Газове реле - Захисні пристрої трансформаторів
Масляні трансформатори з розширювачами потужністю 1000 кВ-А і більше забезпечуються газовими реле для захисту від усіх видів внутрішніх пошкоджень, що супроводжуються виділенням газу та прискореним перетіканням масла з бака трансформатора в розширювач, а також від витоку масла з трансформатора та попадання повітря в бак (ГОСТ 11677 -75). На вимогу замовника трансформатори потужністю 400 і 630 кВ-А, призначені для живлення власних потреб станцій та підстанцій або для встановлення всередині промислових чи громадських будівель, також мають забезпечуватись газовими реле. Реле призначене для встановлення в маслопровід з умовним проходом 50 і 80 мм, що з'єднує бак трансформатора з розширювачем, і може надійно працювати при температурі навколишнього повітря від -45 до +40°С. а)Принцип дії реле. При внутрішніх пошкодженнях трансформатора (витковому замиканні в обмотках, електричному пробою ізоляції, «пожежі в сталі» магнітопроводу тощо) відбувається розкладання олії, електроізоляційних матеріалів та виділяється газ. Газ піднімається у верхню частину бака і потрапляє у трубопровід, що з'єднує бак з розширювачем, у якому встановлено реле, а потім у верхню частину реле, яка дещо підноситься над трубопроводом. Газ, що накопичився, витісняє з верхньої частини реле масло. При цьому опускається верхній елемент реле (сигнальний) та замикаються контакти сигнального ланцюга. Це також має місце при попаданні в бак повітря або зниження рівня олії при витіканні його з бака. У разі подальшого розвитку аварії в баку підвищується тиск і масло з нього спрямовується в розширювач. Потік олії впливає на нижній елемент реле (відключає), який розташований на рівні трубопроводу. При цьому замикаються контакти ланцюга відключення трансформатора. Трансформатор відключається і в томуякщо рівень масла в реле знижується до рівня трубопроводу розширювача. Гідність газового захисту полягає в тому, що вона дає знати про розвиток аварії в її початковій стадії. При виткових замиканнях у більшості випадків газовий захист виявляється більш чутливим, ніж диференціальна струмова. Крім того, газовий захист практично єдиний, що реагує на пожежу в сталі магнітопроводу. Поряд з високою чутливістю до внутрішніх ушкоджень трансформатора реле має бути нечутливим до явищ, не пов'язаних з аваріями в баку, тобто не повинно мати «хибних» спрацьовувань. Наприклад, воно має реагувати на наскрізні КЗ. Контакти реле не повинні замикатися при струсах із прискоренням до 5g у діапазоні частот 20-100 Гц. б)Технічні дані реле. Верхній елемент (сигнальний) спрацьовує при скупченні під кришкою реле газу або повітря обсягом не менше 400 см3. Нижній елемент реле (відключає) забезпечує можливість налаштування на будь-яку з трьох (за бажанням споживача) фіксованих швидкостей (уставок) потоку масла у вхідному патрубку реле: 0,6; 0,9 та 1,2 м/с. Допустимий розкид швидкості потоку масла при спрацьовуванні реле на будь-якій із зазначених уставок знаходиться в межах ±15% уставки. Тривалість замкнутого стану контакту щонайменше 0,05 з.
Час спрацьовування реле нової конструкції не перевищує 0,1 с при швидкості потоку масла через реле, кратної 1,25 мінімальної (порогової) швидкості потоку спрацьовування реле на будь-якій уставці. Час спрацьовування реле існуючої конструкції вбирається у 0,2 з. Елементи реле не повинні спрацьовувати при швидкості зворотного перетікання масла з розширювача в бак менше 1,5 уставки. Елементи реле та весь його механізм мають самоповернення у вихідне положення після відновлення нормальноїроботи трансформатора. Контакти реле повинні витримувати не менше 1000 спрацьовувань на замикання та розмикання ланцюга постійного чи змінного струму до 0,2 А напругою 220 В без погіршення їх роботи. Електрично зв'язані розімкнені контакти відключаючого і сигнального елементів повинні витримувати випробувальну напругу 1000 В змінного струму частоти 50 Гц протягом 1 хв на повністю зібраному реле, заповненому трансформаторним маслом з температурою 20-30 ° С та електричною міцністю не більше 40 кВ.
- - Поплавок сигнального контакту;
- - Поплавець відключає контакту; 3 - ртутний скляний перемикач типу ГР; 4 - регулювальний вантаж; 5 - кільце.
Герметизовані контакти повинні витримувати випробувальну напругу 500 В. Ізоляція реле повинна протягом 1 хв витримувати без пробою або перекриття випробувальна напруга 2000 В змінного струму частоти 50 Гц, прикладена між будь-якими, електрично не пов'язаними струмоведучими частинами реле і між ними. При цьому висновки відключаючого та сигнального елементів повинні бути окремо замкнуті між собою. Зазначені технічні дані відповідають ГОСТ 10472-71. в)Конструкції реле. Першим реле вітчизняного виробництва вважається реле типу ПГ-22. Протягом тривалого часу конструкція реле трохи змінювалася. Застосовувалися реле типів ПГЗ-22, ПГ-54, РГЗ-61 та ін. Однак у всіх цих реле сигнальними та відключаючими елементами служили порожнисті металеві циліндричні поплавці із закріпленими на них ртутними контактами (рис. 1). Останнім часом основним було реле типу РГЧЗ-66 (рис. 2, а). У чавунному герметичному корпусі на рамі встановлені два елементи - сигнальний і вимикаючий. Кожен елементскладається з широкої плоскодонної чашки, яка може повертатися навколо осі 3. Усередині чашки вміщена ізоляційна стійка 1, на виступі якої закріплюється рухомий контакт 2.
На корпусі реле встановлена ізоляційна пластина 6, на якій змонтовані нерухомі контакти 4. Коли корпус реле заповнений маслом, чашки верхнього і нижнього елементів своїми незакріпленими кінцями за допомогою пружин 8 піднімаються кілька вгору (5-10°), при цьому контакти 2 і 4 розімкнуті. Коли рівень масла в реле знизиться, момент, що обертає, створюваний вагою масла в чашці, змусить її опуститися і надійно замкнути контакти 2 і 4. Нижній елемент, крім того, забезпечений органом, що сприймає енергію потоку масла з трансформатора в розширювач. У зв'язку з цим нижній елемент працює при виникненні динамічного напору струменя масла від трансформатора до розширювача, коли до лопатки 5 виявляється прикладеним момент, що обертає, який і викликає поворот стійки 7 і замикання контактів. При цьому чашка може залишитися нерухомою. У комплект поставки реле входять три лопатки 5 для налаштування на спрацьовування при швидкості олії, що дорівнює 0,6; 0,9 та 1,2 м/с. Виїмна частина реле суворо фіксована щодо його корпусу, а механізм реле виконується стійким до вібрації трансформатора. На кришці реле є стрілка,що вказує напрямок потоку масла через реле до розширювача. Висновки від контактів реле за допомогою проводів приєднуються до затискачів, розташованих у коробці затискачів 9. Затискачі допускають приєднання до них кабелю перетином до 4 мм 2 . Кабель виходить із коробки через сальник, що знаходиться в нижній частині коробки. Після приєднання кабелю до затискачів коробку щільно закривають кришкою. Затискачі реле мають цифрове позначення, виконане способом, що забезпечує їхню корозійну стійкість і довговічність. Затискачі відключаючого елемента маркують цифрами 1 і 2, а сигнального - 3 і 4. На бічній стінці корпусу реле є оглядове вікно, на склі якого нанесена шкала, що дозволяє визначити обсяг газу, що скупчився в реле. Оглядові вікна закривають знімними заслінками, що оберігають олію всередині корпусу реле від дії сонячної радіації. На кришці реле розташований кран взяття проби газу; кран відкривається вручну. Крім того, на кришці укріплена табличка, на якій вказано тип реле та товарний знак заводу-виробника. У дні корпусу знаходиться пробка для спуску олії з корпусу реле. Корпус реле і всі ущільнення повинні бути герметичними і витримувати надлишковий тиск масла при 70-90 ° С, що дорівнює 10 5 Па, протягом не менше 20 хв. Порожнисті елементи реле відчувають попередньо до складання надлишковим тиском олії при 70-90 ° С; вони повинні витримувати такі випробувальні тиски: поплавці з металу - 1,5 -10 5 Па протягом 24 год, поплавці з синтетичного матеріалу-10е Па протягом 24 год, герметизовані контакти - 4-10 5 Па протягом 72 год>Широко застосовуються газові реле, виготовлені у НДР (рис. 2,6). Вони складаються з корпусу, внутрішнього пристрою та кришки. Корпус та кришка виготовлені із сплаву легкого металу, стійкого проти атмосферних впливів. Дляконтролю роботи внутрішнього пристрою в корпусі є два оглядові стекла, закріплених за допомогою різьбового кільця з пластмаси. Верхнє скло має градуйовану шкалу. Для захисту від забруднення скла прикриті відкидними кришками. До кришки реле прикріплено внутрішній пристрій, пробний краник, контрольний клавіш, затискачі для підключення. При нормальному стані працюючого трансформатора обидва поплавці 1 і 2 знаходяться у верхньому положенні. Якщо виникає витік олії з бака трансформатора, рівень масла в реле відповідно знижується і верхній поплавок 1 опускається. Приблизно на півдорозі руху поплавця магніт 4, механічно пов'язаний з поплавком, проходить магнітні трубки 3 управління, внаслідок чого включається сигнальна система. Якщо і далі піде зниження рівня масла в реле, то спрацьовує відключаюча система нижнього поплавця і трансформатор відключається. Реле реагує також і на газоутворення. Газ, що утворюється під час аварії трансформатора, піднімається у верхню частину реле і, витісняючи масло, опускає верхній поплавець — подається сигнал. При бурхливому виділенні газу потік газу потрапляє на підпірну засувку 5 яка змінює своє положення в напрямку потоку, змушуючи спрацьовувати нижній магніт і відключаючи трансформатор. г) Випробування реле. Кожне газове реле, що випускається заводом-виробником, піддається приймально-здавальним випробуванням у наступному обсязі: на герметичність; на електричну міцність ізоляції; перевірка спрацьовування сигнального та відключаючого елементів при зниженні рівня олії; перевірка роботи реле при протіканні олії через корпус; вимір часу спрацьовування; на динамічну міцність у потоці олії. Періодичні випробування реле проводять 1 раз на 3 роки. При цьому крім приймально-здавальних додатково проводятьнаступні випробування: при зворотному потоці олії; на комутаційну здатність; на електричну зносостійкість контактів при багаторазовому спрацьовуванні; на стійкість до струсу; на вібростійкість (ГОСТ 10472-71). д) Встановлення реле на трансформаторі. Для того, щоб газове реле спрацьовувало своєчасно, потрібно, щоб по можливості весь газ, що виділяється при пошкодженні в активній частині трансформатора, потрапляв у корпус реле. Для цього трансформатор встановлюють на фундаменті так, щоб один край (з боку газового реле) був піднятий на кут 1-1,5 °. Таким чином, виходить, що маслопровід, що з'єднує розширювач з баком, приєднаний до кришки бака в її точці. Крім того, маслопровід разом з реле також має нахил на кут 2-4 ° до горизонталі. Щоб газ, що піднімається під кришку трансформатора, не йшов у вихлопну трубу, адаптери вводів тощо, у люків цих пристроїв роблять бортики, що перегороджують шлях газу в ці пристрої. Газове реле встановлюють у розсічку маслопроводу, що з'єднує розширювач з баком, і закріплюють на фланцях маслопроводу болтами. Ущільнення між фланцями служить гумова шайба. Установку реле роблять так, щоб вістря стрілки на кришці реле було направлено у бік розширювача. Після заливки маслом та випуску повітря з верхнього крана реле обидва елементи повинні бути у крайньому верхньому положенні та їх контакти при цьому мають бути розімкнені. Для правильної роботи реле всі порожнини, в яких над олією знаходиться повітря (наприклад, надмасляний простір вихлопної труби), повинні бути з'єднані з надмасляним простором розширювача.