Sensores de monitoramento de temperatura de transformadores imersos em óleo

发布时间：7 de agosto de 2025 09:26:43

Os transformadores imersos em óleo usam óleo isolante como meio de resfriamento e isolamento, e são amplamente utilizados na transmissão e distribuição de sistemas de energia. Sua temperatura de operação (especialmente a temperatura do enrolamento e do óleo) afeta diretamente a velocidade de envelhecimento do óleo isolante e a vida útil do equipamento; uma temperatura muito alta pode levar à deterioração do óleo, à quebra do isolamento ou até mesmo a um incêndio.sensor de temperaturaComo o principal componente do monitoramento das condições do transformador imerso em óleo, ele pode capturar a mudança de temperatura em tempo real e fornecer dados importantes para o controle da dissipação de calor e o aviso antecipado de falhas, o que é um meio importante de garantir a operação segura do equipamento.
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I. Especificidade do monitoramento de temperatura de transformadores imersos em óleo

Ao contrário dos transformadores do tipo seco, o monitoramento da temperatura dos transformadores imersos em óleo precisa ser adaptado à suaAmbiente de meio de óleo, alta temperatura e pressão, estrutura de vedaçãoe outros recursos:

 

  • O óleo isolante circula durante a operação, e a distribuição da temperatura é afetada pela circulação do óleo (a temperatura da camada superior é geralmente mais alta do que a da camada inferior);
  • A temperatura do enrolamento é o principal indicador de monitoramento, mas os enrolamentos são imersos em óleo, o que dificulta a medição direta (é necessário penetrar no isolamento ou confiar na extrapolação indireta);
  • O sensor precisa ser resistente à corrosão química de óleos isolantes (por exemplo, óleo mineral, óleo sintético) e se adaptar a uma faixa de temperatura de -30 °C a 150 °C;
  • Alguns cenários exigem um projeto à prova de explosão (por exemplo, espaços vedados, como almofadas e tanques de óleo, para evitar explosões de vapor de óleo induzidas por faíscas).

Segundo, o tipo e as características do sensor de temperatura comum

Os sensores de temperatura do transformador imerso em óleo precisam levar em conta a precisão da medição, a adaptabilidade ambiental e a facilidade de instalação:

1. sensores de resistência de platina (Pt100)

teoriaCom base na propriedade de que a resistência do metal de platina varia linearmente com a temperatura (resistência de 100Ω a 0°C), a temperatura é convertida pela medição do valor da resistência.
especificidades：

 

  • Alta precisão (erro ≤ ± 0,1 ℃ ~ ± 0,5 ℃), boa linearidade, adequado para a medição da temperatura do óleo, da superfície do enrolamento e de outras temperaturas de contato direto;
  • Estável, com longa vida útil (até 10 anos ou mais), pode suportar imersão prolongada em óleo isolante (é necessário encapsular o invólucro resistente à corrosão);
  • Ele requer transmissão com fio, é suscetível à interferência eletromagnética (é necessário um fio de blindagem de metal) e tem tamanho pequeno (diâmetro de 5 a 10 mm), adequado para ser embutido em tanques de combustível ou almofadas de óleo.
    Cenários aplicáveis：
  • Monitoramento da temperatura do óleo na parte superior do tanque (diretamente imerso no óleo, refletindo o estado geral da dissipação de calor);
  • Temperatura da superfície do enrolamento (fixada na parte externa do enrolamento por meio de um suporte isolante, é necessário tratamento de isolamento).

2. sensores de termopar (tipo K, tipo E)

teoriaEfeito Seebeck: Dois metais diferentes formam um circuito em que a diferença de temperatura gera um potencial termoelétrico (efeito Seebeck), que é convertido em temperatura pelo valor do potencial.
especificidades：

 

  • Ampla faixa de temperatura (-200℃~1300℃), pode ser adaptada à alta temperatura dos cenários de sobrecarga de curto prazo do transformador (como a superaquecimento de curto prazo do enrolamento a 200℃);
  • Estrutura simples, baixo custo, resistente a vibrações e choques, resistente à corrosão por óleo quando encapsulado em um invólucro de metal;
  • Menor precisão (erro de ±1℃~±3℃), requer compensação de extremidade fria (a temperatura ambiente afeta a medição) e a linearidade é pior do que a resistência de platina.
    Cenários aplicáveis：
  • Monitoramento de necessidades de não alta precisão, como a temperatura do óleo no fundo do tanque e a temperatura do núcleo;
  • Usado como um sensor de backup para resistores de platina para monitoramento redundante em temperaturas extremas.

3. controlador de temperatura do óleo com sensor incorporado (termômetro de pressão)

teoriaDispositivo mecânico tradicional de medição de temperatura, que consiste em um pacote de temperatura (elemento sensível à temperatura), um tubo capilar e um cabeçote medidor. O pacote é preenchido com um meio sensível à temperatura (por exemplo, éter, álcool), que se expande/contrai quando a temperatura muda, transmite pressão pelo tubo capilar e aciona o ponteiro no cabeçote do medidor para exibir a temperatura.
especificidades：

 

  • Sem necessidade de fonte de alimentação, intrinsecamente seguro (sem risco de faíscas elétricas), adequado para cenários à prova de explosão (por exemplo, em cima de tanques de combustível);
  • Construção robusta, resistente a óleo e vibração, fácil manutenção (expectativa de vida de mais de 15 anos);
  • Baixa precisão (erro ±2℃~±5℃), tempo de resposta lento (nível de minuto), incapaz de emitir sinais elétricos diretamente (precisa ser emparelhado com contatos para controle simples).
    Cenários aplicáveis：
  • Monitoramento rotineiro da temperatura do óleo de transformadores imersos em óleo (especialmente para transformadores de pequeno e médio porte) como meio principal de medição de temperatura ou como backup;
  • Cenários de controle básico em que os sistemas de resfriamento (por exemplo, bombas de óleo, ventiladores) precisam ser vinculados.

4. sensores de fibra óptica fluorescente

teoriaA medição de temperatura é baseada na “propriedade de fluorescência de temperatura” dos materiais fluorescentes. O material fluorescente na sonda do sensor emite fluorescência após ser excitado por um comprimento de onda específico de luz (por exemplo, luz azul), e a taxa de decaimento de sua intensidade de fluorescência (tempo de vida) acelera à medida que a temperatura aumenta, de modo que a temperatura pode ser convertida com precisão em uma temperatura por meio da detecção da alteração no tempo de vida da fluorescência.
especificidades：

 

  • Resistência extremamente forte à interferência eletromagnética (transmissão de sinais ópticos por fibra óptica, sem partes condutoras), totalmente adaptada ao lado de alta tensão do transformador do ambiente eletromagnético forte;
  • Alta precisão de medição (erro ≤±0,5°C), tempo de resposta rápido (milissegundos), captura em tempo real das flutuações de temperatura do enrolamento;
  • Resistente à corrosão por óleo, alta temperatura (temperatura de operação de longo prazo - 50 ℃ ~ 200 ℃), a sonda é pequena (diâmetro ≤ 2 mm) e pode ser embutida dentro do enrolamento sem danificar o isolamento;
  • A fibra óptica é inerentemente flexível, facilitando o roteamento através da complexa estrutura do transformador, e intrinsecamente segura (sem risco de faíscas elétricas) para cenários à prova de explosão.
    Cenários aplicáveis：
  • Monitoramento direto dos pontos quentes do enrolamento em grandes transformadores imersos em óleo (que reflete com precisão o ponto de temperatura mais alto do enrolamento e é o dado principal para avaliar o envelhecimento do isolamento);
  • Cenários que exigem alta precisão de medição e capacidade anti-interferência (por exemplo, transformadores de 220kV e acima);
  • Onde é necessária uma operação estável de longo prazo com baixos custos de manutenção (os materiais fluorescentes podem durar mais de 10 anos).

5. sensores de infravermelho (sem contato)

teoriaTemperatura: Conversão de temperatura por meio da detecção da energia da radiação infravermelha na superfície do dispositivo (precisa penetrar).Medidor de nível de óleo(vidro ou monitorar a parte externa do tanque).
especificidades：

 

  • Medição sem contato, sem romper a vedação do tanque (adequado para a modernização de transformadores antigos);
  • Instalação flexível, monitoramento remoto da parede externa do tanque, travesseiro de óleo, temperatura da superfície do nível de óleo;
  • Erro maior (±3℃~±10℃), altamente afetado pelo ambiente (por exemplo, manchas no medidor de nível de óleo, luz solar direta), incapaz de medir a temperatura interna.
    Cenários aplicáveis：
  • Além dos sensores de contato, o status térmico geral do tanque é monitorado;
  • Transformadores mais antigos ou cenários de monitoramento temporário em que não é conveniente instalar sensores de contato.

III. principais pontos de monitoramento e requisitos de instalação

A distribuição de temperatura dos transformadores imersos em óleo está intimamente relacionada à circulação de óleo e à distribuição de perdas, e os pontos de monitoramento do núcleo e a instalação do sensor precisam atender aos seguintes requisitos:

 

ponto de monitoramento Objetivo do monitoramento Tipos de sensores recomendados Requisitos de instalação
Temperatura máxima do óleo Reflete o estado térmico geral do transformador (o indicador mais comumente usado). Pt100, termômetro de pressão Pacote de temperatura/sonda imersa na camada superior de óleo no tanque (profundidade ≥100 mm), longe de fontes de calor (por exemplo, enrolamentos)
Ponto de acesso sinuoso Avaliação da taxa de envelhecimento do isolamento (locais mais perigosos) Sensor de fibra óptica fluorescente, Pt100 (indireto) Sonda de fibra óptica fluorescente a ser embutida no enrolamento (pré-embutida na abertura da bobina durante a fabricação); o Pt100 pode ser convertido da temperatura do óleo superior + aumento de temperatura (erro maior)
Temperatura central Monitoramento do superaquecimento local causado por perdas por correntes parasitas no núcleo de ferro Termopar, Pt100 Fixado em grampos de núcleo, pacote de isolamento necessário (para evitar curtos-circuitos)
temperatura ambiente Ajuda a determinar as condições de dissipação de calor (por exemplo, altas temperaturas ambientes) Pt100 Instalado de 2 a 3 m ao redor do transformador, evite a luz solar direta.

IV. fatores-chave para a seleção

A seleção do sensor de temperatura do transformador imerso em óleo precisa ser combinada com os parâmetros do equipamento e o julgamento abrangente do ambiente operacional:

 

  1. Faixa de temperaturaTemperatura de operação: Cobre temperaturas normais de operação (40 °C a 100 °C) e temperaturas de sobrecarga de curto prazo (por exemplo, 120 °C a 150 °C);
  2. Requisitos de precisãoTemperatura do óleo superior: os pontos quentes do enrolamento precisam ser monitorados em ±1°C (de preferência com fibra óptica fluorescente), a temperatura do óleo superior pode ser relaxada em ±2°C (Pt100 é suficiente);
  3. adaptação ambientalProteção contra explosão: Necessário para resistir à corrosão por óleo isolante (pacote de aço inoxidável opcional), à prova de explosão (por exemplo, aprovação Ex dⅡCT4), à prova d'água (proteção IP68);
  4. Viabilidade da instalaçãoSensores miniaturizados são necessários para enrolamentos embutidos (diâmetro ≤ 5 mm) e interfaces correspondentes (por exemplo, rosca M27 x 2) são necessárias para a montagem no tanque;
  5. Compatibilidade de sinalInterface com o termostato e o sistema SCADA (por exemplo, 4~20mA, saída RS485) para facilitar o monitoramento e o controle remotos.

V. Configuração típica de um sistema de monitoramento de temperatura

Os sistemas de monitoramento de temperatura para transformadores imersos em óleo geralmente consistem em “sensor + termostato + atuador”:

 

  • transdutoresTemperatura do óleo: Coleta da temperatura do óleo superior, temperatura do enrolamento (direto ou indireto);
  • termostatoTemperatura: Recebe sinais do sensor, exibe a temperatura e define os limites (por exemplo, 80°C para acionar o ventilador, alarme de 100°C, disparo de 130°C);
  • atuadoresEquipamento de resfriamento de ligação (bombas de óleo, ventiladores), a temperatura excessiva inicia automaticamente o resfriamento, condições extremas acionam o disparo da proteção.

 

Observação: Os grandes transformadores costumam usar uma combinação de “medição direta do enrolamento por fibra óptica fluorescente + medição da temperatura do óleo por Pt100”, levando em conta a precisão e a confiabilidade.

resumos

Os sensores de temperatura para transformadores imersos em óleo precisam ser adaptados a ambientes especiais, como meio de óleo, alta temperatura e alta pressão.Pt100É a primeira opção para o monitoramento da temperatura do óleo superior devido ao equilíbrio entre precisão e custo-benefício;Sensores de fibra óptica fluorescenteCom as vantagens da forte imunidade à interferência eletromagnética, da alta precisão e da capacidade de ser incorporado ao enrolamento, ele é ideal para a medição direta dos pontos quentes do enrolamento;Termômetros de pressãoDepois, ele ainda é amplamente usado em transformadores de pequeno e médio porte (intrinsecamente seguro, manutenção simples). A seleção real precisa ser combinada com o tamanho do equipamento, os objetivos de monitoramento e os custos, para assegurar que os dados de temperatura sejam precisos e confiáveis, de modo a garantir a operação segura do transformador.
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