Los detectores e indicadores de temperatura de devanados se utilizan en transformadores, motores y generadores, pero el término no describe una única construcción. Según el equipo, pueden emplearse RTD integrados, un WTI con imagen térmica o sondas de fibra óptica en posiciones seleccionadas. Cada solución mide o estima una magnitud diferente, por lo que la lectura debe interpretarse según su principio.
Dependiendo de la aplicación, la temperatura del devanado puede medirse directamente en un punto físico o estimarse indirectamente a partir de otras cantidades térmicas y eléctricas. Por lo tanto, la lectura debe identificarse como una temperatura puntual medida o como una estimación.
¿Qué es un detector de temperatura de devanado?
Los devanados generan calor debido a pérdidas eléctricas. La corriente que fluye a través de los conductores produce un calentamiento resistivo y el calor tiene que ser disipado por el sistema de refrigeración del equipo. El monitoreo de temperatura se utiliza para observar la condición térmica resultante del devanado.
Un detector de temperatura de devanado es el dispositivo de detección o monitoreo que proporciona esta información. En la práctica, puede ser un sensor integrado, un dispositivo de indicación de temperatura, un dispositivo de simulación térmica o una sonda óptica directa. "Detector" no significa necesariamente el mismo hardware en todas las aplicaciones, y una especificación que lo solicite debe leerse junto con el tipo de equipo y el objetivo de medición.
Detector de temperatura del devanado frente a sensor frente a indicador
Los tres términos se utilizan a menudo como si fueran intercambiables. Describen diferentes niveles de la cadena de medición.
Detector de temperatura del devanado
Este es el término más amplio. Se refiere a un dispositivo de detección o monitoreo utilizado para detectar, obtener o determinar la temperatura del devanado. La disposición puede consistir en un elemento sensor y un instrumento, o en un dispositivo que calcula el valor a partir de otras entradas.
Sensor de temperatura del devanado
Un sensor de temperatura del devanado generalmente significa el elemento sensor real. Los ejemplos incluyen un RTD, un termistor, un termopar o una sonda de fibra óptica. El sensor produce una señal que depende de la temperatura en su ubicación.
Indicador de temperatura del devanado
Un indicador de temperatura de devanado es normalmente un instrumento que muestra, simula, calcula o procesa un valor de temperatura de devanado. En los transformadores sumergidos en aceite, un WTI comúnmente utiliza la temperatura superior del aceite junto con un efecto de calentamiento relacionado con la carga o una simulación térmica para representar la temperatura del devanado. No es correcto suponer que un sensor WTI siempre esté instalado directamente en el devanado.
Algunos indicadores también proporcionan salidas de alarma o control, por lo que un indicador no es solo una pantalla. Las salidas de alarma y control dependen del indicador seleccionado.
¿Por qué se controla la temperatura del devanado?
La temperatura del devanado está influenciada por la carga eléctrica, las pérdidas, el rendimiento de enfriamiento, las condiciones ambientales y las condiciones térmicas locales dentro del equipo. Su seguimiento proporciona información sobre cómo se combinan estos factores durante el funcionamiento.
La información se puede utilizar para observar el estrés térmico del aislamiento, detectar tendencias de sobrecalentamiento, comprobar el rendimiento de la refrigeración y comprender el comportamiento de la carga. Una lectura de temperatura no es un veredicto por sí sola. Los valores y configuraciones de alarma aceptables dependen del diseño del equipo, el sistema de aislamiento y las especificaciones aplicables, por lo que deben provenir de la documentación del equipo y no de cifras generales.
Detectores de temperatura de devanado RTD
RTD significa detector de temperatura de resistencia. Las designaciones comunes como Pt100 y PT1000 se refieren a la resistencia nominal del elemento a una temperatura de referencia. Un RTD mide la temperatura mediante un cambio predecible de resistencia eléctrica, que el instrumento conectado convierte en un valor de temperatura.
Cuando un RTD está integrado o instalado en una ubicación de bobinado, mide la temperatura cerca de esa ubicación. Los sensores de temperatura de devanado RTD son comunes en los devanados del estator de motores y en los devanados del estator de generadores, y también se utilizan en equipos eléctricos de tipo seco y disposiciones de transformadores seleccionadas. No se utilizan en todos los devanados de los transformadores y no se debe suponer que un transformador determinado tenga uno.
Ventajas y consideraciones de selección
Los RTD ofrecen varias ventajas prácticas:
- Medición directa en el lugar de instalación
- Una tecnología industrial consolidada
- Aptitud para monitoreo continuo
- Fácil integración con muchos instrumentos convencionales
Las consideraciones de selección se derivan del hecho de que el sensor es eléctrico. Un RTD necesita cableado conductor, por lo que se deben considerar el aislamiento eléctrico, el enrutamiento de los cables, el espacio de instalación y el entorno electromagnético. En aplicaciones de alto voltaje, los requisitos de cableado y aislamiento eléctrico deben manejarse con cuidado. Esto no descarta los RTD, y muchas máquinas de alto voltaje los utilizan con éxito.
Indicador de temperatura del devanado del transformador (WTI)
En disposiciones WTI tradicionales o comunes para transformadores sumergidos en aceite, el sensor generalmente no se coloca en el devanado del conductor. El dispositivo mide la temperatura superior del aceite y agrega una simulación térmica dependiente de la carga, a menudo derivada de la corriente de carga, para representar la temperatura del devanado o el comportamiento del punto caliente del devanado.
No todos los WTI se construyen de la misma manera y los detalles difieren entre los fabricantes y los diseños de transformadores. Sin embargo, el principio general es que el valor mostrado es una representación calculada o simulada basada en entradas medidas y suposiciones del modelo. Este es un enfoque legítimo y ampliamente utilizado, y es muy adecuado para funciones de indicación, alarma y control de enfriamiento en transformadores que no tienen sensores de devanado internos.
¿Un WTI mide directamente la temperatura del devanado del transformador?
No necesariamente. Las disposiciones tradicionales de transformadores WTI generalmente proporcionan una temperatura de devanado indirecta o simulada basada en la temperatura superior del aceite y la carga del transformador. El resultado es una indicación térmica útil, pero no es una lectura de un sensor en el conductor del devanado.
Una comparación completa de los dos enfoques está disponible en nuestro artículo sobre transformador WTI vs sensor de temperatura de fibra óptica , por lo que no se repite aquí.
Detectores de temperatura de devanados de fibra óptica
La tecnología de INNO es una detección de temperatura de fibra óptica puntual basada en fluorescencia. Se instala una sonda con su punta sensora en una ubicación de bobinado seleccionada y la temperatura se mide en esa punta. Una fibra óptica transporta las señales ópticas de excitación y retorno entre el punto de detección y un instrumento compatible, que convierte la señal en un valor de temperatura.
Para transformadores sumergidos en aceite, un sensor de temperatura de devanado de fibra óptica permite la medición directa de temperatura en posiciones de devanado seleccionadas cuando la sonda se integra en el transformador durante la fabricación.
Límites de detección de puntos
El principio de medición establece límites claros que deben entenderse en la etapa de especificación:
- Una sonda corresponde a un punto de medición físico definido.
- Múltiples sondas proporcionan múltiples puntos de temperatura de devanado independientes.
- La fibra transporta la señal pero no mide la temperatura en toda su longitud. Esta es una detección puntual, no una detección de temperatura distribuida.
- Una sonda no monitorea todo el devanado.
- El sistema no localiza automáticamente puntos calientes desconocidos. Cuando los puntos calientes son de interés, las sondas se colocan en ubicaciones de devanado térmicamente críticas seleccionadas o previamente identificadas.
Características de las Sondas de Fibra Óptica
- Medición puntual directa en la punta sensora
- Aislamiento eléctrico de la ruta de detección óptica
- Alta resistencia a interferencias electromagnéticas
- Geometría de sonda de detección pequeña
- Monitorización multipunto mediante varias sondas independientes
Estas son características del método de detección. Que una sonda se adapte a un devanado particular depende del diseño, de los lugares de medición accesibles y de la forma en que se puede encaminar la fibra fuera del equipo.
RTD vs WTI vs Detección de temperatura del devanado de fibra óptica
La tabla compara los tres enfoques según cómo funcionan y dónde se usan comúnmente. Es una comparación neutral y cada entrada refleja características generales que varían según el producto y la instalación específicos.
| Método | Principio de medición | Directo o Indirecto | Aplicación típica | Señal eléctrica en el punto de medición | Consideración de selección principal |
|---|---|---|---|---|---|
| RTD | La resistencia eléctrica cambia con la temperatura | Directo, en la ubicación de instalación | Devanados del estator de motores y generadores, equipos de tipo seco, disposiciones de transformadores seleccionadas | Sí, el cableado conductor llega hasta el elemento sensor | Cableado, aislamiento y guiado en el entorno eléctrico |
| Transformador WTI | Temperatura superior del aceite más simulación térmica relacionada con la carga | Indirecto, calculado o simulado | Disposiciones de indicación, alarma y control de transformadores sumergidos en aceite | No aplicable, ya que en las disposiciones tradicionales no se coloca ningún sensor en el conductor del devanado | Si la indicación calculada es suficiente o si se requieren datos medidos en el devanado |
| Sensor de punto de fibra óptica | Señal óptica de la punta de detección, como el comportamiento de fluorescencia | Directo, en la ubicación de la punta sensora | Devanados de transformador, motor y generador, incluidas condiciones de alto voltaje o campo fuerte | No, la ruta de la señal en el punto de medición es óptica | Colocación de sondas, enrutamiento de fibra y canales de instrumentos compatibles |
Detección de temperatura de devanado directa versus indirecta
En la medición directa, un sensor mide físicamente la temperatura en una ubicación seleccionada. Un RTD instalado en un punto elegido y una sonda de fibra óptica instalada en un punto elegido son ejemplos. La lectura describe ese punto.
En la determinación indirecta, la temperatura del devanado se deriva de otras cantidades como la temperatura superior del aceite, la corriente de carga, un modelo térmico o una simulación térmica. Un transformador tradicional WTI es el ejemplo estándar. La lectura describe la condición del devanado calculada, según el modelo.
Directo no significa automáticamente más apropiado en cada aplicación. Los métodos indirectos son simples, establecidos y disponibles sin acceso interno al devanado, y los métodos directos proporcionan datos medidos en ubicaciones elegidas. Sirven para diferentes propósitos de ingeniería y la elección depende de lo que el proyecto necesita saber. La temperatura del devanado también se puede evaluar como un valor absoluto o como un aumento de temperatura en relación con una referencia apropiada, como se explica en nuestro artículo sobre aumento de temperatura del transformador .
Detectores de temperatura de devanados en transformadores
En los transformadores sumergidos en aceite, el acceso al devanado interno después de la fabricación es difícil. Por lo tanto, normalmente es necesario planificar las sondas internas directas durante el diseño y la fabricación. Los dispositivos WTI y las mediciones del petróleo superior se utilizan ampliamente como dispositivos de monitoreo externo, porque no requieren acceso al devanado.
Cuando las sondas de fibra óptica están integradas en el transformador, pueden proporcionar mediciones directas en posiciones de devanado seleccionadas. La temperatura sostenida del devanado y del punto caliente contribuye al estrés térmico en el aislamiento, una relación que se aborda en nuestro artículo sobre el envejecimiento del transformador .
Para conocer la gama de métodos de medición disponibles en transformadores, consulte nuestra página sobre monitoreo de temperatura del transformador . Los métodos individuales, incluida la forma en que se aplica cada uno, se comparan en el artículo sobre cómo se mide la temperatura del devanado del transformador .
Detectores de temperatura de devanados en motores y generadores
Los motores y generadores comúnmente monitorean la temperatura del devanado del estator en ubicaciones integradas seleccionadas. La temperatura de los rodamientos se controla por separado y tiene un propósito diferente. No deben confundirse ambos, ya que la temperatura del cojinete no describe la condición del devanado.
Los RTD se utilizan ampliamente para monitorear el devanado del estator en motores y generadores. Se pueden considerar sensores de fibra óptica cuando el aislamiento eléctrico, un entorno electromagnético fuerte, condiciones de alto voltaje o condiciones de prueba especiales hagan que la detección óptica sea útil. En ese caso, se instala una sonda de temperatura de fibra óptica de devanado del motor con su punta sensora en la ubicación de devanado seleccionada.
Esta sección describe cómo se implementa la detección de temperatura del devanado en motores y generadores. No compara en detalle todos los tipos de sensores de motor, ya que esa es una pregunta aparte. Para conocer el contexto de aplicación más amplio, consulte monitoreo de temperatura del motor y generador .
Indicador de temperatura del devanado frente a detector de temperatura del devanado
Los usuarios que buscan un término a menudo se refieren al otro. Un detector es el término más amplio y puede referirse al método de detección o detección real, ya sea un sensor en una ubicación física o un cálculo a partir de otras cantidades. Un indicador generalmente enfatiza la visualización, indicación, procesamiento o simulación de un valor de temperatura del devanado.
En transformadores, WTI tiene un contexto industrial específico y generalmente se refiere a la disposición basada en aceite y carga descrita anteriormente. No todos los indicadores de temperatura del devanado son sólo una visualización, ya que algunos incluyen funciones de alarma o control. Los resultados específicos dependen del producto y no se tratan aquí.
¿Dónde está instalado un detector de temperatura de devanado?
Devanados del transformador
Las sondas directas necesitan ubicaciones físicas seleccionadas dentro del devanado. Estas ubicaciones se acuerdan durante el diseño y la fabricación, cuando el devanado es accesible. Una sonda informa la temperatura en su propia posición y no en otra.
Devanados del estator de motores y generadores
Los sensores integrados se pueden posicionar mientras se realiza el bobinado. Las posiciones dependen del diseño de la máquina y del objetivo de seguimiento.
Disposiciones Externas o Indirectas
Un WTI o un arreglo de aceite superior no puede involucrar ningún sensor incrustado en el devanado. La medición se realiza en el aceite y de él se deriva el valor del devanado. Las posiciones exactas, los números de capas o las distancias no están fijados por ninguna regla general y deben provenir de los datos de ingeniería y diseño del equipo.
Monitoreo de múltiples puntos de temperatura de devanado
Si es necesario monitorear varias ubicaciones físicas independientes, se necesitan varios puntos de detección. Para la detección de puntos de fibra óptica de fluorescencia, un punto corresponde a una sonda y un canal activo compatible en el instrumento.
Como ejemplo, tres puntos independientes normalmente necesitarían tres sondas y al menos tres canales activos compatibles. Esto es sólo una ilustración y no una regla de diseño universal. El número de puntos depende del equipo y del objetivo de seguimiento. Varias sondas proporcionan varias mediciones puntuales independientes y no forman un perfil de temperatura distribuido.
Cómo elegir un detector de temperatura de devanado
Trabajar en los siguientes puntos en orden ayuda a reducir las opciones:
- Tipo de equipo: transformador, motor o generador.
- Objetivo de medición: para qué se utilizarán los datos de temperatura.
- Medición directa o indicación: si se necesitan datos medidos en el devanado o si es suficiente una indicación calculada.
- Rango de temperatura esperado: confirmado con la documentación del sensor o del instrumento.
- Entorno de tensión eléctrica: las demandas de aislamiento y aislamiento en el punto de medida.
- Entorno electromagnético: el efecto de campos fuertes en el cableado y las señales.
- Número de puntos de medición: cada ubicación independiente necesita su propio sensor.
- Acceso a la instalación: si se puede acceder al devanado durante la fabricación o el mantenimiento.
- Espacio disponible: el espacio para el sensor en el punto previsto.
- Cableado o enrutamiento de fibra: cómo sale la conexión del equipo.
- Canales de monitoreo requeridos: suficientes canales compatibles para todos los puntos.
- Requisitos de integración: la interfaz del sistema de monitoreo o control existente.
- Equipo nuevo o retrofit: cuál de los dos aplica.
Equipo nuevo versus instalación de actualización
En un nuevo transformador, motor o generador, se pueden planificar sensores integrados durante la fabricación. Los puntos de medición se pueden acordar con el diseñador, los sensores se pueden colocar mientras el devanado es accesible y el enrutamiento de cables o fibras se puede integrar en la construcción.
En equipos existentes, el acceso al devanado interno puede estar restringido. No se puede suponer que siempre se puedan reequipar sensores de fibra óptica internos directos. La viabilidad depende del acceso físico, el diseño de los equipos y el alcance del mantenimiento, y cada caso necesita una revisión de ingeniería.
Límites de una lectura de temperatura del devanado
"Un WTI siempre mide el devanado directamente".
No necesariamente. Las disposiciones tradicionales de transformadores WTI comúnmente derivan el valor del devanado a partir de la temperatura y la carga del aceite superior, por lo que el resultado se calcula o simula y no se lee desde un sensor en el conductor.
"Un detector mide todo el devanado".
Los sensores puntuales miden solo las ubicaciones donde están instalados. La cobertura de un devanado requiere suficientes sensores en posiciones adecuadas.
"La temperatura superior del aceite es la temperatura del devanado".
Son cantidades de medida diferentes. Bajo carga, el devanado generalmente está más caliente que el aceite que lo rodea y la diferencia cambia con la carga y el enfriamiento.
"Múltiples sondas de fibra óptica son DTS".
No lo son. Varias sondas todavía proporcionan varias mediciones puntuales independientes y no se produce ningún perfil continuo a lo largo de la fibra.
"La misma disposición de detectores se adapta a todos los transformadores y motores".
El diseño del equipo y el objetivo de medición difieren entre aplicaciones, por lo que se debe elegir la disposición para cada caso.
Conclusión
Un detector de temperatura de devanados no es una tecnología de sensor único. Dependiendo del equipo, la temperatura del devanado puede medirse directamente mediante RTD o sondas de fibra óptica, o representarse indirectamente mediante dispositivos como un transformador WTI.
Los RTD son una forma establecida de detección eléctrica directa en ubicaciones instaladas. Un WTI es un enfoque de simulación e indicación térmica orientado a transformadores. Los sensores de fibra óptica proporcionan medición puntual directa a través de una ruta de detección ópticamente aislada. Ninguno de los tres es mejor en todos los casos.
El método apropiado depende del equipo, el punto de medición, el entorno eléctrico y si el proyecto requiere datos de temperatura directos o indicación térmica indirecta.
Si su proyecto requiere medición directa de la temperatura del devanado, INNO puede ayudarlo a revisar las ubicaciones de detección, la configuración de las sondas, el enrutamiento de la fibra y los requisitos del canal.
Discuta su proyecto de monitoreo de temperatura del devanado