Газовое реле защищает трансформатор при внутренних повреждениях, связанных с выделением газа, а также при утечке масла из-за неплотности. Повреждениями могут быть: разложение изолирующих материалов (масла, бумаги, дерева) под воздействием повышенной температуры отдельных мест; замыкание параллельных проводов или витков в обмотках; некачественное соединение отводов; пробой изоляции; неисправность в магнитной системе, остове.
Реле встраивают в рассечку трубы, соединяющей бак трансформатора с расширителем. При понижении уровня масла в трансформаторе, попадании в реле газа или (при значительных повреждениях внутри трансформатора) выбросе масла через него в расширитель под большим давлением газа, реле срабатывает — замыкает контакты цепи сигнализации или отключения трансформатора. Таким образом газовое реле предохраняет трансформатор от разрушения; анализ газа, взятого из него, позволяет судить о характере повреждения. Обычно при нормальных условиях в газе, растворенном в масле, содержится 70—79% азота, 20—30% кислорода, 0,1—0,2% метана; водород и ацетилен отсутствуют. Резкое изменение состава газа (например, содержание 50—70% водорода, 3—10% метана, 10—25% ацетилена, 4—8% кислорода) свидетельствует о серьезном внутреннем повреждении трансформатора, связанном с возникновением электрической дуги (пробоя изоляции, виткового замыкания, перекрытия в контактной системе переключателя и т. п.).
При повреждениях, не связанных с бурным разложением масла и выделением газа, химический состав газа может быть следующим (%): водород —2—5, метан —0,5—1, ацетилен — 0,5—2, азот — 85—92, кислород — 5—8. Такой состав газа свидетельствует о внутреннем повреждении, вызванном замыканием параллельных проводов в обмотках, плохим контактом в схеме соединения отводов и пайках, возможным образованием контура в магнитной системе; такие повреждения могут привести к серьезной аварии.
В трансформаторах применяют газовые реле двух типов: поплавковое ПГ-22 и чашечное РГЧЗ-66. Работа поплавкового реле основана на всплывании и опускании металлических поплавков, чашечного — на всплывании и погружении чашечек с маслом; всплытие или погружение поплавков (чашечек) сопровождается замыканием или размыканием контактов цепей тока, работающих на сигнал или отключение трансформатора.
Газовое реле: а — поплавковое, б — Бухгольца
Внешний вид и устройство поплавкового газового реле ПГ-22 показаны на рис., а. Внутри чугунного корпуса 1 расположены два металлических цилиндрической формы поплавка 5 и 11, установленных на осях. Поплавки с наружной стороны несут на себе стеклянные колбочки 2 и 4У в которые впаяны концы проводников 3 и 9 цепей сигнализации и отключения и налито немного ртути.
При нормальной работе трансформатора корпус реле заполнен маслом и поплавки вместе с колбочками находятся во взвешенном состоянии: при этом концы проводников в колбочках ртутью не замкнуты. При слабом газообразовании пузырьки газа движутся по маслопроводу в сторону расширителя, постепенна попадают в верхнюю часть реле и скапливаются там. Значительное скопление газов понижает уровень масла в корпусе, в результате чего верхний поплавок 5 и его стеклянная колбочка 4 опускаются и ртуть замыкает контакты цепи звуковой сигнализации. При бурном газообразовании под действием сильной струи масла опрокидывается нижний поплавок 11, в колбочке 2 замыкаются контакты цепи отключения и трансформатор отключается масляным выключателем. Для наблюдения за объемом выделившегося газа реле снабжено смотровым окном (на рисунке не показано), на стекле окна имеется шкала. К зажимам 7 под крышкой 6 внутри корпуса подсоединены гибкие проводники, изолированные керамическими кольцами, другими концами проводники впаяны в колбочки со ртутью. С внешней стороны к зажимам подключают проводники цепей сигнализации и отключения. Кран 8 предназначен для отбора газа и его спуска, пробка 12 с резьбой — для слива масла из реле. Внутренний механизм, несущий на себе рабочие элементы реагирования, с помощью рамки 10 прикреплен к крышке 6 реле. Для установки реле в рассечку трубы, соединяющей расширитель с баком трансформатора, его корпус снабжен двумя фланцами с четырьмя отверстиями на каждом для крепления болтами.
У реле чашечного типа вместо колбочек с ртутью имеются подвижные контакты, прикрепленные к чашечкам, и неподвижные контакты, установленные на изоляционных пластинах, закрепленных на крышке реле.
В последние годы в трансформаторах начали применять более совершенные поплавковые газовые реле Бухгольца производства ГДР. В реле Бухгольца (рис. , б) вместе с поплавками, имеющими шарообразную форму 16, опускаются прикрепленные к ним магниты, которые, приближаясь к герметизированным магнитоуправляемым контактам 15 («герконам»), замыкают их и тем самым реагируют на цепи сигнализации и отключения.
К крышке в реле Бухгольца прикреплен рабочий механизм с реагирующими элементами 13. В нее встроен штуцер 14, служащий для входа и подключения проводников цепей сигнализаций и отключения. Корпус 1 имеет фланцы для крепления в рассечку трубы, соединяющей бак трансформатора с расширителем, зажимы для подключения проводников и застекленное окно для наблюдения за присутствием в реле газа. На трансформаторах мощностью от 1 до 10 MB-А, имеющих расширитель, устанавливают одно- или двухпоплавковое реле Бухгольца, на большей мощности — двухпоплавковое.