Краткое описание газовых и струйных реле

1 НАЗНАЧЕНИЕ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ

К характерным повреждениям маслонаполненного электрического аппарата - трансформатора, автотрансформатора, реактора (далее - трансформатора) относятся короткие замыкания (КЗ) между обмотками, витковые замыкания, «пожар» стали магнитопровода, утечка масла из бака, неисправности маслонаполненного контактора переключателя ответвлений устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) и др.

Практически все повреждения внутри бака маслонаполненного электрического аппарата сопровождаются выделением газа в результате разложения масла или других изоляционных материалов под действием частичных электрических разрядов, повышенного нагрева, электрической дуги. При КЗ происходит ускоренное протекание масла или его смеси с газом из бака аппарата в расширитель. В процессе эксплуатации возможно также снижение уровня масла или выделение газа по разным причинам.

Нарушение нормальной работы контактора может быть вызвано повреждением изоляции, ослаблением пружин механизма, старением керамических силовых контактов, что ведет к замедлению и нечеткости переключения. Затянувшаяся дуга сопровождается (с учетом небольшого объема масла в баке контактора) бурным разложением масла. Струя масла в смеси с газом направляется из бака контактора в расширитель.

Защита, реагирующая на указанные повреждения, получила название «газовой». Эта защита осуществляется с помощью так называемых газовых и струйных реле.

Газовые реле предназначены для защиты трансформаторов, имеющих расширитель, от повреждений внутри бака, при которых происходит выделение газа, снижение уровня масла или возникновение ускоренного потока масла из бака трансформатора в расширитель.

Струйные реле предназначены для защиты контакторов маслонаполненных переключателей ответвлений трансформаторов от повреждений, сопровождающихся возникновением ускоренного потока масла из бака контактора в расширитель.

При внутренних повреждениях в трансформаторе, даже самых незначительных, выделяются газообразные продукты разложения масла или органической изоляции, чем обеспечивается действие газовой защиты в самом начале возникновения постепенно развивающегося повреждения. В некоторых случаях опасных внутренних повреждений трансформаторов («пожар» стали, межвитковые замыкания и т.п.) действует только газовая защита, а электрические защиты трансформатора не работают из-за недостаточной чувствительности.

2 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ  ГАЗОВЫХ И СТРУЙНЫХ РЕЛЕ

2.1 Основы конструкции  и принцип работы

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус, устанавливаемый в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. На рисунке 1 показан упрощенный эскиз варианта конструкции такого реле. Реагирующий блок реле имеет три основных элемента: сигнальный 1 и отключающие 2, 3 (элементы 1 и 3 - поплавки, 2 - напорная пластина), каждый из которых срабатывает при определенных условиях.

В нормальных условиях работы корпус реле заполнен маслом, и элементы занимают положение, при котором управляемые ими контакты (на рисунке не показаны) разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по маслопроводу проходит в расширитель, скапливаясь в верхней части корпуса реле, где расположен сигнальный элемент 1.

При скоплении в реле определенного количества газа уровень масла в нем снижается, поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и сигнальный контакт замыкается; аналогично срабатывает сигнальный элемент реле при снижении уровня масла в реле по другим причинам.

При дальнейшем снижении уровня масла, когда корпус реле опорожняется более чем наполовину, поплавок отключающего элемента 3 также опускается под действием силы тяжести и замыкается отключающий контакт.

Рисунок 1 - Газовое реле

При КЗ внутри бака трансформатора под действием электрической дуги происходит бурное разложение масла и поток масла или смеси масла с газом устремляется с большой скоростью из бака в расширитель (стрелка на рисунке 1). Под воздействием этого потока пластина 2, которая имеет регулируемую уставку срабатывания по скорости потока масла, отклоняется на определенный угол и отключающий контакт замыкается. В зависимости от вида и развития повреждения трансформатора возможна последовательная или одновременная работа сигнального и отключающего элементов реле.

При бурном газообразовании и резких толчках масла возможен отскок контактов после срабатывания, поэтому газовое реле должно действовать на отключение через промежуточное реле по схеме с самоудерживанием.

Струйные реле в отличие от газовых не имеют поплавков и контакты их срабатывают на отключение трансформатора при действии напорной пластины, которая аналогично газовому реле имеет регулируемую уставку по скорости потока масла. В конструкции струйного реле обычно предусматривается фиксация напорной пластины после срабатывания в конечном положении до ее ручной деблокировки, что повышает надежность работы реле в условиях менее стационарного потока смеси масла с газом по сравнению с потоком в газовом реле.

Использование не имеющих поплавков струйных реле обусловлено особенностью работы контакторов устройств РПН. В нормальной работе контактора под воздействием электрической дуги в момент переключения происходит разложение незначительного количества масла и выделение из него газа, который по трубопроводу проходит в свой расширитель или в отсек общего расширителя и далее через его дыхательные пути выходит в атмосферу. Небольшое количество горючего газа, выделяющегося из масла в процессе работы контактора, является нормальным явлением.

2.2 Общие указания  по монтажу реле

Для обеспечения правильной работы газовой защиты необходимо выполнять правила установки и монтажа трансформатора и реле.

Диаметр проходного отверстия присоединительного фланца газового реле должен соответствовать внутреннему диаметру трубопровода от бака к расширителю. Струйное реле должно устанавливаться в маслопроводе с внутренним диаметром 25 мм и по возможности ближе к контактору. Несоответствие диаметров может привести к отказу срабатывания, например, к несрабатыванию нижнего поплавка при уходе масла или к изменению значения скорости потока масла срабатывания напорной пластины по сравнению с уставкой.

Газовое реле должно устанавливаться в трубопровод между баком и краном для перекрытия масла в трубопроводе. Стрелка на крышке реле должна быть направлена от бака к расширителю.

Крышка трансформатора (реактора) должна иметь подъем по направлению к расширителю и, следовательно, к газовому реле не менее 1 %, а маслопровод к расширителю - не менее 2 % [1]. Для подъема крышки трансформатора со стороны расширителя применяют металлические подкладки под катки трансформатора.

Указанный подъем выполняется для того, чтобы выделяющийся из масла газ не скапливался под крышкой бака, а, оказавшись в наиболее высоком месте бака, проходил по маслопроводу в газовое реле. После заполнения верхней части корпуса реле продолжающий поступать газ проходит в расширитель и далее через дыхательную трубку в атмосферу.

Для обеспечения правильной работы струйных реле подъем маслопровода от контактора к расширителю должен составлять 2 - 4 % к горизонтали.

При монтаже реле прокладки между фланцами маслопровода и реле и под крышкой реле не должны выступать внутрь маслопровода и корпуса реле. Все болты должны быть надежно затянуты. Под болт безопасности (один из болтов, соединяющих крышку с корпусом реле, обычно головка его окрашивается в красный цвет) должна быть проложена зубчатая шайба зубцами в сторону крышки реле. После установки газовых реле, имеющих кнопку контроля (опробования), на трубопровод необходимо удалить транспортную прокладку из-под защитного колпачка кнопки.

Для обеспечения надежной работы газовой защиты при повреждениях в трансформаторе кабели от газовых и струйных реле следует прокладывать на трансформаторе в защитном металлорукаве. В целях уменьшения мест возможного снижения сопротивления изоляции прокладывать кабели следует непосредственно от выводов реле к зажимам панели защиты трансформатора. Изоляция применяемых кабелей должна быть маслостойкой.

2.3 Особенности  газового реле РГЧЗ-66

Основной особенностью конструкции газового реле РГЧЗ-66 является использование вместо поплавков металлических чашек. Как и все газовые реле, оно (рисунок 2) имеет герметически закрытый корпус, в котором расположено три реагирующих элемента: верхний - чашка 1 - сигнальный и два нижних отключающих - чашка 2 и отключающая пластина 11. Когда реле заполнено маслом, контакты, расположенные внутри чашек, остаются разомкнутыми, так как каждая чашка спиральной пружиной 5 подтянута вверх до упора. Три выделении из бака трансформатора небольшого количества газа он скапливается в верхней части реле, вытесняя масло. При этом масло в чашке сигнального элемента реле остается, и под действием массы этого масла чашка поворачивается вокруг своей оси 12 вниз до замыкания контактов.

Отключающие элементы (чашка и пластина) расположены в нижней части корпуса реле, пластина установлена против входного отверстия маслопровода со стороны трансформатора. Она является элементом, реагирующим на скорость потока масла в маслопроводе, а чашка - элементом, реагирующим на почти полное опорожнение корпуса реле от масла. Оба эти элемента действуют на один контакт, причем пластина работает независимо от чашки. При повреждении трансформатора, сопровождающемся бурным газообразованием, давление в баке повышается, и масло вытесняется из бака в расширитель. При скорости потока масла, равной или большей уставки реле, усилием, возникающим на пластине 11, последняя поворачивается вокруг оси 13 вместе со стойкой 16 и подвижными контактами до их замыкания с неподвижными контактами. При этом чашка отключающего элемента может оставаться в покое. Несколько позже может сработать и сигнальный элемент, если выделившийся газ поднимется из бака трансформатора и заполнит верхнюю часть корпуса газового реле.

 

1, 2 - чашки; 3 - контакт; 4, 9, 16 - стойки; 5 - спиральная пружина; 6 - сборочное  кольцо; 7, 8 - держатели; 10 - скобообразная  стойка; 11 - отключающая пластана; 12, 13 - оси; 14 - прокладка; 15 - выступ; 17 - рычаг; 18 - пластина; 19, 20, 21, 22 - экраны; 23 - кран; 24 - смотровое стекло; 25 - пробка; 26 - коробка выводов

Рисунок 2 - Газовое реле РГЧЗ-66

 

При аварийном уходе масла, когда нижняя часть корпуса реле опорожнится, отключающий элемент (чашка) будет работать так же, как и чашка сигнального - с замыканием контактов. В этом случае отклоняется и пластина, так как стенка чашки при движении нажимает на выступ 15 стойки 16, к которой крепится пластина.

В верхней части корпуса реле врезаны сквозные смотровые стекла 24 с делениями (в кубических сантиметрах), позволяющими определять объем скопившегося газа.

На крышке корпуса реле установлен кран 23 для отбора пробы газа и выпуска воздуха из реле; коробка выводов 26 служит для подключения контрольного кабеля. На крышке реле нанесена стрелка, указывающая направление к расширителю. В дне коробки зажимов предусмотрено отверстие для стока собирающейся в ней влаги. В нижней части корпуса реле предусмотрена пробка 25 для спуска загрязненного масла. Реагирующий блок реле крепится к крышке корпуса с помощью стоек, на которых смонтированы все элементы реле.

Каждая чашка со стороны входа потока масла закрыта цилиндрическими полуэкранами 19, 21. Сверху над чашками установлены экраны 20 и 22 для уменьшения выпадения на дно чашек шлама из масла. В экране 22 предусмотрена прорезь для перемещения пластины 11.

Реле может иметь одну из трех фиксированных уставок по скорости масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. Необходимая уставка обеспечивается установкой одной из трех калиброванных пластин 11.

Время срабатывания скоростного элемента при скорости потока масла 1,25 уставки не превышает по техническим условиям 0,2 с (практически - около 0,1 с).

Сигнальный элемент реле срабатывает при заполнении верхней части реле газом объемом примерно 400 см3.

Контакты реле рассчитаны на замыкание и размыкание цепи переменного и постоянного тока до 0,2 А при напряжении 220 В.

Изоляция реле выдерживает испытательное напряжение 2000 В частоты 50 Гц в течение одной минуты.

Рабочий диапазон температуры окружающей среды от -40 до +40 °С. Предельная температура масла +100 °С.

Масса реле около 12 кг, диаметр проходного отверстия фланца 80 мм.

2.4 Особенности  газового реле BF 80/Q (BF 50/10)

Газовые реле ВF 80/Q (ВF 50/10) производства Германии (рисунок 3) состоят из корпуса и крышки, к которой крепится реагирующий блок реле. Реле ВF 80/Q имеет квадратный фланец с проходным отверстием 80 мм, реле ВF 50/10 - круглый фланец с проходным отверстием 50 мм. На крышке закреплена табличка с указанием типа реле и его данных. На крышке и корпусе изображены стрелки, указывающие направление в сторону расширителя. Стальная сборочная скоба 8 крепится двумя винтами к крышке реле; к этой скобе крепятся сигнальный и отключающие элементы, постоянный магнит 10 и ряд других деталей реле.

Сигнальный элемент состоит из пластмассового полого шарообразного поплавка 2 с держателем, который крепится к сборочной скобе 8. С поплавком жестко связан круглый магнит 3, служащий для управления сигнальными контактами 4.

В качестве сигнальных и отключающих контактов 4 и 5 реле применены магнитоуправляемые герконы, замыкание которых происходит от приближения круглого магнита к концу стеклянной колбы, в которой заключен контакт. При понижении уровня масла в реле опускается поплавок 2 сигнального элемента и при объеме газа в реле 250 - 300 см3 управляющий магнит 3 приводит к замыканию сигнальных контактов 4.

Отключающий элемент помещен в нижней части корпуса реле под пластиной, служащей для закрепления магнита 10 в одном из трех положений и одновременно выполняющей функцию экрана, защищающего элемент от оседающего из масла шлама.

Рисунок 3 - Реагирующий блок газового реле ВF 80/Q (ВF 50/10)

Отключающий элемент (как и сигнальный) крепится к сборочной скобе 8 и состоит также из пластмассового поплавка 6, круглого магнита 7 и отключающих контактов 5. Напорная пластина 9 отключающего элемента удерживается в нормальном положении с помощью постоянного магнита 10. Она предназначена для срабатывания от потока масла; при определенной скорости потока преодолевается сила притяжения магнита 10 и пластина отклоняется на некоторый угол, поворачиваясь вокруг своей оси. Для достижения требуемого быстродействия пластина помещена против входного отверстия реле и при своем движении не связана с поплавком 6 отключающего элемента; только в конце хода пластина нажимает на поплавок, который опускается, что приводит к замыканию отключающих контактов 5 реле.