Principi tecnici e metodi di monitoraggio del livello dell'olio dei trasformatori

• Un basso livello di olio provoca un guasto all'isolamento: Quando il livello dell'olio è troppo basso, le parti ad alta tensione del trasformatore (ad esempio gli avvolgimenti, il commutatore) possono essere esposte all'aria; la forza isolante dell'aria è molto inferiore a quella dell'olio del trasformatore ed è molto facile che si verifichino scariche interne o addirittura guasti, con conseguenti gravi incidenti.

• Un basso livello di olio provoca un deterioramento della dissipazione del calore: L'olio del trasformatore è il principale mezzo di raffreddamento. Una diminuzione del livello dell'olio ridurrà la quantità di olio coinvolto nella circolazione per convezione, riducendo significativamente l'efficienza di dissipazione del calore del trasformatore, con conseguente aumento anomalo della temperatura degli avvolgimenti e del nucleo, accelerando l'invecchiamento dei materiali isolanti e riducendo la vita dell'apparecchiatura.

• Un livello basso dell'olio è un segno diretto di una perdita: Un calo persistente del livello dell'olio, dopo aver escluso i normali effetti della temperatura e del carico, è la base più diretta per determinare la presenza di punti di perdita nella cassa del trasformatore o negli accessori.

• Livelli elevati di petrolio aumentano il rischio di fuoriuscite di petrolio: In presenza di carichi pesanti o di temperature ambientali elevate, la temperatura dell'olio aumenta e si espande di volume. Se il livello iniziale dell'olio è troppo alto, l'olio isolante potrebbe traboccare dallo sfiatatoio del serbatoio e così via, con conseguente perdita di olio e inquinamento ambientale.

Principi tecnici e metodi di monitoraggio del livello dell'olio

1. Meccanicoindicatore di livello dell'olio (Indicatore meccanico del livello dell'olio)

• Come funziona: Si tratta del dispositivo di indicazione locale più tradizionale. Il componente principale è un galleggiante montato all'interno del conservatore dell'olio, collegato a una lancetta esterna tramite una serie di leve e ingranaggi. L'aumento e la diminuzione del livello dell'olio muovono il galleggiante verso l'alto e verso il basso, che a sua volta aziona la lancetta per indicare il livello attuale dell'olio su un quadrante. Per garantire la tenuta dell'armadio, di solito si utilizza un accoppiamento magnetico tra i componenti meccanici interni ed esterni per il trasferimento della coppia.

• Caratteristiche tecniche: L'affidabilità della struttura consente letture intuitive in loco senza la necessità di un'alimentazione esterna. Gli svantaggi includono l'impossibilità di trasmettere i dati a distanza e il rischio di usura o di inceppamento dei componenti meccanici dopo lunghi periodi di funzionamento.

2. Trasmettitore di livello elettronico

• Come funziona: Questo tipo di dispositivo è progettato per convertire il livello fisico dell'olio in un segnale elettrico standard (ad esempio 4-20mA) da collegare a un sistema di monitoraggio automatico. Il principio più comune si basa sulla misurazione della pressione idrostatica. Un trasduttore di pressione altamente accurato viene montato a un livello basso predeterminato nell'armadio del serbatoio e ricalcola con precisione il livello dell'olio in tempo reale misurando la pressione idrostatica generata da una colonna di olio (P = ρgh, dove ρ è la densità dell'olio, g è l'accelerazione dovuta alla gravità e h è l'altezza del livello dell'olio).

• Caratteristiche tecniche: In grado di fornire dati continui e in tempo reale sul livello dell'olio, di alta precisione, di realizzare facilmente il monitoraggio centralizzato a distanza, l'analisi delle tendenze e l'allarme automatico. È uno dei sensori di base che costituiscono il sistema di monitoraggio online del trasformatore.

3. Sensore a ultrasuoni non invasivo

• Come funziona: La tecnologia utilizza il principio del tempo di volo (ToF) a ultrasuoni per la misurazione. La sonda del sensore è montata sul fondo esterno del conservatore dell'olio, ad esempio per attrazione magnetica. Durante il funzionamento, la sonda trasmette impulsi ultrasonici all'interno del conservatore dell'olio, che vengono riflessi all'interfaccia tra l'olio e il gas nella parte superiore, e gli echi vengono ricevuti dalla sonda. Misurando accuratamente l'intervallo di tempo tra l'emissione e la ricezione dell'eco, è possibile calcolare l'altezza del livello dell'olio in base alla velocità di propagazione nota dell'onda sonora nell'olio.

• Caratteristiche tecniche: Il vantaggio principale risiede nel suo metodo di installazione non intrusivo, che elimina la necessità di praticare fori nella scatola del trasformatore ed elimina fondamentalmente il rischio di introdurre punti di perdita dovuti all'installazione dei sensori. È particolarmente adatto per la trasformazione intelligente di vecchie apparecchiature in funzione.

4. Integrazione dei sistemi di monitoraggio e analisi dei dati

• Analisi di correlazione multiparametrica: I dati relativi al livello dell'olio da soli hanno dei limiti, poiché fluttuano normalmente con la temperatura e il carico. I moderni sistemi di monitoraggio analizzano i dati del livello dell'olio in una correlazione completa con parametri quali la temperatura dell'olio, la temperatura ambiente e la corrente di carico. Costruendo modelli matematici, il sistema è in grado di eliminare gli effetti della normale espansione e contrazione termica sul livello dell'olio, identificando così con precisione le tendenze anomale al ribasso causate da perdite.

• Integrazione di sistemi e comunicazioni: I vari sensori di livello dell'olio caricano i dati all'host di monitoraggio backend o al sistema SCADA tramite protocolli di comunicazione industriali standard (ad esempio Modbus, DNP3, IEC 61850) per realizzare una gestione unificata dei dati, la visualizzazione e l'avviso precoce dei guasti e per fornire un supporto decisionale per la manutenzione delle condizioni e la gestione degli asset.

Domande frequenti (FAQ)

D: Perché il livello dell'olio del trasformatore varia in base alla temperatura e al carico?
Risposta: Ciò è determinato dalle proprietà fisiche dell'olio del trasformatore: espansione e contrazione termica. Quando il carico del trasformatore aumenta o la temperatura ambiente aumenta, il calore generato dal funzionamento fa aumentare la temperatura dell'olio, la densità dell'olio diminuisce, il volume si espande e il livello dell'olio nell'armadio di stoccaggio aumenta. Al contrario, quando il carico diminuisce o la temperatura ambiente diminuisce, la temperatura dell'olio diminuisce, il volume dell'olio si riduce e il livello dell'olio diminuisce.

D: È necessario mantenere l'indicatore meccanico del livello dell'olio dopo aver installato il sensore elettronico del livello dell'olio a distanza?
Risposta: Sì, di solito si raccomanda la ritenzione. L'indicatore meccanico di livello dell'olio è altamente affidabile come indicatore locale passivo. Fornisce l'ultima e più affidabile lettura locale in caso di guasto del sensore elettronico o della sua alimentazione. Gli indicatori meccanici forniscono inoltre un mezzo pratico e rapido di verifica incrociata per il personale durante le ispezioni o la messa in servizio delle apparecchiature sul campo.

D: Come fa il sistema di monitoraggio a distinguere tra la normale espansione e contrazione termica e una perdita d'olio?
Risposta: L'analisi della correlazione viene eseguita principalmente attraverso algoritmi. Il sistema costruisce un modello di base che descrive la normale corrispondenza tra il livello dell'olio e la temperatura e il carico. Una normale curva di fluttuazione del livello dell'olio mostrerà un'elevata correlazione con la curva temperatura/carico. Una perdita d'olio, invece, presenta una tendenza continua e irreversibile al ribasso che non è correlata alle variazioni di temperatura/carico. L'algoritmo, analizzando i dati a lungo termine, è in grado di identificare efficacemente questo andamento anomalo e di lanciare un allarme.

D: Quali sono i principali vantaggi della tecnologia di monitoraggio a ultrasuoni non invasiva?
Risposta: Il suo vantaggio principale risiede nella sicurezza e nella praticità del processo di installazione. Non richiedendo fori o modifiche di alcun tipo all'armadio di stoccaggio dell'olio del trasformatore, evita completamente il rischio di danneggiare la tenuta originale dell'apparecchiatura e di causare perdite. Questo lo rende particolarmente adatto per il successivo aggiornamento intelligente di un gran numero di trasformatori in funzione, e l'intero processo di installazione può essere completato durante il normale funzionamento del trasformatore senza interruzioni di corrente.