Схема газовой защиты силового трансформатора

Цель работы: изучение принципа действия и область применения.

Газовая защита предназначена для защиты силовых транс­форматоров с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних поврежде­ний, сопровождающихся выделением газа, ускорен­ным перетеканием масла из бака в расширитель, а также от утечки масла из бака трансформатора.

Измерительным органом газовой защиты является газовое реле.Газовое реле представляет собой метал­лический сосуд с двумя поплавками (элементами), который врезается в наклонный трубопровод, связы­вающий бак трансформатора с расширителем. При нормальной работе трансформатора газовое реле за­полнено трансформаторным маслом, поплавки нахо­дятся в поднятом положении и связанные с ними элек­трические контакты разомкнуты. При незначительном повреждении в трансформаторе (например, витковое замыкание) под воздействием местного нагрева из масла выделяются газы, которые поднимаются вверх, к крышке бака, а затем скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя из него масло. При этом верхний из двух поплавков (элементов) опускается вместе с уровнем масла, что вызывает замыкание его контакта, а следовательно, предупредительный сиг­нал. При серьезном повреждении внутри трансформа­тора происходит бурное газообразование и под воз­действием выделившихся газов масло быстро вытес­няется из бака в расширитель. Поток масла проходит через газовое реле и заставляет сработать нижний поплавок (элемент), который дает команду на отклю­чение поврежденного трансформатора. Этот элемент срабатывает также и в том случае, если в баке транс­форматора сильно понизился уровень масла, напри­мер при повреждении бака и утечке масла.

Газовая защита является очень чувствительной и весьма часто позволяет обнаружить повреждение в трансформаторе в самой начальной стадии. При серьезных повреждениях трансформатора газовая за­щита действует достаточно быстро: 0,1—0,2 с (при скорости потока масла не менее чем на 25 % выше уставки). Благодаря этим достоинствам газовые реле обязательно устанавливаются на трансформаторах мощностью 1 MB-Л и более (ГОСТ 11677—85). Для внутрицеховых трансформаторов газовая защита должна выполняться при мощности трансформатора 0,63 MB-А н более.

Типы газовых реле и схемы газовой защиты на трансформаторах 10 кВ.

На трансформаторах могут быть установлены следующие типы газовых реле: поплавковые типа ПГЗ-22 (выпуск их прекращен в середине 60-х годов), чашечковые тина РГЧЗ-66 (вы­пускались с 1966 по 1978 гг.) и реле Бухгольца типа BF-80/Q.

Все газовые реле должны иметь два элемента и обеспечивать замыкание двух независимых электри­ческих цепей: сигнальной и отключающей. В схеме газовой защиты должна быть предусмотрена возмож­ность перевода действия отключающего элемента на сигнал.

Источниками оперативного тока для газовой за­щиты могут служить аккумуляторные батареи, блоки питания, предварительно заряженные конденсаторы и трансформатор собственных нужд ТСН или трансформатор напряжения ТН. Последние используются в тех случаях, когда другие защиты трансформа­тора (токовая отсечка, дифференциальная и макси­мальная токовая)

Рис. 1. Двухпоплавкозый блок газового реле типа BF-80/Q (Бухгольца) имеют другой источник оператив­ного тока, например трансформаторы тока.

Реле Бухгольца.Газовое реле Бухгольца выпу­скается Магдебургским заводом электротехники и приборостроения (EGEM). В нашу страну поставляется с на­чала 70-х годов одна из модификаций реле Бухголь­ца: двухпоплавковое реле BF-80/Q (символ В указы­вает на наличие двух элементов (поплавков), F— на способ крепления — фланцем, Q — на квадратную форму фланца, цифра 80 — внутренний диаметр, в миллиметрах, трубопровода, в который врезается га­зовое реле).

Реле Бухгольца, в том числе BF-80/Q, состоит из металлического корпуса, крышки и встроенного бло­ка. Для осмотра встроенного блока в корпусе имеются застекленные отверстия с откидными крышками. Есть также пробный кран для отбора газа и контрольная клавиша для опробования действия реле путем ими­тации ухода масла из трансформатора.

Встроенный блок двухпоплавкового реле (рис. 1) состоит из двух элементов: верхнего (сигнального) и нижнего (отключающего). К верхнему поплавку 3сиг­нального элемента жестко прикреплен постоянный магнит 6.При уходе масла из корпуса реле верхний поплавок 3поворачивается в направлении, показан­ном стрелкой, магнит 6 приближается к магнито-управляемому контакту 5, что вызывает замыкание цепи сигнализации (два правых зажима 4).

Нижний (отключающий) элемент состоит из по­плавка 9,жестко прикрепленного к нему постоянного магнита 7, магнитоуправляемого контакта 5, а также напорного клапана (заслонки) /, который удержи­вается в исходном состоянии батареей постоянных магнитов 2.Зазор между магнитами и напорным кла­паном может изменяться в зависимости от того, при какой скорости потока масла (уставке) должно сра­батывать реле. Для газовой защиты трансформаторов 10 кВ используется наименьшая уставка 0,65 м/с.

При серьезном повреждении трансформатора, ко­торое сопровождается бурным газообразованием и ильным перетоком масла из бака в расширитель, поток масла входит в газовое реле и опрокидывает напорный клапан (заслонку) I(на рис. 1 направ­ление потока масла показано стрелкой). При этом поворачиваются нижний (отключающий) поплавок 9и жестко прикрепленный к нему постоянный магнит 7. После приближения магнита 7 к магнитоуправляе-мому контакту 8 замыкается цепь отключения газовой защиты (два левых зажима 4). При уходе масла из бака трансформатора и, сле­довательно, из газового реле, отключающий поплавок 9опускается, поворачиваясь таким образом, что по­стоянный магнит 7 приближается к магнитоуправляе-мому контакту8,в результате чего замыкается цепь отключения от газовой защиты.

Читайте также:  Часы из шпагата своими руками

Для проверки работы сигнального и отключаю­щего элементов на реле имеется контрольная кла­виша, закрытая колпачком. Должны быть приняты меры, чтобы исключить случайное нажатие этой клаиши на работающем трансформаторе.

Газовая защита трансформаторов является наиболее чувствительной и универсальной защитой от внутренних повреждений. Она устанавливается на трансформаторах с масляным охлаждением, имеющих расширитель для масла.

Этот вид защиты основан на том, что любые повреждения в трансформаторе, включая повышенный нагрев масла, приводят к химическому разложению трансформаторного масла, а также органических материалов изоляции обмотки, в результате чего внутри трансформатора происходит выделение газа. Этот газ воздействует на специальные приборы газовой защиты, которые подают сигнал предупреждения или производят отключение трансформатора.

Газовая защитареагирует на такие повреждения, как междувитковое замыкание в обмотках трансформатора, на которые дифференциальная и максимально-токовая защита не реагирует; так как в подобных случаях величина тока замыкания оказывается недостаточной для срабатывания защиты.

Характер повреждения в трансформаторе и размеры повреждения сказываются на интенсивности образования газа. Если повреждение развивается медленно, чему соответствует медленное газообразование, то защита дает предупреждающий сигнал, но отключение трансформатора не производит.

Интенсивное и даже бурное газообразование, свидетельствующее о коротком замыкании, создает в системе газовой защиты сигнал такой величины, который помимо предупреждения вызывает отключение неисправного трансформатора. Газовая защита трансформаторов вызывает предупреждающий сигнал и в том случае, когда понижается уровень масла в баке.

Газовая защита трансформаторов осуществляется при помощи специальных газовых реле, монтируемых в металлический кожух, врезанных в маслопровод между баком и расширителем.

Рис. 2. Газовое реле поплавкового типа: 1 – корпус, 2,5 – контакты, 3 – стержень, 4 – изоляция выводов, 6 – крышка, 7 – рамка, 8 – ось, 9 – верхний поплавок, 10 – нижний поплавок.

Нормально реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, указывающей количество скопившегося и реле газа. В верхней части реле имеются кран для выпуска газа и зажимы для подключения проводов к контактам, расположенным внутри реле.

Конструкция и установка наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рис 2. У газовых реле этого типа внутри кожуха на шарнирах укреплены два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры, а на них — ртутные контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле. Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты.

В нормальном состоянии, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом разомкнут. При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют реле и вытесняют масло. С понижением уровня масла поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, при этом происходит замыкание ртутных контактов и посылается предупреждающий сигнал.

При дальнейшем медленном газообразовании реле подействовать на отключение не может, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия, после чего газы будут проходить в расширитель.

Нижний поплавок, расположенный напротив отверстия маслопровода, является отключающим элементом. Если газообразование происходит бурно, то возникает сильный поток газов из трансформатора в расширитель через газовое реле, при этом нижний поплавок опрокидывается, замыкает ртутные контакты, что приводит в действие аппарат, отключающий трансформатор.

Так как при коротких замыканиях внутри бака трансформатора сразу возникает бурное газообразование, отключение трансформатора происходит быстро, через 0,1—0,3 с. Несколько позже, уже после отключения трансформатора срабатывает и сигнализация.

Для трансформаторов мощностью 6,3 тыс. кВА и выше установка газовой защиты обязательна. Для трансформаторов мощностью от 1000 до 4000 кВА она обязательна только при отсутствии дифференциальной или максимально-токовой защиты с выдержкой времени 0,5—1 с. Для трансформаторов мощностью 400 кВА и выше, устанавливаемых внутри цеха, газовая защита обязательна.

1. А.С. Дорофеюка : "Справочник по наладке электроустановок"

2. Э.С. Мусаэлян: "Справочник по наладке вторичных цепей электростанции и подстанций"

3. В.С. Попов: "Электротехнические измерения"

Силовые маслонаполненные трансформаторы, имеющие в своей конструкции расширительный бак, с мощностью от 630кВа, в обязательном порядке комплектуются газовой защитой. Газовое реле служит для защиты от всех видов внутренних повреждений, во время, которых происходит выделение горючего газа, стремительное протекание масла в расширительный бак и утечка масла из трансформатора наружу.

Газовое реле – типы, внутреннее устройство и конструкция

Существует три основные разновидности газового реле:

Самые распространенные – поплавковые газовые реле.

Корпус реле представляет собой литой сосуд из алюминиевого сплава или чугуна, покрытого защитным лакокрасочным материалом с двумя поплавками. Существуют также однопоплавковые реле с фланцевым или резьбовым соединением. Сосуд реле врезан в рассечку наклонного трубопровода, предназначенного для соединения трансформаторного и расширительного баков.

Рис №1. Газовое реле в конструкции трансформатора

Газовая защита трансформаторов, принцип действия

Работа поплавкового механизма строится на принципе гидромеханики. Два ртутных контакта реле закреплены на поплавках, они управляют цепями вспомогательного тока. На поплавке, расположенном сверху закреплены контакты, включенные в цепь сигнала. Нижние контакты, расположенные на нижнем, втором поплавке включены в цепь отключения трансформатора.

Рис№2. Газовое реле поплавкового типа

В том случае если в трансформаторе появились повреждения внутри корпуса, в результате которых образуются газы, как продукты разложения трансформаторного масла, они будут подниматься, к маслорасширителю и попадут в газовое реле.

В верхней части реле собираются газ или воздух, трансформаторное масло, заполняющее сосуд газового реле, будет вытесняться, происходит опускание верхнего поплавка, замкнутся контакты, срабатывающие «на сигнал». Включается звуковая сигнализация, на подстанции выпадает контрольный блинкер.

Читайте также:  Монтаж и пусконаладочные работы систем видеонаблюдения

Последующие за этим дальнейшее понижение уровня трансформаторного масла в баке вызывает опускание нижнего поплавка, происходит замыкание нижних контактов, срабатывающих на отключение трансформатора.

Рис №3. Принципиальная схема включения газового реле

Бурное газообразование вызывает течь масла из трансформаторного бака в расширитель, вследствие этого происходит поворачивание нижним поплавком – пластины, она опрокидывается, вызывая отключение трансформатора.

Срабатывание реле, происходит при скорости протекания масла по трубе — 50см/сек. Чувствительность реле на скорость протекания масла регулируется, для этого регулировочный грузик на градуированной пластине устанавливают на соответствующее значение. Реле регулируется на срабатывание, при любой скорости движения масла от 50 до 150см/сек.

Наблюдение за работой реле можно осуществить через смотровое окошко, на которое нанесена шкала уровня. В верхнем окне, видно, сколько вытеснено масла в см 3 , нижнее смотровое окно показывает уровень масла выше верхнего края выхода дроссельной шайбы в сантиметрах.

На корпусе реле, на его крышке и на дне, находятся два специальных краника, с помощью верхнего производят отбор и выпуск газа, через нижний выполняют отбор масла и опорожняют сосуд реле.

Газовое реле лопастного типа

Принцип действия газовой защиты, реле лопастного типа идентичен работе поплавкового реле, отличие заключается в том, что его главный элемент состоит из поплавка и лопасти, они соединены с ртутным контактом, срабатывающим на отключение.

Газовое реле чашечного типа

Реле чашечного типа относятся к более совершенным современным моделям, используемым в газовой защите трансформатора, вместо поплавка в корпусе расположена чашка, которая может вращаться вокруг своей оси. При понижении уровня масла в реле, происходит замыкание контакта, при ускоренном образовании газа, происходит поворот лопасти, контакты отключаются.

Достоинства

Газовая защита силовых трансформаторов имеет ряд достоинств – это:

  1. Простота конструкции.
  2. Высокая чувствительность к повреждениям, особенно внутри обмоток или к межвитковым замыканиям.
  3. Высокая степень повреждения характеризуется незначительным временем действия,
  4. Срабатывание реле «на сигнал» при слабом, или «на отключение» при интенсивном образовании газа.
  5. Газовая защита, единственная защита трансформатора, предохраняющая его от «пожара стали» магнитопровода, вследствие порчи изоляции между листами стали.

Недостатки газового реле

  1. Невозможность устройства срабатывать при внешних неисправностях трансформатора на его выводах и на участке между трансформатором и выключателем.
  2. После заливки масла или ремонта системы охлаждения трансформатора, внутрь газового реле может попасть воздух, или произойти ложное срабатывание, после которого необходимо проверять трансформатор на отсутствие дефектов.

Особенности эксплуатации газовой защиты трансформаторов

Обязательное требование после каждого срабатывания защиты, произвести осмотр трансформатора и проверить состояние реле. В первую очередь проверяется уровень масла в расширителе, смотрят, чтобы не было течи, проверяют целостность стеклянной мембраны, установленной на выхлопной трубе, в некоторых случаях мембрана изготавливается из маслостойкой резины.

Проверяется наличие или отсутствие газа, для этого служит смотровое окно в сосуде реле, определяют цвет и объем газа. Производят отбор пробы газа. Химический состав газа должен сказать о характере повреждения внутри корпуса, указывает место неисправности, в стали магнитопровода или вследствие разложения масла, количество газа помогает определиться со степенью и характером повреждения.

Например, наличие окиси и двуокиси водорода говорит о неисправности в изоляции. Цвет газа – серо-белый, значит, повреждена электротехническая бумага или маслобарьерная изоляция из пропитанного картона, желтый газ говорит о разрушении дерева, темный цвет о порче масла.

Испытание на горючесть газа происходит после взятия пробы газа для проведения химического анализа. Если газ горит, значит, ввод трансформатора в работу категорически запрещен.

При наличии в резервуаре реле воздуха (газ не горит), его выпускают через кран в корпусе реле, затем производят осмотр, при отсутствии выпавших блинкеров срабатывания защит, трансформатор включается вначале на холостой ход, затем, после соответствующей команды, ставится под нагрузку.

Для газовой защиты силовых трансформаторов от 330кВ, при наличии воздуха в реле, необходимо выявить причину появления воздуха. В противном случае существует вероятность, при вводе трансформатора может произойти перекрытие изоляционных промежутков.

Существует правило, которое говорит о том, что все трансформаторы с мощностью от 1 МВт должны быть оборудованы защитой. Для выполнения этой задачи была выбрана газовая защита трансформатора.

Защита трансформатора

Прямое предназначение защитного устройства для трансформатора высокой мощности – это сохранение его от внутренних повреждений. К таким внутренним угрозам относят следующие:

  1. Витковые замыкания в таких обмотках как ВН и НН.
  2. Пожар стали трансформатора.
  3. Утечка масла из бака трансформатора.

Принцип действия газовой защиты трансформатора основывается на том, что система контролирует разложение трансформаторного масла, которое происходит из-за воздействия очень высоких температур на газы. Повышение температуры – это локальная проблема, которая возникает из-за короткого замыкания обмотки описываемого устройства или же при возникновении пожара стали. При появлении данной проблемы, место, где произошел сбой, будет сильно нагреваться, из-за чего температура газов также будет расти.

Работа газовой защиты трансформатора

При слишком большой температуре в любом месте внутри трансформатора, масло будет газогенерировать. Газы, образовавшиеся в результате этого, будут стремиться попасть в расширительный бак устройства, а для того чтобы проникнуть туда, они будут проходить через корпус газового реле.

Именно через него и осуществляется газовая защита трансформатора. При слишком большом давлении газов в корпусе реле, уровень масла начнет неизбежно падать, что, в свою очередь, вызывает опрокидывание чашек. В этот момент газовое реле и срабатывает.

Читайте также:  Обработка вагонки в бане внутри

Газовое реле

Названный вид защиты в трансформаторе представлен механическим реле, которое дополняется двумя парами контактов. Стоит отметить, что интенсивность образования газов внутри трансформатора будет напрямую зависеть от степени, а также характера тех повреждений, которые вызвали это самое образование газов.

Именно благодаря этому есть возможность создать такую газовую защиту трансформатора, которая будет способна определять степень и характер повреждения и, в зависимости от полученных данных, посылать сигнал либо же сразу отключать агрегат. Основным элементом защиты в таких устройствах является газовое реле класса KSG. Его установка осуществляется в маслопроводе, который располагается между баком и расширителем.

Элементы газового реле

Повторимся, что газовая защита трансформатора осуществляется посредством реле. Другими словами принцип действия защиты основан на работе этого устройства. Одним из основополагающих элементов защиты выступают алюминиевые чашки плоскодонного типа, которые осуществляют вращательное движение в такт с контактами подвижного типа, вокруг оси чашки.

Данные провода могут замыкаться с недвижущимися в том случае, если чашки начнут опускаться. А во время правильного процесса эксплуатации (когда объем масла в кожухе реле находится на приемлемом уровне) эти основные элементы защиты удерживаются в определенном положении, при котором они не замыкают ни один из контактов.

При понижении уровня масла в кожухе чашки также начинают опускаться вместе с контактами, которые замыкаются с другими, неподвижными. Причем при небольших повреждениях будет опускаться лишь верхняя чашка, и замыкание ее контактов приведет к тому, что устройство газовой защиты трансформатора подаст лишь сигнал о поломке.

Если интенсивность газообразования высока, то поток масла и газа будут также воздействовать и на лопасть, которая при замыкании контактов вместе с опущенной чашкой вызовет отключение, работающего трансформатора.

При нормальной работе агрегата, скорость масла внутри имеет значения – 0,6/0,9/1,2 м/с. Данный показатель зависит от качества охлаждения объекта. При возникновении неполадки, скорость отклика газовой защиты трансформатора занимает от 0,05 с до 0,5 с. Можно добавить, что на территории Российской Федерации наибольше распространение получило газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками BF80/Q.

Действие газовой защиты трансформатора

Стоит сказать о том, что газовая защита получила широкое распространение за счет особой чувствительности данной системы – она отлично реагирует на любые внутренние повреждения, которые происходят в объекте.

При любой неполадке внутри агрегата будет образовываться либо электрическая дуга, либо нагрев деталей, и это будет приводить к сильному разложению масла и изоляционных материалов, что, в свою очередь, вызывает образование газов. Так как летучие газы намного легче масла, то они будут подниматься в расширительный бак, располагающийся на самом верху трансформатора. Если газообразование будет слишком интенсивным, то давление этого вещества начнет приводить в движение масло, которое начнет двигаться в сторону расширителя через кожух.

Из этого следует, что газовая защита трансформатора реагирует на интенсивное образование газов и движение масла внутри объекта, так как в сумме эти два действия сигналят о том, что возникла поломка внутри агрегата.

Силовые трансформаторы

В силовых трансформаторах кроме наличия газового реле, которое реагирует на газообразование и движение масла в сторону расширителя, присутствуют также реле струйного типа. Предназначение названных реле – защита контакторов маслонаполненных переключателей ответвлений трансформаторов от повреждений, которые могут возникать из-за слишком быстрого потока масла, следующего из бака контактора в расширитель.

Также стоит сказать о том, что газовая защита силовых трансформаторов срабатывает даже при самых незначительных повреждениях, то есть даже при малой интенсивности образования газов и при малой скорости движения масла. Кстати, электрическая защита струйного реле не способна уловить такие мелкие нарушения.

Особенности защиты

Важно заметить, что по своему принципу действия газовая защита многогранна. Она реагирует не только на образование газов, но и на наличие в трансформаторе атмосферного воздуха, на движение или толчки масла внутри кожуха, а также на механические повреждения, которые могут возникать из-за вибрации корпуса агрегата.

Для того чтобы избежать ложного срабатывания газовой защиты и ненужного отключения трансформатора, нижний поплавок газового реле чаще всего выставляют так, чтобы он реагировал на скорость движения масла в пределах от 50 до 160 см/с.

Преимущества защиты

Среди основных преимуществ газовой защиты трансформатора можно выделить следующие пункты:

  1. Простота устройства данной защиты, а также высокая чувствительность реле.
  2. Количество времени, которое необходимо защите для принятия решения, очень мало. Присутствует возможность выбора между сигналом и отключением, в зависимости от информации о повреждении внутри объекта.
  3. Именно газовая защита считается наиболее чувствительной при защите обмоток трансформатора, а также при замыкании его витков.

Кроме сказанного, можно добавить, что все трансформаторы, мощность которых 1 000 кВт и более, поставляются уже с наличием данного типа защиты. Однако есть небольшой минус, который заключается в том, что газовая защита никак не реагирует на повреждения выводов агрегата, а потому должна комплектоваться второй защитой от внутренних неполадок. К примеру, в трансформаторах малой мощности, такой системой защиты стали МТЗ и токовые отсечки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector