Газовая защита.

Принципы действия и устройство газового реле. Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждение трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождается электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рис.14 и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющим место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под
влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющих кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждения в транс форматоре. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора (для ограничения пожара в баке).

Конструкции газовых реле имеются три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рис.14 реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 26, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные кол бочки с впаянными в них контактами и ртутью внутри. При определенном положении поплавков ртуть замыкает контакты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха выполнены с помощью гибких и изолированных проводников. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение трансформатора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. По плавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчком нижсылая импульс на отключение. Поскольку в схемах управления выключателями предусмотрено удерживание отключающих сигналов, даже кратковременного замыкания кон тактов газового реле оказывается достаточно для надежного отключения выключателя. Однако для обеспечения надежного пуска УРОВ предусмотрено самоудерживание выходных промежуточных реле (рис.15).

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор.

Газовая защита реагирует так же на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, выключая трансформатор.

Лопастные реле (рис16,а). сигнальный элемент этого реле вы полнен в виде поплавка, как и у реле на рис.14. Нижний отключающий элемент выполняется в виде поворотной лопасти. При движении масла или потока газов лопасть поворачивается на некоторый угол под воздействием силы, создаваемой движущимся потоком; при этом связанные с лопастью ртутные контакты 9 замыкаются, подавая импульс на отключение. Изменяя начальный угол наклона лопасти 1, можно регулировать чувствительность реле, т.е. изменять скорость движения масла, при которой срабатывает лопасть реле. Нижний поплавок закрыт от воздействия движущегося масла и газа лопастью и предназначен для работы при снижении уровня масла В конструкции на риc16,а нижнего поплавка нет. В этом реле на положение уровня масла реагирует только сигнальный элемент. При таком исполнении исключается ложное действие отключающегося элемента реле из-за нарушения герметичности поплавка и попадания в него масла, но при этом ухудшаются защитные свойства реле.

Реле с чашкообразными элементами. Сигнальный и отключающий элементы реле представляют собой открытые плоскодонные алюминиевые чашки 1 и 2 (рис16 б). Каждая чашка закреплена на оси 3 и может вращаться вокруг нее. С корпусом чашки связаны подвижные контакты 5 на нижнем и 4 на верхнем элементе. При опускании чашки подвижные контакты замыкаются с неподвижными 7 или 6. Движение чашек на замыкание контактов противодействуют пружины 8 и 9, тянущие чашки вверх. Для ограничения движения чашек под действием пружины предусмотрены упоры 10 и 11. На нижней чашке 2 имеется лопасть 12, вращающаяся на оси. Если в кожухе реле и в чашках нет масла, то момент пружины Мл преодолевает рабочий момент Мраб, создаваемый весом корпуса чашки. В этом случае Мп > Мраб, и контакты обоих элементов разомкнуты. Если кожух реле, а следовательно, и чашки заполнены маслом, то за счет потери веса тела, погруженного в жидкость, Мраб уменьшается, и момент пружин Мл ще более превосходит Мраб. При понижении уровня масла момент Мраб увеличивается за счет веса находящегося в чашке масла, суммарная сила веса чашки и масла Fч + Fм преодолевает противодействие пружины (Мраб > Мп) ,чашка опускается и замыкает свои контакты. При бурном газообразовании под действием силы, созданной потоком масла или газов, лопасть 12 поворачивается и замыкает контакты 4-7.

Запорожский трансформаторный завод выпускал реле с чашечковыми элементами типа РГЧЗ - 66. Чувствительность нижнего элемента (лопасти) регулируется в пределах от 0.6 до 1,2 м/с. время действия реле при работе лопасти колеблется от 0,5 до 0,05.

Большое распространение в последние годы получили газовые реле, изготовленные в Германии: реле Бухгольца (типа ВЕ – 80Q) и струйные реле (типа URF 25/10).

Реле ВР80/Q, (рис 17) имеет сигнальный и два отключающий элемента. Сигнальный элемент управляется шарообразным пластмассовым поплавком 1. Отключающий элемент, кроме того же поплавка 3, содержит пластину 2, установленную поперек потока масла и маслогазовой смеси. Контактная система сигнального и отключающего элементов выполнена при помощи магнитоуправляемых герконов, замыкание которых происходит при воздействии на них постоянных магнитов, перемещаемых поплавками и поворотной пластиной. В отключающем элементе постоянный магнит можно установить в одном из трех положений, соответствующих уставкам скорости срабатывания 0,65 - 1 - 1,5 м/с. Время срабатывания реле зависит от кратности действия скорости потока масла по отношению к уставке. При кратности 1,25 время срабатывания не превышает 0,15 с; при кратности 1,5-не более 0,1 с.

На трансформаторе с регулированием под нагрузкой коэффициента трансформации (РНП) для защиты устройства РПН от повреждений внутри его бака применяется газовое реле типа URF 25/10, называемое струйным. Эти реле имеют один отличающий элемент, реагирующим органом которого является поворотная пластина, установленная поперек потока маслагазовой смеси, как и реле типа ВР80/Q; поворотная пластина при срабатывании реле перемещает постоянный магнит, который переключает геркон. При срабатывании реле поворотная пластина фиксируется в сработанном положении до возврата в ручную, для чего предусмотрено устройство, которое служит также для опробования работоспособности реле.

Особенности газовой защиты. по своему принципу действия газовая защита может работать не только при повреждениях и опасных ненормальных режимах, но при появлении в кожухе трансформатора воздуха, при толчках (движениях) масла, вызванных любой причиной, и механических сотрясениях, имеющих место вследствие вибрации корпуса трансформатора.

Для предупреждения неправильного отключения трансформатора отключающая цепь защиты при доливке масла переводится на сигнал.

Для предотвращения ложного срабатывания нижнего поплавка газового реле от толчков масла принято регулировать его на скорость движения масла 50-160 см/м.

Требования к монтажу защит. На трансформаторах, снабженных газовым реле, бак (кожух) трансформатора должен устанавливаться наклонно, чтобы край трансформатора, связанный с расширителем, и сама труба к расширителю имели подъем на 1,5-2%.

Этим обеспечивается беспрепятственных проход газов в расширитель при повреждениях и предотвращается возможность скопления пузырьков воздуха под крышкой кожуха трансформатора, которое может повлечь за собой ложное действие зажиты.

На открытых ПС следует обеспечить надежную защиту выводов на крышке газовых ре­ле от попадания на них влаги. Выводы от контактов газового реле можно выполнять только кабелем с бумажной изоляцией.

Оценка газовой защиты. Основными достоинствами газовой защиты являются: просто­та ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных по­вреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров поврежде­ния. Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от по­вреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях. Все маслянные трансфор­маторы мощностью 1000 кВА и выше поставляются вместе с газовой защитой.

Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощных трансфор­маторов применяется более совершенная дифференциальная РЗ.

Газовая защита применяется также на маслонаполненных реакторах и дугогасящих ка­тушках.