Înțelegerea termometrelor de presiune, rezistență și fibră optică

Funcționarea fiabilă a unui Transformator imersat în ulei depinde în mare măsură de stabilitatea uleiului său izolator intern și de temperaturile înfășurărilor. Supraîncălzirea este o cauză principală a îmbătrânirii accelerate a izolației, a degradării performanței și, în cele din urmă, a defecțiunilor. Prin urmare, monitorizarea temperaturii este unul dintre cele mai fundamentale și critice aspecte ale funcționării și întreținerii transformatoarelor. De la cadranele mecanice tradiționale la sistemele moderne inteligente cu fibră optică, istoria dezvoltării termometrelor este o evoluție a tehnologiei de monitorizare a transformatoarelor, de la observarea pasivă la avertizarea timpurie activă.

 

Acest articol va prezenta sistematic tipurile comune de termometre utilizate la transformatoarele imersate în ulei și va oferi o analiză aprofundată a principiilor lor de funcționare și a scenariilor de aplicare.

 

Capitolul 1: „Arborele genealogic” al termometrelor – O privire detaliată asupra a trei tipuri principale

Pe baza principiilor de măsurare și a locației de instalare, termometrele pentru transformatoarele imersate în ulei sunt împărțite în principal în următoarele trei categorii. Împreună, acestea formează o rețea de monitorizare tridimensională de la temperatura superioară a uleiului până la punctele fierbinți ale înfășurărilor.

 

1. Termometru de tip presiune (termometru cu citire la distanță)

Principiu de funcționare: Acesta este un instrument mecanic clasic bazat pe dilatarea/contracția termică și transmiterea presiunii lichid/gaz. Sistemul este format din trei părți:

 

Senzor de temperatură: Introdus în uleiul din partea superioară a rezervorului transformatorului, umplut cu un mediu sensibil la temperatură (de exemplu, lichid, gaz sau lichid cu punct de fierbere scăzut).

 

Tub capilar: Un tub metalic lung și subțire care conectează becul la capul manometrului, umplut cu un mediu care transmite presiunea.

 

Cap de manometru (indicator): Montat pe peretele cuvei transformatorului sau pe tabloul de comandă, eventual la câțiva metri distanță de bec. Miezul său este un tub Bourdon - un tub metalic curbat, elastic. Când becul se încălzește, schimbarea de presiune internă este transmisă prin capilar către tubul Bourdon, provocându-i deformarea. Această deformare mișcă un indicator printr-un mecanism de legătură, afișând temperatura.

 

Caracteristici cheie:

 

Pur mecanic, nu necesită alimentare externă, imunitate excelentă la interferențe electromagnetice, fiabilitate foarte ridicată.

 

Capul manometrului poate fi montat de la distanță pentru o citire locală convenabilă.

 

De obicei, echipat cu 1-2 contacte reglabile pentru alarmă de supratemperatură și funcții de declanșare.

 

Precizia și viteza de răspuns sunt relativ mai lente în comparație cu tipurile electronice, iar tubul capilar este susceptibil la deteriorări mecanice.

 

Aplicație tipică: Dispozitivul principal de monitorizare și alarmă pentru temperatura uleiului la suprafață, o caracteristică aproape standard la toate transformatoarele imersate în ulei.

 

2. Detector de temperatură cu rezistență (RTD, de exemplu, PT100)

Principiu de funcționare: Bazat pe proprietatea conform căreia rezistența unui conductor se modifică odată cu temperatura. Cel mai comun element de detectare este un termometru de rezistență din platină, PT100 denotând o rezistență de 100 ohmi la 0°C. Rezistența sa se modifică precis și liniar odată cu temperatura.

 

Componente ale sistemului:

 

Sondă RTD de platină: Instalată într-un puț pentru termometru în partea superioară a transformatorului, imersată în ulei.

 

Punte de măsurare și transmițător: Adesea integrate într-o unitate de control inteligentă. Circuitele precise măsoară rezistența PT100 și o convertesc într-un semnal de curent standard de 4-20 mA sau semnal digital.

 

Caracteristici cheie:

 

Precizie ridicată a măsurării, semnalele pot fi transmise pe distanțe lungi, imunitate bună la zgomot.

 

Ieșirea este un semnal electric standard, ușor de integrat cu platforme de automatizare precum SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) și DCS (Distributed Control Systems) pentru monitorizare centralizată de la distanță.

 

Adesea instalat alături de termometrul de tip presiune, servind ca mijloc redundant sau de înaltă precizie pentru monitorizarea și înregistrarea de la distanță a temperaturii uleiului.

 

Aplicație tipică: Utilizată pentru transmiterea de la distanță și monitorizarea digitală a temperaturii uleiului la suprafață, piatra de temelie a substațiilor moderne automatizate și nesupravegheate.

 

3. Sistem de măsurare a temperaturii înfășurărilor cu fibră optică (cea mai avansată măsurare directă a „punctelor fierbinți”)

Principiu de funcționare: Aceasta este în prezent cea mai directă și avansată tehnologie pentru monitorizarea temperaturii înfășurărilor. Se bazează pe fizica rețelelor Bragg cu fibră optică.

 

Senzor cu rețea de Bragg în fibră optică (FBG): O variație periodică a indicelui de refracție (a unei rețele de refracție) este înregistrată într-un segment de fibră optică specială folosind un laser. Proprietatea sa cheie: Lumina de o anumită lungime de undă (lungime de undă Bragg) este reflectată, iar această lungime de undă reflectată se modifică liniar odată cu modificările de temperatură (sau deformare) la locația rețelei.

 

Proces de măsurare: Un cablu flexibil cu fibră optică încorporat cu mai mulți senzori FBG este pre-încorporat direct între straturile de izolație ale înfășurărilor de înaltă tensiune în punctele cele mai fierbinți prevăzute în timpul fabricației transformatoarelor. Sistemul emite lumină de bandă largă și, analizând lungimea de undă specifică reflectată de fiecare rețea, poate obține cu precizie și în timp real temperatura absolută în diferite puncte din cadrul înfășurării.

 

Caracteristici cheie:

 

Măsurarea directă a temperaturii punctului fierbinte al înfășurării, nu estimarea indirectă. Datele sunt cele mai autentice și fiabile.

 

Siguranță intrinsecă: Fibra optică este fabricată din silice, izolatoare, rezistentă la înaltă tensiune și imună la interferențe electromagnetice, funcționând stabil în câmpuri electromagnetice puternice.

 

Măsurare distribuită: O singură fibră poate găzdui zeci de puncte de detectare, permițând o hartă termică completă a înfășurării.

 

Factorul cheie pentru „Ratingul dinamic” al transformatorului și evaluarea duratei de viață.

 

Aplicație tipică: Transformatoare mari, critice (de exemplu, transformatoare de înaltă tensiune, transformatoare de conversie), substații inteligente care necesită gestionarea capacității de sarcină.

 

Capitolul 2: Clarificarea conceptelor cheie – Temperatura uleiului la suprafață vs. Temperatura înfășurării

Acesta este un concept crucial și punctul de plecare pentru selectarea tipurilor de termometre.

 

Temperatura uleiului în partea superioară: Măsoară temperatura uleiului în partea superioară a rezervorului. Reflectă sarcina termică generală a transformatorului, dar are un decalaj termic. Când sarcina se modifică, temperatura înfășurării se modifică cel mai rapid, urmată de temperatura uleiului. Termometrele de presiune și RTD măsoară acest lucru.

 

Temperatura punctului fierbinte al înfășurării: Se referă la cel mai fierbinte punct din întregul transformator, de obicei situat în partea superioară a înfășurării de joasă tensiune. Este cel mai important parametru care determină rata de îmbătrânire a izolației și capacitatea de încărcare. Metodele tradiționale nu o pot măsura direct, bazându-se în schimb pe un indicator de temperatură a înfășurării (WTI) care o simulează/estimează folosind „temperatura uleiului la suprafață + corecția curentului”. Măsurarea cu fibră optică este singura tehnologie care o poate măsura direct și precis.