Принцип работы газовой защиты трансформатора

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.

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.

Читайте также:  Почему собака рычит в пустоту

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.

Газовая защита — вид релейной защиты, предназначенный для защиты от повреждений электрических аппаратов, располагающихся в заполненном маслом резервуаре.

Содержание

Применение [ править | править код ]

Некоторые мощные электрические аппараты в процессе эксплуатации выделяют значительное количество тепла, в результате чего воздушное охлаждение таких устройств оказывается недостаточно эффективным. В этих случаях для охлаждения эти аппараты (к ним могут относиться трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое естественным или принудительным образом охлаждает эти устройства. Кроме того, масло дополнительно служит для повышения уровня изоляции обмоток трансформаторов.

Использование масла решает проблему охлаждения, однако создаёт новую проблему, связанную с повышенной опасностью эксплуатации электрического аппарата. В случае повреждения токоведущих частей (например, при коротком замыкании между обмотками трансформатора), масло начинает нагреваться, происходит усиленное газообразование, резко поднимается давление масла в баке, что может привести к взрыву, сопровождающемуся пожаром. Для предупреждения таких повреждений применяется газовая защита.

Читайте также:  Рисуем миньона поэтапно карандашом

Согласно ПУЭ газовая защита устанавливается в обязательном порядке на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более, шунтирующих реакторах на напряжении 500кВ, трансформаторах мощностью 630 кВА, если они располагаются внутри помещений.

Газовая защита может использоваться для включения системы пожаротушения трансформатора.

Принцип действия газовой защиты [ править | править код ]

Расширитель масляного бака [ править | править код ]

Так как трансформаторное масло, использующееся для изоляции и охлаждения, имеет высокий коэффициент температурного расширения, а температура масла в процессе эксплуатации аппарата может изменяться в широких пределах (-45 °С…+95 °С), объём масла в баке также изменяется. Для компенсации изменения объёма масла служит расширительный бак — резервуар, соединенный с баком трубопроводом и частично заполненный маслом. Объём расширителя выбран таким образом, чтобы во всем диапазоне изменения температур уровень масла в расширителе находился в допустимых пределах. Расширитель оборудуется индикатором уровня масла, воздухоосушителем для поступающего воздуха, трубопроводом для доливки в бак масла.

Газовое реле [ править | править код ]

В рассечку маслопровода, соединяющего бак и расширитель, устанавливается газовое реле (например, ранее выпускавшиеся типа РГЧЗ-66, ПГ-22, немецкого производства BF-50,BF-80 (реле Бухгольца), или отечественные РЗТ-50, РЗТ-80). Газовое реле имеет герметичный корпус со смотровыми окошками. Сверху на корпусе реле имеется специальный вентиль, предназначенный для выпуска воздуха и отбора проб газа. Газовое реле имеет два поплавковых элемента, действующих при срабатывании на замыкание механически связанных с ними контактов и реагирующих на снижение уровня масла в реле, а также струйный элемент (подвешенная на пути масла пластинка с калиброванным отверстием), срабатывающим при интенсивном движении потока масла из бака в расширитель. В нормальном режиме корпус газового реле заполнен маслом, и контакты, связанные с его поплавковыми и струйным элементами, разомкнуты.

Работа газовой защиты [ править | править код ]

При внутреннем повреждении в баке защищаемого аппарата — горение электрической дуги или перегрев внутренних элементов — трансформаторное масло разлагается с выделением горючего газа, содержащего до 70 % водорода. Выделяющийся газ поднимается к крышке, и так как аппарат устанавливается с наклоном 1-2 % в сторону расширителя, движется в расширитель. Проходя через газовое реле, газ вытесняет из него масло. При незначительном выделении газа или снижении уровня масла в расширителе до уровня верхнего поплавкового элемента газового реле, он срабатывает, и замыкаются контакты, действующие на сигнал (1-я ступень газовой защиты). При значительном выделении газа срабатывает нижний поплавковый элемент газового реле и замыкаются контакты, действующие на отключение (2-я ступень газовой защиты). При интенсивном движении потока масла из бака в расширитель срабатывает струйный элемент газового реле, действующий на отключение, аналогично нижнему поплавковому элементу. Реле ПГ-22 имеет поплавковые сигнальные элементы, реле РГЗЧ-66 — чашечные. Для газовой защиты регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой (РПН) используются струйные реле (например, типа РЗТ-25, RT-25, RS-1000), не имеющие поплавковых элементов и реагирующие только на интенсивное движение потока масла из бака РПН в расширитель. Струйное реле не имеет вентиля для спуска воздуха, и его корпус может быть не полностью заполнен маслом. У некоторых типов струйных реле при срабатывании в смотровом окошке появляется сигнальный флажок. Струйное реле может сработать при доливке масла в бак РПН снизу. После срабатывания струйного реле его контакты остаются замкнутыми, и для возврата реле в исходное положение необходимо нажать кнопку «Возврат». Срабатывание газового реле по скорости потока для струйного газового реле может выбрано установкой лопасти из комплекта.

Особенности газовой защиты [ править | править код ]

Газовая защита маслонаполненных аппаратов имеет абсолютную селективность и срабатывает только при повреждениях внутри бака защищаемого объекта. Защита реагирует на повреждения, сопровождающиеся выделением газа, выбросом масла из бака в расширитель или аварийным понижением уровня масла. Газовая защита — одна из немногих, после которых не допускается действие АПВ (автоматическое повторное включение), так как в большинстве случаев отключаемые ей повреждения оказываются устойчивыми.

Читайте также:  Led лампа это светодиодная

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 защита реагирует 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. 1. 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 1. 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.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *