سیستم‌های حفاظت ترانسفورماتور: حفاظت گازی، جریان بیش از حد و طراحی رله دیفرانسیل

برای خطاهای کوتاه مداری در سیم‌های خروجی، دوشکمه‌ها و اجزای داخلی ترانسفورماتور، باید دستگاه‌های محافظ مناسب نصب شود و با مقررات زیر موافقت کنند:

• ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۱۰ مگاوات یا بیشتر که به طور انفرادی عمل می‌کنند، و ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۶.۳ مگاوات یا بیشتر که به صورت موازی عمل می‌کنند، باید با محافظ پیلوطی دیفرانسیلی تجهیز شوند. ترانسفورماتورهای مهم با ظرفیت ۶.۳ مگاوات یا کمتر که به طور انفرادی عمل می‌کنند نیز می‌توانند با محافظ پیلوطی دیفرانسیلی تجهیز شوند.

• ترانسفورماتورهای زیر ۱۰ مگاوات می‌توانند با محافظ جریان فوری و محافظ جریان تجهیز شوند. برای ترانسفورماتورهای ۲ مگاوات و بالاتر، اگر ضریب حساسیت محافظ جریان فوری الزامات را برآورده نمی‌کند، استفاده از محافظ پیلوطی دیفرانسیلی توصیه می‌شود.

• برای ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۰.۴ مگاوات و بالاتر، ولتاژ اولیه ۱۰ کیلوولت یا کمتر و اتصالات پیچشی دلتا-ستار، می‌توان از محافظ جریان دو فاز سه رله استفاده کرد.

• همه دستگاه‌های محافظ ذکر شده باید عمل کنند تا قطع‌کننده‌های تمام طرف‌های ترانسفورماتور قطع شوند.

در طول عملکرد ترانسفورماتور، گاهی اوقات خطاهای داخلی ممکن است مشخص شدن و رسیدگی سریع به آن‌ها دشوار باشد که می‌تواند منجر به حوادث شود. نصب محافظ رله گازی می‌تواند به حدودی در جلوگیری از چنین حوادثی کمک کند.

معرفی محافظ گازی

محافظ گازی یکی از محافظ‌های اصلی ترانسفورماتورها است و به محافظ غیر الکتریکی تعلق دارد. این محافظ به محافظ گازی سبک و محافظ گازی سنگین تقسیم می‌شود. اصول عملکرد آن‌ها متفاوت است: محافظ گازی سبک هنگامی که خطاهای کوچک داخلی باعث تجزیه روغن عایقی و تولید گاز به دلیل گرم شدن می‌شوند، عمل می‌کند. گاز تجمع یافته در بخش بالایی رله باعث از دست دادن شناوری کاسه باز و فرو رفتن آن می‌شود، که باعث بسته شدن تماس لوله‌ای و ارسال سیگنال هشدار می‌شود. محافظ گازی سنگین هنگامی که خطای جدی داخلی باعث گرم شدن یا قوس الکتریکی و گسترش سریع روغن و تولید حجم زیادی گاز و جریان سریع روغن به سمت مخزن روغن می‌شود، عمل می‌کند. این جریان بر باریکه داخل رله تأثیر می‌گذارد، مقاومت فنر را غلبه می‌کند و مغناطیس را حرکت می‌دهد تا تماس لوله‌ای بسته شود و دستور قطع صادر شود. این محافظ باید به طور معمول در حالت قطع تنظیم شود. علاوه بر محافظ گازی، محافظ‌های غیر الکتریکی برای ترانسفورماتورهای نفتی بزرگ معمولاً شامل محافظ تخلیه فشار و محافظ تغییر فشار ناگهانی است.

تفاوت اصلی بین محافظ گازی سبک و سنگین در مقادیر تنظیم رله است: محافظ گازی سبک فقط سیگنال هشدار می‌دهد بدون قطع، در حالی که محافظ گازی سنگین مستقیماً دستور قطع صادر می‌کند.

ولتاژ صفر مرتبه برابر با مجموع برداری ولتاژهای سه فاز است. روش محاسبه جریان صفر مرتبه مشابه است.

اصول محافظ گازی سنگین بر اساس طراحی شناور و تماس لوله‌ای است. حفره روغن رеле به خزان ترانسفورماتور متصل است. هنگامی که خطایی گاز تولید می‌کند، تجمع گاز شناور را به موقعیت معینی پایین می‌برد و تماس مرحله اول را بسته و هشدار گاز سبک را تحریک می‌کند. با ادامه تجمع گاز، شناور بیشتر پایین می‌آید، تماس مرحله دوم را فعال می‌کند، مدار گاز سنگین را می‌بندد و قطع کننده را قطع می‌کند.

تفاوت در اصول عملکرد محافظ گازی سبک و سنگین

رله‌های گازی سبک شامل کاسه باز و تماس‌های لوله‌ای هستند و برای ارسال سیگنال عمل می‌کنند. رله‌های گازی سنگین شامل باریکه، فنر و تماس‌های لوله‌ای هستند و برای قطع عمل می‌کنند.

در عملکرد عادی، رله با روغن پر شده و کاسه باز به دلیل شناوری شناور است و تماس‌های لوله‌ای باز هستند. هنگامی که خطای کوچکی داخلی رخ می‌دهد، گاز به آرامی وارد رله می‌شود و سطح روغن پایین می‌آید. کاسه باز حول محور خود به چپ می‌چرخد، تماس لوله‌ای را می‌بندد و سیگنال هشدار را می‌فرستد. هنگامی که خطای جدی داخلی رخ می‌دهد، حجم زیادی گاز به سرعت تولید می‌شود، فشار خزان به طور ناگهانی افزایش می‌یابد و جریان سریع روغن به سمت مخزن روغن حرکت می‌کند. این جریان بر باریکه رله تأثیر می‌گذارد، که مقاومت فنر را غلبه می‌کند، مغناطیس را به تماس لوله‌ای حرکت می‌دهد، تماس را می‌بندد و دستور قطع را می‌دهد.

خصوصیت رله رله اشاره به رابطه بین مقادیر ورودی و خروجی آن در طول کل فرآیند عملکرد دارد. چه در حالت عمل یا بازگشت، رله مستقیماً از موقعیت اولیه به موقعیت نهایی حرکت می‌کند بدون اینکه در هیچ موقعیت میانی متوقف شود. این خصوصیت "تغییر پله‌ای" به عنوان خصوصیت رله شناخته می‌شود.