Temperaturüberwachungssensoren für Transformatoren in Trockenbauweise

发布时间：7. August 2025 08:48:29

Trockentransformatoren werden wegen ihrer ölfreien Kühlung, ihrer kompakten Struktur, ihrer einfachen Wartung und anderer Merkmale häufig in Stromverteilungssystemen, Industrieanlagen und anderen Szenarien eingesetzt. Allerdings werden die Wicklungen, der Kern und andere Komponenten im Betrieb durch den Verlust von Wärme, wenn die Temperatur zu hoch ist, beschleunigt die Isolierung Alterung (oder sogar Ausfall), und in schweren Fällen, einen Brand verursachen.Sensoren zur TemperaturüberwachungAls Kernkomponente der Zustandsüberwachung von Trockentransformatoren ist die Fähigkeit, Temperaturänderungen in Echtzeit zu erfassen und Frühwarnungen zu geben, der Schlüssel zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs der Anlage.

I. Die Notwendigkeit der Temperaturüberwachung von Trockentransformatoren

Isolierstoffe für Trockentransformatoren (z. B. Epoxidharz, Nomex-Papier usw.) haben definierte Temperaturtoleranzgrenzen (z. B. maximal zulässige Temperatur 155 °C für Isolierstoffklasse F, 180 °C für Klasse H). Wenn die Temperatur den Grenzwert überschreitet:

 

  • Die mechanische Festigkeit und die elektrische Festigkeit des Isoliermaterials werden erheblich reduziert, und die Lebensdauer wird drastisch verkürzt (die Lebensdauer kann sich pro 10°C Temperaturerhöhung halbieren);
  • Der Wicklungswiderstand erhöht sich und die Verluste steigen weiter an, wodurch ein Teufelskreis aus "Überhitzung - erhöhte Verluste - weitere Überhitzung" entsteht;
  • In extremen Fällen kann es zu Unfällen kommen, wie z. B. einem Kurzschluss der Wicklungen und einem Brand.

 

Daher ist es notwendig, die Temperatur der wichtigsten Teile in Echtzeit mit Hilfe von Sensoren zu überwachen, um Daten für die Steuerung der Wärmeabfuhr (z. B. das Einschalten des Lüfters) und die Fehlerwarnung bereitzustellen.

Zweitens: Gängige Typen und Eigenschaften von Temperaturüberwachungssensoren

Sensoren zur Überwachung der Temperatur von Trockentransformatoren müssen an ihreStarke elektromagnetische Störungen, staubig, kompakter RaumNachfolgend sind die gebräuchlichsten Arten von Betriebsumgebungen aufgeführt:

1. platinhaltige Widerstandssensoren (Pt100/Pt1000)

TheorieAuf der Grundlage der Eigenschaft des Platinmetallwiderstands, sich mit der Temperatur zu ändern (Widerstand von 100Ω/Pt100 oder 1000Ω/Pt1000 bei 0°C, die Linearität des Widerstands nimmt bei höheren Temperaturen zu), wird die Temperatur durch Messung des Widerstandswertes umgerechnet.
Besonderheiten::

  • Hohe Genauigkeit (Fehler in der Regel ≤±0,1℃~±0,5℃), gute Linearität, geeignet für hochpräzise Überwachung;
  • Schnellere Reaktionszeit (Millisekunden), hohe Stabilität und lange Lebensdauer (bis zu 10+ Jahren);
  • Erfordert einen direkten Anschluss an den Messkreis (drahtgebundene Übertragung) und ist anfällig für elektromagnetische Störungen (Abschirmung erforderlich).
    Anwendbare SzenarienDirekte Kontakttemperaturmessung von kritischen Teilen der Wicklungen und Kerne von Trockentransformatoren ist die am weitesten verbreitete Methode.

2. thermoelektrische Sensoren

TheorieDie Temperaturdifferenz zwischen zwei verschiedenen Metallen (z. B. NiCr-NiSi Typ K, Fe-Cu Typ J), die einen geschlossenen Kreislauf bilden, erzeugt eine thermoelektrische Spannung (Seebeck-Effekt), die über den Wert der Spannung in Temperatur umgerechnet wird.
Besonderheiten::

 

  • Breiter Temperaturmessbereich (-200℃~1300℃), der sich an das Hochtemperaturszenario der kurzzeitigen Überlast von Trockentransformatoren anpassen kann;
  • Einfache Struktur, niedrige Kosten, vibrations- und stoßfest;
  • Geringere Genauigkeit (Fehler ±1℃~±3℃), erfordert Kompensation am kalten Ende (die Umgebungstemperatur beeinflusst die Messung), und die Linearität ist schlechter als beim Platinwiderstand.
    Anwendbare SzenarienTemperaturüberwachung bei nicht hochpräzisen Anwendungen wie Eisenkernen, Gehäusen usw. oder als Ersatzsensor für Platinwiderstände.

3) Infrarotsensoren (berührungslos)

TheorieDie Oberflächentemperatur wird umgerechnet, indem die Energie der von der Oberfläche des Objekts ausgesandten Infrarotstrahlung erfasst wird (gemäß dem Planckschen Gesetz).
Besonderheiten::

 

  • Berührungslose Messung ohne direkten Anschluss an das Gerät und ohne Beeinträchtigung der Isolierung;
  • Die flexible Installation ermöglicht die Überwachung von Wickelflächen, Gehäusen und anderen schwer zugänglichen Bereichen;
  • Es ist nicht möglich, die Innentemperatur zu messen, da sie von der Umgebung beeinflusst wird (z. B. absorbieren Staub und Wasserdampf die Infrarotstrahlung und der Fehler kann ±2℃~±5℃ betragen).
    Anwendbare SzenarienErgänzend zu den Kontaktsensoren zur Überwachung der gesamten Oberflächentemperatur des Transformators oder in Bereichen, in denen es nicht möglich ist, Kontaktsensoren zu installieren.

4. faseroptische Sensoren

TheorieBei der Verwendung von Lichtleitfasern zur Übertragung optischer Signale wird das Temperatursignal aufgrund der Eigenschaft des Brechungsindex des Fasermaterials (z. B. fluoreszierende Faser), sich mit der Temperatur zu ändern, in eine Änderung der Lichtwellenlänge umgewandelt, und anschließend wird die Temperatur durch die Demodulationseinrichtung wiederhergestellt.
Besonderheiten::

 

  • Extrem widerstandsfähig gegen elektromagnetische Störungen (Glasfasern sind nicht leitfähig), geeignet für die Hochspannungsseite von Trockentransformatoren und starke elektromagnetische Umgebungen;
  • Korrosionsbeständig, hochdruckfest (kann in die Wicklung eingebettet werden), hohe Messgenauigkeit (Fehler ≤ ± 0,5 ℃);
  • Höhere Kosten, leicht zu zerstörende Glasfasern (Schutzmaßnahmen erforderlich), komplexe Demodulationsgeräte.
    Anwendbare SzenarienHochspannungs-Trockentransformatoren, Anwendungen, die empfindlich auf elektromagnetische Störungen reagieren, oder Anwendungen, bei denen eine hochpräzise Überwachung im Inneren der Wicklung erforderlich ist.

Drittens, die Einbauposition des Sensors

Ungleichmäßige Temperaturverteilung in Trockentransformatoren.Wicklungen (insbesondere heiße Stellen), Kerne, UmgebungEs handelt sich um einen zentralen Überwachungspunkt, und der Installationsort muss in Verbindung mit den Überwachungszielen ausgewählt werden:

 

Überwachungspunkt Zweck der Überwachung Empfohlene Sensortypen Einrichtung
Wickelnder Hotspot Zeigt die gefährlichste Überhitzungsposition an (höchste Temperatur) Pt100 (vorgebettet), Lichtwellenleiter Hergestellt, um in die Wicklung eingebettet zu werden (ohne die Isolierung zu beschädigen)
Wickelfläche Hilft bei der Ermittlung der allgemeinen Heizungstrends Pt100 (Kleber), Infrarot Haftung auf der Oberfläche der Wicklung (zur Befestigung ist ein Isolierkleber erforderlich)
Eisenkern Überwachung der durch Wirbelstromverluste im Eisenkern verursachten Überhitzung Thermoelement, Pt100 Befestigt an Kernklemmen oder Oberflächen
Umgebungstemperatur Hilft bei der Bestimmung der thermischen Bedingungen (z. B. hohe Raumtemperatur) Pt100, Thermoelement Installiert in der Luftumgebung 1~2m um den Transformator.

IV. wichtige Faktoren für die Auswahl

Die Auswahl des Sensors muss mit der Art des Trockentransformators, der Betriebsumgebung und dem Bedarf an Präzision in Einklang gebracht werden:

 

  1. TemperaturbereichMuss die normale Betriebstemperatur des Geräts (30℃~120℃) und die kurzzeitige Überlasttemperatur (z. B. über 150℃) abdecken;
  2. genauDie Überwachung des Hotspots der Wicklung muss innerhalb von ±0,5 °C liegen (z. B. Pt100, Lichtwellenleiter), die Überwachung der Umgebung kann auf ±2 °C gelockert werden;
  3. AntistörungsfähigkeitFür starke elektromagnetische Umgebungen werden faseroptische Sensoren auf der Hochdruckseite und Pt100 (abgeschirmt) auf der Niederdruckseite bevorzugt;
  4. Kompatibilität der InstallationDie eingebetteten Wicklungen sollten aus miniaturisierten, gut isolierten Sensoren (z. B. Pt100 mit einem Durchmesser von ≤3 mm) ausgewählt werden, um eine Beschädigung der Isolierung zu vermeiden;
  5. Stabilität: Müssen Vibrationen, Staub und Feuchtigkeit standhalten (z. B. Schutzart IP65) und eine Lebensdauer von ≥ 5 Jahren haben.

V. Komponenten des Temperaturüberwachungssystems

Sensoren sind Front-End-"Erfassungskomponenten", die mit Back-End-Systemen zusammenarbeiten müssen, um eine vollständige Überwachungsfunktion zu erreichen:

 

  • DatenerfassungsmodulWandelt Sensorsignale (Widerstand, Potenzial, Lichtsignale) in digitale Signale um;
  • Anzeige- und AlarmeinheitEchtzeitanzeige des Temperaturwerts und Warnung durch Ton und Licht, SMS usw. bei Überschreitung des Grenzwerts;
  • SteuermodulVerknüpfung von Kühlgeräten (z.B. Ventilatoren), um bei zu hoher Temperatur automatisch die Kühlung zu starten.

Zusammenfassungen

Die Hauptaufgabe von Temperaturüberwachungssensoren für Trockentransformatoren ist die "Früherkennung und Frühwarnung"; verschiedene Arten von Sensoren haben ihre eigenen Vor- und Nachteile:Pt100Bestes Preis-Leistungs-Verhältnis und für die meisten Szenarien geeignet;Faseroptische SensorenEs ist die erste Wahl für starke elektromagnetische Umgebungen;InfrarotsensorGeeignet für die zusätzliche Überwachung. In der Praxis wird häufig eine Kombination aus "kontaktbehaftet + berührungslos" verwendet, die der Genauigkeit und Sicherheit Rechnung trägt und eine zuverlässige Garantie für den stabilen Betrieb von Trockentransformatoren bietet.