Виды повреждений трансформатора и типы защит

Основными видами повреждений в трансформаторах являются:

а) замыкания между фазами в обмотках и на их выводах;

б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания);

в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

Опыт показывает, что наиболее часто происходят короткие замыкания на выводах и витковые замыкания в обмотках трансформаторов. Межфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже, а в трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, они исключены.

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформатора является появление в нем сверхтоков, т. е. тока, превышающего силу номинального тока обмотки трансформатора. Сверхтоки в печном трансформаторе возникают при внешних коротких замыканиях (замыканиях электрода на штейн) и перегрузках. Кроме того, к ненормальному режиму относится прекращение искусственного охлаждения трансформатора, что может привести к недопустимому повышению температуры всех его частей и, как следствие, к повреждению трансформатора.

В качестве защиты печного трансформатора от повреждений применяют токовую отсечку и газовую защиту. Для защиты трансформатора от токов перегрузки используют максимальную токовую защиту.

Токовая отсечки является разновидностью токовой защиты, позволяющей обеспечить практически мгновенное отключение короткого замыкания. Отсечка реагирует только на большие силы токов повреждения и охватывает своей зоной действия ошиновку, выводы, и часть обмотки трансформатора, она не действует при витковых замыканиях.

Отсечку устанавливают с питающей стороны трансформатора и выполняют при помощи электромагнитных токовых реле мгновенного действия или электромагнитного элемента реле серии РТ-80, если реле этого типа использованы для выполнения максимальной защиты.

Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока короткого замыкания при повреждении за трансформатором. Силу тока срабатывания вычисляют по формуле

гдe Iк2max — расчетная сила тока короткого замыкания с низкой стороны трансформатора;

Кзап — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,25—1,5.

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска силы намагничивающего тока Iнам, возникающего при включении трансформатора:

Для выполнения этого условия сила тока срабатывания должна в 3—5 раз превышать номинальную силу тока трансформатора.

Максимальная токовая защита обеспечивает отключение печного трансформатора при перегрузках, а также служит резервом к защитам от коротких замыканий и внутренних повреждений на случай их отказа. Ее выполняют с ограниченно зависимой или с независимой выдержкой времени, для чего используют индукционный элемент реле серии РТ-80 или электромагнитные реле мгновенного действия и реле времени.

Силу тока срабатывания выбирают из условия возврата токового реле при номинальной силе тока трансформатора:

где Kп — коэффициент надежности, принимаемый рапным 1,05—1,10.

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной зашиты от внутренних повреждений трансформатора. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются возникновением электрической дуги или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Газовое реле устанавливают в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе.

Газовое реле (рис. 31) состоит из чугунного кожуха 1, внутри которого расположены два подвижных поплавка 2а и 2б, выполненных в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагают ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с ртутью внутри.

Кожух реле, находящийся ниже уровня масла в расширителе, всегда заполнен маслом, и поплавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение. В этом положении поплавков контакты реле разомкнуты. При небольших повреждениях, сопровождающихся слабым газообразованием, пузырьки газа заполняют верхнюю часть реле и верхний поплавок опрокидывается. При этом замыкаются контакты, действующие на сигнал. Значительное повреждение трансформатора сопровождается бурным газообразованием и сильным течением масла в трубопроводе. Движение масла сообщает толчок нижнему поплавку. который мгновенно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение трансформатора.

Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность. малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения.

Принципиальная однолинейная схема релейной защиты печного трансформатора показана на рис. 32. Реле максимального тока T (серии РТ-80), включенные через трансформаторы тока TT, устанавливают па каждую фазу. Они воздействуют на отключение высоковольтного выключателя BВ. Чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отключения выключателя, газовое реле Г включают по особой схеме, обеспечивающей самоудержание выходного промежуточного реле П на время, достаточное для отключения выключателя. Газовое реле подает ток в шунтовую обмотку 1 промежуточного реле, последнее срабатывает и удерживается сериесной катушкой 2 до отключения выключателя.