Las sondas de fibra óptica se instalan en posiciones del devanado donde se esperan temperaturas elevadas o puntos calientes locales. Las ubicaciones dependen de la geometría, la refrigeración, la distribución de corriente, el aislamiento y el diseño térmico del transformador. No existe una posición universal. El montaje debe coordinarse con los requisitos mecánicos y eléctricos y con la salida de las fibras.
Para transformadores sumergidos en aceite, las sondas de fibra óptica comúnmente se incrustan o colocan dentro de la estructura del devanado durante la fabricación del transformador, cerca del conductor seleccionado o de ubicaciones de puntos calientes del devanado. Para transformadores de tipo seco, las sondas se pueden colocar en ubicaciones de devanado seleccionadas o dentro de estructuras de devanado accesibles, según la construcción del transformador.
En la detección de temperatura de fibra óptica puntual basada en fluorescencia, una sola sonda mide un punto de temperatura definido y la fibra óptica transporta la señal desde el devanado hasta un instrumento de monitoreo. La ubicación nunca es una posición fija y universal; la define el diseñador o fabricante del transformador según el diseño térmico y la estructura del devanado.
¿Dónde se suelen colocar los sensores de temperatura de fibra óptica en los devanados de los transformadores?
Las ubicaciones comunes de ubicación del sensor de temperatura del devanado del transformador pueden incluir regiones seleccionadas de puntos calientes del devanado, ubicaciones cercanas a conductores que se espera que operen a temperaturas más altas, regiones del devanado superior donde las condiciones térmicas pueden ser más severas en algunos diseños y posiciones seleccionadas del devanado medio o inferior donde se necesita verificación térmica. Los sensores también se pueden colocar en ubicaciones de devanados de alta tensión, ubicaciones de devanados de baja tensión o secciones de devanados específicas identificadas mediante cálculos térmicos o experiencia en diseño.
En muchos diseños de transformadores, las regiones de devanado más altas pueden ser importantes debido a la interacción entre las pérdidas, el flujo de aceite y el enfriamiento, pero la ubicación real del punto caliente varía según el diseño de devanado y enfriamiento. No existe una posición única que se aplique a cada transformador, por lo que la ubicación siempre debe basarse en el diseño térmico específico en lugar de una regla genérica.
¿Por qué el sensor generalmente se coloca cerca de un punto caliente sinuoso?
Uno de los valores principales de la medición directa de la temperatura del devanado es que captura la temperatura física real en una región de punto caliente prevista seleccionada, en lugar de un valor estimado. La ubicación del punto caliente del devanado está influenciada por la densidad de corriente, las pérdidas del conductor, las pérdidas parásitas, la efectividad del enfriamiento, la circulación del aceite, la geometría del devanado y la estructura del aislamiento.
Debido a esto, la ubicación del sensor debe representar un punto de medición térmica significativo, no simplemente una ubicación de fácil acceso. La selección de un punto de detección que corresponda al comportamiento térmico esperado del transformador es lo que hace que la medición sea útil para monitorear los puntos calientes del devanado.
¿Los sensores siempre están instalados en la parte superior del devanado?
No. En algunos diseños de transformadores, la región del devanado superior puede ser un área de temperatura importante, pero la ubicación del punto caliente no está fijada universalmente en la parte superior del devanado. La ubicación real depende del tipo de devanado, flujo de aceite, conductos de refrigeración, disposición de los conductores, distribución de carga y método de refrigeración del transformador.
Por lo tanto, algunos fabricantes de transformadores colocan sondas en varias alturas de devanado en lugar de depender de un único punto de medición del devanado superior, lo que permite observar la distribución de temperatura a lo largo del devanado en lugar de suponerla.
¿Deben instalarse sensores en el devanado de alta tensión, en el devanado de baja tensión o en ambos?
Depende del diseño del transformador y de los objetivos de monitoreo. Un sistema de monitoreo puede cubrir el devanado de AT, el devanado de BT, ambos devanados, fases seleccionadas o secciones de devanado seleccionadas, dependiendo del comportamiento térmico calculado, la corriente del devanado, la geometría del conductor, las condiciones de enfriamiento, la clasificación del transformador y el objetivo de monitoreo.
No existe una regla general que indique que el devanado de alta tensión o el devanado de baja tensión siempre estén más calientes; esto varía según el diseño del transformador y la decisión debe seguir el análisis térmico específico para esa unidad.
¿Por qué se utilizan múltiples posiciones de sensor?
Un solo punto de temperatura no puede representar la condición de un devanado completo. Se utilizan múltiples puntos de detección para cubrir diferentes fases, diferentes alturas de devanado, ubicaciones de devanado de alta y baja tensión, diferentes zonas térmicas y ubicaciones de puntos calientes seleccionados identificados durante el diseño del transformador.
Esta es la base del monitoreo de temperatura multipunto, donde cada sonda de fibra óptica puntual normalmente corresponde a un canal de medición en el instrumento de monitoreo de temperatura multicanal , lo que permite observar varias ubicaciones de devanado al mismo tiempo.
Ubicaciones típicas de sensores de fibra óptica en un transformador
| Área de medición | Por qué se puede monitorear | Consideración de selección |
|---|---|---|
| Región de bobinado superior | Posible región de alta temperatura en algunos diseños | Diseño de refrigeración y bobinado |
| Región de bobinado medio | Verificación del perfil de temperatura | Geometría del devanado y flujo de aceite |
| Región de bobinado inferior | Monitoreo de distribución térmica | Ruta de enfriamiento y estructura de bobinado |
| Bobinado de alta tensión | Punto de monitoreo eléctrico/térmico seleccionado | Diseño térmico del transformador |
| Devanado BT | Punto de monitoreo térmico seleccionado | Construcción actual y devanado |
| Diferentes Fases | Comparar comportamiento de temperatura de fase | Disposición de fases del transformador |
| Múltiples secciones de bobinado | Construya un perfil térmico más completo | Canales de monitoreo disponibles |
Estas son posibles ubicaciones de medición, no posiciones obligatorias de los sensores para cada transformador.
¿Dónde está colocada la punta de la sonda?
La punta sensora generalmente debe colocarse cerca de la ubicación de medición del devanado seleccionada. Dependiendo del diseño del transformador, esto puede ser entre conductores de devanado y estructuras de aislamiento, dentro de un espaciador o canal de sensor designado, adyacente a un conductor seleccionado o dentro de una ubicación de medición de devanado diseñada.
Las distancias de montaje específicas, los métodos de prensado y las distancias de aislamiento las determina el fabricante del transformador como parte del diseño del devanado. La fibra óptica en sí se aleja del punto de detección a través de una ruta protegida diseñada para la estructura de bobinado, que se analiza con más detalle en cómo elegir la longitud de fibra adecuada para un sensor de temperatura de fibra óptica .
¿Cuándo se instalan sensores de fibra óptica en los devanados de los transformadores?
Para aplicaciones de devanado de transformadores sumergidos en aceite, las sondas generalmente se integran durante la fabricación del transformador o el montaje del devanado. Una vez que se completa el devanado, se ensambla el aislamiento y se cierra el tanque, el acceso al devanado interno es extremadamente limitado.
Debido a esto, las ubicaciones de los sensores y el enrutamiento de la fibra normalmente se planifican durante la etapa de diseño y fabricación del transformador, en lugar de decidirse más adelante en el sitio.
¿Se pueden agregar sensores de fibra óptica a un transformador existente?
Esto depende de lo que se esté midiendo. Para la medición de la temperatura del devanado interno, los sensores generalmente no se pueden agregar simplemente al devanado de un transformador sumergido en aceite ya terminado, porque la colocación del sensor del devanado interno requiere acceso físico a la estructura del devanado durante el ensamblaje.
El monitoreo del transformador de modernización, por otro lado, puede cubrir puntos de temperatura accesibles, como el aceite superior u otras temperaturas accesibles del equipo. El monitoreo de modernización de puntos accesibles no debe confundirse con la detección integrada de devanados internos, que está planificada en la etapa de fabricación.
Colocación de sensores en transformadores sumergidos en aceite
En transformadores sumergidos en aceite, la sonda de detección debe colocarse en ubicaciones seleccionadas durante el diseño térmico del transformador, teniendo en cuenta los conductos de enfriamiento del devanado y el flujo de aceite, mientras que la fibra óptica se enruta hacia un pasamuros adecuado del transformador y luego al instrumento de monitoreo externo.
Este enfoque para la medición directa de la temperatura del devanado se describe con más detalle en cómo se mide la temperatura del devanado del transformador , y la aplicación general se cubre en la página monitoreo de temperatura del transformador .
Ubicación del sensor en transformadores tipo seco
Los transformadores de tipo seco no son idénticos a los transformadores sumergidos en aceite en términos de ubicación del sensor. Dependiendo de la estructura del transformador, las sondas pueden ubicarse en un devanado de fase, en la superficie de la bobina, dentro de una región de devanado interno, en un conductor o sección de devanado seleccionado, o cerca de la posición del controlador de temperatura.
Las sondas de fibra óptica se pueden colocar en ubicaciones de bobinado seleccionadas donde la detección óptica directa, el aislamiento eléctrico o la resistencia a la interferencia electromagnética son útiles. Los sensores Pt100 se usan comúnmente en muchos sistemas de control de temperatura de transformadores de tipo seco, mientras que los sensores de fibra óptica se pueden considerar cuando se requiere detección óptica directa, aislamiento eléctrico o condiciones especiales de medición de alto voltaje.
¿Cuántos sensores de fibra óptica se necesitan en los devanados de los transformadores?
La cantidad de sensores requerida depende de la cantidad de fases, la cantidad de devanados que se están monitoreando, la cantidad de alturas de devanado de interés, el objetivo de monitoreo, el tamaño del transformador, el diseño térmico y los canales de monitoreo disponibles.
Los sistemas de fibra óptica con transformadores sumergidos en aceite a menudo usan configuraciones multicanal, como 6, 8, 9, 12 o 16 canales, mientras que el monitoreo de fibra óptica con transformadores de tipo seco puede usar comúnmente 3, 4, 6 o 7 canales. Estas son configuraciones comunes del sistema, no recuentos de sondas obligatorios: el recuento real del sensor debe coincidir con los puntos de medición reales definidos para el transformador específico.
¿Cada sensor necesita su propio canal de monitoreo?
Sí. En un sistema puntual de monitoreo de temperatura de fibra óptica, cada sonda de detección activa normalmente usa un canal de medición. Por ejemplo, seis puntos de medición de devanados seleccionados requieren seis canales de sensores activos en el instrumento de monitoreo.
Si se espera una expansión futura, se puede seleccionar de antemano un instrumento de monitoreo con mayor capacidad de canal. La planificación de canales se trata con más detalle en cuántos canales necesita para el monitoreo de temperatura de fibra óptica .
¿Cómo afecta el diseño del transformador a la ubicación del sensor?
La ubicación del sensor está directamente influenciada por varios aspectos del diseño del transformador, que incluyen:
- Geometría del devanado
- Construcción de bobinado de disco, capa o lámina
- Conductos de refrigeración y dirección del flujo de aceite
- Diseño de aislamiento
- Disposición de los conductores
- Ubicación del devanado AT / BT
- Disposición de fases
- Distribución térmica esperada
La ubicación del sensor debe seguir el diseño térmico del transformador en lugar de un diagrama de ubicación genérico aplicado a cada unidad.
Medición directa de la temperatura del devanado frente a la temperatura estimada del devanado
| Método | Lo que representa | Uso típico |
|---|---|---|
| Sensor de fibra óptica integrado | Temperatura real en el punto de bobinado físico seleccionado | Monitoreo directo de temperatura del devanado |
| Indicador de temperatura del devanado | Temperatura de devanado calculada/simulada en función de la temperatura y la carga del aceite, según el diseño del sistema | Monitoreo tradicional de transformadores |
| Método de resistencia | Temperatura media del devanado | Pruebas de transformadores |
| Sensor de temperatura del aceite | Temperatura del aceite del transformador | Monitoreo térmico de aceite |
Una sonda de fibra óptica mide la temperatura en el punto de detección exacto seleccionado. No representa una temperatura promedio de todo el devanado y no informa automáticamente la temperatura máxima en todas partes del devanado.
¿Qué hace que un buen punto de medición de la temperatura del devanado?
Un buen punto de medición de la temperatura del devanado debe representar una ubicación de devanado importante desde el punto de vista térmico, corresponder al análisis térmico del transformador o la experiencia de diseño, ser mecánicamente adecuado para la integración del sensor, permitir el enrutamiento de fibra protegido y proporcionar información de temperatura útil para el monitoreo continuo.
Límites de colocación y cobertura
1. Suponiendo que cada transformador tiene la misma ubicación de punto caliente. La posición del punto caliente varía según el diseño de bobinado y enfriamiento, por lo que no debe copiarse de otro proyecto.
2. Colocar el sensor solo donde la instalación sea más fácil. Una ubicación conveniente no siempre representa un punto térmicamente significativo.
3. Usar un punto de medición para representar cada devanado y fase. Un solo sensor no puede describir el estado de todo el transformador.
4. Selección de ubicaciones de sondas sin considerar el enrutamiento de fibra. El punto de detección también debe permitir un camino práctico y protegido hacia el paso.
5. Elección de la cantidad del sensor antes de definir los puntos de medición del devanado requeridos. El recuento de canales debe seguir el plan de medición y no al revés.
¿Qué información se necesita antes de seleccionar las posiciones del sensor?
- Tipo de transformador
- Inmerso en aceite o tipo seco
- Clasificación del transformador
- Número de fases
- Estructura de bobinado AT / BT
- Construcción del devanado
- Región de punto caliente esperada
- Número de puntos de medición
- Alturas de medición
- Cantidad de sondas
- Enrutamiento de fibra
- Longitud de fibra
- Ubicación del paso
- Ubicación del instrumento de monitoreo
- Cantidad de canales requerida
- Salida de comunicación requerida