¿Cuáles son los métodos de control de la temperatura y los sensores para los transformadores de tipo seco?

El funcionamiento seguro y la vida útil de un transformador de tipo seco están directamente relacionados con la salud de sus materiales aislantes, y la temperatura es el factor más crítico que afecta a la tasa de envejecimiento de los materiales aislantes. Por lo tanto, la supervisión precisa y fiable de la temperatura es el núcleo del sistema de protección de los transformadores de tipo seco. A diferencia de los transformadores sumergidos en aceite, que se basan en el aceite del transformador para el aislamiento y la refrigeración, los transformadores de tipo seco se basan principalmente en el aire (convección natural o refrigeración por aire forzado) y materiales aislantes sólidos (por ejemplo, resinas epoxi, papel aislante, etc.), lo que hace que la supervisión de los puntos calientes internos sea un requisito más estricto.

A continuación se describen detalladamente las principales formas de controlar las temperaturas de los transformadores de tipo seco, desde las del núcleo hasta las auxiliares y desde las internas hasta las externas:

Modo 1: Medición directa de la temperatura del devanado integrado

Este es el método principal de control. Los sensores se preinstalan directamente en los devanados o cerca de su superficie durante el proceso de fabricación del transformador para reflejar de la forma más directa posible la temperatura real del devanado, el componente más caliente.

1. Sensores de temperatura de resistencia de platino (Pt100/Pt1000)

Este es el método más común, estándar y ampliamente utilizado para medir la temperatura en transformadores de tipo seco.

• Lugar de despliegueDurante la fabricación del transformador, los elementos de detección de temperatura de resistencia de platino (normalmente tres, correspondientes a los devanados trifásicos A, B y C) se incrustan previamente en la parte superior del devanado trifásico de baja tensión, cerca del extremo de salida. Esta zona suele ser el punto caliente donde el devanado disipa menos calor y tiene la temperatura más alta. Los sensores se fijan firmemente en el hueco entre las bobinas del devanado y se funden con epoxi o se sumergen al vacío con presión VPI junto con los devanados, convirtiéndose en una parte permanente del cuerpo del transformador.

• Principio de funcionamientoEl sensor de temperatura pt100: aprovecha la propiedad física de que el valor de la resistencia de un hilo de platino puro cambia de forma precisa y lineal con la temperatura. pt100 se refiere a un valor de resistencia de 100,00 ohmios a 0 °C. El controlador de temperatura aplica una corriente de medición muy pequeña y constante al sensor de resistencia de platino a través de un cable blindado especial y, a continuación, mide con precisión la tensión a través del sensor. Según la ley de Ohm (resistencia = tensión/corriente), se puede calcular el valor de resistencia actual del sensor. Dado que existe una correspondencia normalizada reconocida internacionalmente entre el valor de resistencia de una resistencia de platino y su temperatura (escala de temperatura ITS-90), el controlador puede consultar la tabla para convertir con precisión el valor de resistencia en el valor de temperatura actual.

• Componentes del sistema::

  • elemento sensor de temperatura: resistencias de platino Pt100 preinstaladas en el bobinado.

  • cable de conexiónCables especiales que salen del sensor, resistentes a altas temperaturas y apantallados para evitar interferencias electromagnéticas.

  • Controlador de temperatura: Dispositivo central que recibe y procesa las señales de los sensores.

• Funciones y características::

  • muy precisoMedición precisa con buena linealidad.

  • buena estabilidad: El rendimiento operativo a largo plazo es estable con baja deriva.

  • normalizaciónPt100 : Pt100 es una norma internacional con una buena intercambiabilidad.

  • limitacionesLa precisión de las lecturas depende en gran medida de la alineación exacta del punto caliente real en la ubicación preincorporada durante la fabricación.

2. Sensores de temperatura de fibra óptica

Se trata de una forma más avanzada pero también más costosa, utilizada principalmente para transformadores de tipo seco de alto nivel de tensión, gran capacidad o requisitos especiales.

• Lugar de despliegueSensor de fibra óptica: El pequeño tamaño del sensor de fibra óptica permite una colocación más flexible en el interior del transformador. Pueden fijarse directamente a la superficie del devanado de alta tensión o incluso enterrarse dentro del devanado de alta tensión, lo que no es posible con los sensores metálicos tradicionales (por ejemplo, Pt100) debido a problemas de aislamiento.

• Principio de funcionamientoLa tecnología de medición de la temperatura por fibra óptica se basa en varios principios de aplicación, utilizados habitualmente en transformadores:

  • Medición de la temperatura mediante fibra óptica fluorescenteLa fibra óptica se recubre con un pequeño trozo de material fluorescente especial de tierras raras. El dispositivo de medición de la temperatura emite una longitud de onda específica de luz de excitación a través de la fibra óptica, y el material fluorescente absorbe la energía y emite fluorescencia. Cuando la luz de excitación se detiene, el tiempo de decaimiento (vida útil) de la fluorescencia tiene una correspondencia precisa con la temperatura. El anfitrión calcula la temperatura midiendo este tiempo de decaimiento.

• Componentes del sistema::

  • Sondas de fibra óptica: Fibras ópticas con materiales o rejillas sensibles a la temperatura.

  • Demodulador de fibra óptica (unidad central de medición de la temperatura): Se encarga de transmitir y recibir señales luminosas, así como de calcularlas y visualizarlas.

  • conexión óptica: Permite conectar la sonda a la unidad principal.

• Funciones y características::

  • seguridad intrínseca: un aislante eléctrico completo, inmune a cualquier interferencia electromagnética (EMI/RFI) y seguro para el contacto directo con componentes de alta tensión.

  • Precisión de la mediciónAlta precisión y tiempo de respuesta rápido.

  • Medición multipuntoLa tecnología de medición de la temperatura por fibra óptica permite controlar simultáneamente las diferentes temperaturas de los puntos calientes del transformador, lo que permite captar la distribución de los puntos calientes de forma más exhaustiva.

Modo 2: Medición de la temperatura de la superficie externa sin contacto

Este método no se introduce en el interior del transformador, sino que facilita su control e inspección detectando la temperatura de su superficie exterior.

3. Detección de imágenes térmicas por infrarrojos

Se trata de una herramienta muy eficaz para la inspección y el diagnóstico, pero no como medio principal de protección en tiempo real.

• Lugar de despliegueEl operador sujeta una cámara de infrarrojos o instala una cámara de infrarrojos fija en la sala del transformador y escanea la superficie de los devanados, el núcleo, los terminales, los casquillos, etc. del transformador.

• Principio de funcionamientoEl infrarrojo: Cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto irradia energía infrarroja. Cuanto mayor es la temperatura del objeto, más energía infrarroja irradia. Una cámara termográfica recibe la radiación infrarroja de la superficie de un objeto mediante sus detectores infrarrojos internos (matriz de plano focal) y la convierte en una señal eléctrica. Una vez procesada, el sistema genera un "mapa de calor" en pseudocolor, con diferentes colores en la imagen que representan distintas temperaturas, lo que permite al ojo humano visualizar la distribución de la temperatura en la superficie del objeto.

• Componentes del sistemaCámaras termográficas portátiles o fijas.

• Funciones y características::

  • sin contactoLa prueba se puede realizar con el transformador en marcha, lo que resulta muy seguro.

  • completo e intuitivoEsto proporciona una imagen de una "superficie de temperatura" en lugar de un "punto de temperatura", lo que permite detectar rápidamente defectos de sobrecalentamiento localizados, y es especialmente eficaz para comprobar si hay terminales sueltos y contactos deficientes.

  • Medición de la temperatura superficial: Sólo mide la temperatura superficial de los devanados o del núcleo del transformador y no refleja la temperatura máxima de los devanados internos, por lo que su lectura será muy inferior a la temperatura real del punto caliente en el interior de los devanados.

  • diagnóstico complementario: Se utiliza principalmente para inspecciones periódicas y mantenimiento preventivo para identificar posibles problemas, más que para control y protección en tiempo real.

Modalidad III: Otros componentes críticos y control de la temperatura ambiente

Además de controlar la temperatura del devanado del núcleo, también es importante controlar la temperatura del núcleo y la temperatura ambiente.

4. Control de la temperatura del núcleo

• Lugar de despliegueSensor de temperatura: Normalmente se monta un sensor de temperatura (Pt100 o termopar) en el yugo (yugo superior) o en la abrazadera del núcleo.

• Principio de funcionamientoEl mismo principio que la medición de la temperatura del bobinado, utilizado para medir la temperatura del núcleo de hierro.

• Funciones y característicasTemperatura del núcleo: Las temperaturas del núcleo anormalmente altas pueden indicar fallos tales como múltiples puntos de conexión a tierra en el núcleo, corrientes parásitas excesivas debidas a daños en el aislamiento entre las obleas de acero al silicio, etc. La supervisión de la temperatura del núcleo puede proporcionar una base de alarma y diagnóstico para estos fallos específicos.

5. Control de la temperatura ambiente

• Lugar de despliegueEn la sala o armario donde se encuentre el transformador, seleccione una ubicación para el sensor de temperatura que sea representativa de la temperatura del aire de refrigeración circundante y que no se vea afectada por la radiación térmica directa del transformador.

• Principio de funcionamiento: Mide la temperatura del medio refrigerante (aire).

• Funciones y característicasTemperatura ambiente: La temperatura ambiente es la referencia para calcular el aumento de temperatura del transformador. Una temperatura ambiente excesiva puede reducir significativamente la capacidad del transformador para disipar el calor, limitando así su capacidad de carga. La supervisión de la temperatura ambiente puede utilizarse para controlar el sistema de ventilación de la sala del transformador o para avisar con antelación si la temperatura ambiente es demasiado elevada.

Resumen e integración de sistemas: sistemas de control de la temperatura

Todos los sensores anteriores son sólo "ojos", que ven los datos en última instancia necesitan ser reunidos en un "cerebro" para su procesamiento, este "cerebro" es el Termorregulador para transformadores de tipo seco.

Un completoTermostato de transformador secoLas siguientes funciones básicas suelen combinarse de varias formas, tal y como se ha descrito anteriormente, y se llevan a cabo mediante un termostato inteligente:

1. Control y visualización de la temperatura trifásica: Muestra automáticamente la temperatura en tiempo real de los devanados de las fases A, B y C sucesivamente, y puede cambiar manualmente para ver la temperatura de la fase más alta.

2. Control automático del ventiladorCuando la temperatura de cualquier fase del devanado alcanza el valor preestablecido de "arranque del ventilador", el controlador cerrará automáticamente los contactos del relé para arrancar el ventilador.VentiladoresRefrigeración por aire forzado; cuando la temperatura desciende hasta el valor de "parada del ventilador", éste se apaga automáticamente para ahorrar energía y reducir el ruido.

3. Alarma de sobretemperaturaCuando la temperatura de cualquier fase del bobinado alcanza el valor de "alarma" preestablecido, el controlador envía señales de alarma sonoras y luminosas para recordar al operario que debe prestar atención.

4. Desconexión por sobretemperaturaCuando la temperatura de cualquier fase del devanado alcanza el valor de "disparo" preestablecido (que es la última línea de defensa para proteger el aislamiento), el controlador emitirá un conjunto de señales de contacto de disparo pasivo al interruptor del lado de alta tensión del transformador, para que éste se dispare, corte la alimentación del transformador y consiga la protección final.

5. Detección de fallos en los sensoresEl controlador puede detectar automáticamente si hay un fallo de rotura o cortocircuito en el sensor y emitir una alarma de fallo.

6. Transmisión remota de datosLos controladores de temperatura modernos suelen disponer de interfaces de comunicación como RS485 y son compatibles con protocolos estándar como Modbus, que permite transmitir a distancia todos los datos de temperatura y el estado del equipo al sistema de supervisión back-end (SCADA).