Guide complet sur la surveillance de la température des points chauds pour les transformateurs à sec

• Définitions de baseLa surveillance de la température du point chaud des transformateurs à sec fait référence à l'utilisation de moyens techniques spécifiques, le transformateur à sec dans le processus de fonctionnement en raison de la perte du point de température le plus élevé (c'est-à-dire le “point chaud”) pour une mesure et une surveillance précises en temps réel.
• Nécessité d'un suiviLe taux de vieillissement de l'isolation d'un transformateur est directement déterminé par la température de son point chaud. Une surveillance précise de la température est une condition préalable fondamentale pour prévenir une défaillance prématurée de l'isolation, évaluer la santé de l'équipement, optimiser la capacité de charge et assurer un fonctionnement sûr.
• Programme techniqueLa thermographie : Il existe un large éventail de technologies de surveillance, notamment les thermocouples traditionnels Pt100 intégrés, la thermographie infrarouge sans contact et la thermométrie à fibre optique fluorescente de pointe, capable de mesurer directement les points chauds internes.
• Comparaison des technologies clés: : De toutes les technologies.Mesure de la température par fibre optique fluorescenteGrâce à son immunité électromagnétique totale et à son isolation haute tension, il s'agit de la seule technologie permettant de mesurer en toute sécurité et avec précision les points chauds réels directement à l'intérieur des enroulements ; etPt100En revanche, elle est largement utilisée pour la surveillance de sites secondaires tels que l'extérieur de l'enroulement ou le cœur, en raison de sa rentabilité et de sa maturité.
• configuration du systèmeLe système de surveillance complet se compose de capteurs frontaux, d'un hôte d'acquisition et de démodulation des données et d'interfaces de couche d'application pour le contrôle et la communication à distance, qui forment ensemble le cœur de la gestion thermique intelligente d'un transformateur.

Catalogue de cet article

• 1) Qu'est-ce qu'un transformateur à sec ?
• 2) Quelle est la température normale d'un transformateur à sec ?
• 3) Pourquoi surveiller la température ?
• 4) Quels dysfonctionnements peuvent être causés par des températures élevées ?
• 5) Quels sont les types de technologies disponibles pour la surveillance de la température des points chauds ?
• 6. tableau comparatif des principales technologies de mesure de la température
• 7) Composants d'un système de surveillance de la température d'un transformateur à sec
• 8. les questions fréquemment posées (FAQ)

1) Qu'est-ce qu'un transformateur à sec ?

Un transformateur de type sec est un type de transformateur de puissance dans lequel le noyau et les enroulements ne sont imprégnés d'aucun liquide isolant (par exemple, l'huile de transformateur). Son isolation et son refroidissement sont assurés par l'air (refroidissement naturel ou forcé) et des matériaux isolants solides (par exemple, résine époxy, papier/film isolant, etc.). Parce qu'ils sont exempts d'huile, ignifuges, résistants aux incendies et aux explosions, faciles à entretenir et respectueux de l'environnement, les transformateurs de type sec sont largement utilisés dans les lieux intérieurs qui exigent une sécurité et une protection environnementale élevées, tels que les immeubles de grande hauteur, les complexes commerciaux, les centres de données, les aéroports, les métros, les hôpitaux et les centrales électriques.

2) Quelle est la température normale d'un transformateur à sec ?

La température normale de fonctionnement d'un transformateur à sec dépend du type de transformateur utilisé.Classe de résistance à la chaleur de l'isolation. La classe d'isolation définit la température maximale admissible à laquelle un matériau isolant peut être soumis pendant une longue période sans détérioration significative de ses performances. Les classes d'isolation courantes et leurs limites correspondantes d'élévation de température maximale admissible et de température de point chaud sont énumérées ci-dessous :

• Isolation de classe FClasse de température : C'est la classe la plus courante. Sa température maximale de fonctionnement est de155°C. A une température ambiante de 40°C, la limite d'élévation moyenne de la température de son enroulement est de 100K, et l'élévation admissible de la température du point chaud est de 115K, c'est-à-dire que la température du point chaud ne doit pas dépasser155°C.
• Isolation de classe HClasse thermique supérieure. La température de fonctionnement maximale admissible est de180°C. A une température ambiante de 40°C, la limite d'élévation de température moyenne de son enroulement est de 125K, et l'élévation de température admissible du point chaud est de 140K, c'est-à-dire que la température du point chaud ne doit pas dépasser180°C.
• Isolation de classe CClasse thermique extrêmement élevée, température de fonctionnement maximale autorisée jusqu'à220°C.

Généralement, les transformateurs sont équipés d'un système de contrôle de la température qui protège le transformateur en activant le ventilateur de refroidissement lorsque la température atteint une valeur prédéfinie (par exemple, 95°C), en émettant une alarme à des températures plus élevées (par exemple, 130°C) et en émettant une commande de déclenchement lorsque la limite d'isolation (par exemple, 150°C) est approchée.

3) Pourquoi surveiller la température ?

La température, en particuliertempérature du point chaudLa température est le paramètre le plus critique et le plus direct qui affecte la durée de vie et la fiabilité des transformateurs à sec. La nécessité de surveiller la température se reflète dans les aspects suivants :

1. Déterminants de la durée de vie de l'isolationLe vieillissement des matériaux isolants électriques est un processus chimique irréversible, dont la vitesse est étroitement liée à la température. Selon lesLoi de MontsingerPour l'isolation de classe A, le taux de vieillissement de l'isolation double, c'est-à-dire qu'il est divisé par deux, pour chaque augmentation de température de 8 à 10°C. Une surveillance et un contrôle précis des températures des points chauds sont essentiels pour garantir que le transformateur atteigne sa durée de vie nominale.
2. Des opérations sûres et sécurisées sont garantiesLa surchauffe continue dégrade la résistance mécanique et électrique du matériau isolant, ce qui peut conduire à des ruptures d'isolation tour à tour, couche à couche ou phase à phase, et déclencher des courts-circuits, voire des incendies.
3. Base pour l'optimisation de la capacité de chargeLa capacité nominale d'un transformateur est définie dans des limites spécifiques d'élévation de la température. Une surveillance précise et en temps réel de la température des points chauds permet au personnel d'exploitation et de maintenance de connaître la marge thermique du transformateur à la charge actuelle, de sorte que des surcharges à court terme peuvent être mises en œuvre en toute sécurité pour faire face à des pics temporaires de consommation d'énergie et améliorer l'utilisation des actifs.
4. Diagnostic des pannes et évaluation de l'état de l'appareilLes schémas anormaux d'élévation de la température sont des indices importants pour diagnostiquer les défauts internes. Par exemple, un déséquilibre de la température d'un enroulement triphasé peut indiquer un défaut tel qu'un déséquilibre de charge triphasé ou la présence d'un court-circuit tour à tour dans une phase. L'analyse des tendances des données de température à long terme constitue la base de l'évaluation de l'état des transformateurs et de la réalisation d'une maintenance prédictive.

4) Quels dysfonctionnements peuvent être causés par des températures élevées ?

Des augmentations de température persistantes ou brutales, si elles ne sont pas corrigées à temps, peuvent entraîner directement ou indirectement les dysfonctionnements graves suivants :

• Vieillissement accéléré et carbonisation de l'isolationLes matériaux isolants solides (par exemple le papier Nomex, les résines époxy) deviennent cassants, se rétractent et se carbonisent à des températures excessives, perdant ainsi leur force d'isolation et leur support mécanique d'origine.
• Court-circuit tour à tourLa détérioration de l'isolation peut d'abord se produire dans la faible couche d'isolation entre les spires du conducteur. Une fois que cette couche d'isolation est défaillante, un court-circuit tour à tour se forme, ce qui génère un énorme courant de court-circuit et conduit à une combustion rapide de l'enroulement.
• Dommages à la structure mécaniqueLe rapport de la Commission européenne sur l'état de l'environnement et du développement durable (CEDD) : : Les conducteurs et les corps moulés des enroulements coulés en résine époxy ont des coefficients de dilatation thermique différents. Des cycles répétés de surchauffe peuvent entraîner des contraintes mécaniques importantes entre les deux, ce qui peut provoquer des fissures dans le corps de moulage et créer des conditions propices à la pénétration de l'humidité et à la rupture de l'isolation.
• Connexions surchauffées et brûléesLes contacts entre les fils d'enroulement, les bornes et les autres éléments de connexion génèrent une chaleur de résistance supplémentaire sous l'effet de courants élevés, ce qui entraîne des points de surchauffe localisés, susceptibles de brûler gravement les connexions et de provoquer des défauts en circuit ouvert.

5) Quels sont les types de technologies disponibles pour la surveillance de la température des points chauds ?

Pour la surveillance des points chauds des transformateurs à sec, il existe une variété de solutions techniques dont les principes, l'applicabilité et la précision diffèrent.

5.1 Mesure de la température de contact intégrée

Thermomètre à résistance de platine Pt100

Principe de fonctionnementLa résistance d'un fil de platine varie de façon précise, régulière et linéaire en fonction de la température. La température est convertie en mesurant sa valeur de résistance.
avantage: Pt100Technologie mature, bonne linéarité, haute précision et coût relativement économique. Il convient parfaitement à la surveillance du noyau, de la surface extérieure de l'enroulement, des colliers et d'autres pièces sans potentiel élevé. Il s'agit du type de capteur le plus couramment utilisé pour les régulateurs de température standard des transformateurs à sec.

Thermocouple

Principe de fonctionnement: : Selon l'effet Seebeck, un circuit composé de deux matériaux conducteurs différents connectés ensemble produit une faible tension, qui est liée à la différence de température, lorsque les températures des deux points de connexion sont différentes.
avantagePt100 : Large plage de mesure de la température et vitesse de réponse rapide. Cependant, dans les applications de transformateur, sa sortie est un faible signal de tension en mV, très sensible aux interférences électromagnétiques, et la nécessité d'une compensation de l'extrémité froide, de sorte que l'application n'est pas aussi étendue que celle de la Pt100.

Capteurs de température fluoroptiques

Principe de fonctionnementLa sonde : transmet des impulsions lumineuses à travers une fibre optique à un matériau fluorescent à l'extrémité d'une sonde et démodule la température en mesurant le temps de décroissance de la fluorescence. Le temps de décroissance est fonction de la température et est totalement indépendant de l'intensité lumineuse et du champ électromagnétique.
avantage: Capteurs à fibres optiques fluorescentesIl s'agit de la seule technologie permettant de mesurer en toute sécurité et avec précision les véritables points chauds directement à l'intérieur de l'enroulement. Ses sondes et ses câbles à fibres optiques sont entièrement composés d'un matériau diélectrique avec un coefficient de frottement de 1,5 %.Immunité électromagnétique parfaiterépondre en chantantIsolation haute tensionC'est son avantage fondamental sur toutes les autres technologies. C'est son avantage fondamental par rapport à toutes les autres technologies.

5.2 Mesure de la température sans contact

Thermographie infrarouge

Principe de fonctionnementLa caméra infrarouge : : Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement infrarouge. Une caméra infrarouge calcule la distribution de la température d'un objet en détectant l'intensité du rayonnement infrarouge sur sa surface.
avantageLa capacité de fournir un nuage de température en 2D sur toute la surface du transformateur permet de visualiser les points chauds anormaux dans des zones telles que les points de connexion externes et les surfaces d'enroulement. Cependant, il n'est pas possible d'obtenir un nuage de température en 2D sur toute la surface du transformateur.Impossible à mesurerPoints chauds à l'intérieur du bobinage encapsulés par une résine époxy solide.

Capteurs de température passifs sans fil

Principe de fonctionnementCapteurs de température : basés sur la technologie des ondes acoustiques de surface (SAW) ou de la RFID. Les capteurs ne nécessitent pas de piles, ils reçoivent l'énergie électromagnétique émise par un lecteur externe et renvoient un signal contenant des informations sur la température.
avantageIl n'est pas nécessaire de le câbler. Cependant, il s'agit toujours d'un dispositif électronique, et sa stabilité sous de forts champs électromagnétiques ainsi que la limitation de sa position de montage limitent son application dans la surveillance des points chauds à l'intérieur du bobinage.

6. tableau comparatif des principales technologies de mesure de la température

7) Composants d'un système de surveillance de la température d'un transformateur à sec

Un système complet de surveillance de la température des transformateurs à sec, en particulier un système basé sur la technologie avancée des fibres optiques fluorescentes, se compose généralement de trois éléments :

1. Couche de détection : capteur de température
   Il s'agit de la partie frontale de l'acquisition des données. Pour la surveillance à grande échelle, un arrangement multipoint mixte est généralement réalisé : points chauds préinstallés à l'intérieur des enroulements triphasés.Sonde à fibre optique fluorescente; monté sur la surface extérieure du noyau, des enroulements, etc.Capteurs Pt100.
2. Couche d'acquisition et de traitement : thermostat intelligent/intégrateur d'acquisition de données
   C'est le cerveau du système. Il est chargé de connecter tous les capteurs, de démoduler (fibre optique) ou d'acquérir (Pt100) les signaux et d'afficher les températures de tous les points de mesure en temps réel sur l'écran LCD. De plus, il dispose d'une logique de contrôle intégrée telle que :
   • Contrôle du ventilateurLe ventilateur de refroidissement démarre et s'arrête automatiquement en fonction d'un point de température défini (généralement basé sur la température du point chaud de l'enroulement de la phase la plus élevée).
   • Alarmes et protectionLes contacts secs des relais programmables pour l'alarme de surchauffe et le signal de déclenchement de surchauffe sont multiples.
3. Couche communication et application : interface à distance
   Afin d'assurer une exploitation et une gestion intelligentes, les hôtes sont généralement dotés d'interfaces de communication standard :
   • Sortie analogique (4-20mA)Transmission des points de température critiques sous forme de signaux analogiques standard à un système PLC ou DCS.
   • Communication numérique (RS485/Modbus)Les systèmes de mesure de la température et de l'état de l'équipement sont transmis par signaux numériques au système de surveillance dorsal afin d'assurer une surveillance centralisée et une analyse des données à distance.

8. les questions fréquemment posées (FAQ)

1) Qu'est-ce qu'un “point chaud” dans un transformateur à sec ? Pourquoi est-il si important ?

Le point chaud est le point de l'enroulement du transformateur qui présente la température la plus élevée en fonctionnement. En raison d'un refroidissement inégal et d'une distribution inégale du champ de fuite, il est généralement situé dans la partie supérieure de l'enroulement, près de l'extrémité de sortie. La vitesse de détérioration de l'isolation est déterminée par la température à ce point, de sorte qu'une surveillance précise du point chaud est essentielle pour garantir la durée de vie et la sécurité du transformateur.

2) Comment la sonde à fibre optique fluorescente est-elle installée à l'intérieur du bobinage ?

Cette opération doit être réalisée au cours du processus de fabrication du transformateur. La sonde à fibre optique est conçue pour être suffisamment résistante mécaniquement pour être enroulée et fixée directement entre des spires ou des couches spécifiques de l'enroulement pendant le processus d'enroulement, puis elle est coulée à l'époxy ou imprégnée de VPI avec l'enroulement, pour finalement faire partie de la structure de l'enroulement.

3) La sonde Pt100 ne peut-elle pas être utilisée pour mesurer la température du bobinage ?

La Pt100 est un conducteur métallique et ne peut pas entrer en contact direct avec des enroulements sous haute tension. Elle peut être enfouie à l'extérieur de l'enroulement (par exemple dans l'isolation intercalaire ou sur la surface de l'enroulement), mais il ne s'agit pas d'un véritable point chaud et la valeur mesurée sera inférieure de 10 à 20 °C ou plus à la température réelle du point chaud, avec le risque de marges de sécurité insuffisantes.

4) Combien de points de mesure de la température sont normalement nécessaires pour un transformateur ?

Cela dépend de la capacité et de l'importance du transformateur. Une configuration typique consiste à disposer d'un point de mesure de la température par fibre optique sur chacun des points chauds des trois phases (A, B, C) dans l'enroulement BT et d'un point de mesure de la température par fibre optique sur chacune des trois phases dans l'enroulement HT, soit un total de 6 points de mesure par fibre optique. En outre, 1 à 2 points Pt100 sont disposés sur le noyau de fer et 1 Pt100 est utilisée pour surveiller la température ambiante, ce qui constitue un programme de surveillance complet.

5) Sur la base de quelle température le ventilateur de refroidissement doit-il être contrôlé ?

Le contrôle le plus scientifique et le plus efficace est basé sur la température réelle du point chaud** du plus haut des enroulements triphasés**. Le ventilateur n'est ainsi activé qu'en cas de nécessité absolue, ce qui permet une gestion thermique précise et des économies d'énergie.

6) Les caméras thermiques sont-elles encore utiles pour les inspections de routine ?

Très utile. Bien qu'il ne puisse pas mesurer le point chaud interne, c'est l'outil le plus efficace pour l'inspection rapide de la surface de l'enroulement, du noyau, en particulier des terminaux et d'autres points de connexion externes pour la chaleur anormale, c'est un complément puissant à la mesure de la température de la fibre optique.

7) Le système de mesure de la température par fibre optique fluorescente nécessite-t-il un étalonnage périodique ?

Pas nécessaire. La technologie est basée sur un principe physique stable selon lequel les caractéristiques de température du matériau fluorescent sont calibrées avec précision en usine et durcies dans l'unité centrale, ce qui assure une excellente stabilité à long terme et élimine le besoin de recalibrage tout au long du cycle de vie du transformateur.

8) Comment les données de température peuvent-elles m'aider dans la maintenance prédictive ?

En surveillant les données relatives à la température du point chaud et au courant de charge au fil du temps, vous pouvez modéliser l'état de santé de votre transformateur. Si vous constatez que l'augmentation de la température du point chaud est plus importante qu'auparavant pour la même charge et la même température ambiante, cela peut indiquer des défauts précoces tels que des conduits de refroidissement obstrués, une défaillance du ventilateur ou des courts-circuits internes entre les spires, ce qui peut vous orienter vers une maintenance ciblée.

9) Qu'est-ce que le “renforcement dynamique des capacités” ? Comment la surveillance de la température peut-elle y contribuer ?

L'augmentation dynamique de la capacité consiste à permettre à un transformateur de fonctionner en toute sécurité au-delà de sa capacité nominale pendant une courte période, en fonction des températures des points chauds et de l'état du refroidissement en temps réel. Seule une surveillance directe et en temps réel des points chauds, par exemple au moyen de fibres optiques fluorescentes, permet de connaître avec précision la marge thermique actuelle du transformateur et de disposer ainsi d'une base de données fiable pour la prise de décision en matière d'augmentation dynamique de la capacité.

10) Quels sont les éléments les plus importants à prendre en compte lors du choix d'un système de contrôle de la température ?

Les éléments les plus importants sont **l'applicabilité** et **la fiabilité**. Pour les points chauds à l'intérieur du bobinage, la fibre fluorescente est la seule option sûre et fiable. Pour les autres emplacements, la Pt100 est le choix éprouvé et économique. Le système choisi doit avoir une fiabilité de niveau industriel et être capable de fonctionner de manière stable pendant de longues périodes dans des sous-stations soumises à de fortes interférences électromagnétiques et à de grandes différences de température.

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