3. Газовая защита

Практически все повреждения внутри кожуха (бака) трансформатора (к.з. между обмотками, витковые замыкания, «пожар» стали магнитопровода, неисправности переключателя РПН и др.) сопровождаются выделением газов в результате разложения масла или других изоляционных материалов под воздействием повышенного нагрева.

Образующиеся газы устремляются в расширитель, являющийся самой высокой частью трансформатора. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных внутренних повреждениях, бурно расширяющиеся газы вызывают движение масла в сторону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение газов в сторону расширителя могут служить признаками повреждения трансформатора.

Защита, реагирующая на указанные признаки, получила название «газовой». Эта защита осуществляется с помощью так называемых газовых и струйных реле.

Газовые реле используются для защиты масляных трансформаторов, имеющих расширитель мощностью 1 МВА и более, от повреждений внутри бака, при которых происходит выделение газа, снижение уровня масла или возникновение потока масла из бака трансформатора в расширитель.

Трансформаторы, оборудованные газовой защитой устанавливаются так, чтобы крышка бака имела подъём по направлению к газовому реле не менее 1%, а маслопровод от бака к расширителю – не менее 2% (рис. 8-9).

Рис. 8-9. Установка газового реле на трансформаторе.

Газовое реле содержит два элемента:

сигнальный, реагирующий на слабые газообразования после накопления определённого объёма масла в реле и отключающий, срабатывающий при внутренних повреждениях трансформатора, сопровождаемых перетоком масла в сторону расширителя с определённой скоростью.

Оба элемента газового реле могут также подействовать при снижении уровня масла ниже газового реле (например, при течи масла из бака трансформатора).

В настоящее время промышленностью выпускаются газовые реле РГТ‑80 (РГТ-50, РСТ25) совместной разработки ОРГРЭС и ВНИИР. Ранее широко применялись газовые реле РГЧЗ-66 отечественного производства и реле ВF-80/G (BF-50/10) производства ГДР.

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус, который устанавливается в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. На рис. 8-10 показана упрощенная конструкция газового реле, имеющего три элемента:

сигнальный 1 (поплавок) и отключающие 2 и 3 (2 – напорная пластина, 3 – поплавок), каждый из которых срабатывает при определённых условиях.

В нормальных условиях корпус реле заполнен маслом, и элементы занимают положение, при котором контакты разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по маслопроводу стремится в сторону расширителя и попадает в верхнюю часть корпуса реле, где расположен сигнальный элемент 1.

При скоплении в реле определённого количества газа уровень масла в нём снижается, поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и контакт сигнального элемента замыкается. Аналогично сигнальный элемент срабатывает при снижении уровня масла по другим причинам.

Рис. 8-10. Газовое реле.

1 – сигнальный элемент (поплавок)

2 – отключающий элемент (пластина)

3 – отключающий элемент (поплавок)

При дальнейшем снижении уровня масла, поплавок отключающего элемента 3 также опускается, замыкая отключающий контакт.

Пластина 2 реагирует на скорость потока масла (при к.з. внутри бака трансформатора), замыкая отключающий контакт при отклонении пластины на определённый угол. В реле имеется возможность регулировки уставки срабатывания по скорости потока.

В зависимости от вида и развития повреждения внутри бака трансформатора возможна последовательная (или одновременная) работа сигнального и отключающих элементов реле.

Струйные реле не имеют поплавков, а контакты их срабатывают на отключение при действии напорной пластины, которая аналогично газовому реле имеет регулируемую уставку по скорости потока масла.

Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объём скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположена клеммная коробка с зажимами для подключения кабеля к контактам реле, находящимся внутри кожуха.

Принципиальная схема газовой защиты двухобмоточного трансформатора приведена на рис. 8-11.

Рис. 8-11. Принципиальная схема оперативных цепей газовой защиты.

При значительных повреждениях внутри бака трансформатора движение масла может носить толчкообразный характер при этом контакты отключающего элемента реле замыкаются кратковременно. Поэтому, чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отключения выключателей, в схеме защиты предусматривается самоудержание выходного промежуточного реле П₁ на время достаточное для отключения выключателей.

Газовое реле подаёт кратковременный ток в обмотку 1 промежуточного реле П₁. которое срабатывает и удерживается последовательно включенными обмотками 2 и 3 до отключения выключателей.

Срабатывание газовой защиты при незначительных повреждениях на сигнал позволяет дежурному персоналу перенести нагрузку на другой источник (разгрузить трансформатор) и после этого отключить повреждённый трансформатор от сети без ущерба для потребителей.

Поскольку газовая защита может сработать ложно, например, вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливки свежего масла, в схеме защиты предусмотрена возможность перевода отключающего органа защиты на сигнал с помощью специального переключающего устройства (накладки) на время (2-3 суток) пока не прекратится выделение воздуха из бака.

Достоинствами газовой защиты являются: простота выполнения, высокая чувствительность и быстродействие; избирательное действие (на сигнал или отключение) в зависимости от размеров повреждения.

Газовая защита является единственной защитой трансформатора, реагирующей на утечку масла из бака.

Однако, газовая защита естественно не действует при повреждениях вне бака трансформатора (например, при к.з. на выводах), поэтому она не может быть единственной основной защитой трансформатора и, как правило, для мощных трансформаторов, она сочетается с токовой защитой.

Применение газовой защиты считается обязательным не только на трансформаторах, но и на маслонаполненных реакторах.

Выводы:

1. Все маслонаполненные трансформаторы мощностью 1 МВА и более оснащаются газовой защитой, которая реагирует на все виды внутренних повреждений трансформатора, а также действует при утечке масла из бака.

2. Трансформаторы, оборудованные газовой защитой должны устанавливаться так, чтобы крышка бака трансформатора имела подъём по направлению к газовому реле не менее 1%, а маслопровод от бака к расширителю не менее 2%.

3. Газовая защита имеет сигнальный орган, реагирующий на слабые газообразования внутри бака трансформатора и отключающий орган, действующий при значительных внутренних повреждениях трансформатора, сопровождающихся с перетоком масла в сторону расширителя.

4. К достоинствам газовой защиты относятся: простота выполнения, высокая чувствительность, а также избирательность действия в зависимости от размеров повреждения внутри бака трансформатора.

5. Газовая защита не реагирует на повреждения вне бака трансформатора, поэтому не может быть единственной основной защитой трансформатора. Кроме того, необходимо временно выводить защиту из действия на отключение при доливке масла.