Реле Бухгольца (газовое реле) — двухступенчатая газовая защита масляных силовых трансформаторов

Руководство о группах соединения обмоток трансформатора рассматривает соединение обмоток и фазовый сдвиг силового трансформатора. Эта статья рассматривает совершенно другой аспект той же машины: механическую защиту, полностью независимую от электрических дифференциальных или токовых реле, которая часто даёт первый признак развивающегося внутреннего повреждения — реле Бухгольца.

Где находится реле и к каким трансформаторам оно применимо

Реле Бухгольца устанавливается в трубе между баком масляного силового трансформатора и расположенным выше расширительным баком (консерватором) (сосудом, компенсирующим изменения объёма масла при изменении температуры). Эта конструкция — бак плюс консерватор — является предпосылкой для реле Бухгольца: герметичный трансформатор (без консерватора, например с азотной подушкой или полностью заполненным баком под давлением) или трансформатор сухого типа не имеет реле Бухгольца и полагается на альтернативные виды защиты, такие как реле внезапного повышения давления или онлайн-мониторинг анализа газов.

Две независимые ступени

Реле Бухгольца работает через два независимых механизма в одном корпусе:

• Ступень сигнализации (медленное накопление газа): развивающееся, низкоэнергетическое повреждение — например, частичные разряды, горячая точка в обмотке или медленно прогрессирующее старение изоляции — постепенно разлагает масло и образует газ. Этот газ поднимается в корпус реле, вытесняя там масло, и опускает поплавок, который замыкает контакт. Это активирует только сигнализацию, без отключения.
• Ступень отключения (внезапный выброс масла): серьёзное, быстро развивающееся повреждение — например, внутреннее короткое замыкание между обмотками или пробой на сердечник — вызывает внезапный, мощный поток масла из бака в консерватор. Этот поток ударяет по заслонке или лопасти в корпусе реле, замыкая второй, независимый контакт. Это немедленно отключает выключатель трансформатора.

Таким образом, эти две ступени — не две настройки одного и того же сигнала, а два физически раздельных принципа обнаружения: один реагирует на постепенное образование газа, другой — на внезапный механический выброс масла.

Почему это дополняет электрическую защиту

Дифференциальная и токовая защиты обнаруживают повреждения через электрические величины на выводах трансформатора. Развивающееся, низкоэнергетическое повреждение — например, медленно прогрессирующие частичные разряды в изоляции — часто ещё не даёт электрического сигнала, достаточно большого для срабатывания электрического реле, в то время как повреждение уже производит газ. Реле Бухгольца улавливает такое "тихое" повреждение задолго до того, как оно перерастёт в электрически обнаруживаемое короткое замыкание.

Что делать при сигнале тревоги

Внимание: сигнал тревоги реле Бухгольца никогда нельзя сбрасывать или игнорировать без расследования. Обычным следующим шагом является взятие пробы масла/газа из реле для анализа растворённых газов (dissolved gas analysis, DGA) согласно методу отбора проб IEC 60567 и руководству по интерпретации IEC 60599; состав собранных газов (например, водород, метан, этилен, ацетилен) указывает на тип и тяжесть основного повреждения. Само реле определяет только факт образования газа, а не то, какое повреждение его вызвало — это определение требует отдельного лабораторного анализа пробы.

Практическая значимость

При периодическом техническом обслуживании масляного силового трансформатора с консерватором целесообразно проверить, установлено ли реле Бухгольца, правильно ли оно подключено и проходит ли периодическое функциональное тестирование (механизмы поплавка и заслонки могут заклинить после многих лет неподвижности без внешней видимости этого факта). При сигнале тревоги всегда сначала нужно взять и оценить пробу газа, прежде чем оставлять трансформатор в эксплуатации без оговорок.

Частые ошибки

1. Сброс или игнорирование сигнала тревоги без взятия пробы газа для DGA — устойчивый низкоэнергетический сигнал тревоги может указывать на постепенно ухудшающееся повреждение.
2. Предположение, что каждый масляный трансформатор имеет реле Бухгольца — герметичные и сухого типа трансформаторы не имеют этой защиты и требуют альтернативных средств защиты.
3. Путаница ступени сигнализации со ступенью отключения, или предположение, что любое накопление газа автоматически приводит к отключению — это два физически раздельных механизма с разным триггером.
4. Отсутствие периодического функционального тестирования механизма поплавка и заслонки в рамках программы обслуживания, из-за чего заклинившее после многих лет неподвижности реле остаётся незамеченным до момента, когда оно понадобится.

Связанные материалы

• Группы соединения обмоток трансформатора — почему Dyn11 и Yyn0 нельзя просто включать параллельно
• Заземляющий трансформатор зигзаг — искусственная нейтраль для сетей без естественной нейтрали
• Пусковой ток трансформатора (ток намагничивания)
• Термографическое обследование и NTA 8220 — класс пожарного риска