Quais são os métodos e sensores de monitoramento de temperatura para transformadores a seco?

A operação segura e a vida útil de um transformador a seco estão diretamente relacionadas à saúde de seus materiais isolantes, e a temperatura é o fator mais crítico que afeta a taxa de envelhecimento dos materiais isolantes. Portanto, o monitoramento preciso e confiável da temperatura é o núcleo do sistema de proteção do transformador a seco. Diferentemente dos transformadores imersos em óleo, que dependem do óleo do transformador para isolamento e resfriamento, os transformadores do tipo seco dependem principalmente do ar (convecção natural ou resfriamento forçado do ar) e de materiais isolantes sólidos (por exemplo, resinas epóxi, papel isolante etc.), o que torna o monitoramento dos pontos quentes internos um requisito mais rigoroso.

A seguir, há uma descrição detalhada de todas as principais maneiras pelas quais as temperaturas dos transformadores a seco podem ser monitoradas, desde o núcleo até o auxiliar, e de dentro para fora:

Modo 1: medição direta da temperatura do enrolamento incorporado

Esse é o método principal e essencial de monitoramento. Os sensores são pré-embutidos diretamente nos enrolamentos ou próximos à superfície dos enrolamentos durante o processo de fabricação do transformador para refletir mais diretamente a temperatura real dos enrolamentos, o componente mais quente.

1. sensores de temperatura de resistência de platina (Pt100/Pt1000)

Esse é o método mais comum, padrão e amplamente utilizado de medição de temperatura em transformadores a seco.

• Local de implantaçãoDescrição: Durante a fabricação do transformador, os elementos sensores de temperatura de resistência de platina (geralmente três, correspondentes aos enrolamentos trifásicos A, B e C) são pré-embutidos na parte superior do enrolamento trifásico de baixa tensão próximo à extremidade de saída. Essa área geralmente é o ponto quente onde o enrolamento dissipa menos calor e tem a temperatura mais alta. Os sensores são firmemente fixados no espaço entre as bobinas do enrolamento e são fundidos em epóxi ou imersos em pressão a vácuo VPI junto com os enrolamentos, tornando-se uma parte permanente do corpo do transformador.

• Princípio de funcionamentopt100 refere-se a um valor de resistência de 100,00 ohms a 0 °C. O controlador de temperatura aplica uma corrente de medição muito pequena e constante ao sensor de resistência de platina por meio de um cabo blindado especial e, em seguida, mede com precisão a tensão no sensor. De acordo com a lei de Ohm (resistência = tensão/corrente), o valor da resistência atual do sensor pode ser calculado. Como há uma correspondência padrão reconhecida internacionalmente entre o valor da resistência de um resistor de platina e a temperatura (escala de temperatura ITS-90), o controlador pode consultar a tabela para converter o valor da resistência no valor da temperatura atual com precisão.

• Componentes do sistema：

  • elemento sensor de temperatura: resistores de platina Pt100 pré-embutidos no enrolamento.

  • Cabo de conexãoFios especiais que saem do sensor, resistentes a altas temperaturas e blindados para evitar interferência eletromagnética.

  • Controlador de temperaturaDispositivo principal que recebe e processa os sinais do sensor.

• Funções e recursos：

  • altamente precisoMedição precisa com boa linearidade.

  • boa estabilidadeDesempenho operacional de longo prazo: estável com baixa variação.

  • padronizaçãoPt100: Pt100 é um padrão internacional com boa intercambialidade.

  • limitaçõesA precisão das leituras é altamente dependente do alinhamento preciso do ponto quente real no local pré-incorporado durante a fabricação.

2. sensores de temperatura de fibra óptica

Essa é uma forma mais avançada, mas também mais cara, usada principalmente para nível de alta tensão, grande capacidade ou requisitos especiais de transformadores do tipo seco.

• Local de implantaçãoSensor de fibra óptica: O tamanho pequeno do sensor de fibra óptica permite uma colocação mais flexível dentro do transformador. Eles podem ser fixados diretamente na superfície do enrolamento de alta tensão ou até mesmo enterrados dentro do enrolamento de alta tensão, o que não é possível com os sensores de metal tradicionais (por exemplo, Pt100) devido a problemas de isolamento.

• Princípio de funcionamentoA tecnologia de medição de temperatura por fibra óptica tem vários princípios de implementação, comumente usados em aplicações de transformadores:

  • Medição de temperatura por fibra óptica fluorescenteFibra óptica: Um pequeno pedaço de material fluorescente especial de terras raras é revestido na extremidade da fibra óptica. O host de medição de temperatura emite um comprimento de onda específico de luz de excitação por meio da fibra óptica, e o material fluorescente absorve a energia e emite fluorescência. Quando a luz de excitação cessa, o tempo de decaimento (tempo de vida) da fluorescência tem uma correspondência precisa com a temperatura. O host calcula a temperatura medindo esse tempo de decaimento.

• Componentes do sistema：

  • Sondas de sensor de fibra ópticaFibras ópticas com materiais sensíveis à temperatura ou grades.

  • Demodulador de fibra óptica (mainframe de medição de temperatura)Responsável por transmitir e receber sinais luminosos, além de calculá-los e exibi-los.

  • conexão ópticaUsado para conectar a sonda à unidade principal.

• Funções e recursos：

  • segurança intrínsecaIsolante elétrico completo, imune a qualquer interferência eletromagnética (EMI/RFI) e seguro para contato direto com componentes de alta tensão.

  • Precisão da mediçãoAlta precisão e tempo de resposta rápido.

  • Medição multipontoA tecnologia de medição de temperatura por fibra óptica permite o monitoramento simultâneo de diferentes temperaturas de hotspot no transformador, capturando a distribuição de hotspot de forma mais abrangente.

Modo 2: Medição da temperatura da superfície externa sem contato

Essa abordagem não entra no interior do transformador, mas ajuda no monitoramento e na inspeção detectando a temperatura da superfície externa.

3. detecção de imagens térmicas por infravermelho

Essa é uma ferramenta muito eficaz para inspeção e diagnóstico, mas não como um meio principal de proteção em tempo real.

• Local de implantaçãoCâmera infravermelha: O operador segura uma câmera infravermelha ou instala uma câmera infravermelha fixa na sala do transformador e examina a superfície dos enrolamentos, do núcleo, dos terminais, das buchas etc. do transformador.

• Princípio de funcionamentoTemperatura: Qualquer objeto com temperatura acima do zero absoluto irradia energia infravermelha. Quanto mais alta a temperatura do objeto, mais energia infravermelha ele irradia. A câmera de geração de imagens térmicas recebe a radiação infravermelha da superfície do objeto por meio de seus detectores internos de infravermelho (matriz de plano focal) e a converte em um sinal elétrico. Após o processamento, o sistema gera um “mapa de calor” em pseudocor, com cores diferentes na imagem representando temperaturas diferentes, permitindo que o olho humano visualize a distribuição de temperatura na superfície do objeto.

• Componentes do sistemaCâmeras de imagem térmica portáteis ou fixas.

• Funções e recursos：

  • sem contatoNão há necessidade de falta de energia, e o teste pode ser realizado com o transformador em funcionamento, o que é muito seguro.

  • abrangente e intuitivoIsso fornece uma imagem de uma “superfície de temperatura” em vez de um “ponto de temperatura”, o que permite a detecção rápida de defeitos de superaquecimento localizados e é particularmente eficaz para verificar terminais soltos e mau contato.

  • Medição da temperatura da superfícieTemperatura de superfície: Mede apenas a temperatura da superfície dos enrolamentos ou do núcleo do transformador e não reflete a temperatura máxima dos enrolamentos internos, e sua leitura será muito menor do que a temperatura real do ponto quente dentro dos enrolamentos.

  • diagnóstico complementarÉ usado principalmente para inspeções regulares e manutenção preventiva para identificar possíveis problemas, e não para controle e proteção em tempo real.

Modalidade III: Outros componentes críticos e monitoramento da temperatura ambiente

Além de monitorar a temperatura do enrolamento do núcleo, também é importante monitorar as temperaturas do núcleo e do ambiente.

4. monitoramento da temperatura do núcleo

• Local de implantaçãoSensor de temperatura: Um sensor de temperatura (Pt100 ou termopar) geralmente é montado na torre (torre superior) ou na braçadeira do núcleo.

• Princípio de funcionamentoMedição da temperatura do enrolamento: O mesmo princípio da medição da temperatura do enrolamento, usado para medir a temperatura do núcleo de ferro.

• Funções e recursosTemperatura do núcleo: Temperaturas anormalmente altas do núcleo podem indicar falhas, como vários pontos de aterramento no núcleo, correntes parasitas excessivas devido a danos no isolamento entre os wafers de aço silício e assim por diante. O monitoramento da temperatura do núcleo pode fornecer uma base de alarme e diagnóstico para essas falhas específicas.

5. monitoramento da temperatura ambiente

• Local de implantaçãoNo compartimento ou gabinete onde o transformador está localizado, selecione um local para o sensor de temperatura que seja representativo da temperatura do ar de resfriamento ao redor e que não seja afetado pela radiação térmica direta do transformador.

• Princípio de funcionamentoTemperatura do meio de resfriamento (ar): mede a temperatura do meio de resfriamento (ar).

• Funções e recursosTemperatura ambiente: A temperatura ambiente é a referência para calcular o aumento de temperatura do transformador. Temperaturas ambientes excessivas podem reduzir significativamente a capacidade do transformador de dissipar o calor, limitando assim sua capacidade de carga. O monitoramento da temperatura ambiente pode ser usado para controlar o sistema de ventilação na sala do transformador ou para emitir um aviso antecipado se a temperatura ambiente estiver muito alta.

Resumo e integração do sistema: sistemas de controle de temperatura

Todos os sensores acima são apenas “olhos”, eles veem os dados que, em última análise, precisam ser reunidos em um “cérebro” para processamento. Controlador de temperatura do transformador do tipo seco。

Um completoTermostato de transformador do tipo secoAs seguintes funções principais geralmente são combinadas de várias maneiras, conforme descrito acima, e são realizadas por um termostato inteligente:

1. Controle e exibição de temperatura trifásicaTemperatura do enrolamento das fases A, B e C: Gira automaticamente a exibição das temperaturas em tempo real dos enrolamentos das fases A, B e C e alterna manualmente para visualizar a temperatura da fase mais alta.

2. Controle automático do ventiladorQuando a temperatura de qualquer fase do enrolamento atingir o valor predefinido de “partida do ventilador”, o controlador fechará automaticamente os contatos do relé para dar partida no ventilador.Ventiladores de resfriamentoResfriamento forçado a ar; quando a temperatura cai para o valor de “parada do ventilador”, o ventilador é desligado automaticamente para economizar energia e reduzir o ruído.

3. Alarme de temperatura excessivaQuando a temperatura de qualquer fase do enrolamento atingir o valor de “alarme” predefinido, o controlador enviará sinais de alarme sonoros e luminosos para lembrar o operador de prestar atenção.

4. Disparo por excesso de temperaturaQuando a temperatura de qualquer fase do enrolamento atingir o valor de “desarme” predefinido (que é a última linha de defesa para proteger o isolamento), o controlador emitirá um conjunto de sinais de contato de desarme passivo para o interruptor lateral de alta tensão do transformador, de modo que ele desarme, corte a fonte de alimentação do transformador e atinja a proteção final.

5. Detecção de falha do sensorO controlador pode detectar automaticamente se há uma falha de interrupção ou curto-circuito no sensor e emitir um alarme de falha.

6. Transmissão remota de dadosOs controladores de temperatura modernos geralmente têm interfaces de comunicação, como RS485, e suportam protocolos padrão, como Modbus, que permite que todos os dados de temperatura e o status do equipamento sejam transmitidos remotamente para o sistema de monitoramento back-end (SCADA).