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

برای خطاهای کوتاه مدار در سیم‌های خروجی ترانسفورماتور، دکمه‌ها و اجزای داخلی، باید دستگاه‌های محافظ مناسب نصب شود و با مقررات زیر همخوانی داشته باشند:

• ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۱۰ مگاوات یا بیشتر که به طور انفرادی عمل می‌کنند و ترانسفورماتورهای با ظرفیت ۶.۳ مگاوات یا بیشتر که به طور موازی عمل می‌کنند، باید با حفاظت دیفرانسیل راهبردی مجهز شوند. ترانسفورماتورهای مهم با ظرفیت ۶.۳ مگاوات یا کمتر که به طور انفرادی عمل می‌کنند نیز می‌توانند با حفاظت دیفرانسیل راهبردی مجهز شوند.

• ترانسفورماتورهای زیر ۱۰ مگاوات می‌توانند با حفاظت جریان فوری و حفاظت جریان مجهز شوند. برای ترانسفورماتورهای ۲ مگاوات و بالاتر، اگر ضریب حساسیت حفاظت جریان فوری مطابق نیازها نباشد، استفاده از حفاظت دیفرانسیل راهبردی توصیه می‌شود.

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

• تمام دستگاه‌های محافظ مشخص شده باید عمل کنند تا برشکن‌ها در تمام طرفین ترانسفورماتور قطع شوند.

در طی عملکرد ترانسفورماتور، گاهی اوقات خطاهای داخلی سخت تشخیص داده و به موقع مدیریت می‌شوند که می‌تواند منجر به حوادث شود. نصب حفاظت رله گازی می‌تواند به حدودی در جلوگیری از چنین حوادثی کمک کند.

آشنایی با حفاظت گازی

حفاظت گازی یکی از محافظت‌های اصلی ترانسفورماتورها است و به عنوان محافظت غیر الکتریکی طبقه‌بندی می‌شود. این حفاظت به دو نوع حفاظت گازی کم وزن و حفاظت گازی سنگین تقسیم می‌شود. اصول عملکرد آنها متفاوت است: حفاظت گازی کم وزن وقتی عمل می‌کند که خطاهای داخلی کوچک باعث تجزیه روغن عایق و تولید گاز به دلیل گرم شدن می‌شوند. گاز تجمع یافته در بخش بالایی رله باعث از دست دادن شناوری لیوان باز و فرو رفتن آن می‌شود و تماس رله بسته شده و سیگنال هشدار ارسال می‌شود. حفاظت گازی سنگین وقتی عمل می‌کند که خطای داخلی جدی باعث گرم شدن سریع یا قوس الکتریکی و تولید حجم زیادی گاز و جریان سریع روغن به سمت مخزن روغن می‌شود. این جریان بر برابرکننده داخل رله تأثیر می‌گذارد، مقاومت فنر را غلبه می‌کند و مغناطیس را حرکت می‌دهد تا تماس رله بسته شده و دستور قطع صادر شود. این دستگاه باید به طور معمول در حالت قطع تنظیم شود. علاوه بر حفاظت گازی، محافظت‌های غیر الکتریکی برای ترانسفورماتورهای بزرگ غوطه‌ور در روغن معمولاً شامل حفاظت ضد فشار و حفاظت تغییر فشار ناگهانی است.

تفاوت اصلی بین حفاظت گازی کم وزن و حفاظت گازی سنگین در مقادیر تنظیم رله وجود دارد: حفاظت گازی کم وزن فقط سیگنال هشدار می‌دهد بدون قطع، در حالی که حفاظت گازی سنگین مستقیماً دستور قطع را صادر می‌کند.

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

اصول عملکرد حفاظت گازی سنگین بر اساس طراحی شناور و رله تماسی است. کمره روغن رله به مخزن ترانسفورماتور متصل است. وقتی خطایی گاز تولید می‌کند، تجمع گاز شناور را به مکان خاصی پایین می‌برد و تماس مرحله اول بسته شده و هشدار گاز کم وزن صادر می‌شود. با ادامه تجمع گاز، شناور بیشتر پایین می‌آید و تماس مرحله دوم بسته شده و مدار گاز سنگین بسته شده و برشکن قطع می‌شود.

تفاوت در اصول عملکرد بین حفاظت گازی کم وزن و حفاظت گازی سنگین

رله‌های گازی کم وزن شامل لیوان باز و تماس‌های رله هستند و عمل می‌کنند تا سیگنال ارسال شود. رله‌های گازی سنگین شامل برابرکننده، فنر و تماس‌های رله هستند و عمل می‌کنند تا قطع شوند.

در حالت عملکرد عادی، رله با روغن پر شده و لیوان باز به دلیل شناوری شناور است و تماس‌های رله باز هستند. وقتی خطای داخلی کوچکی رخ می‌دهد، گاز که به آرامی بالا می‌آید وارد رله می‌شود و سطح روغن پایین می‌آید. لیوان باز حول نقطه گره خود در جهت معکوس ساعت می‌چرخد، تماس رله بسته شده و سیگنال هشدار ارسال می‌شود. وقتی خطای داخلی جدی رخ می‌دهد، حجم زیادی گاز به سرعت تولید می‌شود و فشار مخزن به طور ناگهانی افزایش می‌یابد و جریان سریع روغن به سمت مخزن روغن می‌رود. این جریان بر برابرکننده رله تأثیر می‌گذارد، فنر را غلبه می‌کند، مغناطیس را به سمت تماس رله حرکت می‌دهد، تماس رله بسته شده و دستور قطع صادر می‌شود.

ویژگی رله‌ای رله به رابطه بین ورودی و خروجی آن در طول کل فرآیند عملکرد اشاره دارد. چه در حالت عملکرد یا بازگشت، رله مستقیماً از موقعیت اولیه خود به موقعیت نهایی حرکت می‌کند و در هیچ موقعیت میانی متوقف نمی‌شود. این ویژگی "پله‌ای" به عنوان ویژگی رله‌ای شناخته می‌شود.