Le sonde di temperatura a fibra ottica vengono normalmente collocate in punti selezionati dell’avvolgimento, dove si prevede la temperatura di esercizio più elevata o un punto caldo. La posizione precisa dipende da progetto e geometria dell’avvolgimento, raffreddamento, distribuzione della corrente nei conduttori, isolamento e caratteristiche termiche del trasformatore.
Nei trasformatori in olio, le sonde sono spesso integrate o posizionate nella struttura dell’avvolgimento durante la produzione, in prossimità dei punti caldi individuati. Nei trasformatori a secco possono essere collocate in punti selezionati o in zone accessibili, secondo la costruzione dell’apparecchiatura.
Nella misura puntuale fluorescente a fibra ottica, ogni sonda rileva la temperatura in un punto definito e la fibra trasporta il segnale dall’avvolgimento allo strumento di monitoraggio. Non esiste una posizione universale: la definiscono il progettista o il costruttore in base alla struttura e al progetto termico del trasformatore.
Dove si collocano in genere le sonde negli avvolgimenti dei trasformatori?
I punti di misura possibili comprendono zone dell’avvolgimento in cui si prevede un punto caldo, aree vicine a conduttori soggetti a temperature maggiori, la parte superiore in alcuni progetti e punti intermedi o inferiori utili a verificare il profilo termico. In base ai calcoli e all’esperienza di progetto, le sonde possono trovarsi nell’avvolgimento AT, in quello BT o in specifiche sezioni.
In alcuni trasformatori le zone superiori meritano attenzione per l’interazione tra perdite, circolazione dell’olio e raffreddamento. La posizione effettiva del punto caldo, tuttavia, varia secondo il progetto dell’avvolgimento e del sistema di raffreddamento. La scelta va quindi riferita al singolo trasformatore, non a una regola generica.
Perché la sonda viene collocata vicino a un punto caldo dell’avvolgimento?
La misura diretta dell’avvolgimento rileva la temperatura fisica nel punto caldo previsto, invece di ricavarla soltanto da una stima. La posizione è influenzata da densità di corrente, perdite nei conduttori e disperse, efficacia del raffreddamento, circolazione dell’olio, geometria dell’avvolgimento e isolamento.
Per questo il punto di misura dovrebbe rappresentare una condizione termica significativa, non essere scelto soltanto perché è facile da raggiungere. La misura è utile quando la posizione della sonda corrisponde al comportamento termico previsto per quel trasformatore.
Le sonde si installano sempre nella parte superiore dell’avvolgimento?
No. La zona superiore può essere importante in alcuni progetti, ma il punto caldo non si trova sempre in cima all’avvolgimento. La sua posizione dipende da tipo di avvolgimento, flusso dell’olio, canali di raffreddamento, disposizione dei conduttori, distribuzione del carico e sistema di raffreddamento.
Per questo alcuni costruttori collocano le sonde a più altezze dell’avvolgimento, anziché affidarsi a un solo punto superiore. In questo modo possono osservare la distribuzione della temperatura invece di presumerla.
Le sonde vanno installate nell’avvolgimento AT, in quello BT o in entrambi?
La scelta dipende dal progetto del trasformatore e dagli obiettivi del monitoraggio. Il sistema può controllare l’avvolgimento AT, quello BT, entrambi, fasi selezionate o sezioni specifiche, in base al comportamento termico calcolato, alla corrente, alla geometria dei conduttori, al raffreddamento, alla potenza nominale e allo scopo della misura.
Non esiste una regola generale per cui l’avvolgimento AT o quello BT sia sempre più caldo. La condizione varia da un progetto all’altro e va valutata con l’analisi termica dell’unità specifica.
Perché si usano più posizioni di misura?
Un singolo punto non descrive le condizioni dell’intero avvolgimento. Più punti permettono di controllare fasi diverse, diverse altezze, zone AT e BT e punti caldi individuati durante la progettazione.
Questo è il principio del monitoraggio multipunto: ogni sonda puntuale a fibra ottica corrisponde normalmente a un canale di misura dello strumento di monitoraggio della temperatura multicanale, così è possibile osservare contemporaneamente più posizioni dell’avvolgimento.
Posizioni tipiche delle sonde a fibra ottica in un trasformatore
| Zona di misura | Motivo del monitoraggio | Criterio di scelta |
|---|---|---|
| Parte superiore dell’avvolgimento | Possibile zona calda in alcuni progetti | Progetto del raffreddamento e dell’avvolgimento |
| Parte centrale dell’avvolgimento | Verifica del profilo di temperatura | Geometria dell’avvolgimento e circolazione dell’olio |
| Parte inferiore dell’avvolgimento | Monitoraggio della distribuzione termica | Percorso di raffreddamento e struttura dell’avvolgimento |
| Avvolgimento AT | Punto selezionato per il monitoraggio elettrico o termico | Progetto termico del trasformatore |
| Avvolgimento BT | Punto selezionato per il monitoraggio termico | Corrente e costruzione dell’avvolgimento |
| Fasi diverse | Confronto del comportamento termico tra le fasi | Configurazione delle fasi del trasformatore |
| Più sezioni dell’avvolgimento | Definizione di un profilo termico più completo | Canali di monitoraggio disponibili |
Sono possibili punti di misura, non posizioni obbligatorie per ogni trasformatore.
Dove si posiziona la punta sensibile della sonda?
La punta sensibile viene collocata in prossimità del punto scelto sull’avvolgimento. In base alla costruzione del trasformatore, può trovarsi tra i conduttori e l’isolamento, in un distanziatore o in un canale predisposto, accanto a un conduttore selezionato oppure in un’altra sede progettata per la misura.
Distanze di montaggio, modalità di fissaggio e distanze di isolamento sono definite dal costruttore nell’ambito del progetto dell’avvolgimento. La fibra ottica viene instradata dalla zona sensibile lungo un percorso protetto, compatibile con la struttura; il tema è approfondito nella guida su come scegliere la lunghezza corretta della fibra per un sensore di temperatura a fibra ottica.
Quando si installano le sonde a fibra ottica negli avvolgimenti?
Nei trasformatori in olio le sonde per la misura dell’avvolgimento vengono in genere integrate durante la produzione o l’assemblaggio. Dopo il completamento dell’avvolgimento, l’installazione dell’isolamento e la chiusura del serbatoio, l’accesso interno è molto limitato.
Perciò le posizioni delle sonde e il percorso della fibra si pianificano normalmente in fase di progettazione e produzione del trasformatore, non dopo la sua installazione in campo.
È possibile aggiungere sonde a fibra ottica a un trasformatore esistente?
Dipende dal punto da misurare. In genere non è possibile aggiungere semplicemente sonde per la temperatura interna dell’avvolgimento a un trasformatore in olio già completato: per installarle serve accesso fisico alla struttura durante l’assemblaggio.
Un retrofit può invece monitorare punti accessibili, come la temperatura dell’olio superiore o altri punti dell’apparecchiatura. Il monitoraggio dei punti accessibili non va confuso con la misura interna dell’avvolgimento tramite sonde integrate in produzione.
Posizionamento delle sonde nei trasformatori in olio
Nei trasformatori in olio la sonda viene collocata nei punti definiti dal progetto termico, considerando i canali di raffreddamento dell’avvolgimento e la circolazione dell’olio. La fibra viene poi instradata verso un passante idoneo e lo strumento di monitoraggio esterno.
La misura diretta della temperatura dell’avvolgimento è descritta più nel dettaglio nella guida come si misura la temperatura dell’avvolgimento di un trasformatore, mentre l’applicazione complessiva è illustrata nella monitoraggio della temperatura dei trasformatori pagina.
Posizionamento delle sonde nei trasformatori a secco
Nei trasformatori a secco il posizionamento non è identico a quello dei modelli in olio. Secondo la struttura, le sonde possono essere collocate su una fase, sulla superficie della bobina, in una zona interna dell’avvolgimento, vicino a un conduttore o a una sezione specifica, oppure in prossimità del punto previsto per il regolatore di temperatura.
Le sonde a fibra ottica possono essere installate nei punti in cui sono utili la misura ottica diretta, l’isolamento elettrico o la resistenza alle interferenze elettromagnetiche. Nei sistemi di controllo dei trasformatori a secco si usano comunemente sensori PT100; la fibra ottica può essere valutata quando servono misura ottica diretta, isolamento o condizioni di misura particolari in alta tensione.
Quante sonde a fibra ottica servono negli avvolgimenti di un trasformatore?
La quantità dipende dal numero di fasi, dagli avvolgimenti da controllare, dalle altezze d’interesse, dall’obiettivo del monitoraggio, dalle dimensioni e dal progetto termico del trasformatore e dai canali disponibili.
Nei sistemi per trasformatori in olio si trovano configurazioni multicanale come 6, 8, 9, 12 o 16 canali; per i trasformatori a secco sono comuni configurazioni da 3, 4, 6 o 7 canali. Sono esempi di configurazione, non quantità obbligatorie: il numero di sonde deve corrispondere ai punti di misura richiesti per il singolo trasformatore.
Ogni sonda deve avere un proprio canale di monitoraggio?
Sì. In un sistema di misura puntuale a fibra ottica, ogni sonda attiva utilizza normalmente un canale. Per esempio, sei punti selezionati sull’avvolgimento richiedono sei canali attivi sullo strumento.
Se è prevista un’espansione futura, si può scegliere in anticipo uno strumento con maggiore capacità di canali. La pianificazione dei canali è approfondita nella guida quanti canali servono per il monitoraggio della temperatura a fibra ottica.
In che modo il progetto del trasformatore influisce sulla posizione delle sonde?
La posizione dipende direttamente da diversi aspetti costruttivi e termici, tra cui:
- Geometria dell’avvolgimento
- Costruzione a dischi, a strati o a lamina
- Canali di raffreddamento e direzione del flusso dell’olio
- Progetto dell’isolamento
- Disposizione dei conduttori
- Posizione degli avvolgimenti AT e BT
- Configurazione delle fasi
- Distribuzione termica prevista
Il posizionamento deve seguire il progetto termico del trasformatore, non uno schema generico applicato indistintamente a ogni unità.
Misura diretta della temperatura dell’avvolgimento e temperatura stimata a confronto
| Metodo | Che cosa rappresenta | Impiego tipico |
|---|---|---|
| Sonda a fibra ottica integrata | Temperatura effettiva nel punto fisico selezionato dell’avvolgimento | Monitoraggio diretto della temperatura dell’avvolgimento |
| Indicatore della temperatura dell’avvolgimento | Temperatura calcolata o simulata in base alla temperatura dell’olio e al carico, secondo il sistema | Monitoraggio tradizionale del trasformatore |
| Metodo della resistenza | Temperatura media dell’avvolgimento | Prove sul trasformatore |
| Sensore della temperatura dell’olio | Temperatura dell’olio del trasformatore | Monitoraggio termico dell’olio |
Una sonda a fibra ottica rileva la temperatura nel punto sensibile selezionato. Non misura la temperatura media dell’intero avvolgimento né determina automaticamente il punto più caldo in tutta la sua estensione.
Caratteristiche di un buon punto di misura sull’avvolgimento
Un punto di misura adeguato corrisponde a una zona termicamente significativa, è coerente con l’analisi termica o l’esperienza di progetto, consente l’integrazione meccanica della sonda e un instradamento protetto della fibra e fornisce dati utili al monitoraggio nel tempo.
Limiti di posizionamento e copertura
1. Presumere che il punto caldo sia uguale in tutti i trasformatori. La posizione varia secondo avvolgimenti e raffreddamento e non dovrebbe essere copiata da un altro progetto.
2. Collocare la sonda solo dove è più facile installarla. Una posizione comoda non è necessariamente significativa dal punto di vista termico.
3. Usare un solo punto per rappresentare ogni avvolgimento e fase. Una sonda non descrive le condizioni dell’intero trasformatore.
4. Scegliere la posizione senza pianificare il percorso della fibra. Dal punto di misura deve essere possibile raggiungere il passante seguendo un tragitto pratico e protetto.
5. Definire il numero di sonde prima dei punti di misura richiesti. Il numero dei canali deve derivare dal piano di misura, non viceversa.
Quali informazioni servono prima di scegliere le posizioni delle sonde?
- Tipo di trasformatore
- In olio o a secco
- Potenza nominale del trasformatore
- Numero di fasi
- Struttura degli avvolgimenti AT e BT
- Costruzione dell’avvolgimento
- Zona del punto caldo prevista
- Numero di punti di misura
- Altezze di misura
- Numero di sonde
- Percorso delle fibre
- Lunghezza della fibra
- Posizione del passante
- Posizione dello strumento di monitoraggio
- Numero di canali richiesto
- Interfaccia di comunicazione richiesta