Un rilevatore determina la temperatura degli avvolgimenti di apparecchiature come trasformatori, motori e generatori. Il termine non indica un dispositivo unico: a seconda dell’applicazione può riferirsi a un sensore come un RTD, a un indicatore WTI per trasformatori o a una sonda a fibra ottica installata in una posizione scelta.
In base all’applicazione, la temperatura può essere misurata direttamente in un punto fisico oppure stimata indirettamente a partire da altre grandezze termiche ed elettriche. È quindi necessario distinguere una temperatura puntuale misurata da una stima.
Che cos’è un rilevatore di temperatura degli avvolgimenti?
Gli avvolgimenti generano calore a causa delle perdite elettriche. La corrente nei conduttori produce riscaldamento resistivo e il sistema di raffreddamento dell’apparecchiatura deve dissiparlo. Il monitoraggio della temperatura consente di osservare la condizione termica risultante.
Il rilevatore è il sistema di misura o monitoraggio che fornisce questa informazione. In pratica può essere un sensore integrato, un sistema d’indicazione, un dispositivo di simulazione termica o una sonda ottica diretta. Il termine non identifica necessariamente lo stesso hardware in ogni applicazione: le specifiche vanno lette considerando il tipo di apparecchiatura e l’obiettivo di misura.
Rilevatore, sensore e indicatore di temperatura degli avvolgimenti a confronto
I tre termini vengono talvolta usati come sinonimi, ma descrivono livelli diversi della catena di misura.
Rilevatore di temperatura degli avvolgimenti
È il termine più ampio e indica il sistema usato per rilevare o determinare la temperatura dell’avvolgimento. Può consistere in un sensore e uno strumento oppure in un dispositivo che calcola il valore da altri ingressi.
Sensore di temperatura degli avvolgimenti
Di solito indica l’elemento sensibile vero e proprio: RTD, termistore, termocoppia o sonda a fibra ottica. Il sensore genera un segnale dipendente dalla temperatura della propria posizione.
Indicatore della temperatura dell’avvolgimento
Un indicatore di temperatura degli avvolgimenti è normalmente uno strumento che visualizza, simula, calcola o elabora un valore termico. Nei trasformatori in olio, un WTI combina comunemente la temperatura dell’olio superiore con un effetto di riscaldamento legato al carico o con una simulazione termica. Non si deve presumere che il suo sensore sia sempre installato direttamente nell’avvolgimento.
Alcuni indicatori forniscono anche uscite di allarme o comando: non sono quindi soltanto display. Le funzioni disponibili dipendono dallo strumento scelto.
Perché si monitora la temperatura degli avvolgimenti?
La temperatura dipende dal carico elettrico, dalle perdite, dall’efficienza del raffreddamento, dalle condizioni ambientali e dalle condizioni termiche locali nell’apparecchiatura. Il monitoraggio mostra come questi fattori interagiscono durante il funzionamento.
Il dato può aiutare a osservare lo stress termico dell’isolamento, individuare tendenze al surriscaldamento, verificare il raffreddamento e interpretare il carico. Una lettura, da sola, non costituisce una diagnosi: limiti accettabili e soglie di allarme dipendono dal progetto, dal sistema isolante e dalle specifiche applicabili. Vanno ricavati dalla documentazione dell’apparecchiatura, non da valori generici.
Rilevatori di temperatura degli avvolgimenti con RTD
RTD significa rilevatore di temperatura a resistenza. Sigle comuni come PT100 e PT1000 indicano la resistenza nominale dell’elemento a una temperatura di riferimento. L’RTD misura la temperatura attraverso una variazione prevedibile della resistenza elettrica, convertita in un valore termico dallo strumento collegato.
Quando è integrato o installato presso un avvolgimento, l’RTD misura la temperatura nelle sue vicinanze. È comune negli statori di motori e generatori, nelle apparecchiature elettriche a secco e in alcune configurazioni di trasformatori. Non è presente in ogni avvolgimento di trasformatore: la sua presenza va verificata per ciascuna macchina.
Vantaggi e aspetti da valutare nella scelta
Gli RTD offrono alcuni vantaggi pratici:
- Misura diretta nella posizione d’installazione
- Tecnologia industriale consolidata
- Adatti al monitoraggio continuo
- Facilmente integrabili con molti strumenti convenzionali
La scelta deve considerare la natura elettrica del sensore. L’RTD richiede cablaggio conduttivo, quindi vanno valutati isolamento elettrico, percorso dei cavi, spazio d’installazione e ambiente elettromagnetico. Nelle applicazioni ad alta tensione occorre gestire con attenzione isolamento e cablaggio. Ciò non esclude gli RTD, utilizzati con successo in molte macchine ad alta tensione.
Indicatore di temperatura degli avvolgimenti (WTI) per trasformatori
Nei WTI tradizionali o più comuni per trasformatori in olio, il sensore normalmente non è collocato nel conduttore dell’avvolgimento. Lo strumento misura la temperatura dell’olio superiore e aggiunge una simulazione termica dipendente dal carico, spesso ricavata dalla corrente, per rappresentare la temperatura dell’avvolgimento o il comportamento del punto caldo.
La costruzione dei WTI e i dettagli variano tra produttori e progetti di trasformatori. In generale, il valore visualizzato è una rappresentazione calcolata o simulata a partire da ingressi misurati e ipotesi del modello. È un metodo consolidato, adatto a indicazione, allarmi e controllo del raffreddamento nei trasformatori senza sensori interni agli avvolgimenti.
Un WTI misura direttamente la temperatura degli avvolgimenti del trasformatore?
Non necessariamente. I WTI tradizionali ricavano in genere la temperatura degli avvolgimenti indirettamente dalla temperatura dell’olio superiore e dal carico. Il dato è utile come indicazione termica, ma non proviene da un sensore posizionato sul conduttore.
Il confronto completo tra i due approcci è disponibile nell’articolo su WTI per trasformatori e sensore di temperatura a fibra ottica; qui non viene ripetuto.
Rilevatori a fibra ottica per la temperatura degli avvolgimenti
La tecnologia INNO si basa sulla misura puntuale a fibra ottica con fluorescenza. La sonda viene installata con la punta sensibile in una posizione scelta dell’avvolgimento e misura la temperatura in quel punto. Una fibra trasporta i segnali ottici di eccitazione e ritorno tra la posizione sensibile e lo strumento compatibile, che converte il segnale in un valore di temperatura.
Nei trasformatori in olio, un sensore di temperatura a fibra ottica per avvolgimenti consente la misura diretta in posizioni selezionate degli avvolgimenti quando la sonda viene integrata nel trasformatore durante la produzione.
Limiti della misura puntuale
Il principio di misura comporta limiti precisi, da considerare già nella definizione delle specifiche:
- Una sonda corrisponde a un punto fisico di misura definito.
- Più sonde forniscono più misure indipendenti degli avvolgimenti.
- La fibra trasporta il segnale, ma non misura la temperatura lungo la propria lunghezza. È una misura puntuale, non una misura distribuita.
- Una sonda non monitora l’intero avvolgimento.
- Il sistema non individua automaticamente punti caldi sconosciuti. Se interessano zone calde, le sonde vanno posizionate in punti critici selezionati o già identificati.
Caratteristiche delle sonde a fibra ottica
- Misura diretta puntuale sulla punta sensibile
- Isolamento elettrico del percorso sensibile ottico
- Elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche
- Geometria compatta della sonda
- Monitoraggio multipunto con più sonde indipendenti
Sono caratteristiche del metodo di misura. L’idoneità per un avvolgimento specifico dipende dal progetto, dall’accessibilità dei punti e dal percorso disponibile per portare la fibra fuori dall’apparecchiatura.
Rilevamento della temperatura degli avvolgimenti: RTD, WTI e fibra ottica a confronto
La tabella confronta i tre approcci in base al funzionamento e agli impieghi comuni. È un confronto neutrale: le caratteristiche effettive variano con il prodotto e l’installazione.
| Metodo | Principio di misura | Tipo di misura | Applicazione tipica | Segnale elettrico nel punto di misura | Criterio principale di scelta |
|---|---|---|---|---|---|
| RTD | La resistenza elettrica varia con la temperatura | Diretta, nella posizione d’installazione | Statore di motori e generatori, apparecchiature a secco e configurazioni selezionate di trasformatori | Sì, i conduttori arrivano all’elemento sensibile | Cablaggio, isolamento e percorso dei cavi nell’ambiente elettrico |
| WTI per trasformatori | Temperatura dell’olio superiore più simulazione termica legata al carico | Indiretta, calcolata o simulata | Indicazione, allarme e controllo nei trasformatori in olio | Non applicabile: nelle configurazioni tradizionali non c’è un sensore sul conduttore dell’avvolgimento | Stabilire se basta un’indicazione calcolata o se servono dati misurati nell’avvolgimento |
| Sensore puntuale a fibra ottica | Segnale ottico della punta sensibile, ad esempio il comportamento della fluorescenza | Diretta, nella posizione della punta sensibile | Avvolgimenti di trasformatori, motori e generatori, anche in alta tensione o in presenza di campi intensi | No, nel punto di misura il percorso del segnale è ottico | Posizione della sonda, percorso della fibra e canali compatibili dello strumento |
Misura diretta e indiretta della temperatura degli avvolgimenti
Nella misura diretta, il sensore rileva fisicamente la temperatura in una posizione scelta. Sono esempi un RTD e una sonda a fibra ottica installati in punti definiti. La lettura descrive quel punto.
Nella determinazione indiretta, la temperatura dell’avvolgimento viene ricavata da altre grandezze, come temperatura dell’olio superiore, corrente di carico, modello termico o simulazione. Un WTI tradizionale è l’esempio tipico: il valore rappresenta la condizione termica calcolata dal modello.
La misura diretta non è automaticamente la scelta migliore per ogni applicazione. I metodi indiretti sono consolidati e non richiedono accesso interno all’avvolgimento; quelli diretti forniscono dati misurati in punti scelti. Rispondono a esigenze tecniche diverse: la scelta dipende da ciò che il progetto deve conoscere. La temperatura può essere valutata anche come valore assoluto o come incremento rispetto a un riferimento adeguato, come spiegato nell’articolo su incremento di temperatura del trasformatore.
Rilevatori di temperatura degli avvolgimenti nei trasformatori
Nei trasformatori in olio, dopo la produzione l’accesso agli avvolgimenti interni è difficile. Le sonde dirette interne vanno quindi normalmente pianificate durante progettazione e fabbricazione. WTI e misura dell’olio superiore sono diffusi come metodi esterni perché non richiedono accesso agli avvolgimenti.
Se integrate nel trasformatore, le sonde a fibra ottica possono misurare direttamente posizioni selezionate degli avvolgimenti. La temperatura sostenuta degli avvolgimenti e dei punti caldi contribuisce allo stress termico dell’isolamento, un rapporto trattato nell’articolo su invecchiamento dei trasformatori.
Per una panoramica dei metodi di misura disponibili sui trasformatori, consulta la pagina dedicata a monitoraggio della temperatura dei trasformatori. I singoli metodi e il loro impiego sono confrontati nell’articolo su come si misura la temperatura degli avvolgimenti di un trasformatore.
Rilevatori di temperatura degli avvolgimenti in motori e generatori
Nei motori e generatori si monitora spesso la temperatura dello statore in punti integrati selezionati. Quella dei cuscinetti si controlla separatamente e risponde a un altro obiettivo: non va confusa con la condizione degli avvolgimenti.
Gli RTD sono ampiamente usati negli statori di motori e generatori. I sensori a fibra ottica si possono valutare quando isolamento elettrico, campi elettromagnetici intensi, alta tensione o condizioni di prova particolari rendono utile la misura ottica. In tal caso, una sonda a fibra ottica per la temperatura degli avvolgimenti del motore viene installata con la punta sensibile nel punto scelto dell’avvolgimento.
Questa sezione descrive l’impiego dei rilevatori nei motori e nei generatori, senza confrontare nel dettaglio tutti i tipi di sensore per motori. Per il contesto applicativo più ampio, consulta monitoraggio della temperatura di motori e generatori.
Indicatore e rilevatore della temperatura degli avvolgimenti a confronto
Spesso chi cerca uno dei due termini intende l’altro. Rilevatore è il termine più ampio: può indicare un sensore in una posizione fisica o un calcolo basato su altre grandezze. Indicatore si riferisce soprattutto alla visualizzazione, elaborazione o simulazione di un valore termico.
Nei trasformatori, WTI ha un significato specifico e indica in genere il sistema descritto sopra, basato su olio e carico. Non tutti gli indicatori sono semplici display: alcuni includono allarmi o comandi. Le uscite dipendono dal prodotto e non sono trattate qui.
Dove si installa un rilevatore di temperatura degli avvolgimenti?
Avvolgimenti dei trasformatori
Le sonde dirette vanno collocate in posizioni fisiche scelte nell’avvolgimento. Questi punti si definiscono durante progettazione e produzione, quando l’avvolgimento è accessibile. Ogni sonda misura la propria posizione e nessun’altra.
Avvolgimenti statorici di motori e generatori
I sensori integrati si possono posizionare durante la fabbricazione dell’avvolgimento. Le posizioni dipendono dal progetto della macchina e dall’obiettivo di monitoraggio.
Sistemi esterni o indiretti
Un WTI o un sistema basato sulla temperatura dell’olio può non avere sensori integrati nell’avvolgimento. La temperatura viene misurata nell’olio e il valore dell’avvolgimento è derivato. Posizioni, numeri di strato e distanze precise non sono stabiliti da una regola generale: vanno ricavati dal progetto e dai dati tecnici dell’apparecchiatura.
Monitoraggio di più punti di temperatura degli avvolgimenti
Per monitorare più posizioni fisiche indipendenti servono più punti sensibili. Nella misura puntuale a fibra ottica con fluorescenza, a ogni punto corrispondono una sonda e un canale attivo compatibile dello strumento.
Ad esempio, tre punti indipendenti richiedono normalmente tre sonde e almeno tre canali attivi compatibili. È solo un esempio, non una regola universale: il numero dipende dall’apparecchiatura e dall’obiettivo. Più sonde forniscono misure puntuali separate, non un profilo distribuito della temperatura.
Come scegliere un rilevatore di temperatura degli avvolgimenti
Valutare questi punti in sequenza aiuta a restringere le opzioni:
- Tipo di apparecchiatura: trasformatore, motore o generatore.
- Obiettivo della misura: uso previsto dei dati di temperatura.
- Misura diretta o indicazione: stabilire se servono dati misurati nell’avvolgimento o basta un’indicazione calcolata.
- Intervallo di temperatura previsto: verificare i dati nella documentazione del sensore o dello strumento.
- Ambiente di tensione: requisiti d’isolamento e separazione elettrica nel punto di misura.
- Ambiente elettromagnetico: Influenza dei campi intensi:
- Numero di punti di misura: ogni posizione indipendente richiede il proprio sensore.
- Accessibilità d’installazione: possibilità di raggiungere l’avvolgimento durante produzione o manutenzione.
- Spazio disponibile: spazio per il sensore nella posizione prevista.
- Percorso di cavi o fibre: come il collegamento esce dall’apparecchiatura.
- Canali di monitoraggio necessari: prevedere canali compatibili sufficienti per tutti i punti.
- Requisiti d’integrazione: interfaccia del sistema di monitoraggio o controllo esistente.
- Nuova apparecchiatura o retrofit: indicare quale condizione si applica.
Installazione su apparecchiature nuove o retrofit
Su un trasformatore, motore o generatore nuovo, i sensori integrati si possono pianificare durante la produzione. I punti vengono concordati con il progettista, i sensori posizionati quando gli avvolgimenti sono accessibili e il percorso di cavi o fibre integrato nella costruzione.
Nelle apparecchiature esistenti, l’accesso interno agli avvolgimenti può essere limitato. Non si deve presumere che le sonde interne a fibra ottica siano sempre installabili a posteriori. La fattibilità dipende da accesso, progetto e attività di manutenzione e richiede una valutazione tecnica specifica.
Limiti della lettura della temperatura degli avvolgimenti
«Un WTI misura sempre direttamente l’avvolgimento.»
Non necessariamente. I WTI tradizionali ricavano spesso il valore dalla temperatura dell’olio superiore e dal carico: è quindi una simulazione o un calcolo, non la lettura di un sensore sul conduttore.
«Un rilevatore misura tutto l’avvolgimento.»
I sensori puntuali misurano soltanto le posizioni in cui sono installati. Per coprire l’avvolgimento servono sensori sufficienti collocati nei punti adatti.
«La temperatura dell’olio superiore è quella dell’avvolgimento.»
Sono grandezze diverse. Sotto carico l’avvolgimento è generalmente più caldo dell’olio circostante e la differenza varia con carico e raffreddamento.
«Più sonde a fibra ottica equivalgono a DTS.»
No. Più sonde forniscono misure puntuali indipendenti; non creano un profilo continuo lungo la fibra.
«La stessa configurazione è adatta a ogni trasformatore e motore.»
Progettazione e obiettivi di misura cambiano da un’applicazione all’altra: la configurazione va definita caso per caso.
Conclusione
Il rilevatore di temperatura degli avvolgimenti non identifica un’unica tecnologia. La temperatura può essere misurata direttamente con RTD o sonde a fibra ottica, oppure rappresentata indirettamente da dispositivi come un WTI per trasformatori.
Gli RTD sono una tecnologia consolidata per la misura elettrica diretta nei punti d’installazione. Il WTI fornisce indicazione e simulazione termica, soprattutto nei trasformatori. I sensori a fibra ottica misurano direttamente punti definiti tramite un percorso ottico isolato elettricamente. Nessuno dei tre è sempre la scelta migliore.
Il metodo adatto dipende dall’apparecchiatura, dal punto di misura, dall’ambiente elettrico e dalla necessità di ottenere una misura diretta o un’indicazione termica indiretta.
Se il progetto richiede la misura diretta della temperatura degli avvolgimenti, INNO può valutare posizioni sensibili, configurazione delle sonde, percorso delle fibre e canali necessari.