Рис. 57. Газовое реле Бухтольда:
а — корпус, б — крышка с внутрівенним устройством реле
Газовое реле защищает трансформатор при всех видах внутреннего повреждения, связанного с выделением газа, а также при утечке масла из-за неплотности. Такими повреждениями могут быть: разложение изолирующих материалов (масла, бумаги, дерева) под воздействием повышенной температуры отдельных мест, замыкание параллельных проводов или витков в обмотках; некачественное соединение отводов (пайка, крепление винтами, болтами); пробой изоляции; неисправность в магнитной системе, остове.
По конструктивному признаку различают два вида газового реле: поплавковое и чашечное. Работа поплавкового реле основана на всплывании и опускании металлических поплавков, чашечного— на всплывании и погружении чашечек с маслом. Промышленность выпускает газовые реле: поплавковое ПГ-22 и чашечное РГ43-66. В последние годы на трансформаторах в основном устанавливают поплавковые газовые реле Бухгольца (рис. 57) производства ГДР.
Реле состоит из корпуса 1 (рис. 57, а) с фланцами 2 для подсоединения к трубопроводу, смотровыми окнами 3 со шкалой и пробкой 4 для спуска масла; крышки 8 (рис. 57, б) с внутренним механизмом, который крепится болтами к корпусу на прокладке для обеспечения герметичности. На крышке размещены встроенный блок, кран для отбора пробы таза для анализа, по которому судят о характере повреждения, зажимы для подключения электропроводки и другие вспомогательные детали.
В блок входят следующие основные рабочие механизмы и элементы управления: верхний поплавок 7 с присоединенным к нему магнитом 11; герметизированный магнитно-управляемый контакт 10 — геркон (герметизированный контакт); нижний поплавок 16 с присоединенным к нему магнитом 14, геркон 15; подпорный клапан 5; постоянный магнит 6, укрепленный на пластине 13, и гибкие провода 12, идущие от герконов и подсоединенные к контактным болтам 9, которые выходят на коробку зажимов, установленную на крышке.
Нормально реле заполнено маслом и оба поплавка находятся в верхнем положении. При утечке понижается уровень масла в корпусе и одновременно опускается верхний поплавок. Прикрепленный к нему магнит, проходя рядом с герконом 10, замыкает его контакты, включающие цепь предупредительной сигнализации (звонок, сирена).
Если уровень масла после сигнала продолжает понижаться, то начинает опускаться нижний поплавок; в предельном нижнем положении его магнит вызывает срабатывание контактов геркона 15, замыкая цепь отключения трансформатора.
В случае внутреннего повреждения трансформатора со слабым газообразованием газ в баке поднимается вверх, попадает через трубопровод в реле и вытесняет из него масло, при этом верхний поплавок опускается и работает так же, как в первом случае. Однако нижний поплавок свое положение не меняет, поскольку газ при уровне масла, достигшем верхнего края стенки трубы, выйдет по трубопроводу в расширитель, поэтому нижняя поплавковая система работать не будет — трансформатор останется в работе. При значительных внутренних повреждениях бурно выделяется газ, происходит выброс масла с большой скоростью через реле в расширитель. Под воздействием потока масла подпорный клапан 5, удерживаемый до этого магнитом 6, отбросится в направлении потока, при этом нижний магнит приблизится к геркону, замкнет его контакты, и трансформатор отключится. Время срабатывания реле обычно 0,1 с. Реле можно настроить на срабатывание регулировкой зазора между магнитом и подпорным клапаном при скоростях потока масла от 0,65 до 150 м/с.
На трансформаторах мощностью от 1 до 10 МВ-А устанавливают одно- и двухпоплавковые газовые реле Бухгольца, а на трансформаторах большей мощности — двухпоплавковые.
Повреждение внутри трансформатора, сопровождаемое электрической дугой, приводит к интенсивному разложению масла с образованием большого количества газа н, как следствие, резкому повышению давления внутри бака, при этом может разорваться бак и возникнуть пожар.
Рис. 58. Выхлопная труба:
а — общий вид, б —устройство диафрагмы
Для локализации давления внутри бака устанавливают выхлопную (предохранительную) трубу (рис. 58, а), которая состоит из корпуса 2, изготовленного из листовой стали, диафрагмы 3, фланца 1 для крепления к крышке бака трансформатора и фланца 5 для подсоединения трубы к верхней части расширителя. В диафрагму входят фланцы 9 (приваренный к стенке трубы) и 7 (рис. 58, б), две резиновые прокладки 11 и торцовая 10, уплотняющие стеклянный диск 6, который установлен между фланцами, скрепленными болтами 4. Для фиксации мест установки прокладок служит упорное кольцо 8.
Нижний конец трубы сообщается с баком через отверстие в крышке. При повышении давления внутри бака стекло ломается и газы вместе с маслом выбрасываются наружу. На трансформаторах мощностью 1000 кВ-А и выше устанавливают выхлопную трубу; на более мощных трансформаторах и трансформаторах с пленочной защитой вместо выхлопной трубы ставят предохранительный клапан.
При повреждении внутри трансформатора, например пробое изоляции между обмотками или отводами, цепь обмотки ВН может соединиться с токопроводящей частью обмотки НН, при этом сторона низшего напряжения окажется под высоким напряжением, опасным для обслуживающего персонала и аппаратуры. Во избежание появления высокого потенциала на стороне НН у трансформаторов с низшим напряжением (до 690 В) устанавливают пробивной предохранитель, состоящий из фарфоровых головки и корпуса и заключенной между ними контактной системы — цокольного и центрального контактов. Схема включения и действия пробивного предохранителя при пробое изоляции между обмотками показана на рис. 59. Контакты разделены слюдяной прокладкой 8 с отверстиями, образующими воздушные (искровые) промежутки. Головка и корпус вместе с контактной системой скреплены между собой с помощью резьбы на цокольной части.
Рис. 59. Схема включения и действия пробивного предохранителя:
1 -2 — обмотки ВН и НН, 3 — болт крепления крышки бака, 4 — перемычка, 5 — скоба предохранителя, 6, 9 — верхняя и нижняя части контактной головки, 7 цокольный контакт, 8 — слюдяная прокладка с искровыми промежутками, 10 — центральный контакт, 11- пробивной предохранитель, 12 — ввод нейтрали, 13 — стенка бака, 14 — заземляющая перемычка бака
Центральный контакт 10 соединяют с вводом 12 нейтрали обмотки НН при схеме «звезда» или с линейным вводом при схеме «треугольник», цокольный контакт — скобой с заземленным баком (крышкой). При появлении на стороне НН опасного напряжения воздушные промежутки слюдяной прокладки пробиваются электрической дугой, через которую обмотка НН соединяется с землей и таким образом приобретает потенциал, равный нулю.
Для предотвращения соприкосновения масла трансформаторов с атмосферным воздухом применяют пленочную защиту трансформаторов, которая представляет собой емкость из эластичной пленки, уложенную внутри расширителя. При заполнении расширителя маслом она всплывает; воздух контактирует не с маслом, а находится в пленке. Он поступает в пленку через воздухоосушитель, сообщающийся через его масляный затвор с атмосферой. Из пространства между эластичной пленкой и расширителем воздух удален. При изменении уровня масла в расширителе меняется объем эластичной емкости за счет вытеснения или засасывания воздуха из атмосферы. Пленка, изготовляемая из маслостойкой прорезиненной ткани, обладает незначительной воздухо- и влагопроницаемостью. Пленочную защиту устанавливают на трансформаторах III габарита и выше.
Рис. 60. Манометрический термометр ТСМ-100: 1 — корпус, 2 — указатели установки пределов на сигнал и отключение, 3 — штуцер, 4 — капиллярная трубка, 5 — термобаллон, 6 — зажимы для подключения электропитания, 7 —скоба для крепления
Рис. 61. Устройство стрелочного маслоуказателя
Во избежание контакта масла с воздухом в трансформаторах применяют кроме пленочной и азотную защиту, которая обеспечивает постоянное наличие азота в расширителе и исключает увлажнение внутренней изоляции трансформатора, а также насыщение ее кислородом. Азотную защиту устанавливают в основном на мощных силовых трансформаторах напряжением 110 кВ и более.
Температуру масла в трансформаторах мощностью 630 кВ-А и менее контролируют стеклянным термометром, в трансформаторах большей мощности— манометрическими термометрами ТСМ-100 (рис. 60) или ТКП- 160 Сг (конденсационный, показывающий, сигнализирующий). Принцип их действия основан на строгой зависимости давления насыщенных паров заполнителя термосистемы (капилляра, баллона) от температуры измеряемой среды (масла).
При повышении температуры давление паров в термобаллоне 5, соединенном с корпусом 1 капиллярной трубкой 4, увеличивается, при этом специальное устройство в корпусе термосигнализатора действует на стрелку, которая показывает на шкале температуру масла. При достижении предельно допустимой температуры контактная система прибора замыкает цепь тока на сигнал. Дальнейшее увеличение температуры приводит к замыканию контактов цепи отключения трансформатора. Термобаллон устанавливают в специальную гильзу, пропущенную внутрь бака и закрепленную; на крышке корпус прибора крепят на стенке бака.
Стрелочный маслоуказатель используют для контроля уровня масла в расширителе и замыкания электрической цени сигнализации при минимальном уровне масла. Его устанавливают на торцовой стенке расширителя силовых трансформаторов мощностью 10 МВ-А и более.
Стрелочные маслоуказатели бывают двух типов: МС-1 и МС-2 (поплавковые). Устройство маслоуказателя МС-2 показано на рис. 61. Поплавок 1, жестко скрепленный рычагом 2, под углом 90° с осью 3 силового магнита 4, находится в масле расширителя. Стрелка 7 имеет свою ось и плоский управляемый магнит 5 геркона 6. При изменении уровня масла поплавок, следуя за ним, поворачивает ось 3 вместе с закрепленным на ней силовым магнитом, при этом вследствие взаимодействия двух магнитов (магнитная муфта) поворачивается на тот же угол и стрелка, указывая на шкале 8 уровень масла (максимальный, минимальный и при 15°С окружающего воздуха).
При минимальном уровне масла магнит 5 (вместе со стрелкой) приблизится к геркону 6 и, замыкая его контакт, включит цепь сигнализации. Вращательное движение от силового магнита передается стрелке с магнитом через установленную между ними герметичную алюминиевую стенку корпуса.
Маслоуказатель МС-1 отличается от МС-2 тем, что рычаг поплавка расположен вдоль расширителя и силовой магнит получает вращение с помощью конической передачи.
Контрольные вопросы
- Из каких основных частей состоит трансформатор?
- Зачем выполняют ступенчатое сечение стержней?
- Что такое «активное сечение» стержня?
- Какие основные конструкции стержневых магнитных систем вы знаете?
- Каковы виды изоляции трансформаторов и факторы, влияющие на ее электрическую прочность?
- В чем преимущества и недостатки катушечной обмотки трансформаторов?
- Из каких основных частей состоит переключающее устройство?
- Для чего служат вводы трансформатора?
- Где используют маслонаполненные вводы?
- Каковы основные способы крепления в баке активной части трансформатора?
