Welche Temperaturüberwachungsmethoden und -sensoren gibt es für Trockentransformatoren?

Der sichere Betrieb und die Lebensdauer eines Trockentransformators stehen in direktem Zusammenhang mit dem Zustand der Isolierstoffe, und die Temperatur ist der kritischste Faktor, der die Alterungsrate der Isolierstoffe beeinflusst. Daher ist eine genaue und zuverlässige Temperaturüberwachung das Herzstück des Schutzsystems von Trockentransformatoren. Im Gegensatz zu ölgefüllten Transformatoren, die zur Isolierung und Kühlung auf Transformatorenöl angewiesen sind, arbeiten Trockentransformatoren hauptsächlich mit Luft (natürliche Konvektion oder erzwungene Luftkühlung) und festen Isoliermaterialien (z. B. Epoxidharze, Isolierpapier usw.), was die Überwachung interner Hot Spots zu einer strengeren Anforderung macht.

Nachstehend finden Sie eine detaillierte Beschreibung aller wichtigen Möglichkeiten zur Überwachung der Temperatur von Trockentransformatoren, vom Kern bis zu den Hilfsstromkreisen und von intern bis extern:

Modus 1: Direkte Messung der eingebetteten Wicklungstemperatur

Dies ist das Kernstück und die wichtigste Methode der Überwachung. Die Sensoren werden während des Herstellungsprozesses des Transformators direkt in die Wicklungen oder in der Nähe der Wicklungsoberfläche eingebettet, um die tatsächliche Temperatur der Wicklung, der heißesten Komponente, möglichst direkt zu erfassen.

1. platinhaltige Widerstandstemperatursensoren (Pt100/Pt1000)

Dies ist die gängigste, standardisierte und weit verbreitete Methode zur Temperaturmessung bei Trockentransformatoren.

• Ort des EinsatzesBei der Herstellung des Transformators werden im oberen Teil der dreiphasigen Niederspannungswicklung in der Nähe des Auslassendes Platin-Widerstands-Temperaturfühler (in der Regel drei, entsprechend den dreiphasigen Wicklungen A, B und C) eingebettet. Dieser Bereich ist normalerweise die heiße Stelle, an der die Wicklung am wenigsten Wärme abgibt und die höchste Temperatur aufweist. Die Sensoren sind fest im Spalt zwischen den Wicklungsspulen angebracht und werden zusammen mit den Wicklungen in Epoxidharz eingegossen oder in VPI-Vakuumdruck getaucht, wodurch sie zu einem festen Bestandteil des Transformatorgehäuses werden.

• Arbeitsprinzippt100: Ausnutzung der physikalischen Eigenschaft, dass sich der Widerstandswert eines reinen Platindrahtes präzise und linear mit der Temperatur ändert. pt100 bezieht sich auf einen Widerstandswert von 100,00 Ohm bei 0 °C. Der Temperaturregler legt über ein spezielles abgeschirmtes Kabel einen sehr kleinen, konstanten Messstrom an den Platin-Widerstandssensor an und misst dann präzise die Spannung über dem Sensor. Nach dem Ohmschen Gesetz (Widerstand = Spannung/Strom) kann der aktuelle Widerstandswert des Sensors berechnet werden. Da es eine international anerkannte Standardkorrespondenz zwischen dem Widerstandswert eines Platinwiderstands und seiner Temperatur gibt (ITS-90-Temperaturskala), kann das Steuergerät in der Tabelle nachschlagen, um den Widerstandswert genau in den aktuellen Temperaturwert umzurechnen.

• Systemkomponenten::

  • TemperaturfühlerPt100 Platin-Widerstände, die bereits in die Wicklung eingebettet sind.

  • AnschlusskabelSpezielle Kabel, die vom Sensor wegführen, sind hochtemperaturbeständig und abgeschirmt, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden.

  • TemperaturreglerDas Kerngerät, das Sensorsignale empfängt und verarbeitet.

• Funktionen und Merkmale::

  • äußerst präzise: Genaue Messung mit guter Linearität.

  • gute StabilitätLangfristige Betriebsleistung ist stabil mit geringer Drift.

  • NormungPt100 ist ein internationaler Standard mit guter Austauschbarkeit.

  • EinschränkungenDie Genauigkeit der Messwerte hängt in hohem Maße von der genauen Ausrichtung des tatsächlichen Hotspots an der zuvor eingebetteten Stelle während der Herstellung ab.

2. faseroptische Temperatursensoren

Dies ist eine fortschrittlichere, aber auch kostspieligere Methode, die vor allem bei hohen Spannungen, großen Kapazitäten oder besonderen Anforderungen an Trockentransformatoren eingesetzt wird.

• Ort des EinsatzesDie geringe Größe des faseroptischen Sensors ermöglicht eine flexiblere Platzierung im Inneren des Transformators. Sie können direkt an der Oberfläche der Hochspannungswicklung angebracht oder sogar im Inneren der Hochspannungswicklung vergraben werden, was bei herkömmlichen Metallsensoren (z. B. Pt100) aufgrund von Isolationsproblemen nicht möglich ist.

• ArbeitsprinzipDie faseroptische Temperaturmesstechnik verfügt über mehrere Implementierungsprinzipien, die üblicherweise in Transformatoranwendungen eingesetzt werden:

  • Fluoreszierende faseroptische TemperaturmessungEin kleines Stück eines speziellen Fluoreszenzmaterials aus seltenen Erden wird auf das Ende des Lichtwellenleiters aufgebracht. Der Temperaturmesshost sendet eine bestimmte Wellenlänge des Anregungslichts durch den Lichtwellenleiter, und das fluoreszierende Material absorbiert die Energie und sendet Fluoreszenz aus. Wenn das Anregungslicht aufhört, ist die Abklingzeit (Lebensdauer) der Fluoreszenz genau mit der Temperatur korreliert. Der Host berechnet die Temperatur durch Messung dieser Abklingzeit.

• Systemkomponenten::

  • Faseroptische Sensor-SondenOptische Fasern mit temperaturempfindlichen Materialien oder Gittern.

  • Faseroptischer Demodulator (Temperaturmessrechner)Licht: Verantwortlich für das Senden und Empfangen von Lichtsignalen sowie für deren Berechnung und Anzeige.

  • optische VerbindungDient zum Anschluss der Sonde an das Hauptgerät.

• Funktionen und Merkmale::

  • intrinsische Sicherheit: ein vollständiger elektrischer Isolator, immun gegen jegliche elektromagnetische Interferenz (EMI/RFI) und sicher für den direkten Kontakt mit Hochspannungskomponenten.

  • MessgenauigkeitHohe Genauigkeit und schnelle Reaktionszeit.

  • Multi-Point-MessungDie faseroptische Temperaturmesstechnik ermöglicht die gleichzeitige Überwachung der Temperatur an verschiedenen Hot Spots im Transformator und erfasst die Verteilung der Hot Spots umfassender.

Modus 2: Berührungslose externe Oberflächentemperaturmessung

Dieser Ansatz geht nicht in das Innere des Transformators, sondern hilft bei der Überwachung und Inspektion, indem er die äußere Oberflächentemperatur des Transformators erfasst.

3. die Infrarot-Wärmebilddetektion

Dies ist ein sehr wirksames Instrument für Inspektion und Diagnose, aber nicht als primäres Mittel für den Echtzeitschutz.

• Ort des EinsatzesDer Bediener hält eine Infrarotkamera in der Hand oder installiert eine fest installierte Infrarotkamera im Transformatorraum und scannt die Oberfläche der Wicklungen, des Kerns, der Klemmen, Durchführungen usw. des Transformators.

• ArbeitsprinzipJedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt strahlt Infrarotenergie ab. Je höher die Temperatur des Objekts ist, desto mehr Infrarotenergie strahlt es ab. Eine Wärmebildkamera empfängt die Infrarotstrahlung von der Oberfläche eines Objekts mit Hilfe ihrer internen Infrarotdetektoren (focal plane array) und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Nach der Verarbeitung erzeugt das System eine "Wärmekarte" in Pseudofarben, wobei verschiedene Farben auf dem Bild unterschiedliche Temperaturen darstellen, so dass das menschliche Auge die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Objekts erkennen kann.

• SystemkomponentenHandgehaltene oder fest installierte Wärmebildkameras.

• Funktionen und Merkmale::

  • berührungslosEs ist kein Stromausfall erforderlich, und die Prüfung kann bei laufendem Transformator durchgeführt werden, was sehr sicher ist.

  • umfassend und intuitivDies liefert ein Bild einer "Temperaturoberfläche" anstelle eines "Temperaturpunktes", was eine schnelle Erkennung von lokalen Überhitzungsdefekten ermöglicht und sich besonders für die Überprüfung von losen Klemmen und schlechten Kontakten eignet.

  • Messung der OberflächentemperaturEr misst nur die Oberflächentemperatur der Transformatorwicklungen oder des Kerns und spiegelt nicht die maximale Temperatur der inneren Wicklungen wider, und sein Messwert wird viel niedriger sein als die tatsächliche Hot-Spot-Temperatur im Inneren der Wicklungen.

  • ergänzende DiagnoseEs wird hauptsächlich für regelmäßige Inspektionen und vorbeugende Wartungsarbeiten verwendet, um potenzielle Probleme zu erkennen, und nicht für Echtzeitkontrolle und Schutz.

Modalität III: Andere kritische Komponenten und Überwachung der Umgebungstemperatur

Neben der Überwachung der Kernwicklungstemperatur ist es auch wichtig, die Kern- und Umgebungstemperatur zu überwachen.

4. die Überwachung der Kerntemperatur

• Ort des EinsatzesEin Temperatursensor (entweder Pt100 oder Thermoelement) wird normalerweise am Joch (oberes Joch) oder an der Klemme des Kerns angebracht.

• ArbeitsprinzipDas gleiche Prinzip wie bei der Messung der Wicklungstemperatur, das zur Messung der Temperatur des Eisenkerns verwendet wird.

• Funktionen und MerkmaleUngewöhnlich hohe Kerntemperaturen können auf Fehler hinweisen, wie z. B. mehrere Erdungspunkte im Kern, übermäßige Wirbelströme aufgrund von Schäden an der Isolierung zwischen den Siliziumstahlscheiben usw. Die Überwachung der Kerntemperatur kann eine Alarm- und Diagnosegrundlage für diese spezifischen Fehler liefern.

5. die Überwachung der Umgebungstemperatur

• Ort des EinsatzesWählen Sie in dem Raum oder Schrank, in dem sich der Transformator befindet, einen Standort für den Temperatursensor, der für die Temperatur der umgebenden Kühlluft repräsentativ ist und nicht durch direkte Wärmestrahlung des Transformators beeinträchtigt wird.

• ArbeitsprinzipMisst die Temperatur des Kühlmediums (Luft).

• Funktionen und MerkmaleDie Umgebungstemperatur ist der Maßstab für die Berechnung des Temperaturanstiegs des Transformators. Zu hohe Umgebungstemperaturen können die Fähigkeit des Transformators, Wärme abzuführen, erheblich beeinträchtigen und damit seine Belastbarkeit einschränken. Die Überwachung der Umgebungstemperatur kann zur Steuerung des Belüftungssystems im Transformatorraum oder zur frühzeitigen Warnung bei zu hohen Umgebungstemperaturen genutzt werden.

Zusammenfassung und Systemintegration: Temperaturkontrollsysteme

Alle oben genannten Sensoren sind nur "Augen", sie sehen die Daten, die schließlich in einem "Gehirn" zur Verarbeitung zusammengeführt werden müssen, dieses "Gehirn" ist die Temperaturregler für Transformatoren in Trockenbauweise.

Eine vollständigeTrockentransformator-ThermostatDie folgenden Kernfunktionen werden in der Regel wie oben beschrieben auf verschiedene Weise kombiniert und von einem intelligenten Thermostat realisiert:

1. Dreiphasige Temperaturüberwachung und -anzeigeAutomatisches Drehen der Anzeige der Echtzeit-Temperaturen der A-, B- und C-Phasenwicklungen und manuelles Umschalten zur Anzeige der Temperatur der höchsten Phase.

2. Automatische GebläsesteuerungWenn die Temperatur einer beliebigen Phase der Wicklung den voreingestellten Wert für den Lüfterstart erreicht, schließt der Regler automatisch die Relaiskontakte, um den Lüfter zu starten.Kühlung VentilatorenErzwungene Luftkühlung; wenn die Temperatur auf den Wert "Lüfterstopp" fällt, wird der Lüfter automatisch abgeschaltet, um Energie zu sparen und die Geräuschentwicklung zu verringern.

3. ÜbertemperaturalarmWenn die Temperatur einer beliebigen Phase der Wicklung den voreingestellten "Alarm"-Wert erreicht, sendet das Steuergerät akustische und optische Alarmsignale, um den Bediener zur Aufmerksamkeit zu ermahnen.

4. Auslösung bei ÜbertemperaturWenn die Temperatur einer beliebigen Phase der Wicklung den voreingestellten "Auslösewert" erreicht (der die letzte Verteidigungslinie zum Schutz der Isolierung darstellt), gibt der Regler eine Reihe passiver Auslösekontaktsignale an den hochspannungsseitigen Schalter des Transformators aus, so dass dieser auslöst, die Stromversorgung des Transformators unterbricht und den endgültigen Schutz erreicht.

5. Erkennung von SensorfehlernDas Steuergerät kann automatisch erkennen, wenn der Sensor unterbrochen oder kurzgeschlossen ist, und einen Fehleralarm ausgeben.

6. DatenfernübertragungModerne Temperaturregler verfügen in der Regel über Kommunikationsschnittstellen wie RS485 und unterstützen Standardprotokolle wie Modbus, mit denen alle Temperaturdaten und der Gerätestatus per Fernzugriff an das Back-End-Überwachungssystem (SCADA) übertragen werden können.