ما هي طرق مراقبة درجة الحرارة وأجهزة الاستشعار للمحولات من النوع الجاف؟

يرتبط التشغيل الآمن وعمر الخدمة الآمن للمحول من النوع الجاف ارتباطًا مباشرًا بسلامة المواد العازلة له، ودرجة الحرارة هي العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على معدل تقادم المواد العازلة. لذلك، فإن المراقبة الدقيقة والموثوقة لدرجة الحرارة هي جوهر نظام حماية المحولات من النوع الجاف. على عكس المحولات المغمورة بالزيت، والتي تعتمد على زيت المحولات للعزل والتبريد، تعتمد المحولات من النوع الجاف بشكل أساسي على الهواء (التبريد بالحمل الحراري الطبيعي أو التبريد بالهواء القسري) والمواد العازلة الصلبة (مثل راتنجات الإيبوكسي والورق العازل وما إلى ذلك)، مما يجعل مراقبة البقع الساخنة الداخلية مطلبًا أكثر صرامة.

فيما يلي وصف تفصيلي لجميع الطرق الرئيسية التي يمكن من خلالها مراقبة درجات حرارة المحولات من النوع الجاف، من القلب إلى الإضافي ومن الداخلي إلى الخارجي:

الوضع 1: قياس درجة حرارة اللف المدمج مباشرةً

هذه هي الطريقة الأساسية والأساسية للمراقبة. يتم تضمين المستشعرات مسبقًا مباشرة في اللفات أو بالقرب من سطح اللفات أثناء عملية تصنيع المحول من أجل عكس درجة الحرارة الفعلية للملفات، وهي المكون الأكثر سخونة بشكل مباشر.

1 - أجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومة البلاتينية (Pt100/Pt1000)

هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا وقياسية والأكثر استخدامًا لقياس درجة الحرارة في المحولات من النوع الجاف.

• موقع النشر:: أثناء تصنيع المحول، يتم تضمين عناصر استشعار درجة حرارة المقاومة البلاتينية (عادةً ثلاثة عناصر، تتوافق مع اللفات ثلاثية الأطوار A وB وC) مسبقًا في الجزء العلوي من اللف ثلاثي الأطوار منخفضة الجهد بالقرب من طرف المخرج. عادة ما تكون هذه المنطقة هي البقعة الساخنة حيث تبدد اللفافة أقل حرارة وتكون درجة حرارتها أعلى. يتم تثبيت الحساسات بإحكام في الفجوة بين لفائف اللف ويتم صبها بالإيبوكسي أو يتم غمسها بضغط التفريغ VPI مع اللفات، لتصبح جزءًا دائمًا من جسم المحول.

• مبدأ العمل:: بالاستفادة من الخاصية الفيزيائية التي تفيد بأن مقاومة السلك البلاتيني النقي تتغير بدقة وخطياً مع درجة الحرارة. pt100 يشير إلى قيمة مقاومة 100.00 أوم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. يطبق جهاز التحكم في درجة الحرارة تيار قياس صغير جدًا وثابت على حساس المقاومة البلاتينية عبر كابل خاص محمي ثم يقيس الجهد عبر الحساس بدقة. ووفقًا لقانون أوم (المقاومة = الجهد/التيار)، يمكن حساب قيمة المقاومة الحالية للمستشعر. نظرًا لوجود تطابق قياسي معترف به دوليًا بين قيمة المقاومة للمقاومة البلاتينية ودرجة الحرارة (مقياس درجة الحرارة ITS-90)، يمكن لوحدة التحكم البحث في الجدول لتحويل قيمة المقاومة إلى قيمة درجة الحرارة الحالية بدقة.

• مكونات النظام::

  • عنصر استشعار درجة الحرارة:: مقاومات Pt100 البلاتينية المدمجة مسبقًا في اللف.

  • توصيل الرصاص:: أسلاك خاصة تؤدي من المستشعر، مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومحمية لمنع التداخل الكهرومغناطيسي.

  • وحدة التحكم في درجة الحرارة:: الجهاز الأساسي الذي يستقبل إشارات الاستشعار ويعالجها.

• الوظائف والميزات::

  • عالية الدقة:: قياس دقيق مع خطية جيدة.

  • ثبات جيد:: الأداء التشغيلي طويل الأجل مستقر مع انحراف منخفض.

  • التوحيد القياسي:: Pt100 هو معيار دولي ذو قابلية جيدة للتبادل.

  • القيودتعتمد دقة القراءات اعتمادًا كبيرًا على المحاذاة الدقيقة للنقطة الساخنة الفعلية في الموقع المدمج مسبقًا أثناء التصنيع.

2 - أجهزة استشعار درجة الحرارة بالألياف البصرية

هذه طريقة أكثر تقدمًا ولكنها أيضًا أكثر تكلفة، وتستخدم بشكل أساسي لمستوى الجهد العالي أو السعة الكبيرة أو المتطلبات الخاصة للمحولات من النوع الجاف.

• موقع النشر:: يسمح الحجم الصغير لمستشعر الألياف البصرية بوضع أكثر مرونة داخل المحول. ويمكن توصيلها مباشرة بسطح الملف عالي الجهد أو حتى دفنها داخل الملف عالي الجهد، وهو أمر غير ممكن مع أجهزة الاستشعار المعدنية التقليدية (مثل Pt100) بسبب مشاكل العزل.

• مبدأ العمل:: تحتوي تقنية قياس درجة حرارة الألياف البصرية على العديد من مبادئ التنفيذ، وتستخدم عادة في تطبيقات المحولات:

  • قياس درجة الحرارة بالألياف البصرية الفلورية:: يتم طلاء قطعة صغيرة من مادة فلورية أرضية نادرة خاصة على طرف الألياف الضوئية. ويبعث مضيف قياس درجة الحرارة طول موجي محدد من ضوء الإثارة من خلال الألياف الضوئية، وتمتص المادة الفلورية الطاقة وتصدر تألقاً. عندما يتوقف ضوء الإثارة، يكون لزمن اضمحلال (عمر) التألق (عمر) التألق تطابق دقيق مع درجة الحرارة. يحسب المضيف درجة الحرارة عن طريق قياس زمن الاضمحلال هذا.

• مكونات النظام::

  • مجسات استشعار الألياف البصرية:: ألياف بصرية ذات مواد أو حواجز شبكية حساسة للحرارة.

  • مزيل تشكيل الألياف الضوئية (جهاز قياس درجة الحرارة الرئيسي):: مسؤولة عن إرسال واستقبال الإشارات الضوئية وحسابها وعرضها.

  • التوصيل الضوئي:: يُستخدم لتوصيل المسبار بالوحدة الرئيسية.

• الوظائف والميزات::

  • السلامة الجوهرية:: عازل كهربائي كامل ومحصن ضد أي تداخل كهرومغناطيسي (EMI/RFI) وآمن للتلامس المباشر مع المكونات عالية الجهد.

  • دقة القياس:: دقة عالية ووقت استجابة سريع.

  • قياس متعدد النقاطتتيح تقنية قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية المراقبة المتزامنة لدرجة حرارة النقاط الساخنة المختلفة في المحول وتلتقط توزيع النقاط الساخنة بطريقة أكثر شمولاً.

الوضع 2: قياس درجة حرارة السطح الخارجي غير التلامسي

لا تدخل هذه الطريقة داخل المحول، بل تساعد في المراقبة والفحص من خلال الكشف عن درجة حرارة سطحه الخارجي.

3 - الكشف بالتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

هذه أداة فعالة جداً للفحص والتشخيص، ولكن ليس كوسيلة أساسية للحماية في الوقت الحقيقي.

• موقع النشر:: يحمل المشغل كاميرا الأشعة تحت الحمراء أو يقوم بتركيب كاميرا ثابتة تعمل بالأشعة تحت الحمراء في غرفة المحول ويقوم بمسح سطح اللفات والقلب والأطراف والبطانات وما إلى ذلك من المحولات.

• مبدأ العمل:: أي جسم تزيد درجة حرارته عن الصفر المطلق يشع طاقة الأشعة تحت الحمراء. وكلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، زادت طاقة الأشعة تحت الحمراء التي يشعها. تستقبل كاميرا التصوير الحراري الأشعة تحت الحمراء من سطح جسم ما عن طريق كاشفات الأشعة تحت الحمراء الداخلية (مصفوفة المستوى البؤري) وتحولها إلى إشارة كهربائية. بعد المعالجة، يولد النظام "خريطة حرارية" بالألوان الزائفة، حيث تمثل الألوان المختلفة على الصورة درجات حرارة مختلفة، مما يسمح للعين البشرية بتصور توزيع درجة الحرارة على سطح الجسم.

• مكونات النظام:: كاميرات التصوير الحراري المحمولة باليد أو الثابتة.

• الوظائف والميزات::

  • عدم الاتصال: ليست هناك حاجة لانقطاع التيار الكهربائي، ويمكن إجراء الاختبار أثناء تشغيل المحول، وهو أمر آمن للغاية.

  • شاملة وبديهيةوهذا يوفر صورة لـ "سطح درجة الحرارة" بدلاً من "نقطة درجة الحرارة"، مما يجعل من الممكن الكشف بسرعة عن عيوب الحرارة الزائدة الموضعية، وهو فعال بشكل خاص لفحص الأطراف المفكوكة والتلامس الضعيف.

  • قياس درجة حرارة السطح:: يقيس درجة حرارة سطح اللفات أو قلب المحول فقط ولا يعكس درجة الحرارة القصوى للملفات الداخلية، وستكون قراءته أقل بكثير من درجة حرارة البقعة الساخنة الفعلية داخل اللفات.

  • التشخيص التكميلي:: يستخدم أساساً في عمليات الفحص المنتظمة والصيانة الوقائية لتحديد المشاكل المحتملة، وليس للتحكم والحماية في الوقت الحقيقي.

النمط الثالث: المكونات الحرجة الأخرى ومراقبة درجة الحرارة المحيطة

وبالإضافة إلى مراقبة درجة حرارة اللف الأساسي، من المهم أيضًا مراقبة درجة حرارة اللب ودرجة الحرارة المحيطة.

4 - مراقبة درجة الحرارة الأساسية

• موقع النشر:: عادةً ما يتم تركيب جهاز استشعار درجة الحرارة (إما Pt100 أو المزدوجة الحرارية) على النير (النير العلوي) أو مشبك القلب.

• مبدأ العمل:: نفس مبدأ قياس درجة حرارة اللف، المستخدم لقياس درجة حرارة قلب الحديد.

• الوظائف والميزات:: قد يشير ارتفاع درجات الحرارة الأساسية بشكل غير طبيعي إلى وجود أعطال مثل تعدد نقاط التأريض في القلب، والتيارات الدوامة المفرطة بسبب تلف العزل بين رقائق الصلب السيليكونية، وما إلى ذلك. يمكن أن توفر مراقبة درجة الحرارة الأساسية إنذارًا وأساسًا تشخيصيًا لهذه الأعطال المحددة.

5 - مراقبة درجة الحرارة المحيطة

• موقع النشر:: في الغرفة أو الخزانة التي يوجد بها المحول، اختر موقعًا لمستشعر درجة الحرارة الذي يمثل درجة حرارة هواء التبريد المحيط ولا يتأثر بالإشعاع الحراري المباشر من المحول.

• مبدأ العمل:: يقيس درجة حرارة وسيط التبريد (الهواء).

• الوظائف والميزات:: درجة الحرارة المحيطة هي المعيار لحساب ارتفاع درجة حرارة المحول. يمكن لدرجات الحرارة المحيطة المفرطة أن تقلل بشكل كبير من قدرة المحول على تبديد الحرارة، وبالتالي الحد من قدرة التحميل. يمكن استخدام مراقبة درجة الحرارة المحيطة للتحكم في نظام التهوية في غرفة المحولات أو لإعطاء إنذار مبكر إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة للغاية.

ملخص وتكامل النظام: أنظمة التحكم في درجة الحرارة

جميع أجهزة الاستشعار المذكورة أعلاه هي مجرد "عيون"، فهي ترى البيانات التي تحتاج في النهاية إلى تجميعها في "دماغ" للمعالجة، وهذا "الدماغ" هو وحدة تحكم في درجة حرارة المحولات من النوع الجاف.

كاملةترموستات محول من النوع الجافعادة ما يتم الجمع بين الوظائف الأساسية التالية بعدة طرق كما هو موضح أعلاه ويتم تحقيقها بواسطة منظم الحرارة الذكي:

1. دورية درجة الحرارة على ثلاث مراحل وعرضها:: يعرض تلقائيًا درجة الحرارة في الوقت الحقيقي لملفات الطور A و B و C بالتناوب، ويمكن التبديل يدويًا لعرض أعلى درجة حرارة للطور.

2. تحكم آلي في المروحةعندما تصل درجة حرارة أي طور من أطوار اللف إلى قيمة "بدء تشغيل المروحة" المضبوطة مسبقًا، ستغلق وحدة التحكم تلقائيًا ملامسات المرحل لبدء تشغيل المروحة.مراوح التبريدالتبريد بالهواء القسري؛ عندما تنخفض درجة الحرارة إلى قيمة "توقف المروحة"، يتم إيقاف تشغيل المروحة تلقائياً لتوفير الطاقة وتقليل الضوضاء.

3. إنذار درجة الحرارة الزائدةعندما تصل درجة حرارة أي مرحلة من مراحل اللف إلى قيمة "الإنذار" المحددة مسبقًا، سترسل وحدة التحكم إشارات إنذار صوتية وضوئية لتذكير المشغل بالانتباه.

4. تعثر درجة الحرارة الزائدةعندما تصل درجة حرارة أي مرحلة من مراحل اللف إلى قيمة "الرحلة" المحددة مسبقًا (وهو خط الدفاع الأخير لحماية العزل)، ستخرج وحدة التحكم مجموعة من إشارات الاتصال السلبي للرحلة إلى المفتاح الجانبي عالي الجهد للمحول بحيث يقوم برحلة ويقطع إمداد طاقة المحول ويحقق الحماية النهائية.

5. اكتشاف فشل المستشعر:: يمكن لوحدة التحكم أن تكتشف تلقائيًا ما إذا كان هناك عطل في دائرة كهربائية مكسورة أو قصيرة في المستشعر وتصدر إنذارًا بوجود عطل.

6. نقل البيانات عن بُعدعادةً ما تحتوي وحدات التحكم في درجة الحرارة الحديثة على واجهات اتصال مثل RS485 وتدعم البروتوكولات القياسية مثل Modbus، والتي تسمح بنقل جميع بيانات درجة الحرارة وحالة المعدات عن بُعد إلى نظام المراقبة الخلفي (SCADA).