Газовые реле для защиты трансформаторов

Защита трансформатора — одна из важнейших задач систем автоматики на подстанциях. Его выход из строя способен привести к чрезвычайным происшествиям и значительным материальным потерям, ведь к нему подключены разнообразные потребители. Причем по нормативным документам для большинства трансформаторов на подстанциях мощностью от 400 кВА и выше обязательна газовая защита, как наиболее эффективная и универсальная в настоящий момент. Для выполнения данного требования используют газовые реле, особенности которых мы рассмотрим ниже.

Принцип действия газового реле для защиты трансформатора основан на контроле давления газа. Реле помещают в специальный металлический кожух и врезают в маслопровод трансформатора между баком и расширителем. В случае резкого повышения температуры, которое может возникнуть по разным причинам (например, из-за короткого замыкания в обмотках трансформатора или возникновения «пожара стали»), начинает разлагаться трансформаторное масло либо нагреваются органические элементы обмотки, отчего внутри трансформатора образуется газ.

Разогретые газы стремятся попасть в расширитель устройства, проходя через корпус реле. Если нагрев слабый, то давление газа будет нарастать постепенно и реле даст предупреждающий сигнал, не отключая трансформатора. Но при большом давлении газа, которое свидетельствует о сильном разогреве, что, как правило, бывает связано с КЗ, реле отключает трансформатор.

Необходимо отметить, что газовое реле для защиты трансформатора способно отреагировать не только на давление газа, образовавшегося в результате нагревания, но и на наличие в трансформаторе атмосферного воздуха, на движение или толчки масла внутри кожуха, а также на различные механические повреждения, которые могут возникать из-за вибрации в корпусе агрегата в процессе работы. Однако в современных газовых реле предусмотрены механизмы защиты от ложного срабатывания и отключения трансформатора. Газовые реле не зря широко применяются для защиты трансформаторов разной мощности. Можно выделить три их главных преимущества.

Первое — простота организации данного вида защиты. Второе — высокая чувствительность газовых реле. Они реагируют даже на междувитковое замыкание в обмотках трансформатора, что недоступно для дифференциальной и максимально-токовой защиты. И третье преимущество — относительно высокое быстродействие. Если происходит КЗ, газовое реле отключает трансформатор через считанные доли секунды. Вот почему применение газовых реле для защиты трансформаторов закреплено в нормативных актах.

Сегодня в стране известно несколько производителей, выпускающих газовые реле для защиты трансформаторов. Один из них — компания «ЕССО-Технолоджи», производящая газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 (рис. 1).

В середине 1990-х эти реле пришли на смену широко распространенным в Советском Союзе газовым реле Бухгольца, произведенным Магдебургским заводом электротехники и приборостроения (ГДР), и сегодня они распространены в России не меньше своих предшественников. Газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 с успехом используются для защиты маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов, имеющих расширитель, от повреждений внутри бака. Их проходные сечения имеют диаметр соответственно 50 и 80 мм и рассчитаны на скорость потока масла 0,65, 1,0 и 1,5 м/с.

Рис. 1. Реле РГТ-80

Одним из основных элементов таких реле являются блоки контактов регулирующих — БКР1 и БКР2. Блок БКР2 имеет два поплавка — верхний и нижний, на которых установлены постоянные магниты, управляющие герконами. Верхняя (сигнальная) контактная система реле срабатывает при понижении уровня масла в баке трансформатора на 100–250 см³.

Нижняя (отключающая) контактная система срабатывает раньше, чем уровень масла достигнет нижнего уровня входного отверстия фланца на корпусе реле. Как уже отмечалось, газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 прекрасно зарекомендовали себя в эксплуатации и хорошо известны нашим потребителям.

При этом не меньшими возможностями обладает и другая продукция для электрических сетей и защиты электрооборудования «ECCO-Технолоджи», которую мы кратко охарактеризуем ниже. Обзор продукции «ЕССО-Технолоджи» Компания представляет широкий ряд современной низковольтной и высоковольтной аппаратуры: КРУ 2-10, КМ-1Ф и КРУН, К-59, ТЭМП, реле РКТУ-01 и другое оборудование. Рассмотрим эти решения подробнее.

Микропроцессорный терминал управления и защиты присоединений ТЭМП служит для защиты воздушных и кабельных линий, секционных и вводных выключателей. Это устройство обладает богатыми возможностями и выполняет множество функций защиты, автоматики, управления, измерений, регистрации и сигнализации.

Газовое реле принцип действия

Газовая защита (ГЗ) осуществляется с помощью специальных газовых реле. Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. Реле заполнено маслом.

газовое реле трансформатор

Кожух имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены контакты для подключения кабеля.

Конструкции газовых реле различаются принципом исполнения реагирующих элементов в виде:

1. поплавка;
2. лопасти;
3. чашки.

Поплавковые реле газовое реле

У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводами с выводными зажимами на крышке реле. Ртутный контакт представляет собой стеклянную колбочку с впаянными в ее вертикальную часть двумя контактами. Колбочки содержат небольшое количество ртути, которая в определенном положении колбочки замыкает между собой контакты, чем создается цепь через реле. При скорости движении потоков газа и масла порядка 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути потока опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при КЗ (коротком замыкании) в трансформаторе сразу возникает бурное газообразование, ГЗ производит отключение с небольшим временем 0,1-0,3 сек. Отключающий элемент работает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

Рис. 9.4 Поплавковое газовое реле, принцип действия

Лопастное реле газовое реле

Принцип действия газовой защиты, реле лопастного типа похож работу реле поплавкового типа, различается в том, что его главный элемент состоит из поплавка и лопасти, они соединены с ртутным контактом, дающим команду на отключение.

Рис. 9.5 Лопастное газовое реле принцип работы

Чашечные реле

У чашечных реле вместо поплавков используется открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычно открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, при этом верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном состоянии пружинами.

Чашечное газовое реле

Наиболее известно и широко распространено газового реле типа РГЧЗ-66, выпускавшегося Запорожским трансформаторным заводом.

В настоящее время выпускаются газовые и струйные реле защиты трансформаторов типа РГТ50, РГТ80, РСТ25, разработанные ОРГРЭС и ВНИИР. Данные реле имеют преимущества перед старыми конструкциями.

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.

Устройство и эксплуатация газовой защиты трансформатора

Содержание Введение Назначение Устройство Принцип работы Неисправности Эксплуатация трансформатора Техника безопасности

Введение Газовая защита — вид релейной защиты, предназначенный для защиты от повреждений электрических аппаратов, располагающихся в заполненном маслом резервуаре. Газовая защита трансформаторов является наиболее чувствительной и универсальной защитой от внутренних повреждений. Она устанавливается на трансформаторах с масляным охлаждением, имеющих расширитель для масла.

назначение Газовая защита применяется для реагирования 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.

устройство Устройство газового реле Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные. Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод, между баком трансформатора и расширителем. 1 — верхний поплавок, 2 — нижний поплавок, 3 — магнитные трубки управления (герконы), 4 — магниты, 5 — подпорная задвижка, о — контакты сигнал — отключение, 7 — подпорная заслонка.

Принцип работы При нормальном состоянии работающего трансформатора оба поплавка 1 и 2 находятся в верхнем положении. Если возникает утечка масла из бака трансформатора, то уровень масла в реле соответственно понижается и верхний поплавок 1 опускается. Примерно на полпути движения поплавка магнит 4, механически связанный с поплавком, проходит магнитные трубки управления 3, вследствие чего включается сигнальная система. Если и дальше последует понижение уровня масла в реле, то срабатывает отключающая система нижнего поплавка и трансформатор отключается. Реле реагирует также и на газообразование. Газ, образующийся при аварии трансформатора, поднимается в верхнюю часть реле и, вытесняя масло, опускает верхний поплавок — подается сигнал. При бурном выделении газа поток газа попадает на подпорную задвижку 5, которая изменяет свое положение в направлении потока, заставляя срабатывать нижний магнит и отключая трансформатор. Устройство газового реле

Неисправности Неисправность Причина Метод устранения Низкий уровень масла в трансформаторе Обнаженная часть обмотки и активной стали сильно перегревается Убедившись в отсутствии течи масла из бака, необходимо долить масло до нормального уровня Газовая защита сработала на сигнал При заливке или очистке масла в трансформатор попал воздух Устранить внутренние повреждения трансформатора, сопровождаемые сильные газообразования Первичные напряжения трансформатора одинаковы Обрыв в первичной обмотке трансформатора Необходим ремонт обмоток Обрывы в обмотках трансформатора Плохо выполнена пайка обмотки Необходимо отремонтировать обмотку Пробой обмоток трансформатора и обрыв в них Понизился уровень масла Необходимо отремонтировать обмотку

Эксплуатация трансформатора Дежурный персонал должен производить периодический осмотр всех элементов газовой защиты и выполнять необходимые операции в цепях газовой защиты с помощью отключающих устройств. Во время осмотра необходимо проверять уровень масла в расширителе и температуру масла трансформатора. Осмотр газового реле должен производиться со стационарной лестницы или площадки с соблюдением техники безопасности для работ вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением. О замеченных неисправностях надо поставить в известность вышестоящий оперативный персонал. Если на работающем трансформаторе обнаружен закрытый кран (задвижка) между газовым реле и расширителем, то перед открытием крана необходимо кратковременно перевести отключающий элемент газового реле «На сигнал» во избежание отключения трансформатора от толчка масла.

Техника безопасности Во время работы запрещается переставлять или убирать плакаты и установленные временные ограждения, а также проникать на территорию огражденных участков. Не допускается выполнение какой-либо работы во время осмотра. Допуск к работе осуществляется допускающим — ответственным лицом из оперативного персонала. Перед допуском к работе ответственный руководитель и производитель работ вместе с допускающим проверяют выполнение технических мероприятий по подготовке рабочего места. К техническим мероприятиям относят отключение напряжения и принятие мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению коммутационной аппаратуры, вывешивание плакатов, которые подразделяются на: Запрещающие; Предупреждающие; Разрешающие; Напоминающие.

Газовая защита трансформаторов

Общий вид трансформатора

Принцип действия газового реле

В настоящее время самой распространенной защитой от внутренних повреждений трансформатора является газовая защита. При повреждениях трансформаторов внутри кожуха происходит разложение масла и выделение его летучих соединений. Масса газа намного легче массы масла и за счет этого газы подымаются в самую высокую часть трансформатора, что дает соприкосновение с атмосферой. При значительных повреждениях происходит интенсивное газообразование, газы создают высокое давление и происходит движение в сторону расширителя. Таким образом, образование газов в кожухе трансформаторов свидетельствует о повреждениях внутри трансформатора. Эти признаки и являются показательными для защиты при помощи газовых реле РЗТ. Реле РЗТ ставят в трубу, которая соединяет кожух и и расширитель трансформатора так, чтобы через него проходили газы и потоки масла. В трубе также установлена задвижка, позволяющая предотвратить поступления масла в бак, ограничивающая пожар в баке.

Установка газового реле на трансформаторе

1. газовое реле;
2. расширитель

Устройство газовых реле

Конструктивно реле РЗТ выполнено из чугунного кожуха, который имеет вид патрубка с фланцами, внутри которого расположены два поплавка. Контакты поплавков замыкаются ртутью при определенном положении. Кожух реле всегда заполнен маслом, т.к. находится ниже уровня масла в расширителе. Контакты поплавком разомкнуты и занимают верхнее положение.

Устройство и схема поплавкового газового реле

При незначительных повреждениях газ медленно и небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходит через реле, заполняя верхнюю часть кожуха и вытесняя масло. Далее, при понижении уровня масла опускается контакт и через некоторое время замыкается.

Если же повреждение значительное- то под действием давления, созданного бурно образующимися газами масло дает толчок нижнему поплавку.

Схема газовых реле

а – с лопастными элементами; б — чашкообразного; а:

1. лопасть;
2. рамка;
3. ось лопасти;
4. ось рамки;
5. стойка;
6. отверстие, измеряющее наклон лопасти;
7. штифт, фиксирующий положения лопасти;
8. сигнальный поплавок;
9. ртутные контакты;
10. коробка для выводов

Широкое распространение в последние годы получили газовые реле производства запорожского завода «Фаза». Это газовые и струйные реле РЗТ-25, РЗТ-50, РЗТ -80. Изделия обладают устойчивыми эксплуатационными характеристиками, что позволяет использовать их как в условиях севера так и тропиков.

Схема газового реле РЗТ-50

Реле защиты трансформатора РЗТ имеют сертификат соответствия на территории таможенного союза.

Основные защиты трансформатора

Любая релейная защита трансформатора направлена на срабатывание при повреждении или же ненормальном режиме работы этого устройства. Нужно отметить, что некоторые из них направлены на мгновенное отключение в случае аварии, а другие только подают предупреждающий сигнал персоналу. В свою очередь, персонал уже действует по инструкциям, которые разработаны непосредственно и индивидуально для каждой схемы снабжения и распределительной подстанции. Для того чтобы было видно какой тип аварии произошёл применяются параллельно и сигнальные реле (блинкер), которые должны быть подписаны в соответствии с правилами.

Для защиты трансформатора применяется целый комплекс мероприятий и электромеханических схем, вот основные из них:

1. Дифференциальная защита. Она предохраняет от повреждений и коротких замыканий как в обмотках, так и на наружных выводах. Действует только на отключение;
2. Газовая защита. Защищает от превышения давления внутри расширительного бачка вследствие выделения газов или же выброса масла, а также от снижения его уровня ниже определённого критического показания;
3. Тепловая защита. Она организована в основном на термосигнализаторах (ТС), которые подают сигнал на пульт персонала или же на включения вентиляторов охлаждения. Такой вид дополнительной защиты служит как предупреждающий при начальных стадиях аварийных ситуаций. При этом выбор самого ТС не важен, главное, выставить правильно диапазон, при котором должен подаваться сигнал. Максимально допустимый нагрев масла составляет 95 градусов;
4. Защита минимального напряжения. Предусматривает отключение при снижении входного уровня напряжения ниже допустимого. Зачастую имеет выдержку времени, которая даст возможность не реагировать на небольшие просадки;
5. От замыкания на землю. Выполняется путём установки трансформаторов тока в соединение корпуса и заземляющего контура;
6. Максимальная токовая (МТЗ) выполняет роль защитного механизма как при коротких замыканиях в цепи вторичного тока, так и при больших перегрузках.

Защита трансформатора дифференциальная

Это одна из самых быстродействующих и важных защит, которая необходима для надёжной эксплуатации следующих трансформаторов:

1. На понижающих одиночно работающих трансформаторах мощность которых выше чем 6300 кВА;
2. При параллельной работе данных устройств с мощностью 4000 кВА и выше. При этом таком подключении данная защита является гарантией не только быстродействия, но и селективного отключения только того устройства, которое повреждено, а не полного обесточивания питаемого электрооборудования повлекшее за собой потери в производстве продукции или в появлении бракованных изделий;
3. Если МТЗ трансформатора не даёт необходимой чувствительности и скорости отключения, и может срабатывать с выдержкой времени более одной секунды;
4. Если трансформаторы меньшей мощности, то применяется обычная токовая отсечка, подключенная к реле тока.

Принцип действия дифференциальной защиты основан на сравнении тока, а точнее, его величины. Сравнивание происходит в конце и в начале защищаемого участка. Участком в данном случае служит одна из понижающих обмоток. То есть один трансформатор тока устанавливается с высокой, а другой с низкой стороны.

На схеме видно подключение трансформаторов ТТ1 и ТТ2 соединенных последовательно. Т — это реле тока, которое остаётся в бездействии при нормальной работе, когда токи одинаковы, то есть их разность будет равна нулевому значению. Во время возникновения короткого замыкания в защищаемом участке цепи появится разность токов и реле втянется, тем самым отключив трансформатор от сети. Такой вид защиты будет срабатывать как при межвитковых, так и при межфазных замыканиях. Мгновенная работа такого защитного оборудования не требует выдержки времени, так как её быстрое срабатывание является её основным положительным фактором. Выбор вставки срабатывания реле Т должен выполнятся электротехническими лабораториями или же проектировщиками данного оборудования. Для каждого конкретного случая уровень тока втягивания реле можно изменять, чтобы не было ложных срабатываний.

Принцип действия газовой защиты трансформаторов

Газовая защита силовых трансформаторов основана на работе газового реле, которое и изображено на рисунке.

В специальном окошке при выделении газов можно увидеть пузырьки.

Реле представляет собой металлический сосуд, в котором расположены два специальных поплавка. Они врезаны в наклонный трубопровод. В свою очередь, данный трубопровод является связывающим звеном между охлаждающий корпусом имеющим радиатор и расширительным баком.

Если трансформатор находится в рабочем исправном состоянии газовое реле его наполнено трансформаторным маслом, а поплавки реле находятся в определённом нерабочем состоянии, так как внутри их масло. Поплавки непосредственно соединены с контактной группой, которая имеет аварийный и предупредительный сигнал. В нормальном состоянии контакты находятся в разомкнутом положении. При нагреве масла в случае ненормального процесса в работе из него выделяется газ, который по закону физики легче, естественно, подымается вверх. На пути газов находится газовое реле и его поплавки, которое при накоплении определённого количества поднимающего его газа начинает движение, чем и размыкает первую ступеньку. При более бурном развитии событий и второй поплавок приводится в движение и замыкает уже вторую ступень которая приводит к отключению. Взятие пробы масла и его проверка, а также химический анализ позволяет определить суть повреждения.

Из практики же не каждое срабатывание газового реле приводит к взятию проб и анализу масла, иногда при заливке может попасть в систему воздух которой во время эксплуатации будет подниматься и сможет стать причиной срабатывания данной защиты. Для этого нужно всего лишь открыть специальный краник (вентиль), находящийся на корпусе реле и выпустить воздух. Эта процедура выполняется при первом срабатывании предупредительного поплавка.

Выбор самого реле основывается на конструкции трансформатора и его габаритах. Очень часто применяются несколько типов данного устройства РГЧЗ-66, ПГ-22, BF-50, BF-80, РЗТ-50, РЗТ-80. Все они имеют смотровое окошко и герметичный корпус.

Газовая защита трансформатора и принцип действия, работы в принципе несложны стоит только один раз разобраться в них.

Максимальная токовая защита трансформатора

Основную роль отключающего устройства при повышении критического уровня тока, для трансформаторов не масляных и обладающих малой мощностью, служит предохранитель. Такой элемент защиты даёт возможность персоналу, не понимающему причины отключения, повторно произвести включение, которое может принести вред оборудованию или пожар. Предохранителями оборудованы также измерительные трансформаторы напряжения, которые расположены на подстанциях в ячейках КРУ, в таких же, как и масляные выключатели. Они предназначены для измерения напряжения в сети 6000 кВ и выше, а также для цепей защиты от повышенного или пониженного напряжения.

Для трансформаторов выбор предохранителей осуществляется из такого соотношения

Iвс — ток плавкой вставки предохранителя;

Iн. тр. — номинальный ток первичной обмотки трансформатора, в цепь которого он и устанавливается.

Предохранитель — самый простой способ защитить трансформатор от превышения тока.

Ток срабатывания максимальной защиты при установке её с низшей стороны, выбирается в соответствии с величиной нагрузки, на которую рассчитан трансформатор. Конечно же, выбирая релейную защиту данного устройства, стоит учесть также пусковые кратковременные токи, которые возникают при запусках электрических вращающихся машин. Работа таких защит основана на трансформаторах тока, вот парочка самых распространённых схем подключения.

Здесь имеется два уровня (степени) отключения, один может быть отключением от перегрузов, а другой уже срабатывает как максимальная токовая отсечка, при значительном повышении тока в контролируемых цепях, в том числе и при К.З. Цифрой 6 обозначены измерительные приборы.

Ниже представлена более усовершенствованная и развёрнутая схема уже непосредственно с подключением реле в цепи катушек маслинных выключателей.

Чувствительность защитных конструкций

Все типы дифзащиты быстродействующие. И они не работают при наличии внешних КЗ, поэтому необходимо выбирать электромагнитные реле, учитывая максимально возможный ток небаланса в системе при наличии внешнего короткого замыкания. Стоит обратить внимание на то, что у защиты такого типа получается крайне низкая чувствительность. Чтобы ее повысить, необходимо соблюсти множество условий. Во-первых, нужно применять трансформаторы тока, у которых не происходит насыщения магнитопроводов в момент, когда по первичной цепи протекает ток (независимо от его значения). Во-вторых, желательно использовать электроприборы быстронасыщающегося типа. Их нужно подключать к вторичным обмоткам элементов, защита которых производится. Электромагнитное реле подключается к быстронасыщающемуся трансформатору (дифференциальная токовая защита становится максимально надежной) параллельно его вторичной обмотке. Именно так работает дифференциальная защита генератора или трансформатора.