Quais são os tipos de sensores de temperatura do transformador?

I. Por que o monitoramento da temperatura do transformador é tão importante?

O transformador é o equipamento central do sistema de energia, a operação de longo prazo em ambiente de alta tensão e alta corrente, o acúmulo de calor é o principal fator causador de falhas. Estudos demonstraram que, se o material de isolamento for aquecido a cada 6 °C, a vida útil será reduzida em cerca de metade. Quando a temperatura está fora de controle, o mais leve é acelerar o envelhecimento do isolamento, encurtar a vida útil do equipamento, o mais pesado é provocar um curto-circuito no enrolamento, a combustão do transformador e até mesmo uma falha de energia em grande escala.

Por esse motivo, o sensor de temperatura do transformador tornou-se um "protetor de saúde" indispensável para cada transformador. Ele coleta em tempo real a temperatura do enrolamento, do núcleo e do óleo, o sistema de controle de temperatura fornece a base de dados, aciona automaticamente o início e a parada do resfriamento a ar, o alarme de temperatura excessiva e até mesmo o disparo de emergência.

Este artigo apresentará sistematicamente as seis principais categorias atuais de sensores de temperatura de transformadores, com foco na análise do limite técnico mais alto do esquema de medição de temperatura por fibra óptica, e fornecerá conselhos práticos sobre a seleção, para ajudar os engenheiros e a equipe de compras a encontrar rapidamente o produto certo para seus projetos.

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II. Visão geral dos seis tipos de mainstream

Dependendo do princípio de operação e dos cenários aplicáveis, os sensores de temperatura do transformador podem ser divididos nas seis categorias a seguir: RTDs de platina PT100, termopares, sensores de temperatura de fibra óptica, termômetros bimetálicos/de expansão (BWY/BWR), termistores NTC/PTC e sensores de temperatura passivos sem fio RFID. A seguir, apresentamos uma análise detalhada de cada um deles.

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Terceiro, sensor de temperatura RTD de platina PT100

Princípio de funcionamento

O PT100 é um dos mais clássicos elementos industriais de medição de temperatura. Seu núcleo é um resistor enrolado em fio de platina - a resistência da platina aumenta linearmente com a temperatura, com valor de resistência de 0 °C de exatamente 100 Ω, daí o nome "PT100". O controlador de temperatura, por meio da medição precisa do valor da resistência da mudança, pode ser convertido com precisão para a temperatura atual.

Principais recursos

Alta precisão de medição, boa linearidade, erro geralmente dentro de ±0,3°C; forte estabilidade, uso a longo prazo de pequenos desvios; em conformidade com os padrões internacionais (IEC 60751) e boa compatibilidade com várias marcas de controladores de temperatura; preço moderado, fácil de instalar, é o programa de medição de temperatura padrão do transformador do tipo seco.

Cenários típicos de aplicativos

Os sensores PT100 são amplamente incorporados nos enrolamentos trifásicos dos transformadores a seco e são conectados por fio ao BWDK Controlador de temperatura em série (como BWDK-S201, BWDK-Q201, etc.), aquisição em tempo real da temperatura do enrolamento, exibição e controle de alarme de vários níveis. Normalmente, cada configuração de transformador tem 3 vias (uma via trifásica), parte do programa de ponta para aumentar o ponto de medição da temperatura do núcleo de ferro, totalizando 4 a 6 vias.

Na fábrica de transformadores do tipo seco, os sensores PT100 geralmente são pré-embutidos pelo fabricante no corpo de fundição do enrolamento; o usuário só precisa conectar corretamente os terminais do controlador de temperatura.

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IV. sensores de temperatura do termopar

Princípio de funcionamento

Os termopares são baseados no "efeito Seebeck": as duas extremidades de dois condutores metálicos diferentes são conectadas separadamente e, quando há uma diferença de temperatura entre as duas juntas, uma força eletromotriz fraca é gerada no circuito, e o sinal de tensão é proporcional à diferença de temperatura, que é convertida pelo transmissor para obter o valor da temperatura. As especificações comuns são do tipo K (nicromo, níquel e silício) e do tipo T (cobre, cobre e níquel).

Principais recursos

A faixa de medição é muito ampla, até 1.000 °C ou mais; tempo de resposta rápido, adequado para monitoramento dinâmico de temperatura; estrutura simples, baixo custo; a precisão é ligeiramente inferior à do PT100, na seção de baixa temperatura (0 ~ 200 °C) o erro não linear é relativamente óbvio.

Cenários típicos de aplicativos

No campo dos transformadores, os termopares são usados principalmente para a medição auxiliar da temperatura do óleo na camada superior dos transformadores imersos em óleo ou para substituir o PT100 em condições especiais de trabalho em alta temperatura. Para o monitoramento do ponto quente dos enrolamentos, que exige alta precisão na medição da temperatura, ele foi gradualmente substituído por sensores de fibra óptica.

A maior diferença entre um termopar e um PT100 é que o termopar emite um sinal de tensão, que é suscetível a forte interferência de campo eletromagnético, portanto, é necessário prestar atenção especial à blindagem quando usado dentro dos enrolamentos do corpo do transformador.

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V. Sensores de temperatura de fibra óptica (recomendação principal)

Atualmente, essa é a solução ideal de medição de temperatura para grandes transformadores e aplicações de precisão.

O que é a medição de temperatura por fibra óptica dos enrolamentos do transformador?

A medição de temperatura por fibra óptica é uma sonda especial de detecção de fibra óptica embutida diretamente no enrolamento do transformador ou dentro da bobina, o uso de sinais ópticos (em vez de sinais elétricos) para transmitir dados de temperatura da nova tecnologia de medição de temperatura. Como a fibra óptica em si não é condutora, não é afetada por campos eletromagnéticos, pode ser segura e confiável para trabalhar em um ambiente de campo magnético forte e de alta tensão, e os sensores elétricos tradicionais não podem ser comparados.

Princípio de funcionamento

Medição de temperatura por fibra óptica fluorescente: Um material fluorescente especial é revestido na extremidade da sonda de fibra óptica, de modo que, quando a luz de excitação é irradiada, o tempo de decaimento da fluorescência muda com a temperatura. O pirômetro calcula com precisão a temperatura do ponto de medição de temperatura medindo a duração do brilho residual da fluorescência. Esse método tem alta precisão e resposta rápida, e é a principal solução para a medição de temperatura de pontos quentes dos enrolamentos do transformador.

Seis benefícios principais da medição de temperatura por fibra óptica

Isolamento intrinsecamente seguro: a fibra óptica é um material não condutor, que pode ser incorporado com segurança dentro dos enrolamentos de alta tensão, sem o risco de choque elétrico; forte interferência antieletromagnética: transmissão de sinal puramente óptica, completamente inalterada pelo forte campo magnético do transformador; medição direta da temperatura do ponto quente: a sonda pode ser colocada perto do ponto mais quente dos enrolamentos (turn-to-turn), que pode medir a temperatura real do ponto quente em vez da temperatura média; monitoramento síncrono de vários pontos: um conjunto de hosts pode acessar várias sondas ao mesmo tempo, cobrindo o enrolamento trifásico Estabilidade de longo prazo: sem oxidação de metal, sem desvio elétrico, vida útil sincronizada com o transformador; suporte à integração inteligente: os dados podem ser carregados na plataforma de monitoramento inteligente via RS485/Modbus ou Ethernet.

Cenários típicos de aplicativos

Transformador principal de energia de grande porte de 220 kV ou mais; parques eólicos, transformador tipo caixa de usina fotovoltaica (ocasiões de alta flutuação de carga); transformador de tração ferroviária subterrânea de alta velocidade; plataformas offshore, data centers e outras ocasiões que exigem alta confiabilidade.

O Dispositivo de Monitoramento Inteligente de Transformador PHM-300U da Inotera suporta acesso à medição de temperatura do enrolamento por fibra óptica, pode monitorar simultaneamente a temperatura do enrolamento trifásico, a temperatura do núcleo, a temperatura e a umidade ambiente e os dados de vibração, suporta transmissão remota Modbus RTU e é a escolha ideal para a transformação inteligente de grandes transformadores.

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VI Termômetros bimetálicos/de expansão (séries BWY/BWR)

Princípio de funcionamento

Esse tipo de sensor tem uma longa história, o princípio é intuitivo: o uso de um pacote sensível à temperatura de líquidos especiais (ou bimetálicos) com a mudança de temperatura e a expansão e contração, por meio do tubo capilar para promover a deflexão do ponteiro, diretamente no mostrador para indicar a temperatura atual. Alguns modelos também possuem microinterruptor integrado, a temperatura excede a ação de contato do ponto de ajuste, sinal de alarme de saída.

Principais recursos

Sem fonte de alimentação externa, com estrutura simples, intuitiva e confiável; adequado para o monitoramento da temperatura da superfície superior do óleo do transformador imerso em óleo e da temperatura do enrolamento; alguns modelos (como a série BWR) incorporam componentes PT100, levando em conta a função de exibição do ponteiro e de transmissão remota; resistente a intempéries, adequado para uso em subestações externas.

Principais modelos de produtos

BWY-802/803A, BWY2-803A: termostato de nível de óleo, adequado para medição da temperatura superior do óleo de transformadores imersos em óleo; BWR-04J/BWR-06: termômetro de enrolamento, PT100 integrado, suporta telecomunicação de temperatura; BWY-804/BWY-806: com saída de sinal de telecomunicação, pode ser usado com sistema de monitoramento on-line.

A série BWY reflete principalmente a temperatura da superfície do óleo (aumento de temperatura do enrolamento projetado indiretamente), a série BWR está mais próxima da temperatura real do enrolamento por meio da simulação do modelo térmico, recomendada para aplicações de precisão preferidas da série BWR ou solução de fibra óptica.

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VII. sensores de termistor NTC/PTC

Princípio de funcionamento

Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient, coeficiente negativo de temperatura): o valor da resistência diminui rapidamente quando a temperatura aumenta, com sensibilidade muito alta. Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient, coeficiente positivo de temperatura): o valor da resistência aumenta acentuadamente quando a temperatura excede o ponto Curie, geralmente usado como elemento de comutação de proteção contra superaquecimento.

Principais recursos

Tamanho extremamente pequeno, baixo custo, velocidade de resposta rápida; o NTC é adequado para o monitoramento contínuo da temperatura de pequenos transformadores; o PTC é usado principalmente para o acionamento da proteção contra superaquecimento, o que não é adequado para a medição precisa da temperatura; características não lineares fortes, geralmente precisam de software para fazer a compensação da linearização.

Cenários típicos de aplicativos

Ele é usado principalmente para proteção simples contra superaquecimento em transformadores a seco de pequeno e médio porte, caixas de distribuição ou incorporado em aplicações sensíveis ao custo, como enrolamentos de motores. Em transformadores de potência de médio e grande porte, geralmente não são usados sozinhos, mas como elementos de proteção auxiliares em conjunto com sistemas PT100 ou de fibra óptica.

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VIII. sensores de temperatura passivos sem fio RFID

Princípio de funcionamento

A medição de temperatura sem fio passiva é uma nova tecnologia que se popularizou rapidamente no campo de terminais de comutadores e transformadores nos últimos anos. Tags de sensores sem baterias embutidas, pelo leitor por meio do sinal de radiofrequência para seu fornecimento de energia sem fio, o chip sensível à temperatura dentro da tag para coletar dados instantaneamente de volta para todo o processo sem a necessidade de linhas de energia e linhas de sinal.

Principais recursos

Completamente passivo: sem baterias, sem fios, pode ser instalado por até dez anos sem manutenção; a instalação é muito simples: pode ser fixada com cola ou parafusos, o custo de transformação é muito baixo; à prova d'água e de poeira, resistente a ambientes adversos; precisão de temperatura moderada (± 1 ~ 2 °C) para atender às necessidades de monitoramento de pontos quentes dos terminais; suporte para rede multiponto, o leitor pode gerenciar dezenas de pontos de medição de temperatura ao mesmo tempo.

Cenários típicos de aplicativos

O lado de alta tensão do transformador, os terminais do lado de baixa tensão (o invólucro será uma tampa militar), os pontos de conexão do barramento, os contatos do painel de distribuição, as juntas intermediárias dos cabos e outras partes da linha elétrica não podem ir, é o núcleo dos cenários de aplicação da medição de temperatura sem fio RFID. Medição de temperatura com o enrolamento do corpo do transformador (PT100/fibra óptica) para formar um complemento, para construir um sistema completo de monitoramento de hotspot.

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IX. comparação horizontal dos seis tipos

Observação: ★ Os sensores de fibra óptica têm o melhor desempenho geral no campo da medição de pontos quentes de grandes enrolamentos de transformadores, mas o custo do investimento inicial é alto, adequado para requisitos de alta confiabilidade.

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X. Como escolher o sensor de temperatura correto para o transformador?

Não existe uma seleção absolutamente certa ou errada, o segredo é atender às necessidades reais.

① Seleção por tipo de transformadorOs controladores de temperatura das séries PT100 + BWDK são preferidos para transformadores do tipo seco; as séries BWY/BWR são preferidas para transformadores imersos em óleo; a medição de temperatura do enrolamento por fibra óptica + a plataforma de monitoramento on-line são recomendadas para transformadores do tipo caixa/estações de energia novas.

② Selecionado de acordo com os requisitos de precisão do monitoramentoPara o monitoramento geral (alarme de temperatura excessiva, controle de resfriamento a ar), PT100 ou BWY/BWR é suficiente; para o monitoramento preciso de pontos quentes (avaliação de vida útil, gerenciamento de sobrecarga), a medição de temperatura por fibra óptica deve ser selecionada.

③Selecionado de acordo com a necessidade de monitoramento remoto/on-line.Para exibição apenas local, escolha o tipo de ponteiro ou o controlador de temperatura com visor; para transmissão remota/integração do sistema, escolha o sensor com saída Modbus RS485 ou conecte-o a um dispositivo de monitoramento on-line.

④Selecionado por ocasião do bloco de terminais/modificaçãoA luva será a tampa militar, o barramento e outras partes da linha não podem ser selecionadas Medição de temperatura passiva sem fio RFID, a transformação de fiação zero pode ser concluída.

Não tem certeza de como selecionar o tipo? A Inotera oferece consultoria de seleção técnica gratuita, uma equipe de profissionais de acordo com o modelo do transformador, o uso de ocasiões e o orçamento para oferecer o programa ideal. Linha direta de contato: 13959168359

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Onze, recomendações de produtos de monitoramento da temperatura do transformador da Inotera

Ltd. é uma fornecedora profissional na área de controle de temperatura de transformadores domésticos e monitoramento inteligente, abrangendo todos os principais tipos de sensores e sistemas de suporte: controlador de temperatura de transformador do tipo seco (série BWDK/IB), medição de temperatura de enrolamento por fibra óptica (com dispositivo de monitoramento inteligente PHM-300U), controlador de temperatura de transformador de óleo (série BWY/BWR), dispositivo de medição de temperatura passiva sem fio RFID, sensores de temperatura e umidade, etc. Temos uma linha completa de modelos de produtos, oferecemos suporte à personalização OEM/ODM e nossos clientes incluem a State Grid, a Southern Power Grid, a TBEA, a Jinpan Technology e outras empresas famosas.

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XII Perguntas frequentes (FAQ)

P: Os sensores de temperatura para transformadores a seco e transformadores imersos em óleo podem ser usados de forma intercambiável?

R: Não pode ser diretamente comum. Enrolamentos de transformadores do tipo seco expostos ao ar, use RTD de platina PT100 com controlador de temperatura da série BWDK; transformadores imersos em óleo precisam usar termômetro de expansão BWY/BWR ou sensor especial com estrutura selada. As duas interfaces de instalação, o ambiente de trabalho e o tipo de sinal são diferentes; o uso misto levará à imprecisão da medição ou até mesmo a danos ao equipamento.

P: A medição de temperatura por fibra óptica é muito mais cara do que a PT100, quando vale a pena investir?

R: O custo inicial da medição de temperatura por fibra óptica é, de fato, mais alto do que o do PT100, mas o retorno do investimento é significativo nas seguintes ocasiões: ① Operação de alta carga de longo prazo do transformador (como energia eólica, variável de caixa de data center), o risco de superaquecimento do ponto de acesso é alto; ② O valor da unidade do transformador é alto (transformador principal de 220kV e acima), uma vez que o dano é enorme; ③ A necessidade de avaliar com precisão a vida útil do isolamento do transformador e a capacidade de sobrecarga. Nesses casos, o investimento na medição de temperatura por fibra óptica pode reduzir efetivamente o tempo de inatividade não planejado, e os benefícios econômicos abrangentes são muito maiores do que as soluções tradicionais.

P: Quantos sensores de temperatura precisam ser instalados em um transformador?

R: Na configuração padrão, os transformadores a seco geralmente são instalados com 3 PT100 (um para cada enrolamento trifásico), e alguns programas acrescentam de 4 a 6 pontos de medição de temperatura do núcleo; os transformadores imersos em óleo geralmente são equipados com 1 a 2 termômetros de nível de óleo (série BWY) e 1 termômetro de enrolamento (série BWR). Se estiver usando medição de temperatura por fibra óptica ou esquema de monitoramento on-line, também é possível adicionar várias sondas de medição de temperatura de hotspot de acordo com a necessidade de melhorar ainda mais a cobertura do monitoramento.

P: O que é mais preciso, a medição de temperatura sem fio com RFID ou a medição de temperatura com fio?

R: precisão, precisão do sensor PT100 com fio de alta qualidade de até ± 0,3 °C, um pouco melhor do que a medição de temperatura sem fio RFID (± 1 ~ 2 °C). No entanto, os dois cenários de aplicação não são os mesmos: a medição de temperatura com fio é adequada para pontos fixos de medição de temperatura, como enrolamentos; a medição de temperatura sem fio RFID tem a vantagem de ser implantada em juntas de parafusos, buchas, tampas, barramentos e outros locais onde os fios não podem ser roteados. No sistema completo de monitoramento do ponto de acesso do transformador, recomenda-se que os dois sejam usados em combinação, e não como substitutos um do outro.

P: O termostato do transformador mostra uma temperatura alta. É um sensor com defeito ou ele está realmente superaquecendo?

R: Há duas possibilidades, você precisa verificar passo a passo. Em primeiro lugar, verifique se o controlador de temperatura mostra que a temperatura trifásica de uma determinada fase está particularmente alta - se uma fase estiver anormalmente alta, primeiro verifique se a fiação do sensor correspondente está solta, se há curto-circuito ou desconexão; se as três fases estiverem altas, é mais provável que o superaquecimento real esteja ocorrendo, é necessário verificar oVentiladores de resfriamentoSe a operação está normal, se o transformador está sobrecarregado. Se precisar de suporte profissional, entre em contato com a equipe técnica da Inotera para ajudar no julgamento remotamente.

P: Que atenção especial deve ser dada aos sensores de temperatura em subestações externas?

R: Em ocasiões externas, é preciso prestar atenção a: ① nível de proteção IP54 ou superior, para evitar a entrada de chuva e poeira; ② os sensores precisam ser capazes de trabalhar de forma estável em uma ampla faixa de temperaturas de -40 °C a +85 °C; ③ os controladores de temperatura e umidade e os aquecedores precisam ser configurados em áreas com grande diferença de temperatura entre o dia e a noite, para evitar que o isolamento caia devido à condensação; ④ a linha de sinal precisa ser bem blindada e protegida contra surtos, para evitar danos ao controlador de temperatura causados por raios.

P: As sondas de medição de temperatura de fibra óptica podem ser adaptadas em um estágio posterior durante a adaptação do transformador?

R: As sondas de fibra óptica fluorescente geralmente são pré-embutidas no estágio de fundição do enrolamento do transformador (tipo seco) ou do enrolamento (transformador a óleo), e é difícil instalá-las nos transformadores em serviço sem desmontar os enrolamentos depois de sair da fábrica, por isso é mais adequado planejar soluções de medição de temperatura por fibra óptica para novos projetos. Para a transformação e a atualização de transformadores em serviço, a prática mais comum é instalar a medição de temperatura sem fio por RFID em terminais, buchas e outros pontos de acesso externos, combinada com o dispositivo de monitoramento on-line da temperatura do óleo, para obter a atualização da capacidade perceptiva geral sem a necessidade de grandes desmontagens e reparos.

P: Como avaliar a qualidade do sensor de temperatura do transformador?

R: Pode ser avaliado a partir das seguintes dimensões: ① se está de acordo com os padrões nacionais e do setor (como GB/T 1094, IEC 60751, etc.); ② se foi aprovado em testes e certificações de terceiros; ③ o nível de precisão do sensor e os indicadores de estabilidade de longo prazo (desvio anual); ④ se o fabricante oferece suporte técnico de seleção e serviço pós-venda perfeito; ⑤ os casos reais de aplicação do produto no mesmo tipo de transformador. Todos os produtos da Inotera foram aprovados em testes e certificações de terceiros e estabeleceram uma cooperação de longo prazo com a State Grid, a Southern Power Grid e outros grandes usuários de energia.

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observações finais

O sensor de temperatura do transformador parece ser um pequeno acessório, mas está diretamente relacionado à segurança e à estabilidade de todo o sistema de fornecimento de energia. Desde o RTD de platina PT100, maduro e confiável, até a medição de temperatura por hotspot de fibra óptica, que representa a direção do futuro, e a medição de temperatura sem fio RFID, que é fácil de instalar, cada tecnologia tem seu próprio valor de aplicação insubstituível.

Há apenas uma lógica central para a seleção: escolher a solução mais adequada de acordo com o tipo de transformador, o cenário de operação e os requisitos de precisão do monitoramento.

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