5 soluzioni consigliate per il monitoraggio della temperatura dei trasformatori in bagno d'olio

1. Livello meccanico dell'olio/termometro di avvolgimento (OTI/WTI)

I termometri meccanici sono i dispositivi di monitoraggio più utilizzati nella storia dei trasformatori in olio e di solito sono presenti come dotazione standard fin dalla fabbrica. Il suo principio di funzionamento non si basa sull'elettronica, ma sull'espansione e la contrazione termica fisica.

Principi tecnici e limiti

Il termometro a livello dell'olio (OTI) aziona la lancetta grazie all'espansione del fluido nella confezione sensibile alla temperatura. Il termometro di avvolgimento (WTI) è in realtà un “simulatore termico”. Si basa sull'OTI e prende una corrente di carico da un trasformatore di corrente (CT), che aziona una resistenza di riscaldamento all'interno dello strumento. La temperatura visualizzata dal misuratore non è la temperatura dell'avvolgimento misurata direttamente, ma un valore calcolato di “temperatura dell'olio superiore + aumento di temperatura simulato”.

Perché questo approccio si è allungato nella griglia moderna? Questo perché è stato progettato sulla base di un modello termico ideale. Quando all'interno del trasformatore si verifica un blocco del circuito dell'olio o una scarsa dissipazione locale del calore dovuta all'accumulo di polvere nel radiatore, il modello di simulazione termica fallisce e i valori normali visualizzati dal misuratore possono mascherare il vero guasto di surriscaldamento interno.

2. Monitoraggio elettronico della RTD al platino Pt100

Con la diffusione dei sistemi SCADA che richiedono la trasmissione analogica al backend, i sensori Pt100 stanno iniziando a essere ampiamente utilizzati. Utilizzando la caratteristica di variazione lineare della resistenza del metallo platino al variare della temperatura, la temperatura viene convertita in un segnale elettrico.

Sfide nell'ambiente elettromagnetico

Nonostante l'elevata precisione della Pt100, nell'ambiente ad alto campo elettromagnetico di un trasformatore immerso nell'olio, il sensore a conduttore metallico diventa un'antenna ricevente per segnali di interferenza. Nonostante l'uso di fili schermati, forti campi magnetici possono far saltare il segnale. Un problema ancora più grave è quello dell'isolamento: collocare una sonda metallica in profondità all'interno di un avvolgimento ad alta tensione di diverse centinaia di kilovolt richiede un livello di isolamento estremamente elevato e qualsiasi difetto di isolamento può provocare un incidente di guasto, per cui il Pt100 può essere installato di solito solo in aree a basso potenziale o sulla parete del serbatoio.

3. Termografia a infrarossi

La tecnologia a infrarossi utilizza la legge di Stefan-Boltzmann per rilevare la distribuzione della radiazione infrarossa sulla superficie di un oggetto. Si distingue in pattugliamento manuale e monitoraggio on-line delle finestre.

Il divario tra superficie e interno

L'involucro del trasformatore ha solo 50°C, gli avvolgimenti interni potrebbero aver raggiunto i 90°C? La risposta è sì. Il principale difetto della tecnologia a infrarossi è che non può penetrare il metallo. I trasformatori in olio hanno serbatoi metallici completamente chiusi che bloccano completamente la radiazione interna. La termocamera a infrarossi può essere utilizzata solo per rilevare giunti allentati dell'involucro, ostruzione del dissipatore di calore o surriscaldamento del serbatoio a correnti parassite e altri difetti esterni, mentre per la decisione della vita del trasformatore degli indicatori del nucleo - “temperatura del punto caldo dell'avvolgimento”, la tecnologia a infrarossi non può essere d'aiuto.

4. Onde acustiche di superficie passive senza fili (SAW)

La tecnologia SAW cerca di risolvere il problema dell'isolamento ad alta tensione. Il sensore è passivo e trasmette i dati sulla temperatura generando un'eco del segnale RF ricevuto dal lettore.

Problemi con l'effetto gabbia di Faraday

Il serbatoio dell'olio del trasformatore è una perfetta gabbia di Faraday, che ha un effetto di schermatura estremamente forte sui segnali RF wireless. Sebbene sia possibile risolvere il problema aggiungendo un'antenna all'interno del serbatoio, la complessa struttura del nucleo e delle clip all'interno del trasformatore e il fluido dell'olio del trasformatore produrranno effetti di multipath e attenuazione dei segnali a microonde. Inoltre, lo spettro di onde elettromagnetiche generato dalle scariche parziali all'interno del trasformatore può coprire la banda di frequenza operativa del SAW, con conseguente forte diminuzione del rapporto segnale/rumore e grave perdita di pacchetti di dati.

5. Sistema di misurazione della temperatura a fibre ottiche fluorescenti (consigliato)

La tecnologia di misurazione della temperatura a fibre ottiche fluorescenti è attualmente in grado di penetrare in modo sicuro nel nucleo del trasformatore in olio per ottenere la “misurazione diretta dei punti caldi dell'avvolgimento”. Si basa sul principio di vita del materiale fluorescente delle terre rare, che non ha nulla a che fare con l'intensità della luce, ma solo con la temperatura.

Come mantenere la stabilità del monitoraggio per 30 anni in un ambiente estremo di alta pressione, forte campo magnetico e corrosione chimica?

• Isolamento a sicurezza intrinseca: La fibra ottica è realizzata in quarzo (SiO2), che è intrinsecamente isolante e presenta un'eccellente resistenza allo scorrimento. Può essere direttamente preincastrata tra gli avvolgimenti ad alta tensione di trasformatori da 110kV o addirittura 500kV senza temere rotture dell'isolamento.
• Immunità elettromagnetica: La trasmissione del segnale ottico non è influenzata da alcuna interferenza elettromagnetica (EMI/RFI) e i dati sulla temperatura sono sempre stabili e affidabili, indipendentemente dal fatto che il trasformatore sia soggetto a cortocircuiti o a sovratensioni da fulmini.
• Resistente alla corrosione da olio: La sonda in fibra ottica con guaina speciale in Teflon (PTFE) o PEEK è resistente all'immersione prolungata nell'olio del trasformatore, non invecchia, non contamina l'olio ed è progettata per avere una durata di vita sincrona con quella del corpo del trasformatore.
• Senza calibrazione: La durata di vita della fluorescenza è una proprietà fisica del materiale che non va alla deriva nel tempo, non richiede una ricalibrazione per la durata e una manutenzione minima.

Confronto approfondito dei parametri tecnici dei cinque programmi di monitoraggio

È possibile determinare lo stato di salute di un trasformatore basandosi solo sulla temperatura dell'olio superiore?

Ovviamente no. Secondo la norma IEC 60076-7, il tasso di invecchiamento di un trasformatore è determinato principalmente dalla temperatura del punto più caldo dell'avvolgimento. Esiste una differenza di temperatura tra la temperatura superiore dell'olio e il punto più caldo dell'avvolgimento, e questa differenza di temperatura varia in modo non lineare con il carico. Monitorare solo la temperatura dell'olio è come se un medico prendesse la temperatura del corpo senza guardare la TAC: è molto facile che non si riesca a diagnosticare i focolai di surriscaldamento interni localizzati.

Perché il monitoraggio degli “hot spot” è la chiave per migliorare la capacità di carico dei trasformatori?

Molti trasformatori funzionano alla loro capacità nominale di 60%-70% per lunghi periodi di tempo, con il risultato di un enorme patrimonio inattivo. Ciò è dovuto al fatto che il personale addetto al funzionamento e alla manutenzione non è in grado di cogliere con precisione la vera temperatura interna e non osa aumentare il carico. Se viene installato un sistema di misurazione della temperatura a fibre ottiche fluorescenti, in grado di visualizzare in tempo reale i dati relativi al punto caldo di 95℃ o 105℃, il personale addetto al funzionamento e alla manutenzione sarà in grado di effettuare con coraggio un aumento dinamico della capacità entro l'intervallo di sicurezza, sfruttando il potenziale dell'apparecchiatura e creando vantaggi economici diretti.

Domande frequenti (FAQ)