Диферренційний захист трасформатора (автотрасформатора) з використанням реле серії дзт–20

Диференційний захист трансформаторів з використанням реле серії ДЗТ–20 (модифікації ДЗТ-21, ДЗТ-23) застосовують для захисту потужних трансформаторів (автотрансформаторів), коли захисти, виконані з використанням реле серії РНТ чи ДЗТ-11 не забезпечують необхідної чутливості.

Живлення реле ДЗТ-21 може здійснюватись від кіл постійного оперативного струму 220 В або 110 В або від блоків живлення з випрямленим струмом напругою 110 В. Реле ДЗТ-23 може живитись лише від кіл оперативного струму напругою 220 В. Крім того, реле ДЗТ-23 має для кожної фази на виході герконове реле і ще одне спільне вихідне реле, якір якого притягується в разі спрацювання хоча б одного фазного реле. Реле ДЗТ-21 має лише одне вихідне реле.

Підвищення чутливості реле ДЗТ-20 забезпечується використанням нових принципів відлагодження від кидка струму намагнічування (відслідковування пауз з дуже малими значеннями фазного струму, що має місце в режимах увімкнення ненавантаженого трансформатора на номінальну напругу, відслідковування наявності другої гармоніки, що також має місце для вказаного режиму), а також застосування гальмування від струмів в плечах захисту під час зовнішніх к.з.. Це дало змогу зменшити уставку спрацювання за струмом до величини:

(8.32)

Схема під’єднання реле ДЗТ-20 для диференційного захисту автотрансформатора наведена на рис. 8.19. В схемі захисту трансформатора використовують проміжні вирівнювальні автотрансформатори струму TL1(АТ1), TL2(АТ2), TL3(АТ3), що дозволяє з мінімальним небалансом виконати вирівнювання вторинних струмів в плечах захисту. Проміжні трансформатори AT2, TA1, TA2 здійснюють гальмування від струмів плеч захисту, що дозволяє відлагодитись від хибного спрацювання під час зовнішніх к.з.

Розрахунок захисту, виконаного з використанням реле ДЗТ-20, зводиться до вибору відводів вирівнюючих автотрансформаторів TL1(АТ1), TL2(АТ2), TL3(АТ3) на рис. 8.19 (для випадку необхідності їх встановлення), вибору відводів трансреактора TAV, вибору відводів в трансформаторах гальмування TA1, TA2 та в додаткових приставках гальмування AT2 (якщо необхідно їх встановлювати).

Рис. 8.19. Схема під’єднання реле ДЗТ-20

Трансреактор TAV виконаний таким чином, що, підібравши необхідний відвід, можна автоматично вирівняти струми в плечах захисту від неточності вирівнювання струмів в плечах захисту трансформаторами струму, якщо значення цих струмів є в межах від 2,5 А до 5,0 А. Якщо струми в плечах захисту менші від 2,5 А, то для вирівнювання струмів в цих плечах захисту додатково встановлюють зовнішні підвищувальні автотрансформатори АТ-31. Якщо струми в плечах захисту більші від 5,0 А, то в цих плечах захисту встановлюють понижувальні автотрансформатори АТ-32. Встановлення додаткових зовнішніх автотрансформаторів дозволило забезпечити діапазон вирівнювання струмів в плечах захисту в межах від 0,34 А до 31,3 А.

Вирівнювання струмів в плечах захисту з допомогою автотрансформаторів здійснюється шляхом вибору певних відводів на автотрансформаторах після розрахунку їх коефіцієнтів трансформації.

Крім вибору витків автотрансформаторів АТ-31(АТ-32) у випадку необхідності їх встановлення та відгалужень трансреактора TAV, здійснюється розрахунок характеристики гальмування реле, рис. 8.20.

Рис. 8.20. Характеристики гальмування реле:

1 – I_*c.р.=0,7, I_{*гальм.поч.}=0,6, k_гальм.=0,9;

2 – I_*c.р.=0,3, I_{*гальм.поч.}=1, k_гальм.=0,9;

3 – I_*c.р.=0,3, I_{*гальм.поч.}=1, k_гальм.=0,3

Характеристику гальмування будують в осях та , де – відносний струм спрацювання диференційного реле; – номінальний струм відгалуження первинної обмотки трансреактора TAV; ; – струм гальмування і-го плеча; – номінальний струм відгалуження первинної обмотки TA і - го плеча гальмування.

Характеристика гальмування має горизонтальну (незалежну) ділянку та ділянку з нахилом. Така форма характеристики покращує чутливість реле до к.з. в зоні захисту і забезпечує надійне відлагодження (неспрацювання) реле від зовнішніх к.з..

Для розрахунку характеристики гальмування реле визначають наступні величини:

 визначають мінімальний струм початку гальмування . Він дорівнює 1, якщо гальмування здійснюють від струмів всіх плеч захисту або 0,6 – якщо гальмування здійснюють не від усіх плеч. Оскільки реле ДЗТ-20 має високу чутливість, а регулювання коефіцієнта гальмування (коефіцієнт гальмування дорівнює тангесові кута нахилу характеристики гальмування реле на рис. 8.20) має невеликий діапазон (0,3  0,9), рекомендують здійснювати гальмування від струмів всіх плеч захисту. Це суттєво спрощує розрахунки захисту та підвищує надійність неспрацювання під час зовнішніх к.з.. Реле має два вбудованих трансформатори гальмування ТА-1, ТА-2. За необхідності можна використовувати додаткові приставки гальмування АТ2 (ПТ-1 на рис. 8.19). Як показав досвід експлуатації, можна використовувати додатково три приставки гальмування, від чого характеристики реле не погіршуються.

Алгоритм розрахунку диференційного захисту трансформатора з використанням реле серії ДЗТ-20

Розрахунок диференційного захисту трансформатора (автотрансформатора ) з використанням реле серії ДЗТ–20 здійснюють в наступному порядку:

1. Визначають первинні струми для всіх сторін трансформатора (автотрансформатора), що відповідають його номінальній (прохідній) потужності

,

(8.34)

2. Залежно від величини первинних струмів , визначених за (8.34), вибирають трансформатори струму в плечах захисту. Тут необхідно врахувати коефіцієнти схем, які визначаються з’єднанням трансформаторів струму:

а) для сторін трансформатора (автотрансформатора), де його обмотки з’єднані в трикутник, вибирають схему з’єднання вторинних обмоток трансформаторів струму в зірку, тоді коефіцієнт схеми . Для сторін, де обмотки трансформатора (автотрансформатора) з’єднані в зірку, вибирають схему з’єднанння вторинних обмоток трансформаторів струму в трикутник, тоді коефіцієнт схеми ;

б) для сторін трансформатора, де вторинні обмотки трансформаторів струму з’єднані в трикутник, номінальний первинний струм трансформатора струму повинен бути приблизно в 1,5  2 рази більшим від номінального фазного струму трансформатора, визначеного за (8.34). Це пояснюється тим, що вторинний струм, який протікає від трансформаторів струму до реле буде в більшим від його вторинного фазного струму.

На основі вибраних трансформаторів струму за відомими коефіцієнтами трансформації трансформаторів струму розраховуємо вторинні струми плечей захисту.

3. Задаємося основною стороною трансформатора. Як правило, за основну сторону вибирають сторону основного живлення.

4. Вибирають відгалуження трансреактора TAV (рис. 8.19).

В разі, коли вторинний струм плеча захисту знаходиться в межах 2,5  5 А, це плече захисту безпосередньо під’єднують до трансреактора TAV. Повинна дотримуватись умова

,

(8.35)

де – номінальний струм плеча захисту для основної сторони, визначений за (8.35); – номінальний струм відгалуження трансреактора TAV, вибирається з табл. 8.2.

Таблиця 8.2

Номінальні струми відгалужень трансреактора TAV

Номер відгалуження	1	2	3	4	5	6
	5	4,6	4,25	3,63	3,0	2,5

Для неосновних сторін вибір відгалуження трансреактора TAV здійснють для забезпечення наступної умови

,

(8.36)

де – номінальні вторинні струми неосновної та основної сторін трансформатора (автотрансформатора); – номінальний струм прийнятого відгалуження трансреактора TAV для основної сторони, розрахований за (8.35). З таблиці 8.2 для прийнятого вибирають номер відгалуження трансреактора TAV (перший рядок таблиці 8.2).

Якщо струми в плечах захисту менші від 2,5 А, то для вирівнювання струмів цих плеч захисту додатково встановлюють підвищувальні автотрансформатори АТ-31 (на рис. 8.19 це проміжні трансформатори TL1, TL2, TL3). Якщо струми в плечах захисту більші від 5,0 А, то в цих плечах захисту додатково встановлюють понижувальні автотрансформатори АТ-32.

Вирівнювання струмів в плечах захисту з допомогою автотрансформаторів здійснюють шляхом вибору певних відгалужень на автотрансформаторах після розрахунку їх коефіцієнтів трансформації.

Відгалуження автотрансформатора AT-31 наведені в додатку в табл. Д8.1.

Відгалуження автотрансформатора AT-32 наведені в додатку в табл. Д8.2.

5. Визначають сторони, на котрих використовується гальмування та приймають уставку початку гальмування , що дорівнює 0,6 або 1.

Для спрощення розрахунків та підвищення надійності неспрацювання захисту від зовнішніх к.з. та, враховуючи високу чутливість захисту з використанням реле ДЗТ-20, гальмування можна здійснювати від усіх плеч захисту.

Проте, для підвищення чутливості захисту дво- та триобмоткових трансформаторів під час живлення лише зі сторони високої напруги, за відсутності паралельної роботи на середній стороні, відсутності на підстанції потужних синхронних двигунів, можливо здійснювати гальмування лише з приймальних сторін трансформатора (для триобмоткового трансформатора (автотрансформатора) це сторони низької та середньої напруги).

Для випадку, коли гальмування здійснюють від усіх сторін захисту , а коли гальмування здійснюють не від усіх плечей захисту ‑ .

6. Здійснюють вибір відгалужень проміжних трансформаторів гальмування TA-1, TA-2 та приставки додаткового гальмування AT-2 (рис. 8.19).

Розрахунковий струм відгалуження проміжних трансформаторів струму TA-1, TA-2 та приставки додаткового гальмування визначають як

,

(8.37)

де – номінальний вторинний струм і-ої сторони трансформатора (автотрансформатора), розрахований за (8.34), – коефіцієнт трансформації вирівнювальних автотрансформаторів AT-31 (AT-32), який визначають як

,

(8.38)

де – номінальний первинний струм автотрансформатора AT-31 (AT-32); – номінальний струм трансреактора TAV, вибраний з табл. 8.2.

Для випадку відсутності на даній стороні автотрансформатора AT-31 (AT-32) .

За розрахунковим струмом , отриманим за (8.37), вибирають відгалуження проміжних трансформаторів ТА-1 (ТА-2) та приставки додаткового гальмування АТ-2. Вибирають ближче значення згідно табл. 8.3.

Таблиця 8.3.

Відгалуження проміжних трансформаторів струму TA-1, TA-2 та приставки додаткового гальмування AT-2

відгалуження TA-1, TA-2, AT-2	1	2	3	4
	5	3,75	3	2,5

7. Визначають розрахунковий струм небалансу в режимі зовнішнього к.з., що відповідає початку гальмування

(8.39)

де – коефіцієнт однотипності трансформаторів струму; – коефіцієнт, який враховує вплив аперіодичної складової; – допустима похибка трансформатора струму; – половина діапазону регулювання напруги пристроєм РНП; – струм відгалуження неосновної обмотки, розрахований згідно (8.37) та вибраний з табл. 8.3; – струм початку гальмування (для режиму зовнішнього к.з. із максимальним струмом замикання), що визначається в залежності від прийнятого в п. 5 з виразів:

для уставки
для уставки		(8.40)

де – розрахунковий та номінальний струми проміжних трансформаторів TA-1, TA-2 та приставки додаткового гальмування, розраховані в п. 6; – коефіцієнт струморозподілу, відповідно, для кожного плеча захисту. Коефіцієнти струморозподілу визначають як відношення струму відповідної сторони захисту до струму в точці зовнішнього к.з. Наприклад, для схеми рис. 8.21 , під час к.з. на стороні СН.

; ; .

Рис. 8.21. Визначення коефіцієнтів струморозподілу

Струми – приведені до однієї сторони трансформатора.

У формулі (8.40) коефіцієнти, що відповідають плечам захисту, від яких гальмування не відбувається, дорівнюють нулю.

8. Визначають первинний мінімальний струм спрацювання захисту за відсутності гальмування .

Мінімальний первинний струм спрацювання захисту вибирають більшим з двох умов:

(8.41)

де – струм небалансу в режимі зовнішнього к.з., розрахований згідно (8.39) для основної сторони (сторона основного живлення).

Визначаємо відносний мінімальний струм спрацювання захисту:

(8.42)

де – номінальний струм тієї обмотки трансформатора, для якої розрахований за (8.34) .

9. Розраховуємо коефіцієнт гальмування

(8.43)

де – катети трикутника рис. 8.20, відношення яких визначає , що чисельно дорівнює коефіцієнтові гальмування; – коефіцієнт відлагодження; – відносний максимальний розрахунковий вторинний струм небалансу, що підводиться до відгалуження трансреактора TAV в разі розрахункового зовнішнього металічного к.з., від якого захист повинен відлагоджуватись; – відносний струм спрацювання реле за відсутності гальмування, визначений в п. 8; – півсума відносних вторинних струмів, які підводяться до відгалужень проміжних трансформаторів струму TA-1, TA-2 та приставки додаткового гальмування для розрахункового зовнішнього к.з.; – відносний вторинний струм початку гальмування, розрахований за п. 5.

Максимальний розрахунковий вторинний струм небалансу визначають як:

(8.44)

де – величини, означені в (8.36), за винятком =2; – найбільший струм трифазного зовнішнього к.з., приведений до основної сторони.

Відносний максимальний розрахунковий вторинний струм небалансу визначають як:

(8.45)

де – максимальний розрахунковий струм небалансу, розрахований за (8.44); – номінальний первинний струм основної сторони трансформатора; – номінальний вторинний струм основної сторони, визначений за (8.34); – номінальний струм вибраного відгалуження трансреактора TAV, визначений за (8.35).

Півсуму відносних первинних струмів гальмування визначають як півсуму струмів, що протікають через обмотки гальмування всіх плеч захисту для розрахункового зовнішнього к.з.

,

(8.46)

де , ,... – відносні вторинні струми в обмотках гальмування всіх N сторін захисту, які розраховують за формуло:

,

(8.47)

де ; – номінальні та розрахункові струми відгалужень проміжних трансформаторів TA-1, TA-2, приставки додаткового гальмування, розраховані в п. 6.

Для розрахунку коефіцієнта гальмування за розрахунковий режим приймають такий режим, для якого буде максимальним. Він буде найбільший для значень максимального та мінімального .

10. Визначають відносний струм спрацювання відсічки

На реле можна виставити відносний струм спрацювання відсічки, що дорівнює 6 або 9. Визначають розрахункове значення струму спрцювання струмової відсічки

=1,5 – коефіцієнт відлагодження;

(8.48)

де – коефіцієнт аперіодичності, який приймають з врахуванням наступних особливостей:

в разі використання на різних сторонах однотипних трансформаторів (всіх вбудованих або всіх зовнішніх); для різнотипних трансформаторів струму. Менше значення вибирають в разі з’єднань трансформаторів струму на різних сторонах за однаковими схемами, наприклад, зірка/зірка. Для різних схем з’єднань (зірка/трикутник) приймають більші значення (2,5 або 3); – коефіцієнт однотипності; =10% – найбільша допустима похибка трансформаторів струму. Визначають дійсне значення струму спрацювання струмової відсічки

(8.49)

де – струм відгалуження основної сторони, приведений до первинного струму силового трансформатора (автотрансформатора); – номінальний вторинний струм відгалуження основної сторони, визначений за (8.25); – номінальний коефіцієнт трансформації трансформатора струму, встановленого на основній стороні; – коефіцієнт схеми.

Для випадку, коли , уставка (відносний струм спра­цювання) струмової відсічки дорівнює 6. Якщо , то відносний струм спрацювання струмової відсічки дорівнює 9.

Приклад П3. Розрахунок диференційного струмового захисту автотрансформатора з використанням реле типу ДЗТ-21

На підстанції встановлено два автотрансформатори АТДЦТН-125000 230/121/11 кВ, що працюють паралельно на сторонах 220 та 110 кВ. Автотрансформатор має вбудоване регулювання напруги без вимикання навантаження (РПН) на стороні середньої напруги у межах ±12 % від номінальної. Основне живлення зі сторони 220 кВ.

Для можливості регулювання напруги на стороні низької напруги встановлено лінійний регулювальний трансформатор 11±15 % кВ потужністю 40 МВА.

Розрахункова схема для прикладу, а також розрахункові схеми прямої (обепненої) та нульової послідовностей наведені на рис. 4. Приклад розрахований в іменованих одиницях. Опори, зведені до сторони вищої напруги, на розрахункових схемах вказані в Омах. Опори автотрансформатора розраховані для двох крайніх положень пристрою РПН.

Проводимо розрахунок згідно п. 110 попереднього розділу.

Розрахунки за п.п.16 зведені у таблицю П.3.1.

Таблиця 3

Розрахунок диференційного захисту автотрансформатора з використанням реле ДЗТ-20

Найменування величини		Позначення та метод визначення	Числове значення для сторони автотрансформатора
			220 кВ	110 кВ	10 кВ
1	Первинний струм на сторонах автотрансформатора (А)
	Коефіцієнт трансформації трансформаторів струму		750/5	1000/5	3000/5
2	Схема з’єднання трансформаторів струму	–	Д	Д	У
3	Вторинний струм у плечах захисту, що відповідає прохідній потужності автотрансформа–тора (А)
4	Номінальний струм прийнятого відгалуження трансреактора TAV для основної сторони (А)		3,63	–	-
5	Розрахунковий струм відгалуження автотрансформаторів струму AT в плечах захисту		–
6	Тип автотрансформаторів струму AT, які вмикають у плечі захисту	Згідно п.4 для А	–	АТ-32	АТ–32
7	Номінальний струм відгалуження автотрансформатора струму AT, до якого підводять вторинні струми у плечах захисту (А)	з табл. Д.1	–	5,15	10,62
8	Номер відгалуження автотрансформатора струму AT–32, до якого підводять вторинні струми в плечах захисту	З табл.Д.1	–	1–8	1–10
9	Номер відгалуження автотрансформатора струму, до якого під’єднують трансреактор TAV	З табл.Д.1	–	1–5	1–4
10	Номінальний струм відгалуження автотрансформатора струму AT–32, до якого під’єднують трансреактор TAV (А)	З табл.Д.1	–	2,5	2,5
11	Номінальний струм прийнятого відгалуження трансреактора TAV з неосновних сторін (А)	З табл.1	–	2,5	2,5
12	Номер відгалуження трансреактора TAV	З табл.1	4	6	6
13	Гальмування здійснюється від усіх сторін захисту (див. п.5)
14	Коефіцієнт трансформації вирівнювальних автотрансформаторів АТ-32		1	5,15/2,5=2,06	10,92/2,5= =4,368
15	Розрахунковий струм відгалужень проміжних трансформаторів струму кіл гальмування реле (А)		3,62	5,16/2,06=2,5	10,94/4,368= =2,505
16	Номінальний струм прийнятого відгалуження приставки гальмування та проміжних трансформаторів струму кіл гальмування реле (А)	з табл. 2	3,75	2,5	2,5
17	Номер відгалуження приставки гальмування та про­міжних трансформаторів струму кіл гальмування реле	з табл. 2	2	4	4

За (7) визначаємо в режимі зовнішнього к.з.розрахунковий струм небалансу, який відповідає початку гальмування:

де, – похибка трансформатора струму, для малих струмів (співрозмірних з номінальним струмом) похибку трансформаторів струму можна приймати 5%; – струм початку гальмування, який визначають, в залежності від прийнятого в п. 5 , з виразу (8):

для уставки

З умов (9) визначаємо первинний мінімальний струм спрацювання захисту за відсутності гальмування

Мінімальний первинний струм спрацювання захисту вибирають більшим з двох розрахованих значень

Визначаємо відносний, приведений до середньої сторони, мінімальний струм спрацювання захисту за (10)

Розраховуємо коефіцієнт гальмування за (11)

Для цього з виразу (12) визначаємо максимальний розрахунковий вторинний струм небалансу

де – максимальний струм трифазного зовнішнього к.з., приведений до основної сторони. Це струм трифазного к.з. на шинах 110 кВ (див. рис. 4г.); – коефіцієнт, який враховує аперіодичну складову перехідного режиму.

Відносний максимальний розрахунковий вторинний струм небалансу визначають за (13)

Визначаємо , ,... – відносні вторинні струми в обмотках гальмування всіх n плеч захисту для розрахункового зовнішнього к.з., які розраховують за (15). Від низької сторони струм відсутній, тому гальмування від цієї сторони не враховують.

Визначаємо півсуму струмів, які протікають через обмотки гальмування всіх плечей захисту для розрахункового зовнішнього к.з.

Далі розраховуємо коефіцієнт гальмування

Визначаємо струм спрацювання відсічки за (16)

Визначаємо величину струму відсічки за номінальним струмом відгалуження, приведеного до високої сторони автотрансформатора

Оскільки приймаємо уставку струмової відсічки 6.

Питання для самоконтролю

1. У яких випадках на трансформаторах встановлюють диференційні захисти?

2. Принцип дії диференційного захисту трансформатора.

3. Особливості виконання диференційного захисту трансформатора.

4. Яким чином на налаштування диференційного захисту впливає різнотипність трансформаторів струму, які утворюють плечі захисту?

5. Яким чином на налаштування диференційного захисту впливає група з’єднань обмоток трансформатора?

6. Як розподіляється струм нульової послідовності трансформатора під час зовнішніх к.з. на землю та які міри приймаються для того, щоб диференційний захист в цьому випадку хибно не спрацьовував?

7. Як впливає на налаштування диференційного захисту різні значення коефіцієнтів трансформації трансфоматорів струму плеч захисту?

8. З яких умов розраховується струм спрацювання диференційного захисту трансформатора?

9. Як перевіряється чутливість диференційного захисту трансформатора?

10. Принуцип роботи диференційного реле серії РНТ?

11. Яким чином в реле серії РНТ здійснюється зменшення впливу аперіодичної складової струму на роботу захисту?

12. Принцип роботи диференційного реле серії ДЗТ-11.

13. Особливості виконання диференційного захисту на реле серії ДЗТ-20.

14. Для чого використовуються зовнішні автотрансформатори в реле серії ДЗТ-20?

8.6. Газовий захист трансформатора

Газовий захист призначений для захисту трансформатора від пошкоджень в середині бака трансформатора та відсіку РПН. Захист застосовують лише для олійних трансформаторів.

Газовий захист працює у випадку пониження рівня олії в баку трансформатора, під час виткових замикань в обмотках, “пожежі” сталі магнітопроводу трансформатора, незначних пошкодженнях в елементах конструкції трансформатора, які знаходяться в баку. До таких пошкоджень, як правило, струмові захисти (диференційний захист, захист від надструмів зовнішніх к.з., захист від перевантажень) є нечутливими.

Згідно ПУЕ газовий захист встановлюють на трансформаторах потужністю 6,3 МВА та більше. Можливе також встановлення газового захисту на трансформаторах потужністю 1 – 4 МВА. Газовий захист встановлюється також на трасформаторах меншої потужності. Це внутрішньоцехові трансформатори потужністю 630 кВА та більше.

Газовий захист має два органи – сигнальний та вимикаючий.

Сигнальний орган газового захисту діє на сигнал у випадку пониження рівня олії в баку трансформатора та слабкому газоутворені. Вимикаючий орган газового захисту діє на вимкнення трансформатора від мережі у випадку подальшого пониження рівня олії, а також під час інтенсивного газовиділення. Допускається дія вимикаючого органу газового захисту на сигнал на трансформаторах, які працюють в сейсмічній зоні, а також на внутрішньоцехових трансформаторах потужністю до 2,5 МВА, у яких відсутні вимикачі на стороні високої напруги.

Основним елементом газового захисту є газове реле, яке встановлюється в патрубку, що з’єднує бак трансформатора з розширювальним бачком, рис. 33. Патрубок та верхня кришка бака трансформатора повинні монтуватись з нахилом в сторону місця встановлення газового реле для руху газів до газового реле.

Рис. 8.22. Розміщення газового реле на трансформаторі

Газові реле вперше почали застосовувати в 30-х роках. Це були реле поплавкового типу ПГ-22, ПГЗ-22 (рис. 8.23).

Основними елементами реле є два легкі металеві поплавки циліндричної форми 4. До поплавків жорстко закріплені скляні колби з впаяними в них контактами 6. Всередині колб знаходиться ртуть. Колби розміщені таким чином, що для верхнього положення поплавка ртуть знаходиться в одному кінці колби і охоплює лише один контакт, другий контакт знаходиться в повітрі. Після повороту поплавка вниз ртуть в колбі переміщається і замикає обидва контакти, тобто реле спрацьовує.

Якщо трансформатор справний, то корпус реле заповнений олією, поплавки підняті й контакти реле розімкнені (рис. 8.24а).

Рис. 8.23. Конструкція газового поплавкового реле

У разі пониження рівня олії в баку трансформатора верхній поплавок опускається і повертається разом з колбою, ртуть переміщається в колбі, замикає контакти (рис. 8.24в). Верхня пара контактів призначена для сигналізації оперативному персоналові про пониження рівня олії в баку трансформатора. Також верхня пара контактів замикається під час незначних пошкодженнях в баку трансформатора. Наприклад, незначне пошкодження ізоляції між сусідніми пластинами магнітопроводу трансформатора, яке викликає місцевий нагрів, від якого розкладається олія і, як наслідок, виділяються гази. Ці гази, попадаючи в корпус газового реле, поступово витісняючи олію, нагромаджуються у верхній частині реле. В результаті верхній поплавок опуститься і замкнуться контакти, які діють в колах попереджувальної сигналізації (рис. 8.24в).

Під час значних пошкоджень в баку трансформатора, наприклад, виткових замиканнях, олія в місці пошкодження нагрівається та бурхливо розкладається. В результаті потік розігрітої олії разом з продуктами розкладу буде проходити через реле в розширювальний бачок і викличе переміщення нижнього поплавка (рис. 8.24б). Ртуть замкне контакти в колбі, жорстко закріпленій до нижнього поплавка. Ці контакти діють на вихідні реле вимикання трансформатора від мережі зі всіх сторін.

Регулювання чутливості нижнього поплавка здійснюють за допомогою тягарця 5 (рис. 8.23), який може переміщатись вздовж металевої дуги, жорстко з’єднаної з нижнім поплавком. Таким чином реалізується зміна уставки в газовому реле поплавкового типу.

Як було сказано, від незначних пошкоджень в баку трансформатора у верхній частині корпуса газового реле збираються гази. Зразки цього газу через кран 9 (рис. 8.23), який знаходиться в кришці газового реле 2, відбирають для аналізу в хімічній лабораторії. За хімічним складом газу можна зробити висновок про характер пошкодження трансформатора. В принципі, попередній висновок можна зробити за кольором газу, запахом, його горючістю (табл. 8.3).

За час експлуатації поплавкових реле виявився ряд їх конструктивних недоліків, які приводили до хибної роботи реле. Наприклад, досить часто відбувалось порушення герметичності металевих поплавків. В результаті олія заповнювала поплавок, він повертався, ртуть замикала контакти, захист хибно спрацьовував. Тому в 50-х роках в Челябенерго були розроблені і впроваджені в експлуатацію реле серії РГЧ-61. З часом їх виробництво було освоєно на Запоріжському трансформаторному заводі і зараз в експлуатації застосовують газові реле серії РГЧЗ-66 чашкового типу.

Рис. 8.24. Принцип роботи газового реле

Таблиця 8.4.

Характер пошкодження трансформатора

№ п/п	Властивості газу	Можливі пошкодження
1	Газ без кольору, без запаху	В баку трансформатора є повітря
2	Газ білого кольору, з різким запахом, не горить	Пошкодження ізоляційних матеріалів обмотки трансформатора, наприклад, паперу
3	Газ жовтого кольору, горить	Пошкодження дерев’яних конструкцій трансформатора
4	Газ темносірого (чорного) кольору, легко запалюється	Виткове замикання або пошкодження ізоляції між пластинами магнітопроводу

Розріз чашкового реле показаний на рис. 8.25.

Рис. 8.25. Конструкція газового реле чашкового типу

Від реле поплавкового типу реле чашкового типу відрізняється конструкцією рухомої частини. Замість рухомих поплавків застосовують рухомі плоскодонні чашки 1, 2. Чашки виконані з анодованого алюмінію, вони можуть повертатись відносно нерухомої осі 3. До кожної чашки жорстко закріплено контакт 4, який рухається разом з чашкою. Другий контакт 5 нерухомо закріплений до корпусу реле. У верхньому положенні чашки утримуються пружинами 6.

В разі пониження рівня олії в баку трансформатора, верхня чашка опиняється в повітрі, але вона заповнена олією, що в ній залишилась. Пружина відрегульована таким чином, що вона не може утримати в верхньому положенні чашку, наповнену олією. Тому чашка опускається і контакти (рухомий 4 та нерухомий 5) верхньої чашки замикаються. Ці контакти діють в кола сигналізації, аналогічно верхньому контакту газового реле поплавкового типу.

Нижня чашка, на відміну від верхньої, має ще пластину 7, яка жорстко кріпиться до чашки перпендикулярно до напрямку руху олії в патрубку. Вона призначена для підсилення дії струменя олії, яка під час значних пошкоджень в баку трансформатора буде переміщатись в патрубку, де встановлене газове реле.

Під час значних пошкоджень в середині бака трансформатора виникає потік олії, який разом з продуктами розкладу тисне на пластину. Пластина разом з нижньою чашкою повертається відносно осі 3. Від цього замикаються контакти 4, 5 нижньої чашки, які діють на вимикання трансформатора від мережі.

В комплект реле РГЧЗ-66 входить три пластини 7, які кріплять до нижньої чашки. Кожна з цих пластин розрахована на певну швидкість руху олії, тобто визначає уставку газового реле. Ці пластини відповідають наступним швидкостям: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. Уставку 0,6 м/с застосовують для трансформаторів потужністю до 40 МВА з природньою циркуляцією олії, а також для трансформаторів з дуттям та природньою циркуляцією (охолодження типу М та Д). Уставку 0,9 м/с рекомендують для трансформаторів потужністю 40 МВА та вище з дуттєвим охолодженням. Уставку 1,2 м/с рекомендують для трансформаторів будь-якої потужності з олієводяним охолодженням, з вимушеним охолодженням олії (типу Ц), а також для трансформаторів з системою охолодження дуттям та вимушеною циркуляцією олії (ДЦ).

Основним недоліком реле чашкового типу є те, що контакти реле відкриті і весь час знаходяться в олії. Це приводить до окислення поверхні контактів і, як наслідок, понижує надійність роботи реле. Тому в практиці знайшло широке застосування реле Бухгольця типу BF-80/Q (реле розроблене в Німецькій Демократичній республіці, впровадження в енергосистемах почалось з 1970 року). Маркування реле розшифровують наступним чином:

• В – наявність двох елементів;

• F – фланцеве кріплення до патрубка;

• 80 – внутрішній діаметр патрубка в мм;

• Q – квадратна форма фланця.

Монтажні розміри реле Бухгольця такі ж як реле РГЧЗ-66. Конструкція реле Бухгольця зображена на рис. 8.26.

Рис. 8.26. Газове реле Бухгольця

Як і реле РГЧЗ-66 та ПГ-22, реле Бухгольця має два органи – сигнальний та вимикаючий. Реле має два поплавки 3 та 9. На відміну від реле ПГ-22, поплавки виконані з пластмаси і мають форму куль. Кулі не мають пайки і не корудують. Тому це реле не має недоліків, притаманних реле серії ПГ. До верхнього поплавка 3 жорстко закріплено постійний магніт 6. Під час пониження рівня олії в корпусі реле верхній поплавок 3 повертається в спрямуванні, вказаному стрілкою. Магніт 6 наближається до магнітокерованого контакту 5 (геркона). У герконовому реле контакти замикаються й комутують кола сигналізації про несправність трансформатора. Оскільки контакти герконового реле ізольовані від олії, реле Бухгольця не має недоліків, притаманних реле РГЧЗ-66.

Нижній – вимикаючий елемент складається з поплавка 9, приєднаного до нього магніту 7, герконового реле 8, а також заслінки 1, яка утримується постійним магнітом 2.

Під час значних пошкоджень в бакові трансформатора, наприклад, виткових замиканнях, гаряча олія та продукти її розкладу попадають в патрубок, де знаходиться газове реле, діють на заслінку 1, повертають поплавок 9 в спрямуванні, показаному стрілкою. Постійний магніт 7, який жорстко зв’язаний з поплавком 9 наближається до геркона 8, контакти останнього замикаються і подають сигнал на вимикання трансформатора від мережі.

Уставку спрацювання вимикаючого елемента задають зміною зазору між постійним магнітом 2 та заслінкою 1.

Для реле Бухгольця доцільно виставляти дві уставки – 0,65 м/с та 1 м/с, уставку 1,5 м/с, як показав досвід експлуатації, виставляти не рекомендують. Уставку 0,65 м/с виставляють на трансформаторах, для яких рекомендують уставку на реле РГЧЗ-66 0,6 м/с. Для всіх решти трансформаторів з газовим реле Бухгольця виставляють уставку 1 м/с.

Час спрацювання газового реле Бухгольця складає 0,22 с для реле попереднього випуску та 0,09 с для реле нової серії.

Під час пошкоджень в пристроях РПН проходить бурхливий розклад олії в відсіку, де знаходиться пристрій РПН. Оскільки відсік РПН не зв’язаний з баком трансформатора, необхідно встановлювати додаткове газове реле для відсіку РПН. Газовий захист під час пошкоджень у відсіку РПН діє тільки на вимикання трансформатора від мережі.

Для захисту відсіку РПН можуть застосовуватись реле РГЧЗ-66, реле Бухгольця, а також спеціальне струменеве реле URF-25/10 (рис. 8.27).

Рис. 8.27. Струменеве реле

Чутливий елемент реле складається з пластини 9, котра разом з тягарем 6 підвішена до скоби 1. Коли швидкість руху олії сягає певного рівня, пластина 9 повертається. Після цього защіпка 4 виходить з під пружини 2 і фіксує пластину 9 в спрацьованому стані. Постійний магніт, розміщений на тягарі, наближається до геркона 8, контакти герконового реле замикають кола вимикання трансформатора від мережі.

Після вимикання трансформатора від мережі газове реле у вихідний стан автоматично не повертається. Для повернення реле у вихідний стан необхідно натиснути на спеціальну кнопку, яка розміщена зовні на корпусі струменевого реле. Після натискання на кнопку защіпка 4 відводиться у вихідний стан, пластина 9 піднімається, контакти геркона розмикаються.

Уставку реле регулюють шляхом переміщення тягаря 6. Виготовляють струменеві реле на два діапазони уставок: 0,9 м/с; 1,2 м/с; 1,5 м/с або 1,5 м/с; 2 м/с; 2,5 м/с.

В схемах під’єднання контактів газового реле, призначених для вимикання трансформатора від мережі, необхідно передбачити можливість переводу вимикаючого контакту на сигнал. Це потрібно для того, щоб газове реле не спрацювало хибно на вимикання трансформатора від мережі після доливання свіжої олії в бак трансформатора. Після доливання свіжої олії в бак трансформатора попадає повітря, бульбашки якого, піднімаючись в розширювальний бачок трансформатора через патрубок, де встановлене газове реле, можуть викликати спрацювання вимикаючого органу газового реле від чого трансформатор хибно вимкнеться від мережі. Це не стосується газового реле, встановленого у відсіку РПН, де реле повинно бути в стані постійної готовності на вимикання трансформатора від мережі.

На рис. 8.28 наведена принципова схема газового захисту трансформатора. Після спрацювання газового захисту відсіку РПН, чи газового захисту трансформатора на вимикання, замикаються контакти відповідних реле KSG2, KSG1.1 і подають живлення на проміжне реле KL1 (рис. 8.28а). Реле KL1 спрацьовує і подає сигнал на вимикання вимикачів всіх сторін трансформатора (рис. 8.28б). В колах сигналізації випадає блінкер “Вказівник реле не піднятий”, який сигналізує оперативному персоналу про спрацювання газового захисту на вимикання трансформатора. Який газовий захист спрацював – трансформатора чи відсіку РПН – визначають за станом сигнальних реле KH1, KH2.