Systemy ochrony transformatorów: Ochrona gazowa Ochrona przeciwprądowa i projektowanie przekaźników różnicowych

W przypadku krótkich zwarcia na przewodach wychodzących z transformatora, izolatorach i komponentach wewnętrznych, należy zainstalować odpowiednie urządzenia ochronne, które powinny spełniać następujące wymagania:

• Transformatory o mocy 10 MVA lub wyższej działające indywidualnie oraz transformatory o mocy 6,3 MVA lub wyższej działające równolegle powinny być wyposażone w ochronę różnicową pilotowaną. Ważne transformatory o mocy 6,3 MVA lub niższej działające indywidualnie mogą również być wyposażone w ochronę różnicową pilotowaną.

• Transformatory poniżej 10 MVA mogą być wyposażone w ochronę przeciwprądową natychmiastową i ochronę przeciwprądową. Dla transformatorów o mocy 2 MVA i wyższej, jeśli współczynnik czułości ochrony przeciwprądowej natychmiastowej nie spełnia wymagań, zaleca się użycie ochrony różnicowej pilotowanej.

• Dla transformatorów o mocy 0,4 MVA i wyższej, napięciu pierwotnym 10 kV lub niższym, oraz połączeniu wirników trójkąt-gwiazda, może być użyta ochrona przeciwprądowa dwufazowa z trzema relajami.

• Wszystkie określone powyżej urządzenia ochronne powinny działać na rozłączanie przełączników obwodowych ze wszystkich stron transformatora.

Podczas działania transformatora, wewnętrzne uszkodzenia mogą czasem być trudne do wykrycia i szybkiego usunięcia, co potencjalnie prowadzi do wypadków. Instalacja ochrony gazowej może do pewnego stopnia pomóc zapobiec takim incydentom.

Wprowadzenie do ochrony gazowej

Ochrona gazowa jest jednym z głównych rodzajów ochrony transformatorów i należy do ochron nieelektrycznych. Dzieli się ona na ochronę gazową lekką i ciężką. Zasady działania różnią się: Ochrona gazowa lekka działa, gdy drobne uszkodzenia wewnętrzne powodują rozkład oleju izolacyjnego i generowanie gazu w wyniku nagrzewania. Gromadzący się gaza w górnej części relaja powoduje utratę pływalności otwartego kubka, który opada, czyniąc kontakt reedowy zamkniętym i wysyłając sygnał alarmowy. Ochrona gazowa ciężka działa, gdy poważne uszkodzenie wewnętrzne powoduje szybkie rozszerzenie się oleju w wyniku nagrzewania lub łukowania, generując dużą ilość gazu i szybki przepływ oleju w kierunku zbiornika oleju. Ten przepływ uderza w przegrodę wewnątrz relaja, pokonując opór sprężyny i poruszając magnes, który zamyka kontakt reedowy, co powoduje polecenie rozłączenia. Powinna być normalnie ustawiona w trybie rozłączania. Oprócz ochrony gazowej, typowe ochrony nieelektryczne dla dużych transformatorów zanurzonych w oleju obejmują ochronę przed odciążeniem ciśnienia i ochronę przed nagłymi zmianami ciśnienia.

Główne różnice między ochroną gazową lekką a ciężką polegają na ustawieniach relajów: ochrona gazowa lekka emituje tylko sygnał alarmowy bez rozłączania, podczas gdy ochrona gazowa ciężka bezpośrednio inicjuje rozłączenie.

Napięcie zerowej sekwencji równa się wektorowej sumie napięć trójfazowych. Metoda obliczania prądu zerowej sekwencji jest podobna.

Zasada działania ochrony gazowej ciężkiej opiera się na konstrukcji z pływakiem i relajem reedowym. Olejowa komora relaja jest połączona z kadłubem transformatora. Gdy awaria generuje gaz, gromadzenie gazu obniża pływak do określonej pozycji, zamykając kontakt pierwszego stopnia, co powoduje alarm gazowy lekki. Gdy gaz nadal się gromadzi, pływak opada dalej, aktywując kontakt drugiego stopnia, zamykając obwód gazowy ciężki i rozłączając przełącznik obwodowy.

Różnice w zasadach działania między ochroną gazową lekką a ciężką

Relaje gazowe lekkie składają się z otwartego kubka i kontaktów reedowych, i działają, wysyłając sygnał. Relaje gazowe ciężkie składają się z przegrody, sprężyny i kontaktów reedowych, i działają, rozłączając obwód.

W normalnym działaniu relaj jest wypełniony olejem, a otwarty kubek unosi się dzięki pływalności, trzymając kontakty reedowe otwarte. Gdy wystąpi drobne uszkodzenie wewnętrzne, powoli rosnący gaz wchodzi do relaju, obniżając poziom oleju. Otwarty kubek obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara wokół swojego osiowego punktu obrotu, zamykając kontakt reedowy i emitując sygnał alarmowy. Gdy wystąpi poważne uszkodzenie wewnętrzne, szybko generowany duży objętościowy gaz powoduje nagłe zwiększenie ciśnienia w kadłubie i szybki przepływ oleju w kierunku zbiornika oleju. Ten przepływ uderza w przegrodę w relaju, która pokonuje opór sprężyny, porusza magnes w kierunku kontaktu reedowego, zamyka kontakt i inicjuje rozłączenie.

Charakterystyka relaju odnosi się do związku między jego ilościami wejściowymi i wyjściowymi w całym procesie działania. Bez względu na to, czy działa czy wraca, relaj przemieszcza się bezpośrednio z początkowej do końcowej pozycji bez zatrzymywania się w żadnej pośredniej pozycji. Ta charakterystyka "skokowa" jest znana jako charakterystyka relaju.