English (English) 
Turkish (Türkçe) 
French (Français) 
Russian (Русский) 
Arabic (عربي) Почему газ является сигналом
Любое внутреннее повреждение маслонаполненного трансформатора сопровождается образованием газа. Электрическая дуга разлагает минеральное масло на водород, метан, этилен и ацетилен; перегретая бумажная изоляция выделяет оксид и диоксид углерода. Газ легче масла и поднимается вверх. В трансформаторе с расширителем путь вверх только один — труба, соединяющая крышку бака с расширителем. Газовое реле установлено именно на ней.
Именно это отличает газовое реле от электрических защит. Дифференциальная или максимальная токовая защита реагирует на ток: ей необходимо повреждение, достаточно крупное, чтобы нарушить электрический баланс цепи. Газовое реле реагирует на физический побочный продукт повреждения, который появляется значительно раньше. Ослабленный прессующий болт, разогревающий несколько квадратных сантиметров стали, или частичный разряд, разрушающий прокладку, не создают измеримого тока повреждения. Но газ образуется с первой минуты.
Практическое следствие таково: газовое реле обычно предупреждает о развивающемся повреждении за дни или недели до того, как его заметит любая другая защита. Именно это раннее предупреждение объясняет, почему устройство более ста лет остаётся стандартным оснащением трансформаторов с расширителем.
Реле устанавливается на восходящем участке трубы между крышкой бака и расширителем так, чтобы весь выходящий из бака газ проходил через него. Два независимых элемента внутри корпуса реагируют на два разных физических события.
Двухступенчатое действие
Верхний элемент реагирует на медленно накапливающийся газ, нижний — на внезапный поток масла. Они подключены к разным контактам и означают совершенно разные вещи.
Ступень 1 — накопление газа (сигнал)
Газ, образующийся при медленно развивающемся повреждении, собирается в верхней части корпуса реле и вытесняет масло. По мере снижения уровня масла внутри реле поплавок опускается вместе с ним и замыкает сигнальный контакт. Трансформатор остаётся в работе. Персонал предупреждён: накопленный газ можно отобрать через кран для взятия проб и передать на анализ прежде, чем принимать какое-либо решение.
Ступень 2 — бросок масла (отключение)
Тяжёлое внутреннее повреждение — короткое замыкание обмотки или перекрытие на землю — бурно испаряет масло и создаёт поток масла и газа в сторону расширителя. Поток ударяет по заслонке в нижней части реле, отклоняя её против пружины и замыкая отключающий контакт. Трансформатор отключается за несколько периодов, до того как энергия повреждения разрушит активную часть.
Это различие принципиально в эксплуатации. Сигнал — это информация: что-то развивается, необходимо разобраться. Отключение — это уже принятое решение: трансформатор выведен из работы для ограничения повреждений. Отношение к сигналу как к помехе — сброс и продолжение работы — устраняет ровно то раннее предупреждение, ради которого реле и существует.
Как читать газ
При срабатывании сигнала накопленный газ можно отобрать через кран в верхней части реле. Его состав указывает на характер повреждения: это та же химия, что используется при хроматографическом анализе растворённых газов, но проба берётся из газовой фазы, а не из масла.
| Преобладающий газ | На что указывает |
|---|---|
| Водород (H₂) | Частичные разряды, корона в изоляционной системе |
| Метан (CH₄), этан (C₂H₆) | Низкотемпературный перегрев масла, как правило ниже 300 °C |
| Этилен (C₂H₄) | Высокотемпературный перегрев, приблизительно выше 300 °C |
| Ацетилен (C₂H₂) | Дуговой разряд. Наиболее серьёзный признак — вывести трансформатор из работы и обследовать |
| Оксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂) | Разложение целлюлозы — затронута бумажная или картонная изоляция |
| Азот (N₂), кислород (O₂) | Попадание воздуха, не повреждение. Обычно после ремонта, доливки масла или из-за негерметичной прокладки |
Цвет даёт первое представление ещё до лабораторного анализа: бесцветный негорючий газ — это воздух; белый или серый указывает на разложение бумажной изоляции; жёлтый — на дерево или электрокартон; чёрный или тёмно-серый — на разложение масла дугой.
Выявляемые повреждения
| Вид повреждения | Реакция реле |
|---|---|
| Частичные разряды, ухудшение изоляции | Сигнал — медленное накопление газа в течение дней или недель |
| Повреждение магнитопровода, ослабление прессовки, местный перегрев | Сигнал |
| Некачественное соединение или отвод | Сигнал |
| Витковое или межслойное замыкание | Сначала сигнал, затем отключение по мере развития |
| Серьёзное замыкание обмотки, перекрытие на землю | Отключение — бросок масла, срабатывание за несколько периодов |
| Снижение уровня масла ниже реле | Сигнал, далее отключение при продолжении снижения |
| Попадание воздуха после ремонта | Сигнал — подтвердить анализом газа, прежде чем считать это повреждением |
Требования к монтажу
Неправильно установленное газовое реле не отказывает заметным образом — оно просто перестаёт выявлять повреждения. Определяющими являются три геометрических условия.
Непрерывный подъём
Труба должна непрерывно подниматься от бака к расширителю, как правило на 2–4°. Любой прогиб образует карман, где газ скапливается, не доходя до реле, задерживая или полностью исключая сигнал.
Прямой участок
Со стороны бака требуется прямой участок длиной не менее пяти диаметров трубы, со стороны расширителя — не менее трёх. Отводы вблизи реле нарушают поток и делают поведение отключающего элемента непредсказуемым.
Правильный диаметр
Проходное сечение реле соответствует соединительной трубе, которая подбирается по объёму масла. При заниженном сечении поток ограничен; при завышенном бросок может не создать усилия, достаточного для надёжного срабатывания отключающего элемента.
Реле также имеет направление установки. Стрелка на корпусе указывает направление потока к расширителю; при установке наоборот отключающий элемент обращён в противоположную сторону и при повреждении не сработает.
Типовые характеристики
| Параметр | Типовое значение |
|---|---|
| Контакты | Две независимые цепи — сигнал и отключение |
| Коммутационная способность контактов | 5 А |
| Условный диаметр трубы | 25, 50 или 80 мм в зависимости от мощности трансформатора |
| Объём срабатывания сигнала | Как правило 100–400 см³ накопленного газа в зависимости от типоразмера |
| Скорость срабатывания по потоку | Обычно 0,65 / 1,0 / 1,5 м/с — выбирается под трансформатор |
| Уклон трубы | Подъём 2–4° в сторону расширителя |
| Отбор пробы газа | Кран отбора проб со смотровым стеклом и градуированной шкалой |
| Устройство проверки | Ручная кнопка, раздельная проверка сигнального и отключающего элементов |
| Степень защиты | IP54 и выше для наружной установки |
Ложные сигналы и как их отличить
Не каждый сигнал газовой защиты означает повреждение. Различить их можно за несколько минут; это позволяет избежать как излишних отключений, так и — что опаснее — привычки не обращать внимания на настоящие предупреждения.
| Причина | Как распознать |
|---|---|
| Воздух, выделившийся после заливки или доливки | Газ бесцветный и негорючий; анализ показывает азот и кислород в атмосферном соотношении |
| Подсос воздуха через негерметичную прокладку | Повторяющиеся сигналы с тем же составом газа; медленное снижение уровня масла |
| Быстрое изменение уровня масла при остывании | Совпадает с резким изменением нагрузки или температуры окружающего воздуха; газ в реле отсутствует |
| Механический удар, вибрация, работы поблизости | Отключение без накопления газа и без зафиксированных электрических возмущений |
| Реальное развивающееся повреждение | Присутствует горючий газ; в пробе водород, углеводороды или CO; сигналы повторяются через сокращающиеся интервалы |
Характер повторений часто информативнее любого отдельного сигнала. Однократный сигнал вскоре после ремонта почти всегда означает захваченный воздух. Сигнал, повторившийся через две недели, затем через десять дней, затем через пять, описывает ускоряющееся повреждение — и должен рассматриваться соответственно.
Только для трансформаторов с расширителем
Газовому реле необходимы труба между баком и расширителем, а также газовый объём для накопления. У герметичных трансформаторов нет ни того, ни другого: бак полностью заполнен и герметизирован, тепловое расширение масла воспринимают гофрированные стенки. Расширителя нет, соединительной трубы нет, а значит нет и места для установки реле.
Герметичные единицы защищаются компактным устройством защиты — блоком типа DMCR или RIS, устанавливаемым непосредственно на крышку бака и объединяющим в одном корпусе газовую защиту, контроль давления, указатель уровня масла и измерение температуры. Функция защиты эквивалентна; механизм отличается, поскольку отличается физическая компоновка.
Примечание: Приведённые в статье значения типичны для распределительных и силовых трансформаторов средней мощности и носят справочный характер. На единицах с расширителем DATSAN устанавливает газовое реле как стандартное решение выше определённой мощности и по запросу — ниже неё. Типоразмер реле, уставка по скорости потока и конфигурация контактов определяются на стадии проектирования исходя из мощности трансформатора и схемы защиты заказчика и подтверждаются протоколом испытаний.