Sensori di monitoraggio della temperatura dei trasformatori immersi in olio

发布时间：IL SUO NOME È UN'ALTRA COSA.7 agosto 2025 09:26:43

I trasformatori in olio utilizzano l'olio isolante come mezzo di raffreddamento e isolamento e sono ampiamente utilizzati nella trasmissione e distribuzione di energia. La temperatura di esercizio (in particolare la temperatura dell'avvolgimento e dell'olio) influisce direttamente sulla velocità di invecchiamento dell'olio isolante e sulla durata dell'apparecchiatura; una temperatura troppo elevata può portare al deterioramento dell'olio, alla rottura dell'isolamento o addirittura all'incendio.sensore di temperaturaEssendo il componente principale del monitoraggio delle condizioni dei trasformatori in olio, è in grado di rilevare le variazioni di temperatura in tempo reale e di fornire dati fondamentali per il controllo della dissipazione del calore e l'avviso di guasto, un mezzo importante per garantire il funzionamento sicuro dell'apparecchiatura.
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I. Specificità del monitoraggio della temperatura dei trasformatori in bagno d'olio

A differenza dei trasformatori a secco, il monitoraggio della temperatura dei trasformatori in olio deve essere adattato alle loro caratteristiche.Ambiente medio oleoso, alta temperatura e pressione, struttura di tenutae altre caratteristiche:

 

  • L'olio isolante circola durante il funzionamento e la distribuzione della temperatura è influenzata dalla circolazione dell'olio (la temperatura dello strato superiore è solitamente superiore a quella dello strato inferiore);
  • La temperatura degli avvolgimenti è il principale indicatore di monitoraggio, ma gli avvolgimenti sono immersi nell'olio, rendendo difficile la misurazione diretta (è necessario penetrare nell'isolamento o affidarsi a un'estrapolazione indiretta);
  • Il sensore deve essere resistente alla corrosione chimica degli oli isolanti (ad es. olio minerale, olio sintetico) e adattarsi a un intervallo di temperatura compreso tra - 30°C e 150°C;
  • Alcuni scenari richiedono una progettazione a prova di esplosione (ad esempio, spazi sigillati come cuscini e serbatoi di petrolio per evitare esplosioni di vapori di petrolio indotte da scintille).

In secondo luogo, il tipo e le caratteristiche del sensore di temperatura comune

I sensori di temperatura per trasformatori in olio devono tenere conto dell'accuratezza della misura, dell'adattabilità all'ambiente e della facilità di installazione; i tipi più comuni sono i seguenti:

1. Sensori di resistenza al platino (Pt100)

teoriaIn base alla proprietà della resistenza del metallo platino di variare linearmente con la temperatura (resistenza 100Ω a 0°C), la temperatura viene convertita misurando il valore della resistenza.
specificità：

 

  • Alta precisione (errore ≤ ± 0,1 ℃ ~ ± 0,5 ℃), buona linearità, adatto alla misurazione della temperatura dell'olio, della superficie di avvolgimento e di altre temperature a contatto diretto;
  • Stabile, di lunga durata (fino a 10 anni o più), può sopportare l'immersione a lungo termine in olio isolante (è necessario incapsulare un involucro resistente alla corrosione);
  • Richiede una trasmissione cablata, è suscettibile alle interferenze elettromagnetiche (è necessario un filo metallico di schermatura) e ha dimensioni ridotte (diametro 5~10 mm), adatte all'inserimento nei serbatoi di carburante o nei cuscini d'olio.
    Scenari applicabili：
  • Monitoraggio della temperatura dell'olio nella parte superiore del serbatoio (direttamente immerso nell'olio, riflette lo stato generale di dissipazione del calore);
  • Temperatura superficiale dell'avvolgimento (fissata all'esterno dell'avvolgimento mediante una staffa isolante, trattamento di isolamento richiesto).

2. Sensori a termocoppia (tipo K, tipo E)

teoriaDue metalli diversi formano un circuito in cui la differenza di temperatura genera un potenziale termoelettrico (effetto Seebeck), che viene convertito in temperatura dal valore del potenziale.
specificità：

 

  • Ampio intervallo di temperatura (-200℃~1300℃), può essere adattato alle alte temperature degli scenari di sovraccarico di breve durata del trasformatore (come la sovratemperatura di breve durata dell'avvolgimento a 200℃);
  • Struttura semplice, costo contenuto, resistenza alle vibrazioni e agli urti e alla corrosione dell'olio se incapsulati in un alloggiamento metallico;
  • 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 applicabili：
  • Monitoraggio di esigenze non di alta precisione, come la temperatura dell'olio di fondo del serbatoio e la temperatura del nucleo;
  • Utilizzato come sensore di riserva per le resistenze al platino per il monitoraggio ridondante a temperature estreme.

3. Regolatore della temperatura dell'olio con sensore incorporato (termometro a pressione)

teoria: Dispositivo meccanico tradizionale per la misurazione della temperatura, composto da un pacchetto di temperatura (elemento sensibile alla temperatura), un tubo capillare e una testa di misurazione. Il pacchetto è riempito con un mezzo sensibile alla temperatura (ad esempio, etere, alcol), che si espande/contrae al variare della temperatura, trasmette la pressione attraverso il tubo capillare e aziona la lancetta sulla testa del misuratore per visualizzare la temperatura.
specificità：

 

  • Non richiede alimentazione, è a sicurezza intrinseca (nessun rischio di scintille elettriche), è adatto a scenari a prova di esplosione (ad esempio, in cima ai serbatoi di carburante);
  • Struttura robusta, resistente agli oli e alle vibrazioni, facile manutenzione (aspettativa di vita di oltre 15 anni);
  • Bassa precisione (errore ±2℃~±5℃), tempo di risposta lento (livello minuto), impossibilità di emettere direttamente segnali elettrici (è necessario accoppiarli con contatti per un semplice controllo).
    Scenari applicabili：
  • Monitoraggio di routine della temperatura dell'olio dei trasformatori in bagno d'olio (soprattutto per i trasformatori di piccole e medie dimensioni) come mezzo primario di misurazione della temperatura o come backup;
  • Scenari di controllo di base in cui è necessario collegare i sistemi di raffreddamento (ad esempio, pompe dell'olio, ventole).

4. Sensori a fibre ottiche fluorescenti

teoriaLa misurazione della temperatura si basa sulla “proprietà della temperatura-fluorescenza” dei materiali fluorescenti. Il materiale fluorescente nella sonda del sensore emette fluorescenza dopo essere stato eccitato da una specifica lunghezza d'onda della luce (ad esempio, luce blu) e il tasso di decadimento della sua intensità di fluorescenza (durata di vita) accelera con l'aumento della temperatura, in modo che la temperatura possa essere accuratamente convertita in temperatura rilevando la variazione della durata di vita della fluorescenza.
specificità：

 

  • Resistenza estremamente forte alle interferenze elettromagnetiche (trasmissione di segnali ottici in fibra ottica, senza parti conduttrici), completamente adattata al lato alta tensione del trasformatore in un forte ambiente elettromagnetico;
  • Elevata precisione di misura (errore ≤±0,5°C), tempo di risposta rapido (millisecondi), acquisizione in tempo reale delle fluttuazioni di temperatura dell'avvolgimento;
  • Resistente alla corrosione dell'olio, alle alte temperature (temperatura di esercizio a lungo termine - 50 ℃ ~ 200 ℃), la sonda è di dimensioni ridotte (diametro ≤ 2 mm) e può essere inserita all'interno dell'avvolgimento senza danneggiare l'isolamento;
  • Le fibre ottiche sono intrinsecamente flessibili, facilitano il passaggio attraverso la complessa struttura del trasformatore e sono intrinsecamente sicure (nessun rischio di scintille elettriche) per gli scenari a prova di esplosione.
    Scenari applicabili：
  • Monitoraggio diretto dei punti caldi dell'avvolgimento nei grandi trasformatori in olio (che riflette con precisione il punto di massima temperatura dell'avvolgimento ed è il dato fondamentale per valutare l'invecchiamento dell'isolamento);
  • Scenari che richiedono un'elevata precisione di misura e capacità anti-interferenza (ad esempio, trasformatori da 220kV e oltre);
  • Quando è richiesto un funzionamento stabile a lungo termine con bassi costi di manutenzione (i materiali fluorescenti possono durare più di 10 anni).

5. Sensori a infrarossi (senza contatto)

teoriaConversione della temperatura mediante il rilevamento dell'energia della radiazione infrarossa sulla superficie del dispositivo (che deve penetrare).indicatore di livello dell'olio(Vetro o monitoraggio dell'esterno del serbatoio).
specificità：

 

  • Misura senza contatto senza rompere la guarnizione del serbatoio (adatta per il retrofit di vecchi trasformatori);
  • Installazione flessibile, monitoraggio a distanza della parete esterna del serbatoio, della temperatura superficiale del livello dell'olio del cuscino dell'olio;
  • Errore più elevato (±3℃~±10℃), altamente influenzato dall'ambiente (ad es. macchie dell'indicatore di livello dell'olio, luce solare diretta), impossibilità di misurare la temperatura interna.
    Scenari applicabili：
  • Oltre ai sensori di contatto, viene monitorato lo stato termico complessivo del serbatoio;
  • Trasformatori più vecchi o scenari di monitoraggio temporaneo in cui non è conveniente installare sensori a contatto.

III. Punti chiave di monitoraggio e requisiti di installazione

La distribuzione della temperatura dei trasformatori in olio è strettamente correlata alla circolazione dell'olio e alla distribuzione delle perdite; i punti di monitoraggio del nucleo e l'installazione dei sensori devono soddisfare i seguenti requisiti:

 

punto di monitoraggio Scopo del monitoraggio Tipi di sensori consigliati Requisiti per l'installazione
Temperatura dell'olio superiore Riflette lo stato termico complessivo del trasformatore (l'indicatore più utilizzato). Pt100, termometro a pressione Pacchetto di temperatura / sonda immersa nello strato superiore dell'olio nel serbatoio (profondità ≥100 mm), lontano da fonti di calore (ad es. avvolgimenti)
Hotspot di avvolgimento Valutazione del tasso di invecchiamento dell'isolamento (punti più pericolosi) Sensore a fibra ottica fluorescente, Pt100 (indiretto) Sonda a fibre ottiche fluorescenti da incorporare nell'avvolgimento (pre-incorporata nella fessura della bobina durante la produzione); Pt100 può essere convertita dalla temperatura dell'olio superiore + aumento di temperatura (errore più elevato)
Temperatura del nucleo Monitoraggio del surriscaldamento locale causato da perdite per correnti parassite nel nucleo di ferro Termocoppia, Pt100 Fissato ai morsetti del nucleo, è necessario un pacchetto di isolamento (per evitare cortocircuiti)
temperatura ambientale Aiuta a determinare le condizioni di dissipazione del calore (ad es. temperatura ambiente elevata) Pt100 Installare a 2~3 m intorno al trasformatore, evitando la luce solare diretta.

IV. Fattori chiave per la selezione

La scelta del sensore di temperatura del trasformatore in bagno d'olio deve essere combinata con i parametri dell'apparecchiatura, l'ambiente operativo e il giudizio complessivo:

 

  1. Intervallo di temperaturaCopre le normali temperature di funzionamento (da 40°C a 100°C) e le temperature di sovraccarico a breve termine (ad es. da 120°C a 150°C);
  2. Requisiti di precisioneI punti caldi dell'avvolgimento devono essere monitorati con un'approssimazione di ±1°C (preferibilmente con fibre ottiche fluorescenti), mentre la temperatura dell'olio superiore può essere mantenuta a ±2°C (è sufficiente una Pt100);
  3. adattamento ambientaleRichiesto per resistere alla corrosione dell'olio isolante (pacchetto in acciaio inox opzionale), antideflagrante (ad es. omologazione Ex dⅡCT4), impermeabile (protezione IP68);
  4. Fattibilità dell'installazioneI sensori miniaturizzati sono necessari per gli avvolgimenti incorporati (diametro ≤ 5 mm) e le interfacce corrispondenti (ad es. filettatura M27 x 2) sono necessarie per il montaggio sul serbatoio;
  5. Compatibilità del segnaleDeve essere interfacciato con il termostato e il sistema SCADA (ad es. 4~20mA, uscita RS485) per facilitare il monitoraggio e il controllo a distanza.

V. Configurazione tipica di un sistema di monitoraggio della temperatura

I sistemi di monitoraggio della temperatura per i trasformatori in olio sono generalmente costituiti da “sensore + termostato + attuatore”:

 

  • trasduttoriRaccolta della temperatura dell'olio superiore, della temperatura dell'avvolgimento (diretto o indiretto);
  • termostatoRiceve i segnali dei sensori, visualizza la temperatura e imposta le soglie (ad es. 80°C per avviare la ventola, 100°C di allarme, 130°C di intervento);
  • attuatori: apparecchiature di raffreddamento del collegamento (pompe dell'olio, ventole), la sovratemperatura avvia automaticamente il raffreddamento, le condizioni estreme innescano l'intervento della protezione.

 

Nota: i trasformatori di grandi dimensioni utilizzano spesso una combinazione di “misurazione diretta in fibra ottica fluorescente dell'avvolgimento + misurazione Pt100 della temperatura dell'olio”, tenendo conto della precisione e dell'affidabilità.

riassunti

I sensori di temperatura per i trasformatori in bagno d'olio devono essere adattati ad ambienti speciali, come i fluidi oleosi, le alte temperature e le alte pressioni.Pt100È la prima scelta per il monitoraggio della temperatura dell'olio superiore grazie all'equilibrio tra accuratezza e convenienza;Sensori a fibre ottiche fluorescentiGrazie ai vantaggi della forte immunità alle interferenze elettromagnetiche, dell'elevata precisione e della possibilità di essere incorporato nell'avvolgimento, è ideale per la misurazione diretta dei punti caldi dell'avvolgimento;Termometri a pressioneÈ ancora ampiamente utilizzato nei trasformatori di piccole e medie dimensioni (sicurezza intrinseca, manutenzione semplice). La scelta effettiva deve essere combinata con le dimensioni dell'apparecchiatura, gli obiettivi di monitoraggio e i costi, per garantire che i dati sulla temperatura siano accurati e affidabili, in modo da fornire una garanzia per il funzionamento sicuro del trasformatore.
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