60 Газовая защита трансформатора

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.

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.

Расширитель масляного бака. В процессе эксплуатации аппарата уровень масла в баке может меняться. Это может быть связано с изменением атмосферного давления, уровня электрической нагрузки на трансформатор или другими причинами. Для того чтобы учесть эти изменения, к баку пристраивается расширитель — резервуар, соединенный с баком трубопроводом и частично заполненный маслом. Расширитель оборудуется индикатором уровня масла, трубкой для доступа воздуха, отверстием для доливки в бак масла, отсеком снизу для удаления грязи, воды и шлаков, выхлопной трубой для сброса излишков масла во время резкого повышения давления в случае аварии.

Газовое реле. В трубопровод, соединяющий бак и расширитель, устанавливается газовое реле — устройство, реагирующее на газообразовательные процессы в баке, и сигнализирующее об аварии. Реле снабжено двумя независимыми друг от друга элементами: сигнальным (сверху) и отключающим (снизу). В нормальном режиме реле заполнено маслом, и его подвижные контакты за счет силы Архимеда плавают на поверхности.

Работа реле. Во время короткого замыкания на токоведущих частях аппарата повышается температура, что приводит к локальным нагревам, разложению масла и выделению газа. Кроме того, повышения температуры могут происходить и от иных причин, не связанных с повреждениями на самом защищаемом аппарате, например, при перенапряжениях на участке сети. Вырабатывающиеся газы через трубопровод попадают в расширитель, проходя через газовое реле и вытесняя из него масло. При серьёзном снижении уровня масла в реле, верхний контакт сигнального элемента под силой тяжести опускается вниз и замыкается с неподвижным контактом, выдавая предупредительный сигнал на пульт диспетчера. Кроме того, данный сигнал среагирует и на простое снижение уровня масла в баке, не связанное с аварией.

Во время серьёзной аварии (например, при междуфазном коротком замыкании в трансформаторе) процесс нагрева масла и газообразования происходит интенсивнее. За счёт резкого повышения давления масло устремляется через трубопровод в расширитель и затем выбрасывается через выхлопную трубу, выдавив защитную стеклянную мембрану. Во время этого выброса под действием давления масла подвижный контакт отключающего элемента реле поворачивается и замыкается с неподвижным контактом, выдавая сигнал на выключатель, отключающий участок линии с этим аппаратом. Скорость масла, при которой контакты замкнутся, регулируется, поэтому незначительное движение масла через реле не способно привести к замыканию контактов отключающего элемента реле, что предохраняет от ложных срабатываний.

Следует отметить, что в районах, которые подвержены частым землетрясениям, подобное интенсивное движение масла через трубопровод может происходить и без возникновения аварии, поэтому ПУЭ в этом случае допускает выдачу сигнала с отключающего элемента на сигнализацию, а не на отключение.

Особенности газовой защиты. Данная защита реагирует на повреждения, связанные с повышением температуры в баке трансформатора, чем выгодно отличается от других типов защиты, которые в ряде случаев могут и не сработать. Например, во время небольших замыканий, связанных с дефектами сборки или повреждениям от вибрации, температура начинает расти, хотя токи, протекающие через обмотки трансформатора, недостаточно велики, чтобы начала работать дифференциальная защита, или МТЗ. Это преимущество помогает значительно сократить время ремонта электрического аппарата, так как отключение происходит раньше, чем авария приведёт к серьёзным повреждениям. Так же, при междуфазных замыканиях в обмотках трансформаторов в его цепях не происходит изменения тока, поэтому дифференциальная защита такого повреждения не уловит и не сработает, в отличие от газовой защиты, реагирующей на повышение температуры масла в баке.

Следует отметить, что газовая защита — одна из немногих, после которых не допускается действие АПВ, так как в большинстве случаев отключаемые ей повреждения оказываются устойчивыми.