Устройство газовых реле

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные.
Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод, между баком трансформатора (автотрансформатора) и расширителем, как показано на рисунке 1. Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха.
У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные - контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле.
Ртутный контакт представляет собой стеклянную запаянную 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 наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рисунке 2. Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты. Нормально, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом 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 реле подействовать на отключение не может, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель. Аналогично работает сигнальный элемент и при понижении уровня масла в реле по другим причинам, например из-за утечки масла из бака трансформатора или понижения температуры.

Рисунок 1 – Установка газового реле на трансформаторе:
1 — газовое реле; 2 — кран; 3 — подкладки для создания необходимого уклона крышки трансформатора (автотрансформатора).
Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле.
При бурном газообразовании вследствие повышения давления в баке трансформатора (автотрансформатора) 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 к. з. в трансформаторе (автотрансформаторе) сразу возникает бурное газообразование, газовая защита производит отключение с небольшим временем порядка 0,1—0,3 с. Отключающий элемент работает так же при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

Рисунок 2 – Устройство поплавкового газового реле типа ПГ-22.
У лопастных реле сигнальный элемент выполняется так же, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующим на отключение.
Пример лопастного реле приведен на рисунке 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 4 защищен 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 и вместо ртутных контактов обычные открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Принцип действия отключающего элемента чашечного реле показан на рисунке 4.

Рисунок 3 – Устройство лопастного газового реле фирмы АЕГ–Унион:
1 — кожух; 2 — коробка зажимов; 3 — сигнальный поплавок; 4 — отключающий поплавок; 5 — лопасть; 6 — ртутные контакты; 7 — стержень для опробования отключающего элемента; 8 — кран; 9 — зажимы; 10 — пробка; 11 — экран; 12 — пробка; 13 —экран.
Открытая чашка 1 с ушком 2 может поворачиваться на 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.
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. Аналогично срабатывают сигнальный и отключающий элементы при понижении уровня масла в корпусе реле по другим причинам, например при утечке масла из бака трансформатора (автотрансформатора) или понижении температуры. При этом отключающий элемент, расположенный ниже сигнального, срабатывает при более глубоком понижении уровня масла в реле.
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).
Предусматривается следующее использование элементов газового реле.
Обычно — при слабом газообразовании на сигнал и при интенсивном на отключение.

Рисунок 4 – Устройство и принцип действия отключающего элемента газового реле чашечного типа.
Допускается действие на сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах (автотрансформаторах), имеющих дифференциальную защиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также — внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от к.з. со стороны источника питания.
Для обеспечения действия газовой защиты на отключение при кратковременном замыкании контактов газового реле выполняется подхват отключающего импульса. При масляных и воздушных выключателях с общим приводом подхват отключающего импульса производится с помощью удерживающих обмоток выходных промежуточных реле. При воздушных выключателях с индивидуальными приводами у каждого полюса подхват отключающего импульса предусматривается в схеме управления.