Transformator-Gas-Relais

• Standard Name: Gas-Relais (Gasrelais, international allgemein als Buchholz-Relais bekannt.

• KernfunktionalitätAls einzigartiger Primärschutz gegen interne Fehler in ölgefüllten Leistungstransformatoren wird es zur Erkennung von Gasen eingesetzt, die durch die Zersetzung von Isoliermaterialien aufgrund elektrischer Entladungen oder örtlicher Überhitzung entstehen, sowie von Ölflussschocks, die durch schwere Kurzschlussfehler verursacht werden.

• -SchutzbereichErfasst ein breites Spektrum von Fehlern innerhalb des Transformatorenkessels und ist besonders empfindlich gegenüber latenten Anfangsfehlern wie Kurzschlüssen zwischen den Wicklungen, Mehrpunkterdung des Kerns und schlechtem Kontakt des Stufenschalters.

• ArbeitsprinzipMechanische Relais, die auf physikalischen Phänomenen beruhen. Macht sich das Prinzip zunutze, dass das bei einer Störung entstehende Gas eine geringere Dichte als das Öl hat und aufsteigt, um sich zu sammeln (leichte Gasauslösung), sowie das Prinzip der kinetischen Energie des Ölstroms im Falle einer schweren Störung (schwere Gasauslösung).

• EinbaulageRelais: Horizontal in der Verbindungsleitung zwischen dem Transformatorenkesselkörper und dem Ölkonservator montiert, so dass alle aus dem Kessel austretenden Gase das Relais auf dem Weg nach oben passieren müssen.

• angewandter WertSie ist die einfachste, zuverlässigste und unentbehrliche Komponente des Transformatorschutzsystems, die in der Lage ist, in der Frühphase eines Fehlers Frühwarnsignale zu geben oder im Falle eines schweren Fehlers den Transformator schnell abzuschalten und so wirksam zu verhindern, dass sich der Fehler ausweitet oder gar eine Explosion im Tank auslöst.

I. Arbeitsweise und Struktur

Ein Gasrelais ist ein Schutzrelais für nichtelektrische Größen, dessen Wirkung nicht von elektrischen Parametern wie Strom und Spannung abhängt, sondern auf die physikalischen Phänomene reagiert, die durch Fehler im Transformator entstehen. Seine interne Struktur enthält in der Regel zwei Hauptwirkungselemente, die zwei verschiedenen Schutzlogiken entsprechen.

1. leichter Gasalarm

• Mechanismus der WirkungBei kleineren oder anfänglichen Fehlern innerhalb des Transformators, wie z. B. kleinen Kurzschlüssen zwischen den Wicklungen, übermäßigen Wirbelströmen aufgrund von Isolationsschäden zwischen Siliziumstahlblechen im Eisenkern, elektrischen Funken aufgrund von schlechtem Kontakt mit dem Stufenschalter usw., führen diese Fehlerstellen zur thermischen Zersetzung des umgebenden Isolieröls und Isolierpapiers, wobei eine Vielzahl von Gasen, wie Wasserstoff, Methan, Ethylen usw., entsteht. Die Dichte dieser Gase ist viel geringer als die des absoluten - Randöls, sie werden in Form von Blasen aus der Fehlerstelle entweichen und aufsteigen. Da das Gasrelais im Pfad des Ölflusses installiert ist, werden sich diese Gase schließlich im oberen Raum des Relais sammeln.

• Struktur und Bewegung:: Der obere Teil des Relais ist mit einem becherförmigen Schwimmer oder einem hohlen Schwimmer mit einer Öffnung nach unten ausgestattet, mit dem ein Reedschalter oder ein Quecksilberkontakt über einen Hebelmechanismus verbunden ist. Wenn sich Gas im oberen Teil sammelt, sinkt der Ölstand in diesem Bereich und der Schwimmer sinkt aufgrund des Auftriebsverlustes, wodurch der Kontakt geschlossen wird und ein "Leichtgas"-Alarm signalisiert wird.

• BedeutungLichtgassignalisierung ist einWarnsignalEs weist das Wartungspersonal darauf hin, dass im Transformator latente Fehler vorhanden sein könnten und dass so schnell wie möglich Tests, wie z. B. eine Analyse der gelösten Gase (DGA) im Öl, veranlasst werden müssen, um die Art der Fehler zu diagnostizieren und sie rechtzeitig zu beheben, um eine weitere Entwicklung der Fehler zu vermeiden.

2. schwere Gasfahrt

• Mechanismus der WirkungWenn ein schwerwiegender Kurzschluss im Transformator auftritt, wie z. B. ein Kurzschluss von Phase zu Phase oder ein schwerer Kurzschluss von Windung zu Windung, führt die sofortige Erzeugung einer enormen Lichtbogenenergie dazu, dass das umgebende Isolieröl dramatisch vergast und eine starke Druckwelle und ein Hochgeschwindigkeits-Ölfluss entsteht, der aus dem Tankkörper in den Öllagerschrank strömt.

• Struktur und BewegungDer Ölflusspfad im Inneren des Relais enthält ein Ablenkblech oder einen Stopper, der mit einem anderen unabhängigen Reed-Schalter oder Quecksilberkontakt verbunden ist. Unter normalen Bedingungen ist die Fließgeschwindigkeit des Öls gering genug, um die Platte zu drücken. Im Falle eines schwerwiegenden internen Fehlers stößt das mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Öl jedoch auf die Platte und lenkt sie so weit ab, dass der Kontaktschluss betätigt und ein Auslösebefehl für "schweres Gas" gegeben wird. Dieser Befehl wirkt direkt auf die Leistungsschalter auf jeder Seite des Transformators und trennt den Transformator sofort vom Netz.

• Bedeutung:: Der Schutz vor schweren Gasen istAuslösung des HauptschutzesSie dient dazu, den Transformator nach Auftreten eines Fehlers so schnell wie möglich zu isolieren, um eine kontinuierliche Einspeisung von Fehlerenergie zu verhindern, den Schaden an der Anlage zu minimieren und eine Ausweitung des Unfalls (z. B. Kesselbrand, Explosion) zu verhindern.

II. Anforderungen an Installation und Betrieb

• Anforderungen an die Installation:

  • Er muss waagerecht an der Verbindungsleitung zwischen dem Behälterdach und dem Behälterschrank montiert werden.

  • Die Leitung muss eine Neigung von 2%-4% nach oben haben, damit das Gas gleichmäßig zum Reservoir und in das Relais fließen kann.

  • Die Pfeilrichtung auf dem Relais muss in Richtung des Ölbehälters zeigen.

  • Das Innere des Relais muss mit Isolieröl gefüllt sein, und es darf keine Restluft vorhanden sein.

• Vorsichtsmaßnahmen während des Betriebs:

  • Bei neu in Betrieb genommenen oder überholten Transformatoren kann es anfangs vorkommen, dass im Isoliermaterial eingeschlossene Luft entweicht, was einen Fehlalarm für leichtes Gas verursachen kann.

  • Schwankungen im Öldurchfluss können z. B. beim Betanken, bei der Ölfilterung oder beim Kühlerwechsel des Transformators auftreten, und oft ist es notwendig, den Schwergasauslöser vorübergehend in die Signalstellung zu schalten oder für kurze Zeit außer Betrieb zu setzen, um zu verhindern, dass der Schwergasschutz versehentlich aktiviert wird.

  • Erdbeben oder starke mechanische Erschütterungen können ebenfalls zu Fehlfunktionen von Relais führen, daher sind moderne Relais mit einem gewissen Maß an seismischer Belastbarkeit ausgestattet.

III. Vor- und Nachteile des Gasrelaisschutzes

Vorteile.

• hohe EmpfindlichkeitEmpfindlichkeit: Die Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Arten von internen Fehlern, insbesondere Anfangsfehlern wie Windungsschluss, ist viel höher als beim Schutz elektrischer Größen.

• hohe ZuverlässigkeitEinfacher Aufbau, basierend auf rein physikalischen Wirkprinzipien, mit geringem Einfluss von externem Stromnetzbetrieb, Kurzschlussstromstärken, Stromwandlersättigung und anderen Faktoren.

• -Das Prinzip ist klar.Leichte Gasalarme und schwere Gasauslösungen entsprechen Fehlern unterschiedlicher Schwere, was die Fehlerbeurteilung erleichtert.

Benachteiligungen.

• nicht-selektivEs ist nicht möglich zu unterscheiden, ob es sich um einen Wicklungsfehler oder einen Kernfehler handelt, und muss in Verbindung mit anderen Diagnoseinstrumenten (z. B. DGA) weiter analysiert werden.

• Tote Zone existiertBei Fehlern im unteren Teil des Behälters, wo der resultierende Ölstoß bereits abgeklungen sein kann, bevor er das Relais erreicht, und bei Fehlern im Inneren des Leitungsgehäuses kann das Gasrelais möglicherweise keinen wirksamen Schutz bieten.

• Mögliche FehlverhaltensweisenEs besteht die Möglichkeit einer Fehlauslösung unter nicht störungsbedingten Bedingungen, wie z. B. beim Tanken, bei Erdbeben, bei Schwankungen des Ölstands aufgrund von Störungsdurchfahrten usw.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1 Wie kann man feststellen, welche Art von Gas vorhanden ist, wenn ein Gasrelais aktiviert wird?
Wenn ein Schwachgasalarm auftritt, sollte das Wartungspersonal das Gas sofort über das Entnahmeventil oben auf dem Relais auffangen. Die Entflammbarkeit des aufgefangenen Gases kann durch einen einfachen Feldtest bestimmt werden (offene Flammen sind streng verboten und es sollten spezielle Instrumente verwendet werden). Bei farblosen, geruchlosen und nicht brennbaren Gasen handelt es sich in der Regel um Luft; brennbare Gase sind ein Hinweis auf Fehlergase aus der Zersetzung von Isoliermaterialien. Eine genaue Analyse der Zusammensetzung erfordert eine chromatographische Analyse in einem Labor.

2) Warum wird der Betriebswert des Schwergasschutzes in Abhängigkeit von der Öldurchflussmenge eingestellt?
Da das wesentliche Merkmal eines schweren inneren Versagens die rasche Freisetzung von Energie ist, führt dies unweigerlich zu einer schnellen Ausdehnung und einem raschen Ausfließen des Öls. Die Fließgeschwindigkeit des Öls steht in direktem Zusammenhang mit dem Ausmaß der Fehlerenergie. Daher wird durch die Festlegung der Ansprechschwelle des Schwergasschutzes auf eine bestimmte Ölströmungsgeschwindigkeit (z. B. 0,6 m/s, 1,0 m/s usw.) wirksam zwischen einer normalen Ölzirkulation und gefährlichen fehlerhaften Ölströmungen unterschieden, wodurch sichergestellt wird, dass der Schutz nur im Falle eines wirklich schweren inneren Fehlers sofort ausgelöst wird.

3 Wie wirken "Gasschutz" und "Differentialschutz" zum Schutz vor internen Transformatorfehlern zusammen?
Sie ergänzen sich gegenseitig und bilden die beiden wichtigsten Schutzeinrichtungen, die bei Fehlern innerhalb des Transformators von zentraler Bedeutung sind.

• GasschutzFür Windungsschlüsse, Kernausfälle, Überhitzung und Gasbildung usw.Keine wesentliche Änderung der elektrischen GrößenDie ersten oder nichtmetallischen Fehler sind besonders empfindlich.

• DifferentialschutzmetallischKurzschluss von Phase zu PhaseDie schnellste und zuverlässigste Reaktion auf Hochstromfehler wie z. B..
  Jede der beiden Aktionen reicht aus, um den Transformator zu entfernen. Diese redundante Konfiguration verbessert die Gesamtzuverlässigkeit des Transformatorschutzes erheblich.