Buchholzrelais (gasrelais) — tweetraps gasbescherming van oliegevulde vermogenstransformatoren

De gids over transformator-vectorgroepen behandelt de wikkelverbinding en faseverschuiving van een vermogenstransformator. Dit artikel behandelt een heel ander aspect van dezelfde machine: een mechanische beveiliging die volledig los staat van elektrische differentieel- of overstroomrelais, en die vaak de eerste indicatie geeft van een beginnende inwendige fout — het Buchholzrelais.

Waar het relais zit en op welke transformatoren het van toepassing is

Het Buchholzrelais wordt gemonteerd in de leiding tussen de hoofdtank van een oliegevulde vermogenstransformator en het bovenliggende conservatorvat (het expansievat dat volumeveranderingen van de olie bij temperatuurwisseling opvangt). Deze constructie — hoofdtank plus conservator — is een voorwaarde voor een Buchholzrelais: een hermetisch afgesloten transformator (zonder conservator, bijvoorbeeld met een stikstofkussen of een volledig gevulde, drukvaste tank) of een droge-type transformator heeft geen Buchholzrelais en is aangewezen op andere beveiligingen, zoals een plotselinge-drukrelais of online gasanalyse-monitoring.

Twee gescheiden trappen

Het Buchholzrelais werkt via twee onafhankelijke mechanismen in hetzelfde huis:

• Alarmtrap (langzame gasophoping): een beginnende, laag-energetische fout — bijvoorbeeld partiële ontlading, een hete-plek in de wikkeling of langzaam voortschrijdende isolatieveroudering — ontbindt de olie geleidelijk en vormt gas. Dit gas stijgt op naar het relaishuis, verdringt daar olie en laat een vlotter zakken die een contact sluit. Dit activeert uitsluitend een alarm, geen uitschakeling.
• Uitschakeltrap (plotselinge oliestroomstoot): een ernstige, snel ontwikkelende fout — bijvoorbeeld een inwendige kortsluiting tussen windingen of een doorslag naar de kern — veroorzaakt een plotselinge, hevige oliestroom van de hoofdtank naar het conservatorvat. Deze stroomstoot slaat tegen een klep of schoep in het relaishuis, die een tweede, onafhankelijk contact sluit. Dit schakelt de transformatorschakelaar direct uit.

De twee trappen zijn dus niet twee instellingen van hetzelfde signaal, maar twee fysiek gescheiden detectieprincipes — het ene reageert op geleidelijke gasvorming, het andere op een plotselinge mechanische oliestoot.

Waarom dit een aanvulling is op elektrische beveiliging

Differentieel- en overstroombeveiligingen detecteren fouten via de elektrische grootheden aan de transformatorklemmen. Een beginnende, laag-energetische fout — zoals langzaam voortschrijdende partiële ontlading in de isolatie — levert vaak nog geen elektrisch signaal op dat groot genoeg is om een elektrisch relais te laten aanspreken, terwijl de fout wél al gas produceert. Het Buchholzrelais vangt dit soort "stille" fouten op ruim voordat ze zich tot een elektrisch detecteerbare kortsluiting ontwikkelen.

Wat te doen bij een alarmsignaal

Let op: een Buchholz-alarm mag nooit worden gereset of genegeerd zonder onderzoek. De gebruikelijke vervolgstap is het nemen van een olie-/gasmonster uit het relais voor gasanalyse (dissolved gas analysis, DGA) volgens de bemonsteringsmethode van IEC 60567 en de interpretatierichtlijn van IEC 60599; de samenstelling van de verzamelde gassen (bijvoorbeeld waterstof, methaan, ethyleen, acetyleen) geeft een indicatie van het type en de ernst van de onderliggende fout. Het relais zelf identificeert alleen dát er gas is gevormd, niet welke fout dit veroorzaakt — die identificatie vereist een aparte laboratoriumanalyse van het monster.

Praktische relevantie

Bij periodiek onderhoud van een oliegevulde vermogenstransformator met conservatorvat is het zinvol te controleren of het Buchholzrelais aanwezig, correct aangesloten en periodiek functioneel getest is (de vlotter- en kleppenmechanismen kunnen na jaren stilstand vastlopen zonder dat dit van buitenaf zichtbaar is). Bij een alarmmelding moet altijd eerst een gasmonster worden genomen en beoordeeld voordat de transformator weer zonder voorbehoud in bedrijf wordt gehouden.

Veelgemaakte fouten

1. Een alarmsignaal resetten of negeren zonder een gasmonster te nemen voor DGA — een aanhoudend laag-energetisch alarm kan wijzen op een fout die geleidelijk verergert.
2. Aannemen dat elke oliegevulde transformator een Buchholzrelais heeft — hermetisch afgesloten en droge-type transformatoren hebben deze bescherming niet en vereisen alternatieve beveiligingen.
3. De alarmtrap en de uitschakeltrap door elkaar halen, of denken dat elke gasophoping automatisch tot uitschakeling leidt — dit zijn twee fysiek gescheiden mechanismen met een andere trigger.
4. Het vlotter- en klepmechanisme niet periodiek functioneel testen als onderdeel van het onderhoudsprogramma, waardoor een relais dat na jaren stilstand is vastgelopen niet wordt opgemerkt vóór het nodig is.

Gerelateerd

• Transformator-vectorgroepen — waarom Dyn11 en Yyn0 niet zomaar parallel mogen
• Zigzag-aardingstransformator — een kunstmatig sterpunt voor netten zonder natuurlijk nulpunt
• Inschakelstroom van een transformator (magnetiseringsstroom)
• Thermografisch onderzoek & NTA 8220 — brandrisicoklasse