково-дослідний інститут пожежної
безпеки Міністерства внутрішніх справ України. Київ, 1997.
Мельник, О. В.; Кутеко, С. В.; Басаєв, А. М. Розрахунок процесу газообміну під час горіння рідин, що містяться в ємностях, покритих дрібновічковими сітками. Науковий вісник УкрНДІПБ. 2009, № 2 (20) С. 57-61.
Шаршанов, А.Я., Бабенко, О.В., Луценко, Ю.В. (2001) Аналіз умов самозгасання полум’я рідких вуглеводнів у напівзамкнених об’ємах АПБУ. Проблеми пожежної безпеки.2001. С. 109-112. URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/4050 (дата
звернення 14.11.2023).
Климась Р. В. Удосконалення методу прогнозування припинення та поширення горіння системою вогнеперешкодження на маслонаповнених трансформаторних підстанціях: дис. канд. техн. наук: 21.06.02 – Пожежна безпека / Климась Руслан Володимирович; Львівський державний університет безпеки життєдіяльності. – Львів, 2022. – 250 с. – Іл.: 20. – Табл.: 15. – Бібліогр.: 120 назв.
Іллюченко, П., Ніжник, В. & Нікулін, О. (2023). Методика експериментальних досліджень та обґрунтування параметрів теплообмінної системи для зниження температури трансформаторного масла нижче температури спалаху у маслоприймачі трансформаторної підстанції. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека, (1(15), 116–127. https://doi.org/10.33269/nvcz.2023.1(15).116-127.
URL: http://www.energynet.com.ua/transformatornye_masla_nynas/nytro_11gx.html (дата звернення 11.04.2023).
National Fire Protection Association. (1994). NFPA 325: Fire hazard properties of flammable liquids, gases, and volatile solids. Quincy, MA: National Fire Protection Association.
Fluids for electrotechnical applications – Mineral insulating oils for electrical equipment. IEC 60296:2020. 82 р.
Климась Р.В. Визначення безпечної величини температури трансформаторного масла. Scientific Collection «InterConf», (94): with the Proceedings of V International scientific and practical conference «Science, education, innovation: topical issues and modern aspects». Tallinn, Estonia: Üningu Teadus Juhatus, 2021. P. 574-578.
ДСТУ 8828:2019. Паковання. Металеві барабани. Загальні технічні умови. – [Чинний від 2020-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2019. – 14 с.
ДСТУ 3262:2019. Труби сталеві водогазопровідні. Технічні умови. – [Чинний від 2021-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2019. – 18 с.
ДСТУ 3493-96. Трубчасті електронагрівачі. Технічні умови. – [Чинний від 1997-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 1996. – 16 с.
ДСТУ 2834-94. Прокат листовий і рулонний гарячекатаний із вуглецевої сталі звичайної якості. Технічні умови. – [Чинний від 1995-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 1994. – 14 с.
ДСТУ EN 10088-1:2021. Нержавіючі сталі. Частина 1: Перелік сталей. – [Чинний від 2022-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2021. – 20 с.
ДСТУ EN 60584-2:2018. Термопари. Частина 2: Номінальні характеристики. – [Чинний від 2019-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2018. – 16 с.
ДСТУ ISO 3585:2017. Скло боросилікатне 3.3. Властивості. – [Чинний від 2018-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2017. – 16 с.
ДСТУ EN 13162:2010. Теплоізоляційні вироби для будівель. Вироби з мінеральної вати (MW), виготовлені на заводі. Технічні умови. – [Чинний від 2011-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2010. – 24 с.
ДСТУ EN ISO 15874-2:2018. Системи пластмасових трубопроводів для гарячого і холодного водопостачання. Поліпропілен (РР). Частина 2: Труби. – [Чинний від 2019-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2018. – 24 с.
ДСТУ EN ISO 5774:2018. Шланги з термопластів для стисненого повітря. Технічні вимоги. – [Чинний від 2019-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2018. – 16 с.
ДСТУ EN 331:2021. Крани і запірні пристрої для газових установок побутового і промислового призначення. – [Чинний від 2022-01-01]. – К.: ДП «УкрНДНЦ», 2021. – 20 с.
Про затвердження Інструкції з проведення міжлабораторних порівняльних випробувань у сфері пожежної безпеки: наказ МНС України від 27.08.2007 р. № 581.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
The authors who publish in this collection agree with the following terms:
• The authors reserve the right to authorship of their work and give the magazine the right to first publish this work under the terms of license CC BY-NC-ND 4.0 (with the Designation of Authorship - Non-Commercial - Without Derivatives 4.0 International), which allows others to freely distribute the published work with a mandatory reference to the authors of the original work and the first publication of the work in this magazine.
• Authors have the right to make independent extra-exclusive work agreements in the form in which they were published by this magazine (for example, posting work in an electronic repository of an institution or publishing as part of a monograph), provided that the link to the first publication of the work in this journal is maintained. .
• Journal policy allows and encourages the publication of manuscripts on the Internet (for example, in institutions' repositories or on personal websites), both before the publication of this manuscript and during its editorial work, as it contributes to the emergence of productive scientific discussion and positively affects the efficiency and dynamics of the citation of the published work (see The Effect of Open Access).
