لا تستخدم المحوّلات المغمورة بالزيت والجافة طريقة قياس حرارة واحدة تمامًا؛ إذ تختلف مواد العزل والتبريد وبنية الملفات فيها.
تراقب المحوّلات المغمورة بالزيت عادةً حرارة الزيت العلوي والملفات أو النقاط الساخنة فيها. وقد تُقدّر حرارة الملفات بمؤشر حرارة الملفات أو بنموذج حراري، أو تُقاس مباشرةً في نقاط داخلية محددة باستخدام مجسّات ألياف ضوئية مدمجة. لا تحتوي المحوّلات الجافة على زيت عازل، لذلك يتركز رصد الحرارة فيها أساسًا على الملفات والوشائع والقلب أو نقاط أخرى مختارة من المعدة. وتشيع حساسات PT100/RTD في أنظمة التحكم بحرارة المحوّلات الجافة، بينما يمكن استخدام حساسات الألياف الضوئية عند الحاجة إلى قياس بصري مباشر أو عزل كهربائي أو مقاومة عالية للجهد والتداخل الكهرومغناطيسي.
باختصار، تحتاج المحولات الزيتية إلى مراقبة الزيت والحالة الحرارية للملفات، بينما تركز المحولات الجافة أساسًا على حرارة الملفات والوشائع لعدم وجود زيت عازل. وتعتمد الطريقة المناسبة على الكمية المطلوب قياسها: حرارة الزيت أو متوسط حرارة الملفات أو النقطة الساخنة المقدرة أو الحرارة الفعلية عند نقطة محددة من الملف.
ما درجات الحرارة التي تُقاس في المحوّل المغمور بالزيت؟
تراقب المحولات المغمورة بالزيت عادةً حرارة الزيت العلوي ودرجات حرارة زيت مختارة عند الحاجة وحرارة الملفات وحرارة النقاط الساخنة فيها، وحرارة الملفات الداخلية مباشرةً عند استخدام مستشعرات مدمجة.
حرارة الزيت ليست هي حرارة الملفات. فقد تختلف حرارة موصل الملف عن حرارة الزيت المحيط وفق الحمل والتبريد وتصميم الملفات؛ لذا تُتابع القيمتان عادةً كلٌّ على حدة بدلاً من التعامل معهما كقيمة واحدة.
ما درجات الحرارة التي تُقاس في المحول الجاف؟
لا تحتوي المحولات الجافة على زيت عازل، لذا تركز المراقبة على حرارة الملفات والوشائع وملفات الأطوار، وعلى درجات حرارة مختارة للقلب أو البنية عند الحاجة.
تستخدم هذه المحولات عادةً مستشعرات PT100 / RTD متصلة بوحدة تحكم حرارة للمحول الجاف. ويمكن أيضاً استخدام مجسات ألياف ضوئية لقياس مباشر عند نقاط مختارة من الملفات، وإن لم تتطلبها كل تركيبات المحولات الجافة.
مقارنة سريعة لقياس الحرارة في المحوّلات الزيتية والجافة
| العنصر | محوّل مغمور بالزيت | محوّل جاف |
|---|---|---|
| وسيط التبريد الأساسي | الزيت / الزيت ونظام التبريد الخارجي | هواء / طبيعي أو قسري وفق التصميم |
| أهداف قياس الحرارة الرئيسية | الزيت والملفات | الملفات أو الوشائع أساسًا |
| قياس حرارة الزيت | نعم | لا ينطبق |
| قياس حرارة الملفات الشائع | WTI / تقدير حراري / مستشعرات مباشرة | PT100 / RTD / مستشعرات مباشرة |
| القياس الداخلي المباشر | إمكانية استخدام مجسات ألياف ضوئية مدمجة | ألياف ضوئية أو RTD بحسب التصميم |
| وحدة التحكم المعتادة | جهاز مراقبة المحول / WTI / OTI | وحدة تحكم حرارة للمحول الجاف |
| تركيب الحساس | غالباً ما يُخطط له أثناء تصنيع المحول | يتوقف على تصميم الملفات أو الوشيعة ووحدة التحكم |
| مراقبة متعددة النقاط | متاح | متاح |
تعتمد ترتيبات المستشعر الفعلية على تصميم المحول وأهداف المراقبة.
كيف تُقاس حرارة الزيت في المحوّل المغمور بالزيت؟
تُقاس حرارة الزيت العلوي عادةً بمستشعر أو مؤشر حرارة زيت موضوع ليمثل حرارة الزيت قرب الجزء العلوي من المحول. ويمكن استخدام هذه القيمة لعرض الحرارة والإنذار والتحكم بالتبريد والمراقبة العامة للمحول.
لا تساوي حرارة الزيت مباشرةً حرارة أسخن موصل في الملفات. وهي تقدم معلومات مفيدة عن الحالة الحرارية العامة للمحول، لكن ينبغي تقييم حرارة الملفات على نحو مستقل.
كيف تُقاس حرارة الملفات في المحوّل المغمور بالزيت؟
تُعالج حرارة ملفات المحولات الزيتية عادةً بإحدى ثلاث طرق:
مؤشر حرارة الملفات. يقدّر مؤشر حرارة الملفات (WTI) الحرارة أو يحاكيها عادةً باستخدام حرارة الزيت مع تعويض التسخين المرتبط بتيار الحمل، وفق تصميم الجهاز. وهو لا يقيس موصل الملف مباشرةً.
نموذج حراري. يُستخدم نموذج حراري يعتمد على الحمل وحرارة الزيت والخصائص الحرارية للمحول لإنتاج قيمة تقديرية لحرارة الملفات أو النقطة الساخنة.
مستشعر حرارة بالألياف الضوئية مدمج. يقيس المسبار المضمّن الحرارة الفعلية مباشرةً عند نقطة محددة من الملف بدلًا من قيمة مقدرة أو محاكاة.
كيف تُقاس حرارة الملفات في المحول الجاف؟
تُركّب حساسات PT100/RTD عادةً عند مواضع مختارة من الملف أو الوشيعة وتُوصل بوحدة تحكم حرارية. وبحسب الطراز، يمكن استخدام الوحدة للعرض أو الإنذار أو التحكم بالمراوح أو إصدار إشارة فصل أو الاتصال بالنظام.
يمكن استخدام مجسات الألياف الضوئية للقياس المباشر للملفات ومواضع الجهد العالي وبيئات المجالات الكهرومغناطيسية القوية أو التطبيقات التي يُفضل فيها القياس المعزول كهربائياً. ويظل PT100 خياراً عملياً وناضجاً وشائع الاستخدام في كثير من تركيبات المحولات الجافة التقليدية.
مقارنة WTI وPT100 ومستشعر الحرارة بالألياف الضوئية
| الطريقة | التطبيق المعتاد | ما الذي يقيسه؟ | الخاصية الأساسية |
|---|---|---|---|
| WTI | محوّل مغمور بالزيت | حرارة الملفات المقدّرة أو المحاكاة | مناسب للرصد الحراري التقليدي للمحوّلات |
| PT100 / كاشف مقاومة حرارية (RTD) | المحولات الجافة ونقاط الحرارة المتاحة | الحرارة عند موضع الحساس | حساس كهربائي راسخ الاستخدام |
| مجس ألياف ضوئية | تطبيقات ملفات المحوّلات الزيتية أو الجافة | الحرارة الفعلية عند نقطة استشعار مادية مختارة | العزل الكهربائي ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي |
القياس المباشر لحرارة الملفات مقابل تقديرها
يعني القياس المباشر أن المستشعر موجود فعليًا عند نقطة مختارة من الملف. أما الحرارة المقدرة فتُستنتج من حرارة الزيت وتيار الحمل ونموذج حراري ومعلمات أخرى للمحول، لا من قراءة مادية مباشرة.
| نوع القياس | النتيجة | الطريقة المعتادة |
|---|---|---|
| قياس مباشر لدرجة الحرارة عند نقطة | الحرارة الفعلية عند نقطة مختارة | مجسّ ألياف ضوئية أو حساس مدمج مناسب |
| درجة حرارة الملفات المقدرة | قيمة حرارية محسوبة | WTI / نموذج حراري |
| متوسط حرارة الملفات | متوسط النتيجة الحرارية للملفات | طريقة المقاومة |
يقيس الحساس المباشر حرارة النقطة المختارة فقط، لا جميع مواضع الملف. ولا ينبغي اعتباره قراءة تلقائية لأعلى نقطة حرارة في المحوّل بأكمله.
كيف يختلف موضع المستشعر؟
في المحولات المغمورة بالزيت، قد يشمل تركيب المستشعرات مناطق مختارة للنقاط الساخنة في الملفات ومواضع داخلية مدمجة لقياس الملفات ومواقع قياس الزيت ومسارات التوجيه إلى فتحة العبور. أما في المحولات الجافة، فقد يشمل التركيب ملف طور أو وشيعة أو سطحاً مختاراً للملف أو نقطة داخلية، إلى جانب مواضع المستشعرات التي تتطلبها وحدة التحكم الحراري.
لا يستخدم أي من نوعي المحولات موضع تركيب واحدًا ثابتًا لكل التصاميم؛ بل ينبغي أن يتبع الموضع بنية الملفات والتبريد المحددة. ويتناول مقال مرتبط اختيار مواضع تركيب مستشعرات الألياف الضوئية في الملفات بمزيد من التفاصيل.
كيف يختلف تركيب الحساسات؟
في المحوّلات المغمورة بالزيت، ينبغي عادةً التخطيط لمجسّات الألياف الضوئية المدمجة في الملفات أثناء التصنيع أو تجميع الملفات، لأن الوصول إلى الداخل يصبح محدودًا جدًا بعد اكتمال الملف والخزان.
في المحوّلات الجافة، يمكن أيضًا دمج ترتيب الحساسات أثناء التصنيع، وقد يسهل صيانة بعض المواضع المتاحة بحسب تصميم المحوّل. وفي الحالتين، ينبغي التخطيط للقياس الداخلي المدمج قبل التجميع النهائي، لا إضافته بعده.
كم مستشعر حرارة يُستخدم عادةً؟
يعتمد عدد المستشعرات على نوع المحول وعدد الأطوار والملفات الخاضعة للمراقبة وارتفاعات القياس ومواضع النقاط الساخنة المهمة وهدف المراقبة العام.
تستخدم أنظمة الألياف الضوئية للمحولات المغمورة بالزيت كثيراً 6 أو 8 أو 9 أو 12 أو 16 قناة كأنماط تهيئة شائعة. وتستخدم وحدات التحكم الحراري للمحولات الجافة عادةً 3 أو 4 أو 6 أو 7 قنوات. وهذه أنماط مألوفة وليست معايير صناعية إلزامية؛ وينبغي أن يطابق العدد الفعلي للمستشعرات نقاط القياس المحددة للمحول المعني.
كيف تختلف المراقبة الحرارية متعددة القنوات؟
قد تغطي المراقبة متعددة القنوات في المحولات المغمورة بالزيت عدة مواضع للملفات وأطواراً وأقساماً لملفات الجهد العالي / المنخفض وارتفاعات مختلفة للملفات. أما في المحولات الجافة، فقد تشمل الأطوار الثلاثة ومواضع متعددة للملفات ونقاط حرارة إضافية للمعدة.
في كلا النوعين، يستخدم المسبار النقطي بالألياف الضوئية عادةً قناة قياس واحدة. ويتناول مقال منفصل كيفية تحديد عدد القنوات اللازم لنظام مراقبة حرارة بالألياف الضوئية.
كيف يختلف طول الليف بين نوعي المحولات؟
قد يسلك الليف في المحولات المغمورة بالزيت مساراً داخلياً أطول، من الملف عبر المسارات الداخلية إلى فتحة العبور ثم إلى الجهاز الخارجي. وفي المحولات الجافة، توضع وحدة التحكم غالباً بالقرب من الملف أو الوشيعة وفق التصميم، لكن ذلك لا ينطبق على كل تركيب.
في كثير من تطبيقات المحوّلات، يُعد طول 3–5 m نقطة بداية عملية للألياف، وتدعم تهيئات المجسّات المعتادة نحو 0–20 m بحسب بنية المجس ومتطلبات المشروع. هذا اعتبار لمسار التوجيه وليس قاعدة ثابتة مرتبطة بنوع المحوّل؛ ويتناول دليل اختيار طول ألياف حساس الحرارة الضوئي هذا الموضوع بتفصيل أكبر.
كيف تختلف وظائف الإنذار والتحكم؟
قد يرتبط رصد المحوّلات الزيتية بمراوح التبريد ومضخات الزيت والإنذارات وأنظمة مراقبة المحوّل وتكامل PLC/SCADA. أما وحدات التحكم للمحوّلات الجافة فقد تدير عرض الحرارة والتحكم بالمراوح والإنذار والفصل والاتصالات.
تعتمد الوظائف المتاحة على جهاز المراقبة أو وحدة التحكم المختارة، لا على نوع المحول نفسه. وقد تشمل الواجهات، بحسب المنتج، RS485 أو Modbus RTU أو مخارج تناظرية أو مرحلات إنذار.
متى يكون قياس الحرارة بالألياف الضوئية مفيدًا؟
يفيد الاستشعار بالألياف الضوئية في المحولات الزيتية لقياس النقاط الساخنة في الملفات مباشرةً والاستشعار المضمّن والبيئات عالية الجهد والمراقبة الداخلية متعددة النقاط. وفي المحولات الجافة، يفيد لقياس الملفات مباشرةً والعزل الكهربائي ومواضع الملفات عالية الجهد والحقول الكهرومغناطيسية القوية ومتطلبات المراقبة الخاصة.
تكمل مستشعرات الألياف الضوئية مستشعرات حرارة المحولات التقليدية، ولا تستبدلها جميعاً تلقائياً. ويتوقف الخيار على ما يتطلبه هدف المراقبة فعلياً.
أي طريقة لقياس الحرارة ينبغي اختيارها؟
إذا كانت الحاجة إلى حرارة الزيت، فينبغي استخدام طريقة مناسبة لقياسها. وإذا كان تقدير حرارة الملفات بالطريقة التقليدية كافياً، فقد يناسب ذلك WTI أو نموذج حراري. أما إذا لزم قياس الحرارة الفعلية عند نقطة داخلية مختارة في الملفات، فقد يكون الاستشعار المدمج بالألياف الضوئية مناسباً.
في التحكم التقليدي بحرارة ملفات المحوّلات الجافة، تُستخدم حساسات PT100/RTD مع وحدة تحكم حرارية على نطاق واسع. وعند الحاجة إلى العزل الكهربائي أو القياس البصري المباشر، يمكن النظر في استشعار الحرارة بالألياف الضوئية إلى جانب الحساسات التقليدية أو بدلًا منها.
مراقبة حرارة المحولات الزيتية والجافة بحسب التطبيق
| المتطلب | محوّل مغمور بالزيت | محوّل جاف |
|---|---|---|
| حرارة الزيت | مهم | لا ينطبق |
| درجة حرارة الملفات | مهم | هدف المراقبة الأساسي |
| النقطة الساخنة المقدرة | ممكنة عادةً عبر WTI أو نموذج حراري | بحسب تصميم المراقبة |
| قياس مباشر لحرارة الملف عند نقطة محددة | مجسّ بصري مدمج | مستشعر ضوئي أو مستشعر تلامسي مناسب |
| المستشعر التقليدي الشائع | مؤشر الزيت أو WTI | PT100 / كاشف مقاومة حرارية (RTD) |
| القياس بالألياف الضوئية | مفيد للنقاط الداخلية المباشرة | مفيد للقياس المعزول للملفات |
| مراقبة متعددة القنوات | نعم | نعم |
ما المعلومات اللازمة لاختيار طريقة مراقبة حرارة المحول؟
- نوع المحول
- مغمور بالزيت أو جاف
- تصنيف المحول
- عدد الأطوار
- بنية الملفات
- نقاط الحرارة المطلوب قياسها
- متطلبات حرارة الزيت
- متطلبات حرارة الملفات
- قياس مباشر أم تقديري
- عدد نقاط الاستشعار
- طول الليف
- القنوات المطلوبة
- موضع جهاز المراقبة
- وظائف الإنذار المطلوبة
- واجهة الاتصال المطلوبة
- متطلبات التكامل مع PLC / SCADA
مفاهيم خاطئة شائعة عن قياس حرارة المحولات
حرارة الزيت وحرارة الملفات متطابقتان. إنها تمثل مواقع حرارية مختلفة، وقد تختلف حرارة موصل الملف عن حرارة الزيت المحيط.
يقيس WTI موصل الملف مباشرةً. يعرض WTI عادةً حرارة ملفات محاكاة أو تقديرية وفق تصميمه، لا قراءة مباشرة للموصل.
تستخدم المحولات الجافة مستشعر حرارة واحداً فقط. تعتمد كمية الحساسات على عدد الأطوار ونقاط القياس المطلوبة.
يقيس مسبار الألياف الضوئية الملف كله. يقيس المجس النقطي حرارة موضع محدد واحد، لا الملف بأكمله.
تستخدم المحولات الزيتية والجافة ترتيب المستشعرات نفسه. تختلف أنظمة التبريد والعزل وأهداف القياس، ولذلك يختلف ترتيب المستشعرات تبعاً لذلك.