Princípio, estrutura, funcionamento e manutenção da proteção a gás de transformadores

1. O que é gás?

O gás é formado pela decomposição da celulose e da matéria orgânica pela ação de bactérias anaeróbicas no estágio inicial da acumulação de carvão por plantas antigas. Em um ambiente de alta temperatura e alta pressão, o gás continua a ser gerado devido a efeitos físicos e químicos durante a formação do carvão. O gás é incolor e inodoro, mas às vezes pode-se sentir um aroma semelhante ao de maçã, devido à liberação simultânea de hidrocarbonetos aromáticos e gás. A densidade relativa do gás em relação ao ar é de 0,554, e a densidade do gás em estado padrão é de 0,716 kg/m³. A permeabilidade do gás é 1,6 vezes maior que a do ar. É insolúvel em água, não é combustível e não permite a respiração. Pode causar asfixia por falta de oxigênio, além de poder queimar ou explodir.

Os principais componentes do gás são alcanos, dos quais o metano representa a grande maioria, e pequenas quantidades de etano, propano e butano. Além disso, geralmente contém sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, nitrogênio e umidade, bem como traços de gases inertes como hélio e argônio. Em condições normais, o metano até o butano existem no estado gasoso, enquanto o pentano e os alcanos superiores são líquidos. Em caso de incêndio, o gás pode queimar e causar uma explosão, o que representa uma ameaça direta à segurança dos mineiros.

2. Definição de Proteção contra Gás

No relé de proteção contra gás, a parte superior é um flutuador selado e a parte inferior é um defletor metálico, ambos equipados com contatos de mercúrio selados. Os flutuadores e os defletores giram em torno de seus respectivos eixos. Durante a operação normal, o relé é preenchido com óleo, o flutuador fica imerso no óleo, na posição flutuante, e o contato de mercúrio se desconecta; o defletor se curva devido ao seu próprio peso e seu contato de mercúrio também se desconecta. Quando ocorre uma pequena falha dentro do transformador, o gás é gerado lentamente e se acumula primeiro no espaço superior do relé de gás em seu caminho para o conservador de óleo, fazendo com que o nível de óleo caia e o flutuador desça, fechando o contato de mercúrio e acionando o sinal de retardo de tempo, o que é o chamado "gás leve". Quando ocorre uma falha grave dentro do transformador, um forte gás é gerado, e a pressão no tanque de óleo aumenta instantaneamente, resultando em um grande fluxo de óleo que impacta a direção do defletor. Como o fluxo de óleo impacta o defletor, este vence a resistência da mola, acionando o ímã na direção do contato da mola, fechando o contato de mercúrio, acionando o circuito de disparo e, consequentemente, o disjuntor. Essa é a chamada "ação do gás pesado". A ação do gás pesado corta imediatamente toda a energia conectada ao transformador, evitando assim a propagação do acidente e protegendo o transformador.

Existem diferentes tipos de relés de gás, como os do tipo flutuador, do tipo defletor e do tipo copo aberto. A maioria utiliza relés QJ-80, com o circuito de sinal conectado ao copo aberto e o circuito de disparo conectado ao defletor. A chamada ação de sinal de proteção contra gás significa que o contato do circuito de sinal do copo aberto superior do relé se fecha por diversos motivos, e a luz indicadora acende.

As normas estipulam: Para transformadores imersos em óleo com capacidade igual ou superior a 800 kVA e para transformadores imersos em óleo com capacidade igual ou superior a 400 kVA, deve ser instalada proteção contra gases.

3. Classificação da proteção contra gases

A proteção contra gases é geralmente dividida em duas categorias: gases leves e gases pesados.

1. Proteção contra gases leves: O transformador superaquece ou descarrega parcialmente, causando o aumento da temperatura do óleo, o que gera uma certa quantidade de gás, que é coletada no relé. Quando essa quantidade é atingida, o relé é acionado e um sinal é enviado.

2. Proteção contra gases pesados: Após a ocorrência de um curto-circuito grave no transformador, haverá um impacto no óleo do transformador, causando um fluxo de óleo que se deslocará em direção ao defletor do relé e o acionará.

4. Âmbito da proteção contra gases

A proteção por gás é a principal proteção do transformador, capaz de detectar todas as falhas no tanque de combustível. Isso inclui: curto-circuito trifásico no tanque de combustível, curto-circuito entre espiras do enrolamento, curto-circuito entre o enrolamento e o núcleo de ferro ou a carcaça, falha do núcleo de ferro, queda ou vazamento de óleo, mau contato do comutador de derivação ou soldagem defeituosa dos fios, etc. A ação da proteção por gás é rápida, sensível e confiável, e sua estrutura é simples. No entanto, ela não detecta falhas no circuito externo do tanque de óleo (como o fio condutor), portanto, não pode ser usada como o único dispositivo de proteção para falhas internas do transformador. Além disso, a proteção por gás também é suscetível a mau funcionamento sob interferência de alguns fatores externos (como terremotos).

O relé Buchholz do interruptor regulador de tensão sob carga do transformador tem a mesma função que o relé Buchholz do transformador principal, porém com diferentes posições de instalação e modelos.

Cinco, o método de instalação da proteção.

O relé Buchholz é instalado na tubulação de ligação entre o transformador e o conservador de óleo. Durante a instalação, deve-se atentar para:

1. Primeiro, feche bem a válvula borboleta na tubulação do relé de gás. Se a válvula borboleta não estiver bem fechada ou se houver outras condições, o óleo no reservatório pode ser drenado, se necessário, para evitar o transbordamento de uma grande quantidade de óleo durante o trabalho.

2. Antes de instalar o novo relé de gás, verifique se há certificado de inspeção, se o calibre e a vazão estão corretos, se as peças internas e externas estão danificadas e se há algum travamento temporário interno; nesse caso, desmonte o relé. Por fim, verifique o funcionamento da bóia, do defletor, do sinal e do contato de disparo. Certifique-se de que estejam funcionando corretamente e feche a válvula de purga.

3. O relé de gás deve ser instalado horizontalmente, com a seta marcada na tampa superior apontando para a almofada de óleo. No projeto, o eixo de direção do relé pode estar ligeiramente acima da extremidade da almofada de óleo, mas a inclinação em relação ao plano horizontal não deve exceder 4%.

4. Abra a válvula borboleta para encher o reservatório de óleo e, em seguida, libere o ar pela válvula de liberação de ar após o enchimento. Se o reservatório de óleo tiver uma cápsula, deve-se prestar atenção ao método de enchimento e esvaziamento do óleo para minimizar e evitar a entrada de gás na cápsula.

5. Ao realizar a fiação de proteção, é necessário evitar conexões incorretas e curto-circuito, evitar a operação com a corrente energizada e, ao mesmo tempo, impedir a rotação da haste condutora e o vazamento de óleo da pequena cabeça de porcelana.

6. Antes de colocar em funcionamento, devem ser realizados testes de vibração de isolamento e testes de transmissão.

6. Teste os itens dos relés de gás

Os seguintes itens de inspeção e teste devem ser realizados antes da instalação e utilização do relé de gás:

1. Itens gerais de inspeção:

A janela de vidro, a válvula de liberação de ar, a agulha de controle e o terminal de saída estão completamente isentos de vazamentos de óleo, e o flutuador, o copo aberto, a janela de vidro, etc., estão completamente livres de rachaduras.

2. Itens de teste

2.1. Teste de vedação: teste de vazamento sob pressão de óleo (pressão de 20mPa, duração de 1h); não deve haver vazamento.

2.2. Teste de resistência de isolamento dos terminais: A tensão de frequência da rede elétrica entre os terminais de saída é de 2000 V durante 1 minuto. A resistência de isolamento também pode ser medida com um megôhmetro de 2500 V. A resistência de isolamento deve ser superior a 300 mΩ.

2.3. Teste de volume de ação de gás leve: quando 250∽300cm3 de ar são acumulados no invólucro, o gás leve deve agir de forma confiável.

2.4. Teste de velocidade de fluxo da ação de gás pesado.

7. Inspeção diária

O regulamento de operação de transformadores de potência DL/T572-95 (doravante denominado "regulamento") estipula que, na inspeção diária de transformadores, a primeira coisa a verificar é a presença de gás no relé de gás, e a inspeção de gás deve atentar para os seguintes pontos:

1. A válvula no tubo de ligação do relé de gás deve estar na posição aberta.

2. O respirador do transformador deve estar em condições normais de funcionamento.

3. A peça de conexão de proteção contra gás deve ser instalada corretamente.

4. O nível de óleo da almofada de óleo deve estar na posição adequada e o relé deve estar cheio de óleo.

5. A tampa impermeável do relé de gás deve estar firme.

6. Os terminais do relé não devem apresentar vazamento de óleo e devem ser protegidos contra a entrada de chuva, neve e poeira. A fonte de alimentação e seu circuito secundário devem ser à prova d'água, à prova de óleo e anticongelante, e devem ser verificados quanto à impermeabilidade e à resistência a óleo na primavera e no outono, bem como quanto ao congelamento.

Oito, o funcionamento da proteção contra gás

Quando o transformador está em operação normal, o relé Buchholz funciona sem qualquer anormalidade. Em relação ao estado de funcionamento do relé Buchholz, as normas estabelecem as seguintes disposições:

1. Quando o transformador estiver em funcionamento, a proteção contra gás deve ser conectada ao sinal e ao disparo, e a proteção contra gás do comutador de derivação sob carga deve ser conectada ao disparo.

2. Quando o transformador executar o seguinte trabalho durante a operação, a proteção contra gases pesados ​​deverá ser reconectada ao sinal:

2.1. Ao usar um disjuntor para controlar dois transformadores, quando um deles for transferido para o modo de espera, o transformador em modo de espera deverá ser reconectado ao sinal.

2.2. Ao filtrar o óleo, reabastecer o óleo, substituir a bomba submersível de óleo ou substituir o adsorvente do purificador de óleo e ao abrir e fechar a válvula no tubo de conexão do relé de gás.

2.3. Ao trabalhar na proteção de gás e seu circuito secundário.

2.4. Com exceção da amostra de óleo e da válvula de alívio de ar na parte superior do relé Buchholz, abra as válvulas de alívio de ar, drenagem de óleo e entrada de óleo em todos os outros locais.

2.5. Quando o nível de óleo no indicador de nível de óleo subir anormalmente ou o sistema de sucção e aspiração apresentar fenômenos anormais, é necessário abrir a válvula de alívio de ar ou a válvula de descarga de óleo.

3. Durante o período de previsão de terremotos, o modo de operação da proteção contra surtos de gás deve ser determinado de acordo com as condições específicas do transformador e o desempenho sísmico do relé a gás. Transformadores que estiverem fora de serviço devido à atuação da proteção contra surtos de gás causada por terremotos devem ser verificados e testados antes de serem colocados em operação novamente, e só poderão ser colocados em operação após a confirmação de que não há anormalidades.

9. Motivos para a proteção contra gases

1. Razões para a ação do gás leve

1.1. A entrada de ar no transformador ocorre devido a um filtro de óleo inadequado, reabastecimento incorreto ou sistema de refrigeração deficiente.

1.2. O nível de óleo está abaixo do nível da bóia de gás leve do relé de gás devido à queda de temperatura ou vazamento de óleo.

1.3. Uma pequena quantidade de gás é produzida pela falha do transformador.

1.4. O transformador apresenta uma falha de curto-circuito transversal. Sob a ação da corrente de curto-circuito penetrante, a velocidade do fluxo de óleo entre os entreferros é acelerada. Quando a diferença de pressão entre o entreferro e a parte externa do enrolamento varia significativamente, o relé a gás pode apresentar mau funcionamento. A corrente de curto-circuito transversal causa o aquecimento do enrolamento. Quando a magnitude da corrente de curto-circuito é elevada, a temperatura do enrolamento aumenta rapidamente, o que provoca a expansão do volume de óleo e, consequentemente, o mau funcionamento do relé a gás.

1.5, falha no relé de gás ou no circuito secundário.

Os fatores acima podem fazer com que o sinal de proteção contra gás seja acionado.

10. Tratamento após ação de proteção contra gás

1. Após o funcionamento do dispositivo de proteção contra gases do transformador, ele deve ser cuidadosamente verificado, analisado e avaliado, e as medidas cabíveis devem ser tomadas imediatamente.

A. Quando o sinal de proteção contra gás for ativado, verifique imediatamente o transformador para identificar a causa da falha, seja por acúmulo de ar, redução do nível de óleo, falha no circuito secundário ou falha interna do transformador superior. Se houver gás no relé de gás, registre a quantidade, observe a cor e verifique se é inflamável. Em seguida, colete amostras de gás e óleo para análise cromatográfica. A natureza da falha do transformador pode ser determinada de acordo com as normas e diretrizes pertinentes. A análise cromatográfica consiste na análise qualitativa e quantitativa de hidrogênio, oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, etano, etileno, acetileno e outros gases presentes na amostra coletada, utilizando um cromatógrafo. Isso permite determinar com precisão a natureza, a tendência de desenvolvimento e a gravidade das falhas.

B. Se o gás no relé de gás for incolor, inodoro e não inflamável, e a análise cromatográfica determinar que se trata de ar, o transformador poderá continuar a operar e o defeito na entrada de ar poderá ser eliminado a tempo.

Se o gás no relé de gás for inflamável e o resultado da análise cromatográfica do gás dissolvido no óleo for anormal, uma avaliação completa deve ser feita para determinar se o transformador está fora de serviço.

2. Quando o relé Buchholz disparar, o transformador não deverá ser colocado em funcionamento até que a causa seja identificada e a falha eliminada. Para determinar as causas, os seguintes fatores devem ser considerados e uma avaliação abrangente deve ser realizada.

a. Se a respiração está fraca ou se o paciente está exausto;

b. Verificar se os circuitos secundários, como os de proteção e de corrente contínua, estão funcionando normalmente;

c. Se a aparência do transformador apresenta algum fenômeno anormal que reflita claramente a natureza da falha;

d. Se o gás acumulado no relé de gás é inflamável;

e. Os resultados da análise cromatográfica do gás no relé de gás e do gás dissolvido no óleo;

f. Resultados dos testes elétricos necessários;

g. A atuação de outros dispositivos de proteção por relés do transformador.

11. Medidas de segurança relacionadas à proteção contra gases

A ação de proteção contra gases, em sua forma leve, envia um sinal de alerta para que a equipe de manutenção tome providências imediatas em relação ao transformador; já a forma grave aciona o disjuntor do transformador, interrompendo seu funcionamento imediatamente e comprometendo o fornecimento de energia. Medidas de prevenção de acidentes com gases são apresentadas.

1. Altere a boia inferior do relé de gás para o tipo defletor e o contato para o tipo vertical para melhorar a confiabilidade da ação de gás pesado.

2. Para evitar curto-circuito no relé de gás devido a vazamento de água, devem ser tomadas medidas de proteção contra chuva em seus terminais e nas caixas de terminais dos cabos.

3. O fio condutor do relé de gás deve ser um fio resistente a óleo.

4. Os fios e cabos condutores do relé de gás devem ser conectados aos terminais da caixa de terminais de cabos, respectivamente.