Transformerschutzsysteme: Gas-Schutz Überstrom- und Differenzsicherungsauslegung

Für Kurzschlussfehler an Transformatoraufführungskabeln, Isolierdurchführungen und internen Komponenten müssen geeignete Schutzvorrichtungen installiert werden und den folgenden Vorschriften entsprechen:

• Transformator mit einer Leistung von 10 MVA oder mehr, die einzeln betrieben werden, sowie Transformator mit einer Leistung von 6,3 MVA oder mehr, die parallel betrieben werden, müssen mit einem Pilotendifferenzschutz ausgestattet sein. Wichtige Transformator mit einer Leistung von 6,3 MVA oder weniger, die einzeln betrieben werden, können auch mit einem Pilotendifferenzschutz ausgestattet sein.

• Transformator unter 10 MVA können mit einem Spitzensicherungsschutz und Überstromschutz ausgestattet sein. Für Transformator von 2 MVA und darüber, wenn der Empfindlichkeitsfaktor des Spitzensicherungsschutzes die Anforderungen nicht erfüllt, wird ein Pilotendifferenzschutz empfohlen.

• Für Transformator mit einer Leistung von 0,4 MVA und mehr, einer Primärspannung von 10 kV oder weniger und einer Dreieck-Stern-Wicklungverbindung, kann ein Zweiphasen-Dreirelay-Überstromschutz verwendet werden.

• Alle oben genannten Schutzvorrichtungen müssen so wirken, dass sie die Schaltgeräte auf allen Seiten des Transformators abschalten.

Während des Betriebs eines Transformators können interne Fehlersituationen manchmal schwierig zu erkennen und schnell zu behandeln sein, was potenziell zu Unfällen führen kann. Die Installation eines Gasschutzrelais kann dazu beitragen, solche Vorfälle in gewissem Maße zu verhindern.

Einführung in den Gasschutz

Der Gasschutz ist einer der Hauptschutze für Transformator und gehört zum nichtelektrischen Schutz. Er wird in leichten Gasschutz und schweren Gasschutz unterteilt. Die Funktionsprinzipien unterscheiden sich: Der leichte Gasschutz schaltet ein, wenn geringfügige interne Fehlersituationen zur Zersetzung der Isolierflüssigkeit und zur Gasbildung durch Erwärmung führen. Das im oberen Teil des Relais angesammelte Gas lässt den offenen Becher seine Auftriebskraft verlieren und sinken, wodurch der Kontakt des Reedschalters geschlossen wird und ein Alarmsignal gesendet wird. Der schwere Gasschutz schaltet ein, wenn eine ernsthafte interne Fehlersituation durch Erwärmung oder Bogenentladung zu einer schnellen Expansion der Flüssigkeit führt, was eine große Menge Gas und einen schnellen Flüssigkeitsstrom in Richtung des Flüssigkeitsreservoirs erzeugt. Dieser Strom trifft auf das Schild im Inneren des Relais, überwindet den Federsatz und bewegt den Magneten, um den Kontakt des Reedschalters zu schließen, was zu einem Abschaltsignal führt. Normalerweise sollte er in der Abschaltmodus eingestellt sein. Neben dem Gasschutz gehören zu den nichtelektrischen Schutzvorrichtungen für große Öltransformator normalerweise auch Druckentlastungs- und plötzliche Druckänderungsschutz.

Der Hauptunterschied zwischen leichtem und schwerem Gasschutz liegt in den Einstellungen des Relais: Der leichte Gasschutz gibt nur ein Alarmsignal ab, ohne abzuschalten, während der schwere Gasschutz direkt ein Abschaltsignal initiiert.

Die Nullfolgespannung entspricht der Vektorsumme der Spannungen der drei Phasen. Die Berechnungsmethode für die Nullfolgestrom ist ähnlich.

Das Prinzip des schweren Gasschutzes basiert auf einem Schwimmer- und Reedschalterdesign. Der Ölraum des Relais ist mit dem Tank des Transformators verbunden. Wenn bei einem Fehler Gas entsteht, sorgt die Ansammlung von Gas dafür, dass der Schwimmer bis zu einer bestimmten Position sinkt, wodurch der erste Kontakt geschlossen wird und ein leiches Gassignal ausgelöst wird. Mit zunehmender Gasansammlung sinkt der Schwimmer weiter, aktiviert den zweiten Kontakt, schließt den schweren Gasschutzkreis und löst den Abschaltbefehl des Schalters aus.

Unterschiede in den Funktionsprinzipien zwischen leichten und schweren Gasschutz

Leichte Gasschutzrelais bestehen aus einem offenen Becher und Reedschaltern und senden ein Signal. Schwere Gasschutzrelais bestehen aus einem Schild, einer Feder und Reedschaltern und lösen einen Abschaltbefehl aus.

Während des normalen Betriebs ist das Relais mit Öl gefüllt, und der offene Becher schwebt aufgrund seiner Auftriebskraft, wodurch die Reedschalter offen bleiben. Bei einem geringfügigen internen Fehler dringt langsam steigendes Gas in das Relais ein, wodurch der Ölspiegel sinkt. Der offene Becher dreht sich gegen den Uhrzeigersinn um seine Achse, schließt den Reedschalter und sendet ein Alarmsignal. Bei einem schwerwiegenden internen Fehler entsteht eine große Menge Gas, was zu einem plötzlichen Anstieg des Behälterdrucks und einem schnellen Flüssigkeitsstrom in Richtung des Flüssigkeitsreservoirs führt. Dieser Strom trifft auf das Schild im Inneren des Relais, überwindet den Federsatz, bewegt den Magneten in Richtung des Reedschalters, schließt den Kontakt und löst einen Abschaltbefehl aus.

Die Relaischarakteristik bezieht sich auf das Verhältnis zwischen den Eingangs- und Ausgangsgrößen während des gesamten Betriebsprozesses. Ob beim Einschalten oder Ausschalten, das Relais bewegt sich direkt von seiner Anfangsposition in seine Endposition, ohne an einer Zwischenposition anzuhalten. Diese "Stufenänderungs" Charakteristik wird als Relaischarakteristik bezeichnet.