Quali sono i metodi di monitoraggio della temperatura e i sensori per i trasformatori a secco?

Il funzionamento sicuro e la durata di vita di un trasformatore a secco sono direttamente correlati alla salute dei suoi materiali isolanti e la temperatura è il fattore più critico che influisce sul tasso di invecchiamento dei materiali isolanti. Pertanto, il monitoraggio accurato e affidabile della temperatura è il fulcro del sistema di protezione dei trasformatori a secco. A differenza dei trasformatori in olio, che si basano sull'olio per l'isolamento e il raffreddamento, i trasformatori a secco si basano principalmente sull'aria (convezione naturale o raffreddamento ad aria forzata) e sui materiali isolanti solidi (ad esempio, resine epossidiche, carta isolante, ecc.), il che rende il monitoraggio dei punti caldi interni un requisito più rigoroso.

Di seguito viene fornita una descrizione dettagliata di tutti i principali modi in cui è possibile monitorare le temperature dei trasformatori a secco, dal nucleo agli ausiliari e dall'interno all'esterno:

Modalità 1: Misura diretta della temperatura dell'avvolgimento incorporato

Questo è il metodo principale di monitoraggio. I sensori sono pre-inseriti direttamente negli avvolgimenti o vicino alla superficie degli avvolgimenti durante il processo di produzione del trasformatore, in modo da riflettere più direttamente la temperatura effettiva degli avvolgimenti, il componente più caldo.

1. Sensori di temperatura a resistenza di platino (Pt100/Pt1000)

Questo è il metodo più comune, standard e ampiamente utilizzato per la misurazione della temperatura nei trasformatori a secco.

• Posizione di distribuzioneDurante la fabbricazione del trasformatore, gli elementi di rilevamento della temperatura a resistenza di platino (di solito tre, corrispondenti agli avvolgimenti trifase A, B e C) sono preinseriti nella parte superiore dell'avvolgimento trifase a bassa tensione vicino all'estremità di uscita. Quest'area è solitamente il punto caldo in cui l'avvolgimento dissipa meno calore e presenta la temperatura più elevata. I sensori sono fissati saldamente nello spazio tra le bobine dell'avvolgimento e sono colati in resina epossidica o immersi sotto vuoto VPI insieme agli avvolgimenti, diventando una parte permanente del corpo del trasformatore.

• Principio di funzionamentopt100 si riferisce a un valore di resistenza di 100,00 ohm a 0 °C. Il termoregolatore applica una corrente di misura molto piccola e costante al sensore di platino tramite uno speciale cavo schermato e quindi misura con precisione la tensione attraverso il sensore. Il termoregolatore applica una piccolissima corrente di misura costante al sensore di resistenza al platino tramite uno speciale cavo schermato e quindi misura con precisione la tensione attraverso il sensore. In base alla legge di Ohm (resistenza = tensione/corrente), è possibile calcolare il valore della resistenza attuale del sensore. Poiché esiste una corrispondenza standard riconosciuta a livello internazionale tra il valore di resistenza di una resistenza al platino e la sua temperatura (scala di temperatura ITS-90), il controllore può consultare la tabella per convertire con precisione il valore di resistenza nel valore di temperatura attuale.

• Componenti del sistema：

  • elemento di rilevamento della temperatura: resistenze al platino Pt100 preincorporate nell'avvolgimento.

  • cavo di collegamentoFili speciali che partono dal sensore, resistenti alle alte temperature e schermati per evitare interferenze elettromagnetiche.

  • Regolatore di temperaturaIl dispositivo principale che riceve ed elabora i segnali dei sensori.

• Funzioni e caratteristiche：

  • altamente precisoMisura accurata con buona linearità.

  • buona stabilitàLe prestazioni operative a lungo termine sono stabili con una bassa deriva.

  • standardizzazionePt100 è uno standard internazionale con una buona intercambiabilità.

  • limitazioniL'accuratezza delle letture dipende in larga misura dall'allineamento preciso dell'hot spot effettivo nella posizione pre-incorporata durante la produzione.

2. Sensori di temperatura a fibra ottica

Si tratta di un metodo più avanzato ma anche più costoso, utilizzato principalmente per i livelli di tensione elevati, le grandi capacità o i requisiti speciali dei trasformatori a secco.

• Posizione di distribuzioneLe dimensioni ridotte del sensore in fibra ottica consentono un posizionamento più flessibile all'interno del trasformatore. Possono essere fissati direttamente sulla superficie dell'avvolgimento ad alta tensione o addirittura interrati all'interno dell'avvolgimento ad alta tensione, cosa che non è possibile con i sensori metallici tradizionali (ad esempio, Pt100) a causa di problemi di isolamento.

• Principio di funzionamento: La tecnologia di misurazione della temperatura a fibre ottiche ha diversi principi di implementazione, comunemente utilizzati nelle applicazioni dei trasformatori:

  • Misura della temperatura in fibra ottica fluorescenteUn piccolo pezzo di speciale materiale fluorescente a terre rare è rivestito all'estremità della fibra ottica. L'host di misurazione della temperatura emette una specifica lunghezza d'onda di luce di eccitazione attraverso la fibra ottica, e il materiale fluorescente assorbe l'energia ed emette fluorescenza. Quando la luce di eccitazione si ferma, il tempo di decadimento (vita) della fluorescenza ha una corrispondenza precisa con la temperatura. L'host calcola la temperatura misurando questo tempo di decadimento.

• Componenti del sistema：

  • Sonde a sensore in fibra otticaFibre ottiche con materiali o reticoli sensibili alla temperatura.

  • Demodulatore a fibre ottiche (mainframe per la misurazione della temperatura)Responsabile della trasmissione e della ricezione dei segnali luminosi, nonché del loro calcolo e della loro visualizzazione.

  • connessione otticaUtilizzato per collegare la sonda all'unità principale.

• Funzioni e caratteristiche：

  • sicurezza intrinseca: un isolante elettrico completo, immune da qualsiasi interferenza elettromagnetica (EMI/RFI) e sicuro per il contatto diretto con componenti ad alta tensione.

  • Accuratezza della misurazioneAlta precisione e tempi di risposta rapidi.

  • Misura a più puntiLa tecnologia di misurazione della temperatura a fibre ottiche consente di monitorare simultaneamente le diverse temperature dei punti caldi nel trasformatore, catturando la distribuzione dei punti caldi in modo più completo.

Modalità 2: Misura della temperatura superficiale esterna senza contatto

Questo approccio non entra all'interno del trasformatore, ma aiuta il monitoraggio e l'ispezione rilevando la temperatura della superficie esterna.

3. Rilevamento termico a infrarossi

Si tratta di uno strumento molto efficace per l'ispezione e la diagnostica, ma non come mezzo primario di protezione in tempo reale.

• Posizione di distribuzioneL'operatore tiene in mano una termocamera a infrarossi o installa una termocamera a infrarossi fissa nella sala del trasformatore e scansiona la superficie degli avvolgimenti, del nucleo, dei terminali, delle boccole, ecc. del trasformatore.

• Principio di funzionamentoQualsiasi oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto irradia energia infrarossa. Più alta è la temperatura dell'oggetto, più energia infrarossa irradia. La termocamera riceve la radiazione infrarossa dalla superficie dell'oggetto per mezzo dei suoi rilevatori interni (array sul piano focale) e la converte in un segnale elettrico. Dopo l'elaborazione, il sistema genera una “mappa di calore” in pseudocromia, con colori diversi sull'immagine che rappresentano temperature diverse, consentendo all'occhio umano di visualizzare la distribuzione della temperatura sulla superficie dell'oggetto.

• Componenti del sistemaTelecamere termografiche portatili o fisse.

• Funzioni e caratteristiche：

  • senza contattoNon è necessaria un'interruzione di corrente e il test può essere eseguito mentre il trasformatore è in funzione, il che è molto sicuro.

  • completo e intuitivoIn questo modo si ottiene un'immagine di una “superficie di temperatura” piuttosto che di un “punto di temperatura”, che consente di individuare rapidamente i difetti di surriscaldamento localizzati ed è particolarmente efficace per verificare la presenza di terminali allentati e contatti difettosi.

  • Misura della temperatura di superficieMisura solo la temperatura superficiale degli avvolgimenti o del nucleo del trasformatore e non riflette la temperatura massima degli avvolgimenti interni, e la sua lettura sarà molto inferiore alla temperatura effettiva del punto caldo all'interno degli avvolgimenti.

  • diagnosi complementareViene utilizzato principalmente per ispezioni regolari e manutenzione preventiva per identificare potenziali problemi, piuttosto che per il controllo e la protezione in tempo reale.

Modalità III: Altri componenti critici e monitoraggio della temperatura ambiente

Oltre a monitorare la temperatura dell'avvolgimento del nucleo, è importante monitorare anche le temperature del nucleo e dell'ambiente.

4. Monitoraggio della temperatura del nucleo

• Posizione di distribuzioneUn sensore di temperatura (Pt100 o termocoppia) è solitamente montato sul giogo (giogo superiore) o sul morsetto del nucleo.

• Principio di funzionamentoLo stesso principio della misurazione della temperatura dell'avvolgimento, utilizzato per misurare la temperatura del nucleo del ferro.

• Funzioni e caratteristicheTemperature del nucleo anormalmente elevate possono indicare guasti come punti multipli di messa a terra nel nucleo, correnti parassite eccessive dovute a danni all'isolamento tra i wafer di silicio e così via. Il monitoraggio della temperatura del nucleo può fornire un allarme e una base diagnostica per questi guasti specifici.

5. Monitoraggio della temperatura ambiente

• Posizione di distribuzioneNella stanza o nell'armadio in cui si trova il trasformatore, scegliere una posizione per il sensore di temperatura che sia rappresentativa della temperatura dell'aria di raffreddamento circostante e non sia influenzata dalla radiazione termica diretta del trasformatore.

• Principio di funzionamentoMisura la temperatura del mezzo di raffreddamento (aria).

• Funzioni e caratteristicheLa temperatura ambiente è il parametro di riferimento per calcolare l'aumento di temperatura del trasformatore. Temperature ambientali eccessive possono ridurre significativamente la capacità del trasformatore di dissipare il calore, limitando così la sua capacità di carico. Il monitoraggio della temperatura ambiente può essere utilizzato per controllare il sistema di ventilazione nella cabina del trasformatore o per dare un allarme precoce se la temperatura ambiente è troppo alta.

Sintesi e integrazione del sistema: sistemi di controllo della temperatura

Tutti i sensori di cui sopra sono solo “occhi”, vedono i dati che alla fine devono essere riuniti in un “cervello” per l'elaborazione. Controllore della temperatura del trasformatore a secco。

Un completoTermostato per trasformatore a seccoLe seguenti funzioni principali sono solitamente combinate in vari modi, come descritto sopra, e sono realizzate da un termostato intelligente:

1. Controllo e visualizzazione della temperatura trifaseVisualizza automaticamente la temperatura in tempo reale degli avvolgimenti delle fasi A, B e C e può passare manualmente a visualizzare la temperatura della fase più alta.

2. Controllo automatico del ventilatoreQuando la temperatura di una qualsiasi fase dell'avvolgimento raggiunge il valore preimpostato di “avvio del ventilatore”, il controllore chiude automaticamente i contatti del relè per avviare il ventilatore.Ventole di raffreddamentoRaffreddamento ad aria forzata; quando la temperatura scende al valore “fan stop”, la ventola si spegne automaticamente per risparmiare energia e ridurre il rumore.

3. Allarme di sovratemperaturaQuando la temperatura di una qualsiasi fase dell'avvolgimento raggiunge il valore di “allarme” preimpostato, il controllore invia segnali di allarme sonori e luminosi per ricordare all'operatore di prestare attenzione.

4. Intervento per sovratemperaturaQuando la temperatura di una qualsiasi fase dell'avvolgimento raggiunge il valore di “intervento” preimpostato (che rappresenta l'ultima linea di difesa per proteggere l'isolamento), il controllore emette una serie di segnali di contatto di intervento passivo all'interruttore lato alta tensione del trasformatore, in modo che questo intervenga, interrompa l'alimentazione del trasformatore e realizzi la protezione finale.

5. Rilevamento dei guasti del sensoreIl controllore può rilevare automaticamente la presenza di un guasto o di un cortocircuito nel sensore ed emettere un allarme di guasto.

6. Trasmissione dati a distanzaI moderni termoregolatori dispongono solitamente di interfacce di comunicazione come RS485 e supportano protocolli standard come Modbus, che consentono di trasmettere in remoto tutti i dati sulla temperatura e lo stato dell'apparecchiatura al sistema di monitoraggio back-end (SCADA).