Tường chặn lửa bảo vệ máy biến áp

Chỉ trong chưa đầy 24 tiếng đồng hồ, tổ lắp đặt của Imperial Irrigation District (IID) gồm sáu người đã cải tạo ba bức tường chặn lửa tại một trạm biến áp truyền tải trọng yếu. Các bức tường này là rất cần thiết để ngăn chặn không để dầu biến áp cháy lan trong khu vực gồm ba máy biến áp 230 kV, phòng điều khiển và các thiết bị khác tại trạm biến áp Coachella Valley. Trạm đóng vai trò đầu mối quan trọng trong việc truyền tải giữa các bang Arizona, California và Mêhicô; do vậy thời gian mất điện phải hạn chế ở mức thấp nhất. Mấu chốt thành công là lãnh đạo của IID đã chọn loại tường TruFireWall.

Tường chặn lửa bảo vệ máy biến áp

Rủi ro cháy trạm biến áp và các hậu quả tiềm tàng

Trạm biến áp bản thân nó đã có đầy đủ các thành phần cần thiết để gây ra trận bão lửa thực sự. Một bộ máy biến áp truyền tải điển hình thường bao gồm ba thùng máy biến áp (hoặc nhiều hơn), mỗi thùng chứa từ 10.000 đến 45.000 galông (38 đến 170 m3 dầu khoáng vật). Một tia lửa mồi ban đầu rất có thể phát sinh từ hồ quang bên trong thùng máy, tạo ra nhiệt và áp lực đủ cao để làm nứt thùng dầu. Ngay lập tức ôxi tràn vào thùng. Dầu nổ dữ dội kèm theo bức xạ mãnh liệt, mảnh vật liệu văng ra và dầu cháy. Tác động bức xạ xảy ra tức thời và đã có tài liệu ghi lại là nó đã mồi cháy các biến áp khác ở cách nơi cháy ban đầu tới 60 ft (18 m).

Nhiệt độ cháy dầu nằm trong khoảng từ 960oC đến 1.200oC. Thời gian cháy máy biến áp kéo dài từ 4 đến 28 giờ, mà trong phần lớn các trường hợp, cũng là thời gian để cháy hết không còn gì nữa. Bởi vì các trạm biến áp lớn thường đặt ở vùng ngoại vi nên các đơn vị phòng cháy chữa cháy khó có thể phản ứng kịp. Ngoài ra xe cứu hoả ít khi được trang bị để có thể dập tắt các vụ cháy dầu cực lớn này.

Tường chặn lửa chỉ là một trong ba yếu tố của giải pháp tổng thể để bảo vệ hiệu quả trạm biến áp khỏi hoả hoạn. Hai yếu tố cần thiết còn lại là hệ thống phát hiện và cảnh báo sớm và hệ thống cứu hoả. Do vậy lắp đặt các tường chặn lửa chỉ là biện pháp tối thiểu để bảo vệ bộ máy biến áp và các thiết bị cạnh đó.

Nói chung, các tiêu chuẩn và qui chuẩn hiện có chưa thực sự đề cập đến các điều kiện thực tế của các vụ cháy bể hyđrôcacbon ngoài trời. Do vậy cần áp dụng các tiêu chí dựa trên tính năng để đảm bảo phòng cháy hiệu quả trong trạm biến áp. Để tái tạo các yêu cầu thực tế, người ta phải đốt tường chặn lửa bảo vệ máy biến áp trong 4 giờ và ngay sau đó phụt dòng nước ở áp lực cao lên cùng mẫu thử nghiệm.

Chi phí thay thế một máy biến áp lớn lên tới khoảng từ 1,5 đến 2,5 triệu USD cho mỗi pha. Tuy nhiên chi phí khác cao hơn nhiều chính là điện năng thay thế phải mua trên thị trường bán ngay với giá cao. Vào những giờ cao điểm, giá phải trả có thể tăng vọt lên tới 200.000 USD mỗi giờ.

Đã vậy, thời gian giao hàng các biến áp loại này là khoảng 18 tháng. Rồi còn có thể phải trả chi phí bảo hiểm ở mức cao (ngược lại, nếu lắp đặt các tường chặn lửa, các công ty bảo hiểm giảm mức giá bảo hiểm), hoặc mối quan hệ với cộng đồng, các cơ quan điều tiết và các nhà đầu tư có thể trở nên bất lợi trong thời gian dài.

Chặn lửa hiệu quả các trường hợp cháy máy biến áp

Tường chặn lửa hiệu quả phải:

(1) được làm từ vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao và trong thời gian dài trong các vụ cháy máy;

(2) được thiết kế sao cho đáp ứng các yêu cầu về nhiệt và cơ trong thời gian hoả hoạn và sau hoả hoạn.

Theo truyền thống, “tường chặn lửa” bảo vệ máy biến áp được chế tạo bằng bê tông cốt thép và/hoặc các khối bê tông. Tuy nhiên tính năng của tường này không đạt yêu cầu ở nhiệt độ cao. Ở 650oC, độ bền của bê tông chỉ còn bằng khoảng 35% độ bền ở nhiệt độ phòng, còn thép ở nhiệt độ đó thì hầu như mất hết độ bền, mà nhiệt độ này còn thấp hơn nhiệt độ cháy dầu khoảng 350oC, như được nêu dưới đây.

Do vậy trong điều kiện thực tế cháy máy biến áp, tường bê tông không chịu nổi. Ngoài ra, tường bê tông còn dày và nặng, đòi hỏi phải làm móng sâu, vững chắc. Rồi khi tiến hành sửa chữa lớn máy biến áp, phải phá tường rồi sau đó xây lại.

Tường chặn lửa cũng còn phải có đủ độ bền va đập để chịu được tác động của các mảnh văng bởi vì hoả hoạn rất có thể dẫn tới nổ máy biến áp. Hiện nay chưa có tiêu chuẩn về mức tải trọng tác động lên tường chặn lửa nên các chuyên gia về đạn đạo và nổ đã khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn UL 752. Điều này tương ứng với việc cho tấm panen của tường chặn lửa chặn viên đạn Magnum 44. Tường phải ngăn không cho đạn xuyên qua, điều mà các tấm panen tường chặn lửa của IID đã làm được .

Vật liệu chịu lửa sử dụng làm các tường chặn lửa IID có gốc nước và hoàn toàn vô cơ, không chứa chất gì có thể cháy được. Các tấm panen và cột chịu nhiệt này tương đối nhẹ, được đúc bằng bê tông chịu lửa đã được thử thách theo thời gian. Vật liệu chịu lửa không phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hoặc vật liệu nguy hiểm trong quá trình chế tạo, trong thời gian hoả hoạn và cả khi loại bỏ. Xi măng chịu lửa đã được thử thách theo thời gian vì đã được sử dụng từ nhiều thế kỷ nay để đựng kim loại nóng chảy tại các xưởng đúc, rõ ràng là đáp ứng các yêu cầu về nhiệt và cơ trong suốt tuổi thọ của trạm biến áp.

Vật liệu chịu lửa đã được thử thách tại hiện trường và qui trình chế tạo ổn định của công ty Oldcastle Precast, với 80 nhà máy bố trí ở khắp nơi trên nước Mỹ, đảm bảo đạt được các tính năng về nhiệt và cơ với giá cạnh tranh. Tường chặn lửa TruFireWalls của công ty ThermaLimits được thiết kế để và đã được xác nhận đáp ứng các yêu cầu về nhiệt, tải trọng gió, động đất và bố trí trong trạm biến áp. Thiết kế dạng môđun cho phép giảm chi phí chế tạo và lắp đặt.