English (English) 
Turkish (Türkçe) 
French (Français) 
Russian (Русский) 
Arabic (عربي) Что происходит, когда масло превращается в газ
Внутренняя дуга в трансформаторе испаряет окружающее масло практически мгновенно. Один литр минерального масла переходит примерно в тысячу литров газа. В герметичном баке без пути выхода нарастание давления измеряется миллисекундами, а не секундами — и бак не рассчитан на то, чтобы его удержать. Без контролируемого пути сброса разрушается самое слабое место бака: расходится сварной шов, выбивает прокладку, а в тяжёлых случаях бак разрывается и наружу выбрасывается горящее масло.
Предохранительный клапан существует для того, чтобы определить, где именно произойдёт этот сброс. Это подпружиненный клапан, устанавливаемый на крышку бака и настроенный на открытие при давлении ниже механического предела бака, со сбросом избытка через контролируемый выход. После падения давления клапан закрывается, и бак вновь герметичен.
Это защита последнего рубежа. Все прочие устройства — газовое реле, указатель температуры обмотки, дифференциальная защита — предназначены для выявления повреждения и отключения трансформатора до того, как давление достигнет этого уровня. Клапан срабатывает тогда, когда они оказались недостаточно быстры или когда энергия повреждения была слишком велика, чтобы какая-либо защита успела предотвратить рост давления.
Как он работает
1 — Герметичное состояние
В нормальной работе тарелка клапана прижата к седлу тарированными пружинами. Уплотнение герметично и для масла, и для газа; обычное тепловое расширение и сжатие масла создают давление, многократно меньшее необходимого для подъёма тарелки.
2 — Открытие
При превышении уставки внутренним давлением тарелка поднимается. Как только она сдвигается, площадь, находящаяся под давлением, резко возрастает: усилие открытия увеличивается, и клапан скачком открывается полностью — как правило, менее чем за две миллисекунды. Масло и газ сбрасываются через выходное отверстие.
3 — Повторное закрытие
Когда давление опускается ниже значения закрытия, пружины возвращают тарелку на седло, и бак снова герметичен. Теряется лишь небольшое количество масла, а влага и воздух внутрь не проникают — трансформатор остаётся защищённым до прибытия специалистов.
Способность к повторному закрытию — весь смысл современного предохранительного клапана. Она ограничивает объём выброшенного масла, сдерживает риск пожара и, что особенно важно, оставляет бак закрытым, так что изоляционная система не подвергается воздействию атмосферной влаги в течение часов или суток до приезда инженера.
Почему герметичные трансформаторы зависят от него
В трансформаторе с расширителем росту давления есть куда уйти, прежде чем он станет опасным: соединительная труба ведёт к расширителю, а установленное на ней газовое реле фиксирует и газ, и бросок масла. Путь существует, и за ним следит устройство.
У герметичных трансформаторов нет ни того, ни другого. Бак полностью заполнен и заварен, тепловое расширение воспринимают гофрированные стенки. Нет ни трубы, ни расширителя, ни газового объёма. Повреждение, испаряющее масло, поднимает давление в жёсткой замкнутой оболочке.
Именно поэтому предохранительный клапан на герметичной единице — не аксессуар, а единственный механический путь, по которому энергия повреждения может контролируемо покинуть бак. На герметичных трансформаторах DATSAN он устанавливается как стандартное решение выше определённой мощности и поставляется по запросу ниже неё.
Предохранительный клапан или выхлопная труба
В трансформаторах прежних поколений применялась выхлопная труба: патрубок, поднимающийся от крышки бака и закрытый сверху тонкой стеклянной или текстолитовой мембраной. При избыточном давлении мембрана разрушалась и давление сбрасывалось. Решение работало, но его недостатки существенны.
| Показатель | Выхлопная труба | Предохранительный клапан |
|---|---|---|
| Давление срабатывания | Зависит от мембраны; сильный разброс со временем и от температуры | Тарированное и воспроизводимое, задаётся усилием пружины |
| После срабатывания | Бак остаётся открытым в атмосферу до замены мембраны | Закрывается автоматически; бак остаётся герметичным |
| Потери масла | Значительные — сброс продолжается до выравнивания давления | Ограничены объёмом, выпущенным до закрытия |
| Попадание влаги | Неизбежно — изоляционная система оказывается открытой | Отсутствует |
| Сигнализация | Отсутствует — факт срабатывания выявляется при осмотре | Механический указатель и контакты для сигнала или отключения |
| Повторное использование | Требуется замена мембраны | Пригоден к работе после возврата указателя |
Указание и сигнализация
Клапан, сработавший незамеченным, имеет ограниченную ценность: трансформатор перенёс повреждение, достаточно тяжёлое, чтобы поднять давление в баке выше уставки, и об этом необходимо знать. Предусмотрены три уровня индикации.
Механический указатель
При срабатывании клапана выдвигается ярко окрашенный штифт, остающийся в этом положении до возврата вручную. Он фиксирует событие даже при отсутствии электрических присоединений и виден с земли при обычном осмотре.
Электрические контакты
Один или два переключающих контакта работают вместе с клапаном и подключаются на сигнал либо на отключение. На необслуживаемых подстанциях это единственный способ узнать о событии вовремя.
Отводная труба
Дополнительный отводной патрубок направляет выброшенное масло в сторону от вводов, кабельных коробов и проходов — к безопасному месту сбора. Рекомендуется для закрытых подстанций и везде, где персонал находится вблизи бака.
Подключать контакты на сигнал или на отключение — решение схемы защиты, а не устройства. На распределительном трансформаторе, питающем некритичную нагрузку, обычно применяется отключение: рост давления указывает на повреждение, при котором продолжение работы неоправданно. Там, где немедленный перерыв сам по себе создаёт риск, контакт подключают на сигнал, оставляя решение за оперативным персоналом.
Типовые характеристики
| Параметр | Типовое значение |
|---|---|
| Давление открытия | 0,35 бар — стандартно; 0,15–0,70 бар по заказу |
| Давление закрытия | Приблизительно 80 % от давления открытия |
| Время открытия | Менее 2 мс от уставки до полного открытия |
| Пропускная способность | Зависит от проходного сечения, обычно 100–400 м³/ч |
| Контакты | Один или два переключающих контакта, 5 А |
| Указатель | Механический штифт с ручным возвратом |
| Диапазон температур окружающей среды | От −40 °C до +120 °C |
| Степень защиты | IP65 для корпуса контактов |
| Монтаж | Фланец на болтах на крышке бака, в газовом объёме выше уровня масла |
| Материал уплотнения | Нитрильный или фторкаучуковый эластомер, маслостойкий |
Выбор и монтаж
Уставка определяется баком, а не мощностью трансформатора. Давление открытия должно лежать ниже давления, которое бак выдерживает без остаточной деформации, и с запасом выше наибольшего давления в нормальной работе — включая пик при быстром нагружении холодного трансформатора. Слишком низкая уставка приводит к ложным срабатываниям; слишком высокая — клапан открывается уже после деформации бака.
Устанавливать в газовом объёме, а не ниже уровня масла. Место устройства — крышка бака, выше масла. При низкой установке при том же событии сбрасывается значительно больший объём масла, а клапан может закрыться неплотно.
Одного устройства не всегда достаточно. Баки большого объёма и баки с высоким отношением объёма масла к площади крышки могут требовать двух клапанов для обеспечения необходимой пропускной способности. Этот расчёт относится к конструированию бака, а не к подбору аксессуара.
Проверять контакты, а не клапан. Электрические контакты можно и следует проверять при вводе в эксплуатацию с помощью ручного устройства проверки. Сам клапан тарируется и пломбируется на заводе; вмешательство в настройку пружины на месте лишает тарировку силы.
Примечание: Приведённые значения типовые и носят справочный характер. На герметичных трансформаторах DATSAN устанавливает предохранительный клапан как стандартное решение выше определённой мощности и по запросу — ниже неё. Уставка, пропускная способность, конфигурация контактов и необходимость отводной трубы определяются на стадии проектирования исходя из конструкции бака и схемы защиты заказчика и подтверждаются протоколом испытаний.