Przekaźnik Buchholza (przekaźnik gazowy) — dwustopniowa ochrona gazowa transformatorów mocy olejowych

Poradnik o grupach połączeń transformatorów opisuje połączenie uzwojeń i przesunięcie fazowe transformatora mocy. Ten artykuł opisuje zupełnie inny aspekt tej samej maszyny: ochronę mechaniczną, całkowicie niezależną od elektrycznych przekaźników różnicowych czy nadprądowych, która często daje pierwszy sygnał rozwijającego się uszkodzenia wewnętrznego — przekaźnik Buchholza.

Gdzie znajduje się przekaźnik i do jakich transformatorów ma zastosowanie

Przekaźnik Buchholza montuje się w rurze między kadzią główną transformatora mocy olejowego a znajdującym się powyżej konserwatorem (naczyniem wyrównawczym, które kompensuje zmiany objętości oleju związane z temperaturą). Ta konstrukcja — kadź główna plus konserwator — jest warunkiem koniecznym dla przekaźnika Buchholza: transformator hermetycznie zamknięty (bez konserwatora, na przykład z poduszką azotową lub w pełni wypełnioną, ciśnieniową kadzią) lub transformator suchy nie ma przekaźnika Buchholza i wymaga innych zabezpieczeń, takich jak przekaźnik nagłego wzrostu ciśnienia lub monitoring analizy gazów online.

Dwa niezależne stopnie

Przekaźnik Buchholza działa poprzez dwa niezależne mechanizmy w tej samej obudowie:

• Stopień alarmowy (powolne gromadzenie się gazu): rozwijające się, niskoenergetyczne uszkodzenie — na przykład wyładowania niezupełne, gorący punkt w uzwojeniu lub powoli postępujące starzenie izolacji — stopniowo rozkłada olej i tworzy gaz. Gaz ten unosi się do obudowy przekaźnika, wypierając tam olej, i opuszcza pływak, który zamyka styk. Uruchamia to wyłącznie alarm, bez wyłączenia.
• Stopień wyłączający (nagły przepływ oleju): poważne, szybko rozwijające się uszkodzenie — na przykład zwarcie wewnętrzne między uzwojeniami lub przebicie do rdzenia — powoduje nagły, gwałtowny przepływ oleju z kadzi głównej do konserwatora. Ten przepływ uderza w klapę lub łopatkę w obudowie przekaźnika, zamykając drugi, niezależny styk. Powoduje to natychmiastowe wyłączenie wyłącznika transformatora.

Oba stopnie nie są więc dwoma ustawieniami tego samego sygnału, lecz dwoma fizycznie odrębnymi zasadami detekcji — jeden reaguje na stopniowe powstawanie gazu, drugi na nagły, mechaniczny przepływ oleju.

Dlaczego jest to uzupełnieniem ochrony elektrycznej

Zabezpieczenia różnicowe i nadprądowe wykrywają uszkodzenia poprzez wielkości elektryczne na zaciskach transformatora. Rozwijające się, niskoenergetyczne uszkodzenie — takie jak powoli postępujące wyładowania niezupełne w izolacji — często nie daje jeszcze sygnału elektrycznego wystarczająco dużego, by zadziałał przekaźnik elektryczny, podczas gdy uszkodzenie już wytwarza gaz. Przekaźnik Buchholza wychwytuje tego rodzaju "ciche" uszkodzenie na długo przed tym, jak rozwinie się ono w zwarcie wykrywalne elektrycznie.

Co robić przy sygnale alarmowym

Uwaga: alarmu Buchholza nigdy nie wolno kasować ani ignorować bez zbadania przyczyny. Zwykłym krokiem następczym jest pobranie próbki oleju/gazu z przekaźnika do analizy gazów rozpuszczonych (dissolved gas analysis, DGA) zgodnie z metodą pobierania próbek IEC 60567 oraz wytyczną interpretacyjną IEC 60599; skład zebranych gazów (na przykład wodór, metan, etylen, acetylen) wskazuje rodzaj i wagę uszkodzenia leżącego u podstaw. Sam przekaźnik identyfikuje wyłącznie fakt powstania gazu, nie to, jakie uszkodzenie je spowodowało — identyfikacja ta wymaga odrębnej analizy laboratoryjnej próbki.

Znaczenie praktyczne

Podczas okresowej konserwacji transformatora mocy olejowego z konserwatorem warto sprawdzić, czy przekaźnik Buchholza jest obecny, prawidłowo podłączony i okresowo testowany funkcjonalnie (mechanizmy pływaka i klapy mogą się zablokować po latach bezczynności bez zewnętrznej widoczności tego faktu). Przy sygnale alarmowym zawsze najpierw należy pobrać i ocenić próbkę gazu, zanim transformator zostanie utrzymany w eksploatacji bez zastrzeżeń.

Częste błędy

1. Kasowanie lub ignorowanie sygnału alarmowego bez pobrania próbki gazu do DGA — utrzymujący się niskoenergetyczny alarm może wskazywać na uszkodzenie, które stopniowo się pogarsza.
2. Zakładanie, że każdy transformator olejowy ma przekaźnik Buchholza — transformatory hermetycznie zamknięte i suche nie mają tej ochrony i wymagają alternatywnych zabezpieczeń.
3. Mylenie stopnia alarmowego ze stopniem wyłączającym, lub zakładanie, że każde gromadzenie się gazu automatycznie prowadzi do wyłączenia — są to dwa fizycznie odrębne mechanizmy o różnym wyzwalaczu.
4. Brak okresowego testowania funkcjonalnego mechanizmu pływaka i klapy w ramach programu konserwacji, przez co przekaźnik zablokowany po latach bezczynności pozostaje niezauważony aż do momentu, gdy jest potrzebny.

Powiązane

• Grupy połączeń transformatorów — dlaczego Dyn11 i Yyn0 nie mogą być łączone równolegle bez sprawdzenia
• Transformator uziemiający zygzak — sztuczny punkt zerowy dla sieci bez naturalnego punktu neutralnego
• Prąd rozruchowy transformatora (prąd magnesujący)
• Badania termograficzne i NTA 8220 — klasa ryzyka pożarowego