Для защиты каких элементов трансформаторов используются струйные реле

Обновлено: 05.07.2024

Релейная защита силовых трансформаторов

Релейная защита трансформатора – это система, состоящая из измерительных и коммутационных устройств, отключающая трансформатор при ненормальных режимах работы и в случае ситуаций приводящих к повреждению.

К ненормальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:

перегрузка по одной или трем фазам, приводящим к повышению тока, проходящего через обмотки,
замыкание на землю или на нейтраль одного или всех выводов трансформатора с высокой или низкой стороны,
межфазные замыкания внутри обмоток и со стороны выводящих шин,
замыкания внутри обмоток трансформатора.

Во всех этих случаях сигналом возникновения опасной ситуации служат повышение проходящего через короткозамкнутый участок тока и понижение напряжения.

Релейная защита должна надежно зафиксировать отклонение тока или напряжения и отключить трансформатор или поврежденный участок.

Для этих целей служат несколько видов релейных защит.

Защита по максимальному току (МТЗ)

– срабатывает при превышении тока, проходящего через трансформатор (Рис. 1). Реле автоматики А0 и А1 срабатывают при токе, превышающем ток короткого замыкания для данной обмотки. Измерение тока осуществляется через трансформатор тока, включенного на две шины А и С.

При наличии межфазного замыкания на шине В через другие шины все равно протекает большой ток. Одно или два реле автоматики запускают цепь запуска реле времени Т.

Задержка реле времени требуется для лучшей селективности защиты – чем ближе трансформатор по линии к источнику энергии, тем меньшее должно быть время срабатывания. Реле времени через определенный промежуток времени запускает промежуточное реле

L, управляющей цепью реле отключения YAT. Реле отключения после срабатывания отключает входы и выходы трансформатора от источника и потребителя энергии и блокируется по цепям либо реле времени, либо промежуточного реле.

Разновидностью МТЗ является защита по току отсечки.

При удалении трансформатора по линии от источника энергии ток короткого замыкания становится меньшим из-за потерь на сопротивление.

Вместе с тем задержка по времени для МТЗ не позволяет быстро отключить трансформатор при внутренних межфазных замыканиях, приводящих к выходу трансформатора из строя. Конструктивно защита по токовой отсечке (Рис. 2) отличается от МТЗ отсутствием реле времени. Селективность реле достигается подбором тока срабатывания реле автоматики. Данный ток должен быть равным току КЗ на защищаемом участке.

Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 27.04.2001 г.

Первый заместитель начальника А.П. ЛИВИНСКИЙ

Ключевые слова: эксплуатация, газовая защита, трансформаторы, электростанции, подстанции.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ

Дата введения 2001-09-01

год - месяц - число

Настоящая Инструкция по эксплуатации газовой защиты (далее - Инструкция) обязательна для работников, занимающихся наладкой, техническим и оперативным обслуживанием устройств газовой защиты в энергосистемах Российской Федерации.

В Инструкции описаны принципы действия и приведены конструкции и технические данные газовых и струйных реле, применяемых в энергосистемах, а также методы технического и оперативного обслуживания защит с этими реле. Приведены сведения об отсечном клапане и реле контроля уровня масла в расширителе, так как эти элементы функционально входят в состав цепей газовой защиты. Из Инструкции исключены описание и технические данные выработавших ресурс и морально устаревших реле ПГ-22 и ПГЗ-22, которые рекомендуется заменить на реле современных конструкций. Исключено также приложение о замене герконов в реле производства Германии в связи с прекращением деятельности НТТМ «Поиск» - изготовителя элементов держателя герконов. В Инструкцию включены описание конструкции и указания по наладке и техническому обслуживанию при эксплуатации новых отечественных газовых реле РГТ80 и РГТ50 и струйного реле РСТ25.

В Инструкцию внесены изменения в соответствии с п. 5.3.22 РД 34.20.501-95 [ 1] и отдельными замечаниями энергосистем.

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 см 3 .

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 В F 80/ Q (В F 50/10) производства Германии (рисунок 3) состоят из корпуса и крышки, к которой крепится реагирующий блок реле. Реле В F 80/ Q имеет квадратный фланец с проходным отверстием 80 мм, реле В F 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 см 3 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 В F 80/ Q (В F 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.

Изменение скорости срабатывания реле достигается выбором расстояния между пластиной 9 и магнитом 10 путем изменения положения магнита. Трем положениям магнита соответствуют уставки скорости срабатывания 0,65 м/с, 1,0 м/с и 1,5 м/с. Магнит передвигается после отвинчивания винта магнитодержателя и перемещения последнего до появления в окне магнитодержателя цифры требуемой уставки. Время срабатывания отключающего элемента реле при скорости потока масла, равной 1,25 значения уставки, составляет 0,15 с; при скорости потока масла, равной 1,5 значения уставки, - не более 0,1 с. Выводы сигнального и отключающего контактов реле размещены в коробке зажимов 12. На внутренней стороне откидной крышки 13 этой коробки имеется табличка с маркировкой выводов. Крышка коробки зажимов имеет надежное уплотнение. Кабель цепей защиты может быть подведен в любое из двух отверстий коробки, неиспользуемое отверстие остается закрытым заглушкой с винтовой резьбой.

Реле серии В F снабжено устройством 11 для контроля работоспособности обоих элементов и контактов реле. Оно состоит из кнопки, рейки с выступами, возвратной пружины и рамки. В условиях эксплуатации кнопка закрыта колпачком с винтовой резьбой. На табличке около кнопки устройства контроля изображены два положения кнопки с надписями «Сигнал» и «Отключение». При нажатии на кнопку рейка перемещается вниз в направляющей рамке, и верхний выступ нажимает на держатель верхнего поплавка, который опускается и обеспечивает замыкание сигнального контакта реле. При дальнейшем нажатии на кнопку опускается нижний поплавок под действием нижнего выступа и отключающий контакт реле также замыкается. Пластина от устройства контроля не опробуется. Отпускание кнопки приводит к возврату устройства контроля под действием возвратной пружины, при этом поплавки реле всплывают, и оба контакта размыкаются. В крышке реле имеется кран для отбора газа. В нижней части корпуса имеется отверстие для слива загрязненного масла, закрытое пробкой с винтовой резьбой (в поздних выпусках реле это отверстие отсутствует).

Верхние смотровые стекла имеют риски от 250 до 450 см 3 , обозначающие объем газа в корпусе реле. Для безопасности обслуживающего персонала корпус реле соединяется с заземленной крышкой с помощью одного из болтов, крепящих крышку к корпусу реле. Головка этого болта (болт безопасности) окрашена в красный цвет и под него подложена зубчатая пружинная шайба зубцами в сторону крышки, что при затягивании болта создает надежный контакт с крышкой.

Для ввода кабеля предусмотрены штуцера 1.

Более подробные технические данные реле В F 80/ Q , В F 50/10 и Ü RF 25/10 приведены в приложении А.

2.5 Особенности струйных реле Ü RF 25/10 и RS -1000

Для защиты контакторов РПН в отечественной практике широко применяются струйные реле Ü RF 25/10 производства Германии и RS -1000 производства Болгарии. Реле Ü RF 25/10 (рисунок 4) состоит из корпуса и крышки, к которой крепится реагирующий блок реле. На верхней части крышки реле закреплена табличка с указанием типа и данных реле, а на корпусе реле и на крышке изображены стрелки, указывающие направление в сторону расширителя. Струйное реле Ü RF 25/10 имеет только один реагирующий элемент - отключающий - напорную пластину 9.

Рисунок 4 - Струйное реле Ü RF 25/10

Стальная фигурная скоба 1, крепящаяся винтами к крышке реле, служит основой для крепления напорной пластины, которая расположена со стороны бака контактора и в нормальных условиях удерживается в начальном положении грузом 6. При скорости потока масла, превышающей заданную уставку, пластина поворачивается, груз 6 при этом поднимается и круглый магнит (на рисунке 4 не виден) приближается к управляемому им геркону 8, который замыкается.

По окончании движения пластина оказывается зафиксированной в положении срабатывания с помощью защелки 4, поэтому контакт реле остается замкнутым до возврата вручную. Для возврата реле в нормальное положение в нем имеется устройство контроля-возврата, которое служит также и для контроля работоспособности реле.

Устройство контроля-возврата струйного реле конструктивно похоже на устройство контроля газового реле BF 80 / Q , описанное выше, и состоит из подвижной рейки с возвратной пружиной и выступом. Устройство контроля-возврата управляется, как и у газового реле, кнопкой на крышке струйного реле. На табличке около кнопки изображены два ее положения с надписями «Возврат» и «Контроль».

При медленном нажатии кнопки рейка, двигаясь в направляющей рамке, опускается примерно на половину своего хода и отводит пружинную защелку из прорези установочной скобы 1, что приводит под действием силы тяжести груза 6 к возврату пластины 9 в нормальное положение и к размыканию контакта реле (сквозь смотровое стекло видно, как груз возвращается в горизонтальное положение). При дальнейшем нажатии кнопки вниз до упора выступ 3 рейки 2 нажимает на закругленный край держателя груза 10 и последний поднимается, как при давлении струи масла на пластину реле (сквозь смотровое стекло видно, когда реле переходит в положение срабатывания), что вызывает действие реле на отключение.

Реле Ü RF 25/10 выпускается двух исполнений по набору уставок по скорости потока масла:

1-е исполнение - 0,9; 1,2 и 1,5 м/с;

2-е исполнение - 1,5; 2,0 и 2,5 м/с.

Выбор одной из трех уставок скорости масла в реле каждого исполнения выполняется отвинчиванием винта 5 и перемещением груза 6 в держателе до положения, при котором в окне 7 держателя груза появится цифра выбранной скорости срабатывания.

Конструктивное выполнение коробки и крышки выводов реле уплотнения крышки, выводов контактов, отверстий для контрольного кабеля, болта безопасности и крепление крышки к корпусу реле аналогичны выполнению их в газовом реле В F 80/ Q .

Струйные реле RS -1000 устанавливаются на трансформаторах с устройствами РПН, изготовленных в Болгарии, Внешний вид реле RS -1000 показан на рисунке 5, функциональная схема, поясняющая принцип работы реле, - на рисунке 6. Как и реле Ü RF 25/10, реле RS -1000 реагирует только на скорость потока масла, однако имеет только одну уставку по скорости потока - 0,9 м/с.

Конструкция реле RS -1000 в основном аналогична конструкции реле Ü RF 25/10. Реагирующий элемент (пластина) расположен со стороны бака контактора и нормально удерживается в начальном положении. При возникновении повреждения струя масла создает давление на пластину, что приводит к ее повороту и срабатыванию (замыканию) ртутных контактов 1 - 3 реле (рисунок 6, б). После срабатывания пластина фиксируется в конечном положении с помощью защелки, поэтому контакты 1 - 3 остаются замкнутыми до возврата реле вручную.

Для возврата реле в начальное положение необходимо нажать на кнопку «Включено», находящуюся под верхней крышкой (см. рисунок 5). В отличие от реле Ü RF 25/10 реле RS -1000 имеет отдельную кнопку для проверки работоспособности - «Выключено». При нажатии на кнопку «Выключено» тяги отключающая пластина переходит в конечное положение и контакты 1 - 3 замыкаются. Возврат реле выполняется нажатием на кнопку «Включено». У струйных реле Ü RF 25/10 и RS -1000 кран для отбора проб газа отсутствует и нет делений на смотровых стеклах, поскольку в процессе эксплуатации нет надобности выпускать газ из реле или контролировать его наличие. Технические данные струйных реле приведены в приложении А.

а - общий вид; б - вид сверху на кнопки при открытой крышке

Рисунок 5 - Струйное реле RS -1000

а - в нормальном режиме; б - в режиме срабатывания

Рисунок 6 - Функциональная схема реле RS -1000

2.6 Особенности газовых и струйных реле РГТ80, РГТ50 и РСТ25

Газовые реле РГТ80 и РГТ50, а также струйное реле РСТ25 разработаны и выпускаются совместно ОАО «Фирма ОРГРЭС» и ОАО ВНИИР с 1996 г. Реле состоят из корпуса и крышки из алюминиевого сплава, на которой смонтированы все внутренние элементы реле (реагирующий блок). Цифры в обозначении реле соответствуют диаметру проходного отверстия фланца корпусов реле. Конструктивное исполнение и присоединительные размеры фланцев перечисленных реле соответствуют широко распространенным в энергосистемах России и стран СНГ немецким реле В F 80/ Q , В F 50/10 и Ü RF 25/10, поэтому замена последних на новые не требует каких-либо переделок.

На крышках реле имеются фирменные знаки ОРГРЭС и ВНИИР и стрелка, которая при установке реле в трубопровод, соединяющий бак трансформатора с расширителем, должна быть направлена в сторону расширителя. Фирменная табличка реле с указанием типа реле и его основных данных расположена с внутренней стороны крышки. Конструкция реле РГТ80, РГТ50 и РСТ25 унифицирована, основным конструктивным отличием реле РСТ25 является отсутствие в реагирующем блоке этого реле поплавков и наличие элемента фиксации напорной пластины в конечном положении после ее срабатывания.

Для более наглядного представления об отличиях конструкции новых реле от описанных выше на рисунке 7 представлен общий вид реагирующего блока газовых реле РГТ80 (РГТ50). Основными элементами конструкции этого блока являются:

а) контактный узел, состоящий из двух одинаковых пластмассовых монтажных колодок (на рисунке не видны), в средней и нижней частях которых установлены соответственно сигнальный и отключающий герконы, а в верхней - зажимы для подключения выводов герконов и внешних цепей реле. Верхняя часть колодок с зажимами находится в коробке зажимов 1, а средняя и нижняя с герконами - в цилиндрическом корпусе контактного узла 2; внутренняя полость коробки зажимов и корпуса контактного узла изолирована от заполняемого маслом объема корпуса реле, вследствие чего механические и химические воздействия масла на герконы и электрические цепи реле исключены; каждая колодка закреплена винтом к основанию коробки зажимов; сверху коробка зажимов имеет свою крышку с уплотнительной прокладкой, которая крепится к коробке шестью винтами;

Рисунок 7 - Реагирующий блок газового реле РГТ80 (РГТ50)

б) верхний 3 и нижний 4 поплавки реле, реагирующие на уровень масла в корпусе реле; в верхней части каждого поплавка запрессованы магниты, управляющие верхним - сигнальным и нижним - отключающим герконами; поплавки реле свободно плавают в масле, используя в качестве направляющих цилиндр корпуса контактного узла и стержень 5 кнопки опробования 6 (нижний поплавок) и стержень 7 винта регулировки уставки напорной пластины (верхний поплавок);

в) напорная пластина 8, реагирующая на скорость потока масла, с установленным на ней магнитом 9, который при срабатывании напорной пластины действует на тот же геркон, что и нижний поплавок; напорная пластина удерживается в начальном положении силой притяжения магнита 9 к стержню 7 (см. ниже); после прекращения потока масла напорная пластина газового реле автоматически возвращается в начальное положение; напорная пластина струйного реле после срабатывания фиксируется в положении срабатывания и может быть возвращена в начальное положение с помощью кнопки опробования;

г) кнопка опробования 6, предназначенная в газовых реле для проверки срабатывания герконов либо при нажатии на поплавки, либо при нажатии на хвостовик напорной пластины; в струйном реле эта кнопка служит как для проверки срабатывания герконов при нажатии на хвостовик напорной пластины, так и для возврата ее в исходное положение после срабатывания; для предотвращения случайного нажатия на кнопку опробования на верхнюю часть кнопки навинчен защитный колпачок;

д) винт регулировки уставки срабатывания напорной пластины по скорости потока масла (на рисунке верхняя часть винта закрыта корпусом коробки зажимов) имеет шлиц под отвертку и фиксирующую его положение стопорную гайку;

е) кран для отбора газа 10;

ж) вводной штуцер 11 (с каждой стороны коробки зажимов) для ввода монтажного кабеля и закрепления металлорукава.

Поплавки реле выполнены сплошными, в процессе изготовления испытываются избыточным давлением масла 100 кПа и во время последующей эксплуатации не требуют периодических испытаний. В реле применены герконы повышенной электрической прочности типа МКА-52141 ОДО.360.008ТУ, что позволяет проводить испытание изоляции цепей защиты без отключения цепей герконов.

Типы реле, диаметр проходного сечения, форма фланцев, а также уставки реле по скорости потока масла приведены в таблице 1, а типоисполнения контактов реле - в таблице 2. Состояние контактов реле соответствует эксплуатационному состоянию - реле заполнено маслом, а скоростной элемент (напорная пластина) - в начальном положении.

Газовые реле для защиты трансформаторов

В статье отражены принцип работы и устройство газовых реле РГТ-50 и РГТ-80, которые сегодня широко используются в нашей стране. Также кратко охарактеризованы другие устройства, выпускаемые компанией «ЕССО-Технолоджи» для электрических сетей и защиты электрооборудования: КРУ 2-10, КМ-1Ф и КРУН, К-59, ТЭМП, реле РКТУ-01 и т. д.

Газовые реле РГТ-50 и РГТ-80

Защита трансформатора — одна из важнейших задач систем автоматики на подстанциях. Его выход из строя способен привести к чрезвычайным происшествиям и значительным материальным потерям, ведь к нему подключены разнообразные потребители. Причем по нормативным документам для большинства трансформаторов на подстанциях мощностью от 400 кВА и выше обязательна газовая защита, как наиболее эффективная и универсальная в настоящий момент. Для выполнения данного требования используют газовые реле, особенности которых мы рассмотрим ниже.

Принцип действия газового реле для защиты трансформатора основан на контроле давления газа. Реле помещают в специальный металлический кожух и врезают в маслопровод трансформатора между баком и расширителем. В случае резкого повышения температуры, которое может возникнуть по разным причинам (например, из-за короткого замыкания в обмотках трансформатора или возникновения «пожара стали»), начинает разлагаться трансформаторное масло либо нагреваются органические элементы обмотки, отчего внутри трансформатора образуется газ.

Разогретые газы стремятся попасть в расширитель устройства, проходя через корпус реле. Если нагрев слабый, то давление газа будет нарастать постепенно и реле даст предупреждающий сигнал, не отключая трансформатора. Но при большом давлении газа, которое свидетельствует о сильном разогреве, что, как правило, бывает связано с КЗ, реле отключает трансформатор.

Необходимо отметить, что газовое реле для защиты трансформатора способно отреагировать не только на давление газа, образовавшегося в результате нагревания, но и на наличие в трансформаторе атмосферного воздуха, на движение или толчки масла внутри кожуха, а также на различные механические повреждения, которые могут возникать из-за вибрации в корпусе агрегата в процессе работы. Однако в современных газовых реле предусмотрены механизмы защиты от ложного срабатывания и отключения трансформатора. Газовые реле не зря широко применяются для защиты трансформаторов разной мощности. Можно выделить три их главных преимущества.

Первое — простота организации данного вида защиты. Второе — высокая чувствительность газовых реле. Они реагируют даже на междувитковое замыкание в обмотках трансформатора, что недоступно для дифференциальной и максимально-токовой защиты. И третье преимущество — относительно высокое быстродействие. Если происходит КЗ, газовое реле отключает трансформатор через считанные доли секунды. Вот почему применение газовых реле для защиты трансформаторов закреплено в нормативных актах.

Сегодня в стране известно несколько производителей, выпускающих газовые реле для защиты трансформаторов. Один из них — компания «ЕССО-Технолоджи», производящая газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 (рис. 1).

В середине 1990-х эти реле пришли на смену широко распространенным в Советском Союзе газовым реле Бухгольца, произведенным Магдебургским заводом электротехники и приборостроения (ГДР), и сегодня они распространены в России не меньше своих предшественников. Газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 с успехом используются для защиты маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов, имеющих расширитель, от повреждений внутри бака. Их проходные сечения имеют диаметр соответственно 50 и 80 мм и рассчитаны на скорость потока масла 0,65, 1,0 и 1,5 м/с.

Рис. 1. Реле РГТ-80

Одним из основных элементов таких реле являются блоки контактов регулирующих — БКР1 и БКР2. Блок БКР2 имеет два поплавка — верхний и нижний, на которых установлены постоянные магниты, управляющие герконами. Верхняя (сигнальная) контактная система реле срабатывает при понижении уровня масла в баке трансформатора на 100–250 см³.

Нижняя (отключающая) контактная система срабатывает раньше, чем уровень масла достигнет нижнего уровня входного отверстия фланца на корпусе реле. Как уже отмечалось, газовые реле РГТ-50 и РГТ-80 прекрасно зарекомендовали себя в эксплуатации и хорошо известны нашим потребителям.

При этом не меньшими возможностями обладает и другая продукция для электрических сетей и защиты электрооборудования «ECCO-Технолоджи», которую мы кратко охарактеризуем ниже. Обзор продукции «ЕССО-Технолоджи» Компания представляет широкий ряд современной низковольтной и высоковольтной аппаратуры: КРУ 2-10, КМ-1Ф и КРУН, К-59, ТЭМП, реле РКТУ-01 и другое оборудование. Рассмотрим эти решения подробнее.

Микропроцессорный терминал управления и защиты присоединений ТЭМП служит для защиты воздушных и кабельных линий, секционных и вводных выключателей. Это устройство обладает богатыми возможностями и выполняет множество функций защиты, автоматики, управления, измерений, регистрации и сигнализации.

РКТУ-01

Реле РКТУ-01 осуществляет непрерывный контроль тока утечки в цепях постоянного, переменного или выпрямленного напряжения (в том числе контроль изоляции цепей газовой защиты). Если величина тока превышает установленный предел (который задается пользователем с помощью DIP-переключателя на лицевой панели корпуса), происходит выдача сигнала срабатывания. Реле РКТУ-01 имеет широкий диапазон уставок срабатывания, благодаря чему его можно применять при различных номинальных значениях оперативного напряжения от 24 до 220 В.

Если происходит замыкание контакта газового реле, во входной цепи РКТУ-01 протекает ток, определяемый нагрузкой цепи газовой защиты и заведомо превышающий фиксированную уставку блокировки.

КСО, КРУ, УБПВД, КРУН

Высокотехнологичное оборудование для электрических сетей компании «ЕССО-Технолоджи» включает следующие устройства:

камеры сборные одностороннего обслуживания (КСО) для использования в закрытых распределительных устройствах общепромышленного назначения;
устройства для безударного пуска высоковольтных электродвигателей (УБПВД), работающие с таким оборудованием, питающимся от сетей переменного тока, как центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы и воздуходувки, экструдеры, ненагруженные конвейеры, моторгенераторы и т. п.;
комплектные распределительные устройства (КРУ) для приема электроэнергии и ее распределения между отдельными потребителями. В частности, устройства серии КРУ 2–10 эксплуатируются в электрических установках трехфазного переменного тока частоты 50 и 60 Гц напряжением 6 (10) кВ в системах с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью. Изготавливаются как для нужд народного хозяйства, так и для поставки на экспорт;
комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) для приема, распределения, учета и защиты электрических сетей переменного тока. Одно из новейших устройств данной линейки — КРУН 10 — предназначено для приема, распределения, учета и защиты электрических сетей переменного тока частотой 50 Гц напряжением 6 (10) кВ. Для эксплуатации этого устройства наружной установки не требуется постоянный обслуживающий персонал. КРУН 10 имеет группу механического исполнения М 40 по ГОСТ 17516.1 и пригодно для работы в районах с сейсмичностью до 7 баллов (включительно) по шкале MSK-64.

КРУН типа К-59 предназначены для приема и распределения электрической энергии переменного трехфазного тока промышленной частоты 50 и 60 Гц напряжением 6 и 10 кВ. КРУН типа К-59 применяются в качестве распределительных устройств в том числе на трансформаторных подстанциях (включая комплектные, или блочные, трансформаторные подстанции).

Кроме указанных изделий, линейка продукции ООО «ЕССО-Технолоджи» включает:

электропривод управления и регулируемые электроприводы для различных отраслей промышленности;
несколько типов реле тока и реле времени с выдержкой на срабатывание, а также реле промежуточное для применения в схемах релейной защиты и противоаварийной автоматики;
вакуумные контакторы и выключатели для коммутации электрических цепей, предназначенные для дистанционного пуска;
пускатели электромагнитные и устройство плавного пуска для асинхронных двигателей;
контактор КТ для включения (отключения) приемников и пр.

В заключение отметим, что у компании «ЕССО-Технолоджи» есть еще один интересный фронт работ: она занимается производством и поставкой изделий для ремонта высоковольтных выключателей, масляных трансформаторов, разъединителей и другого оборудования, стоящего на подстанциях. Это важнейшая задача, учитывая, что быстро выполнить модернизацию сетей невозможно, а старое оборудование должно находиться в работоспособном состоянии, пока идет его постепенная замена новым. «ЕССО-Технолоджи» имеет сертификат качества ИСО 9001-2008 (ИСО 9001:2008), что является доказательством построения эффективной и современной системы управления.

Газовые защиты предусматриваются в качестве основных защит от повреждений внутри бака трансформатора и устройства РПН.

Принцип действия основан на том, что практически все повреждения внутри бака трансформатора сопровождаются выделением газа в результате разложения масла или других изоляционных материалов под действием частичных электрических разрядов, повышенного нагрева, электрической дуги. Повреждения внутри бака устройства РПН вследствие небольшого объема масла в баке характеризуется образованием струи масла в смеси с газом, которая направляется из бака в расширитель.

Специальные реле, получившие название газовых и струйных реле, установленные на трансформаторе и устройстве РПН способны реагировать на факт выделения газа и образования струи масла:

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 устройства РПН от повреждений, сопровождающихся возникновением ускоренного потока масла из бака устройства РПН в расширитель.

Газообразные продукты разложения масла или органической изоляции выделяются даже при самых незначительных внутренних повреждениях в трансформаторе, чем обеспечивается действие газовой защиты в самом начале возникновения постепенно развивающегося повреждения. Поэтому газовая защита имеют высокую чувствительность. 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.

ГЗТ предусматривается со ступенчатым действием:

1-я ступень действует на сигнал;
2-я ступень действует на отключение трансформатора со всех сторон с пуском УРОВ выключателей питающих сторон трансформатора.

Предусматривается перевод действия 2-й ступени ГЗТ на сигнал:

оперативный перевод;
автоматический перевод при ухудшении состояния изоляции цепей ГЗТ.

ГЗ РПН предусматривается с 1 ступенью с действием на отключение трансформатора со всех сторон и пуском УРОВ выключателей питающих сторон трансформатора.

Предусматривается перевод действия ГЗ РПН на сигнал:

оперативный перевод;
автоматический перевод при ухудшении состояния изоляции цепей ГЗ РПН.

В соответствии с требованием п.9.7.2 НТП ПС [1] для обеспечения надежного отключения выключателей трансформатора действие ГЗ РПН и 2-й ступени ГЗТ предусматривается через терминалы основных и резервных защит трансформатора (или через два комплекта основных защит). С этой целью газовое реле трансформатора оснащается 2-мя сигнальными и 2-мя отключающими контактами. Струйное реле устройства РПН оснащается только 2-мя отключающими контактами. Также должен выполняться непрерывный контроль изоляции цепей газовых защит.

В п.2.1 РД [2] указано, что при бурном газообразовании и резких толчках масла возможен отскок контактов газовых и струйных реле. Поэтому для обеспечения надежного отключения выключателей трансформатора и надежного пуска УРОВ предусматривается действие ГЗТ и ГЗ РПН по схеме с самоудерживанием.

Читайте также: