Cảm biến giám sát nhiệt độ cho máy biến áp ngâm dầu

I. Đặc thù của việc giám sát nhiệt độ máy biến áp ngâm dầu

• Dầu cách điện sẽ lưu thông trong quá trình vận hành, và sự phân bố nhiệt độ bị ảnh hưởng bởi dòng chảy của dầu (nhiệt độ dầu ở lớp trên thường cao hơn so với lớp dưới);
• Nhiệt độ cuộn dây là chỉ số giám sát quan trọng nhất, nhưng do cuộn dây được ngâm trong dầu nên việc đo trực tiếp rất khó khăn (phải xuyên qua lớp cách điện hoặc dựa vào tính toán gián tiếp);
• Cảm biến phải chịu được sự ăn mòn hóa học của dầu cách điện (như dầu khoáng, dầu tổng hợp) và hoạt động được trong dải nhiệt độ từ -30°C đến 150°C;
• Một số khu vực cần thiết kế chống cháy nổ (chẳng hạn như các khoang kín như bình chứa dầu, bình xăng, v.v., để tránh tia lửa gây ra vụ nổ hơi dầu).

II. Các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến và đặc điểm của chúng

1. Cảm biến điện trở bạch kim (Pt100)

• Độ chính xác cao (độ sai số ≤ ±0,1°C ~ ±0,5°C), độ tuyến tính tốt, thích hợp để đo nhiệt độ tiếp xúc trực tiếp như nhiệt độ dầu, bề mặt cuộn dây, v.v.;
• Độ ổn định cao, tuổi thọ dài (có thể lên đến hơn 10 năm), chịu được việc ngâm trong dầu cách điện trong thời gian dài (cần được bọc trong vỏ chống ăn mòn);
• Cần truyền dẫn qua dây cáp, dễ bị nhiễu điện từ (cần dây cáp có lớp chắn kim loại), đồng thời có kích thước nhỏ gọn (đường kính 5–10 mm), thích hợp để lắp đặt bên trong bình chứa dầu hoặc bộ giảm chấn dầu.
  Các trường hợp áp dụng：
• Giám sát nhiệt độ dầu ở lớp trên cùng của bể chứa (nhúng trực tiếp vào dầu, phản ánh tình trạng tản nhiệt tổng thể);
• Nhiệt độ bề mặt cuộn dây (được cố định bên ngoài cuộn dây bằng giá đỡ cách điện, cần phải xử lý cách điện).

2. Cảm biến nhiệt điện (loại K, loại E)

• Phạm vi đo nhiệt độ rộng (-200℃~1300℃), có thể thích ứng với các tình huống nhiệt độ cao do quá tải tạm thời của máy biến áp (ví dụ như cuộn dây bị quá nhiệt tạm thời lên đến 200℃);
• Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, chịu được rung động và va đập; sau khi được bọc trong vỏ kim loại, sản phẩm có khả năng chống ăn mòn do dầu;
• Độ chính xác thấp (độ sai số ±1℃~±3℃), cần bù nhiệt độ đầu lạnh (do nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến kết quả đo), độ tuyến tính kém hơn so với cảm biến điện trở bạch kim.
  Các trường hợp áp dụng：
• Việc giám sát các thông số như nhiệt độ dầu ở đáy bồn chứa, nhiệt độ lõi sắt, v.v., vốn không yêu cầu độ chính xác cao;
• Được sử dụng làm cảm biến dự phòng cho cảm biến điện trở bạch kim, nhằm đảm bảo giám sát dự phòng trong điều kiện nhiệt độ cực đoan.

3. Bộ điều khiển nhiệt độ dầu có cảm biến tích hợp (cảm biến nhiệt độ áp suất)

• Không cần nguồn điện, an toàn về bản chất (không có nguy cơ phát sinh tia lửa điện), phù hợp với các môi trường chống cháy nổ (chẳng hạn như trên đỉnh bồn chứa dầu);
• Cấu trúc chắc chắn, chịu được dầu và rung động, dễ bảo trì (tuổi thọ lên đến hơn 15 năm);
• Độ chính xác thấp (độ sai số ±2°C đến ±5°C), tốc độ phản hồi chậm (tính bằng phút), không thể truyền tín hiệu điện trực tiếp (cần kết hợp với tiếp điểm để thực hiện các chức năng điều khiển đơn giản).
  Các trường hợp áp dụng：
• Việc giám sát nhiệt độ dầu thông thường của máy biến áp ngâm dầu (đặc biệt là đối với các máy biến áp cỡ vừa và nhỏ), dùng làm phương pháp đo nhiệt độ chính hoặc dự phòng;
• Các tình huống điều khiển cơ bản cần kết nối với hệ thống làm mát (như bơm dầu, quạt).

4. Cảm biến sợi quang huỳnh quang

• Khả năng chống nhiễu điện từ cực kỳ cao (sử dụng cáp quang để truyền tín hiệu ánh sáng, không có bộ phận dẫn điện), hoàn toàn thích ứng với môi trường điện từ mạnh ở phía cao áp của máy biến áp;
• Độ chính xác cao (độ sai lệch ≤ ±0,5°C), tốc độ phản hồi nhanh (ở mức mili giây), có thể theo dõi biến động nhiệt độ cuộn dây theo thời gian thực;
• Chống ăn mòn do dầu, chịu nhiệt độ cao (nhiệt độ làm việc liên tục từ -50°C đến 200°C), đầu dò có kích thước nhỏ (đường kính ≤ 2 mm), có thể lắp vào bên trong cuộn dây mà không làm hỏng lớp cách điện;
• Sợi quang có độ dẻo dai cao, thuận tiện cho việc đi dây trong cấu trúc phức tạp của máy biến áp, đồng thời có tính an toàn vốn có (không có nguy cơ phát ra tia lửa điện), nên rất phù hợp với các môi trường chống cháy nổ.
  Các trường hợp áp dụng：
• Giám sát trực tiếp các điểm nóng trên cuộn dây của máy biến áp ngâm dầu cỡ lớn (có thể phản ánh chính xác điểm nóng nhất trên cuộn dây, là dữ liệu cốt lõi để đánh giá mức độ lão hóa của lớp cách điện);
• Trong các trường hợp đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng chống nhiễu cực kỳ nghiêm ngặt (chẳng hạn như máy biến áp cấp 220kV trở lên);
• Các trường hợp cần hoạt động ổn định lâu dài và chi phí bảo trì thấp (tuổi thọ của vật liệu huỳnh quang có thể lên đến hơn 10 năm).

5. Cảm biến hồng ngoại (không tiếp xúc)

• Đo lường không tiếp xúc, không cần phá vỡ lớp niêm phong của bình chứa dầu (phù hợp để cải tạo các máy biến áp cũ);
• Lắp đặt linh hoạt, có thể giám sát từ xa nhiệt độ bề mặt bên ngoài bồn chứa và mức dầu trong bể chứa;
• Độ sai số khá lớn (±3°C đến ±10°C), dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường (như vết bẩn trên đồng hồ đo mức dầu, ánh nắng chiếu trực tiếp) và không thể đo được nhiệt độ bên trong.
  Các trường hợp áp dụng：
• Để bổ sung cho cảm biến tiếp xúc, thiết bị này giúp theo dõi tình trạng tản nhiệt tổng thể của bình chứa;
• Các máy biến áp cũ không thể lắp đặt cảm biến tiếp xúc hoặc các tình huống giám sát tạm thời.

3. Các điểm giám sát quan trọng và yêu cầu lắp đặt

IV. Các yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn mẫu

1. Phạm vi đo nhiệt độ: Bao gồm dải nhiệt độ hoạt động bình thường (40°C–100°C) và nhiệt độ quá tải trong thời gian ngắn (ví dụ: 120°C–150°C);
2. Yêu cầu về độ chính xác: Việc giám sát các điểm nóng của cuộn dây phải đảm bảo độ chính xác trong phạm vi ±1°C (ưu tiên sử dụng sợi quang huỳnh quang), trong khi nhiệt độ dầu ở lớp trên cùng có thể nới lỏng xuống ±2°C (cảm biến Pt100 là đủ);
3. Khả năng thích ứng với môi trường: Phải chịu được sự ăn mòn của dầu cách điện (chọn vỏ bọc bằng thép không gỉ), chống cháy nổ (ví dụ: chứng nhận Ex dⅡCT4), chống thấm nước (đạt tiêu chuẩn bảo vệ IP68);
4. Khả năng triển khai: Cuộn dây nhúng cần cảm biến có kích thước nhỏ (đường kính ≤5mm), việc lắp đặt trên bình chứa dầu cần có đầu nối phù hợp (ví dụ: ren M27×2);
5. Khả năng tương thích tín hiệu: Cần tích hợp với bộ điều khiển nhiệt độ và hệ thống SCADA (ví dụ: tín hiệu đầu ra 4–20 mA, RS485) để thuận tiện cho việc giám sát từ xa.

5. Cấu hình tiêu biểu của hệ thống giám sát nhiệt độ

• Cảm biến: Đo nhiệt độ dầu ở tầng trên cùng và nhiệt độ cuộn dây (trực tiếp hoặc gián tiếp);
• Bộ điều khiển nhiệt độ: Nhận tín hiệu từ cảm biến, hiển thị nhiệt độ và cài đặt các ngưỡng (ví dụ: khởi động quạt khi đạt 80°C, báo động khi đạt 100°C, ngắt mạch khi đạt 130°C);
• Bộ truyền động: Hệ thống làm mát liên động (bơm dầu, quạt), tự động kích hoạt chế độ làm mát khi nhiệt độ vượt ngưỡng, và kích hoạt cơ chế ngắt bảo vệ trong trường hợp khẩn cấp.

Tóm tắt