АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУВПО «АмГУ»)

Факультет Энергетический

Кафедра энергетики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

на тему: Газовые реле.

по дисциплине: Релейная защита и автоматика

Исполнитель

студент группы 843 И.В. Сергейчук

Проверил Д.А. Бондаренко

Благовещенск 2011

Газовые реле

Цель работы: изучение принципа действия, устройства и области применения газовых реле.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители.

Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и более, а также на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 1000 – 4000 кВА, не имеющих быстродействующей защиты (дифференциальной, токовой отсечки или максимальной токовой защиты со временем действия не более 1с). На трансформаторах мощностью 1000 – 4000 кВА применение газовой защиты при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным.

Применение газовой защиты обязательно на внутрицеховых трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 630 кВА и выше независимо от наличия других быстродействующих защит.

Действие газовой защиты: основано на том, что всякие, даже незначительные повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора (автотрансформатора) вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора). Кроме того, газовая защита действует на сигнал и на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора.

Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов (автотрансформаторов) от внутренних повреждений, а при некоторых опасных повреждениях действует только она, – защиты, контролирующие электрические параметры, обнаружить эти режимы не могут. К таким повреждениям относятся замыкания между витками обмоток, пожар в стали магнитопровода, неисправности переключателей устройств РПН и ряд других, сопровождающихся местным повышением температуры частей трансформатора, находящихся внутри бака.

Так, пожар в стали развивается в местах нарушения изоляции листов магнитопровода, что может произойти из-за дефектов сборки, под воздействием вибрации трансформатора или по другим причинам. Замыкание между собою листов стали приводит к повышенному нагреву этого участка магнитопровода из-за роста вихревых токов.

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на: поплавковые,

лопастные и чашечные.

Рис.1. Установка газового реле на трансформаторе:

1 – газовое реле; 2 – краник; 3 – выхлопная труба; 4 – расширитель;

5 – мембрана.

Газовое реле устанавливается на маслопроводе, соединяющем бак трансформатора (автотрансформатора) и расширитель – рис. 1а. Маслопровод должен иметь подъем к горизонту порядка 1,5 – 2°. Под опоры трансформатора со стороны расширителя устанавливаются подкладки для того, чтобы создать подъем крышки трансформатора к горизонту порядка 1 – 1,5° (на рис. 1 наклоны не показаны). При слабом газообразовании это обеспечивает концентрацию газа под крышкой трансформатора в месте, где в нее вмонтирован маслопровод, и подъем по нему газа к расширителю. Чтобы газ попадал именно в газовое реле, труба маслопровода развальцована на нижней поверхности крышки, а выхлопная труба заглублена внутрь корпуса на 2-3 сантиметра (рис. 1б).

Реле заполнено маслом. Корпус реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле расположены краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри корпуса.

У поплавковых реле первого поколения внутри кожуха укреплялись на шарнирах два поплавка, представлявших собой полые металлические цилиндры. На поплавках монтировались ртутные контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле.

Ртутный контакт представляет собой стеклянную герметичную колбочку с впаянными в ее верхнюю часть двумя контактами. Колбочка содержит небольшое количество ртути, которая при определенном положении колбочки замыкает между собой оба контакта, чем создается цепь через реле. Конструкция газового реле типа ПГ-22 показана на рис. 2.

Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты. Нормально, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт разомкнут.

При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют верхнюю часть реле и вытесняют масло. С понижением уровня масла в реле поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, вследствие чего происходит замыкание ртутных контактов в цепи предупредительной сигнализации. При дальнейшем медленном газообразовании peле подействовать на отключение не может, т. к. оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель. Аналогично работает сигнальный элемент и при снижении уровня масла в реле по другим причинам, – напр. из-за утечки масла из бака трансформатора или при понижении температуры.

Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле. При бурном газообразовании резко нарастает давление в баке трансформатора, возникает сильный поток газа и масла в расширитель через газовое реле. При скорости движения потока газов и масла порядка 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути движения потока, опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому что при коротком замыкании внутри корпуса трансформатора сразу возникает бурное газообразование, газовая защита производит включение со временем порядка 0,1–0,3 с. Отключающий элемент срабатывает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

У реле второго поколения поплавки выполнены из пластмассы, и на них закреплены небольшие постоянные магниты. Герметичные контакты из ферросплава (герконы) крепятся внутри корпуса реле. При перемещении поплавка постоянный магнит приближается к геркону, и контакт замыкает цепь сигнализации или отключения. Реле такой конструкции – BF80/Q (реле Бухгольца) – производятся в Германии.

У лопастных реле сигнальный элемент выполняется так же, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим контактом, действующим на отключение.

Пример лопастного реле приведен на рис. 3. Лопасть 5 расположена против входного отверстия реле со стороны бака трансформатора (автотрансформатора) и действует так же, как поплавок у реле ПГ-22. Для регулирования скорости срабатывания в пределах 0,5–1,5 м/с предусмотрена возможность изменения площади лопасти, на которую воздействует поток газов и масла. Отключающий поплавок 4защищен от потока масла и газов экраном 11 и поэтому срабатывает только при понижении уровня масла. Если действие на отключение при понижении уровня масла не требуется, то оно может быть выведено ввертыванием пробки 12.

У чашечных реле вместо поплавков используются открытые металлические чашки, а вместо ртутных контактов – обычные открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Принцип действия отключающего элемента чашечного реле показан на рис. 4. Открытая чашка 1 с ушком 2 может поворачиваться па оси 3. С чашкой связана колодка 4, на которой укреплены подвижный контактный мостик 5, лопасть 6 и пластина 7, сцепленная с нижним концом пружины 8. Верхний конец пружины 8 и неподвижные контакты 9 укреплены на неподвижной части газового реле. Сигнальный и отключающие элементы помещены в корпус 10 (такой же, как у газового реле типа ПГ-22). Сигнальный элемент выполнен аналогично, но

чашка не имеет лопасти.

Рис. 4. Устройство и принцип действия отключающего элемента

газового реле чашечного типа.

Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном положении пружинами 8.

При понижении уровня масла в корпусе реле вследствие скопления газа в его верхней части верхняя чашка под воздействием момента, создаваемого весом масла, находящегося в чашке и превышающего момент пружины 8, поворачивается на оси 3. При этом контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 9 в цепи предупредительной сигнализации.

При повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся бурным газообразованием, поток масла и газов, устремляющийся в расширитель через газовое реле, воздействует на лопасть 6 отключающего элемента (нижней чашки). При этом колодка 4 поворачивается на оси 11 и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6 в цепи отключения выключателей поврежденного трансформатора (автотрансформатора).

Обычно при слабом газообразовании реле любой конструкции действует на сигнал, а при интенсивном – на отключение. Допускается действие на сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах (автотрансформаторах): имеющих дифференциальную защиту или отсечку; не имеющих выключателей; внутрицеховых, мощностью 1600 кВА и меньше, при наличии защиты от к.з. со стороны источника питания.

При бурном газообразовании нарастающее внутри корпуса трансформатора давление выдавливает мембрану выхлопной трубы (мембрана выполняется из тонкого стекла либо из медной фольги и при нормальной работе трансформатора герметично закрывает отверстие выхлопной трубы). После этого воздействие на нижний элемент газового реле может заметно уменьшиться. Для обеспечения действия газовой защиты на отключение при кратковременном замыкании контактов KSG.2 газового реле выполняется подхват отключающего импульса. У масляных и воздушных выключателей с общим приводом на три фазы подхват отключающего импульса производится с помощью удерживающих обмоток выходных промежуточных реле – рис. 5, контакт KL1.3. У выключателей с индивидуальными приводами у каждого полюса подхват отключающего импульса предусматривается в схеме управления.

Рис. 5. Схема оперативных цепей

отключающего элемента газовой защиты.

Взятие пробы газа из реле и выявление по его анализу вида повреждения в трансформаторе.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», при срабатывании газового реле на сигнал должен быть произведен наружный осмотр трансформатора, отобран газ из реле для анализа и проверки на горючесть. Чтобы обеспечить безопасность персонала при отборе газа из газового реле и выявить причины его срабатывания, необходимо как можно быстрее разгрузить и отключить трансформатор.

Если газ в реле негорючий, отсутствуют признаки повреждения трансформатора, а его отключение вызвало недоотпуск электроэнергии, трансформатор может быть немедленно включен в работу до выяснения причин срабатывания газового реле на сигнал.

Химический анализ газа обязателен в любом случае. Попытки определения повреждения трансформатора по цвету и запаху газа нецелесообразны, т. к. окраска газа через некоторое время исчезает. Для первоначальной ориентировочной оценки случившегося можно все же иметь в виду, что при повреждении бумаги или электротехнического картона газ имеет бело-серый цвет, при повреждении деревянных деталей – желтый, а при повреждении масла – черный.

При экспресс-анализе важно выявить наличие в газе водорода, потому что его присутствие свидетельствует о разложении трансформаторного масла под воздействием электрической дуги. Оставшийся газ направляется в химическую лабораторию для определения содержания в нем углекислого газа, кислорода, окиси углерода и других составляющих, по которым определяются причины и вид повреждения трансформатора.

Контрольные вопросы.

1. Для чего нужен подъем крышки трансформатора и маслопровода по направлению к газовому реле?

2. Почему верхний элемент газового реле любой конструкции срабатывает только на сигнал?

3. Будет ли работать газовое реле при понижении уровня масла в трансформаторе?

4. Что такое «пожар в стали»?

5. Как обеспечивается надежное действие газовой защиты на отключение поврежденного трансформатора?

6. Порядок действий оперативного персонала при отборе пробы газа из реле.