Wat is een Transformatorbeschermingssysteem?

In de praktijk worden veel beveiligingssystemen gebruikt voor alternatoren, maar voedingstransformatoren zijn ook cruciale machines die tegen abnormale toestanden beschermd moeten worden. Een Merz-Prijs circulatiestroom-systeem is ongetwijfeld het meest bevredigende beveiligingssysteem voor alternatoren. Nu hebben we een systeem nodig voor de voedingstransformator, die enorme vermogens van de ene naar de andere locatie transporteert. Er zijn enkele beveiligingssystemen voor transformatoren: aardfoutrelais (tegen aardfouten), overstroomrelais (tegen fase-fase fouten en overbelasting), differentiële systemen (tegen zowel aard- als fasefouten). Een speciaal beveiligingsapparaat, de Buchholz-relais, biedt bescherming tegen langzaam ontwikkelende fouten. Dit wordt later gedetailleerd uitgelegd, maar hier leg ik de Buchholz-relais uit.

Hoe Werkt de Buchholz-relais?

De Buchholz-relais is een gasgeactiveerde relais, geïnstalleerd in oliegeïmmergeerde transformatoren voor bescherming tegen alle soorten fouten. Benoemd naar de uitvinder Buchholz. Deze relais geeft een alarm bij langzaam ontwikkelende fouten en koppelt de transformator af bij ernstige interne fouten. Deze beschermingsrelais wordt gebruikt in transformatoren met een nominaal vermogen boven 750 kVA. De relais wordt in de buis tussen de hoofdtank en het expansievat (conservator) geïnstalleerd onder een hoek van 9,5°.

De constructiedetails zijn in de afbeelding weergegeven. De Buchholz-relais zit in de buis tussen de hoofdtank (koepelvormig) en de conservator. Het apparaat heeft twee elementen. Het bovenelement bestaat uit een kwikzoutschakelaar verbonden met een drijver. Het tweede element is ook een kwikzoutschakelaar in de oliestroom. Het bovenelement is aangesloten op de alarmcircuit voor langzaam groeiende fouten, het onderelement op de afschakelcircuit voor ernstige interne fouten.

Bij langzaam ontwikkelende fouten (isolatiefout windingen, kernoververhitting, oliepeil daling door lekkage) wordt de olie in de transformator door warmte ontbonden. Deze ontbinding produceert gassen, waarvan meer dan 70% waterstof is. Vanwege het lichte gewicht probeert waterstof naar de conservator te stijgen, wat het drijvende element activeert. De waterstof uitoefent druk op de kwikzoutschakelaar, het element kantelt en sluit het alarmcontact, wat een alarmsignaal geeft.

Bij zware interne fouten produceert de transformator een enorme hoeveelheid gas. Door oververhitting stroomt de olie met grote kracht naar de conservator. Het onderelement (kwikzoutschakelaar in de oliestroom) kantelt, sluit de afschakelcircuit en koppelt de transformator van het net, wat de transformator beschermt tegen zware schade.