Sensori di monitoraggio della temperatura dei trasformatori a secco

发布时间：IL SUO NOME È UN'ALTRA COSA.7 agosto 2025 08:48:29

I trasformatori a secco sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione dell'energia, negli impianti industriali e in altri scenari grazie al loro raffreddamento senza olio, alla struttura compatta, alla facilità di manutenzione e ad altre caratteristiche. Tuttavia, gli avvolgimenti, il nucleo e altri componenti in funzione sono soggetti a perdita di calore; se la temperatura è troppo elevata, l'invecchiamento dell'isolamento si accelera (o addirittura si rompe) e, nei casi più gravi, può provocare un incendio.Sensori di monitoraggio della temperaturaEssendo il componente principale del monitoraggio delle condizioni dei trasformatori a secco, la capacità di rilevare le variazioni di temperatura in tempo reale e di fornire un allarme tempestivo è la chiave per garantire il funzionamento sicuro dell'apparecchiatura.

I. La necessità di monitorare la temperatura dei trasformatori a secco

I materiali isolanti per i trasformatori a secco (ad es. resina epossidica, carta Nomex, ecc.) hanno limiti di tolleranza di temperatura definiti (ad es. temperatura massima ammissibile 155 °C per l'isolamento di classe F, 180 °C per la classe H). Se la temperatura supera il valore limite:

 

  • La resistenza meccanica e la resistenza elettrica dei materiali isolanti si riducono significativamente e la durata di vita si riduce drasticamente (la durata di vita può essere dimezzata per ogni aumento di 10°C della temperatura);
  • La resistenza dell'avvolgimento aumenta e le perdite aumentano ulteriormente, creando un circolo vizioso di “surriscaldamento - aumento delle perdite - ulteriore surriscaldamento”;
  • Casi estremi possono provocare incidenti come cortocircuiti degli avvolgimenti e incendi.

 

Pertanto, è necessario monitorare la temperatura dei componenti chiave in tempo reale attraverso i sensori per fornire un supporto di dati per il controllo della dissipazione del calore (ad esempio, l'avvio della ventola) e la segnalazione dei guasti.

In secondo luogo, i tipi e le caratteristiche dei comuni sensori di monitoraggio della temperatura

I sensori di monitoraggio della temperatura dei trasformatori a secco devono essere adattati al loroElevata interferenza elettromagnetica, spazio polveroso e compattoDi seguito sono elencati i tipi più comuni di ambienti operativi:

1. Sensori di resistenza al platino (Pt100/Pt1000)

teoriaIn base alla proprietà della resistenza del metallo platino di cambiare con la temperatura (resistenza di 100Ω/Pt100 o 1000Ω/Pt1000 a 0°C, la linearità della resistenza aumenta a temperature più elevate), la temperatura viene convertita misurando il valore della resistenza.
specificità：

  • Elevata precisione (errore solitamente ≤±0,1℃~±0,5℃), buona linearità, adatta per il monitoraggio di alta precisione;
  • Tempo di risposta più rapido (millisecondi), elevata stabilità e lunga durata (fino a oltre 10 anni);
  • Richiede il collegamento diretto al circuito di misura (trasmissione cablata) ed è suscettibile alle interferenze elettromagnetiche (è necessaria una schermatura).
    Scenari applicabiliLa misura della temperatura per contatto diretto delle parti critiche degli avvolgimenti e dei nuclei dei trasformatori a secco è il tipo più utilizzato.

2. Sensori a termocoppia

teoriaLa differenza di temperatura tra due metalli diversi (ad esempio NiCr-NiSi di tipo K, Fe-Cu di tipo J) che formano un circuito chiuso genera un potenziale termoelettrico (effetto Seebeck), che viene convertito in temperatura attraverso il valore del potenziale.
specificità：

 

  • Ampio intervallo di misurazione della temperatura (-200℃~1300℃), in grado di adattarsi allo scenario di alta temperatura del sovraccarico di breve durata del trasformatore a secco;
  • Struttura semplice, basso costo, resistenza alle vibrazioni e agli urti;
  • Precisione inferiore (errore ±1℃~±3℃), richiede la compensazione dell'estremità fredda (la temperatura ambiente influisce sulla misurazione) e la linearità è peggiore rispetto alla resistenza di platino.
    Scenari applicabiliMonitoraggio della temperatura per esigenze non di alta precisione come nuclei di ferro, alloggiamenti, ecc. o come sensore di riserva per resistenze al platino.

3. Sensori a infrarossi (senza contatto)

teoriaLa temperatura superficiale viene convertita rilevando l'energia della radiazione infrarossa emessa dalla superficie dell'oggetto (secondo la legge di Planck).
specificità：

 

  • Misura senza contatto senza collegamento diretto al dispositivo e senza compromettere l'isolamento;
  • L'installazione flessibile consente di monitorare le superfici di avvolgimento, gli alloggiamenti e altre aree difficilmente accessibili;
  • Non è possibile misurare la temperatura interna perché è influenzata dall'ambiente (ad esempio, la polvere e il vapore acqueo assorbono la radiazione infrarossa e l'errore può raggiungere ±2℃~±5℃).
    Scenari applicabiliIntegrazione dei sensori di contatto per il monitoraggio della temperatura superficiale complessiva del trasformatore o in aree in cui non è conveniente installare sensori di contatto.

4. Sensori a fibra ottica

teoriaUtilizzando le fibre ottiche per trasmettere segnali ottici, il segnale di temperatura viene convertito in una variazione della lunghezza d'onda della luce grazie alla proprietà dell'indice di rifrazione del materiale della fibra (ad es. fibra fluorescente) di cambiare con la temperatura, quindi la temperatura viene ripristinata dall'apparecchiatura di demodulazione.
specificità：

 

  • Estremamente resistente alle interferenze elettromagnetiche (le fibre ottiche non sono conduttive), adatto per il lato ad alta tensione dei trasformatori a secco e per gli ambienti a forte impatto elettromagnetico;
  • Resistente alla corrosione, resistente alle alte pressioni (può essere incorporato all'interno dell'avvolgimento), elevata precisione di misura (errore ≤ ± 0,5 ℃);
  • Costo più elevato, facilità di rottura delle fibre ottiche (necessità di misure di protezione), apparecchiature di demodulazione complesse.
    Scenari applicabiliTrasformatori a secco ad alta tensione, applicazioni sensibili alle interferenze elettromagnetiche o dove il monitoraggio di alta precisione deve essere incorporato all'interno dell'avvolgimento.

Terzo, la posizione di installazione del sensore

Distribuzione irregolare della temperatura nei trasformatori a secco.Avvolgimenti (soprattutto punti caldi), nuclei, ambienteSi tratta di un punto di monitoraggio centrale e la posizione dell'installazione deve essere scelta in relazione agli obiettivi del monitoraggio:

 

punto di monitoraggio Scopo del monitoraggio Tipi di sensori consigliati Installazione
Hotspot di avvolgimento Riflette la posizione di surriscaldamento più pericolosa (temperatura più alta) Pt100 (pre-incorporato), fibra ottica Realizzato per essere incorporato all'interno dell'avvolgimento (senza danneggiare l'isolamento)
Superficie di avvolgimento Contribuisce a determinare le tendenze generali del riscaldamento Pt100 (adesivo), infrarossi Adesione alla superficie dell'avvolgimento (per il fissaggio è necessaria una colla isolante)
nucleo di ferro Monitoraggio del surriscaldamento causato da perdite per correnti parassite nel nucleo di ferro Termocoppia, Pt100 Fissato a morsetti o superfici del nucleo
temperatura ambientale Aiuta a determinare le condizioni termiche (ad es. temperatura ambiente elevata) Pt100, termocoppia Installato nell'ambiente aereo a 1~2 m intorno al trasformatore.

IV. Fattori chiave per la selezione

La scelta del sensore deve essere combinata con il modello di trasformatore a secco, l'ambiente operativo e i requisiti di precisione di un giudizio completo:

 

  1. Intervallo di temperaturaNecessità di coprire la normale temperatura di funzionamento dell'apparecchiatura (30℃~120℃) e la temperatura di sovraccarico a breve termine (ad es. superiore a 150℃);
  2. accurataMonitoraggio del punto caldo di avvolgimento entro ±0,5°C (ad es. Pt100, fibre ottiche), il monitoraggio ambientale può essere esteso a ±2°C;
  3. Capacità anti-interferenzaI sensori a fibre ottiche sono preferibili sul lato dell'alta pressione per gli ambienti fortemente elettromagnetici e i Pt100 (schermati) sul lato della bassa pressione;
  4. Compatibilità dell'installazioneGli avvolgimenti incorporati devono essere scelti da sensori miniaturizzati e ben isolati (ad esempio Pt100 con un diametro di ≤3 mm) per evitare di danneggiare l'isolamento;
  5. stabilitàRichiesto di resistere alle vibrazioni, alla polvere e all'umidità (ad esempio, grado di protezione IP65) e di avere un'aspettativa di vita di ≥ 5 anni.

V. Componenti del sistema di monitoraggio della temperatura

I sensori sono componenti di “rilevamento” front-end che devono lavorare con i sistemi back-end per ottenere una funzionalità di monitoraggio completa:

 

  • Modulo di acquisizione datiConverte i segnali dei sensori (resistenza, potenziale, segnali luminosi) in segnali digitali;
  • Unità di visualizzazione e allarmeVisualizzazione in tempo reale del valore della temperatura e avviso tramite suono, luce, SMS ecc. in caso di superamento del limite;
  • modulo di controlloCollegamento di dispositivi di raffreddamento (ad es. ventilatori) per avviare automaticamente il raffreddamento quando la temperatura è troppo alta.

riassunti

Il ruolo principale dei sensori di monitoraggio della temperatura dei trasformatori a secco è quello di “rilevamento precoce, allarme precoce”; i diversi tipi di sensori hanno i loro vantaggi e svantaggi:Pt100Il miglior rapporto qualità/prezzo e adatto alla maggior parte degli scenari;Sensori a fibra otticaÈ la prima scelta per gli ambienti fortemente elettromagnetici;sensore a infrarossiAdatto per il monitoraggio supplementare. In pratica, viene spesso utilizzata una combinazione di “contatto + non contatto”, che tiene conto della precisione e della sicurezza e fornisce una garanzia affidabile per il funzionamento stabile dei trasformatori a secco.