Вопрос 27

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА

Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от повреждений в трансформаторе, действующей с t = 0. Однако она не является полноценной, так как реагирует только на большие токи повреждения и охватывает своей зоной действия лишь часть трансформатора.

Отсечка не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыка­ния на землю, и является по существу защитой от к. з. (между­фазных и однофазных).

Ток к. з. при повреждении на выводах трансформатора со стороны источника питания (в точке К₁ на рис. 16-18, а) обычно значительно больше, чем при повреждении за трансформатором (в точке К₂). Такое соотношение токов и дает возможность исполь­зовать для защиты трансформаторов токовую отсечку мгновенного действия (рис. 16-18, б).

Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется при помощи мгновенных токовых реле 1 или элек­тромагнитного элемента реле РТ-90, если реле этого типа исполь­зованы для выполнения максимальной защиты.

На трансформаторах, питающихся от сети с глухозаземленной нейтралью, отсечка устанавливается на трех фазах, а при пита­нии от сети с изолированной нейтралью — на двух фазах.

Ток срабатывания отсечки отстраивается от макси­мального тока короткого замыкания при повреждении за трансфор­матором (в точке К₂) и вычисляется по формуле

где k_н — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,25— 1,5 в зависимости от точности токовых реле (для реле типа РТ-90 и РТ-80 k_н = 1,5).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока I_нам, возникающего при включении трансформатора под напряжение:

Для выполнения этого условия ток срабатывания должен в 3—5 раз превышать номинальный ток трансформатора.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны, где установлена отсечка. В пределах этой зоны отсечка отключает повреждения без выдерж­ки времени.

Поскольку отсечка является защитой от внутренних поврежде­ний, она должна отключать трансформатор со всех сторон, имею­щих источники питания.

Б ольшим достоинством отсечки являются ее простота и быстро­действие. Ускоряя отключение повреждений на выводах транс­форматора и в части его обмотки, токовая отсечка вместе с тем понижает выдержки времени на защитах присоединений, питающих шины, к которым подключен защищаемый трансформатор.

Отсечка в сочетании с максимальной защитой и газовой защи­той (рассматриваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

Вопрос 28

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

а) Принцип действия и устройство газового реле

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений транс­форматоров. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных мате­риалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высо­кой частью трансформатора (рис. 16-37) и имеет сообщение с атмосферой.

П ри интенсивном газообра­зовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в ко­жухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сто­рону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить призна­ком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки исполь­зуются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движение масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформа­тора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в транс­форматоре.

Конструкции газовых реле имеют три разно­видности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов. Первоначально применялись реле с реагирующим эле­ментом в виде поплавка, затем появились реле, у которых реа­гирующим элементом служит лопасть, в последнее время при­меняются реле с реагирующим элементом, имеющим вид чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рис. 16-38. Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубой к. расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 26, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, гер­метически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаянными в нее контактами и ртутью внутри.

При определенном положении поплавков ртуть замыкает кон­такты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха вы­полнены с помощью гибких и изолированных проводников, ко­торые не должны ограничивать свободного вращения поплавков. Контакты верхнего поплавка дей­ствуют на сигнал, а нижнего — на отключение трансформатора. Верх­ний поплавок находится в верхней части кожуха реле, нижний распо­лагается на уровне соединительной трубы к расширителю так, чтобы по­ток масла мог воздействовать на него.

П ринцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают самое верхнее положение, возможное по условиям их крепления на оси. При этом по­ложении поплавков контакты реле разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками подни­мается к расширителю трансформатора. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время, зависящее от интенсивности газообразования, поплавок достигает такого положения, при ко­тором его контакт замыкается.

Если повреждение трансформатора зна­чительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгно­венно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение. Движение масла может носить толчкообразный характер, поэтому контакты нижнего поплавка замыкаются кратковременно. Чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отклю­чения выключателя, применяется особая схема, обеспечивающая самоудержание выходного промежуточного реле П₁ на время, достаточное для отключения выключателей. Подобная схема при­ведена на рис. 16-39. Газовое реле подает кратковременный ток в шунтовую обмотку 1 промежуточного реле П₁, последнее срабатывает и удерживается последовательно включенными катушками 2 и 3 до отключения выключателей.

И з рассмотренного принципа действия газового реле следует, что оно способно различать степень повреждения в трансформа­торе. При малых повреждениях оно дает сигнал, при боль­ших — производит отключение. Сигнализация о небольших по­вреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор без ущерба для потребителей.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продол­жающемся снижении уровня масла срабатывает отключаю­щий контакт, выключая транс­форматор. Действие последнего полезно в случае быстрой утеч­ки масла, угрожающей пониже­нием уровня масла ниже об­мотки трансформатора до того, как дежурный успеет принять меры к разгрузке и отключе­нию трансформатора, а также на автоматизированных под­станциях, не имеющих дежур­ных .

Отечественная промышлен­ность ранее выпускала реле ПГ-22, РГЗ-22 и ПГЗ-61, выполненные на описанном выше принципе с реагирующим органом в виде цилиндрических по­плавков. Реле ПГЗ-61 отличается конструкцией ртутных контак­тов, в меньшей степени реагирующей на вибрацию трансформа­тора и толчки масла при внешних к. з.

б) Особенности газовой защиты

По своему принципу действия газовая защита может работать не только при повреждениях и опасных ненормальных режимах, но и при появлении в кожухе трансформатора воздуха, при толчках (движении) масла, вызванных любой при­чиной, и механических сотрясениях, имеющих место вследствие вибрации корпуса трансформатора. Воздух по­падает в кожух трансформатора при доливке масла, ремонте транс­форматора с перезаливкой масла и т. п. В дальнейшем при вклю­чении трансформатора под нагрузку температура масла начинает повышаться, находящийся в масле воздух прогревается и подни­мается к расширителю. Попадая в реле, воздух может вызвать срабатывание верхнего (сигнального) контакта, а при быстром движении — нижнего, который неправильно отключит трансфор­матор.

Для предупреждения неправильного отключения трансформа­тора отключающая цепь защиты после доливки масла или включе­ния нового трансформатора переводится на сигнал (на 2—3 суток) до тех пор, пока не прекратится выделение воздуха, отмечаемое по работе защиты на сигнал.

Толчки масла, не связанные с повреждением трансфор­матора, могут возникать при внешних коротких замыканиях, например, от смещения обмоток вследствие динамических усилий; при пуске и остановке насосов, обеспечивающих циркуляцию масла (у трансформаторов с искусственным охлаждением масла), и по ряду других причин.

Неправильная работа нижнего поплавка реле от толчков масла, но связанных с повреждением трансформатора, может быть устра­нена его загрублением.

Опыт эксплуатации защиты и ее исследования, проведенные ОРГРЭС и рядом энергосистем, показывают, что неправильная работа защиты от толчков масла наблюдалась на реле, реагирую­щих на движение масла со скоростью 20—15 см/с. Более грубые реле, реагирующие на скорость 50 см/с и выше, как правило, ложно не работают.

В настоящее время принято регулировать чувствительность нижнего поплавка на скорость 50—160 см/с.

На трансформаторах и автотрансформаторах большой мощно­сти (240—400 МВ·А) наблюдается повышенная вибрация кор­пуса. Реле ПГ-22 и РГЗ-22 недостаточно виброустойчивы и, как показал опыт эксплуатации, работают ненадежно на трансформа­торах с повышенной вибрацией.

В процессе эксплуатации необходимо следить за герметично­стью баллончиков у реле поплавкового типа. При ее нарушении масло попадает внутрь поплавка, он теряет плавучесть и опускается, замыкая контакты. Такие дефекты наблюдались в эксплуа­тации; в связи с этим у вновь включаемых реле и периодически у реле, находящихся в эксплуатации, герметичность баллончиков проверяется помещением их в нагретое масло при избыточном давлении (0,5—1 кгс/см²).