Transformatorwikkelingstemperatuur kan rechtstreeks op gekozen plekken worden gemeten of indirect worden geschat uit olietemperatuur, belastingsstroom en thermisch gedrag. Traditionele wikkelingstemperatuurindicatoren en thermische modellen schatten doorgaans de wikkeling- of hotspottemperatuur. Ingebouwde probes, waaronder glasvezelpuntprobes, meten rechtstreeks op geselecteerde locaties in de wikkeling.
Verschillende methoden beantwoorden verschillende vragen: wat is de gemiddelde wikkelingstemperatuur, de geschatte wikkelingstemperatuur, de geschatte hotspottemperatuur of de werkelijke temperatuur op één gekozen plek? Deze vier begrippen hangen samen, maar zijn geen identieke meetwaarden.
Methoden voor directe meting en schatting
| Meetmethode | Rechtstreeks of indirect | Wat wordt gemeten | Onlinebewaking | Typische toepassing |
|---|---|---|---|---|
| Ingebouwde glasvezelprobe | Direct | Temperatuur op een gekozen intern punt in de wikkeling | Ja | Bewaking van hotspots en interne wikkelingstemperatuur |
| Wikkelingstemperatuurindicator (WTI) | Indirect | Gesimuleerde of aangegeven wikkelingstemperatuur | Ja | Traditionele transformatorbewaking / koelregeling |
| Thermisch model | Indirect | Berekende hotspottemperatuur van de wikkeling | Ja | Transformatorbewakingssystemen |
| Weerstandsmethode | Indirecte / gemiddelde temperatuur afgeleid uit weerstand | Gemiddelde wikkelingstemperatuur | Meestal op basis van een test | Temperatuurstijgingstest / transformatorproef |
| RTD / PT100 | Direct op de sensorlocatie, indien het ontwerp dit toelaat | Gekozen fysiek meetpunt | Ja | Gebruikelijk in bepaalde droge transformatoropstellingen |
| Infrarood | Rechtstreekse oppervlaktemeting | Bereikbaar buitenoppervlak | Ja / periodiek | Oppervlakte-inspectie, geen interne wikkelingshotspot |
Wat betekent ‘transformatorwikkelingstemperatuur’ precies?
Gemiddelde wikkelingstemperatuur
De gemiddelde temperatuur van de wikkeling als geheel, die bijvoorbeeld kan worden afgeleid uit de verandering van de wikkelingsweerstand.
Hotspottemperatuur van de wikkeling
De lokale plek in de wikkeling die naar verwachting de hoogste temperatuur bereikt, of een locatie die om thermische redenen extra aandacht krijgt.
Gemeten punttemperatuur
De werkelijke temperatuur op de fysieke plek waar een sensor is gemonteerd.
Berekende / aangegeven wikkelingstemperatuur
Een waarde die uit olietemperatuur, belastingsstroom en een thermisch model wordt afgeleid of gesimuleerd.
Deze waarden hangen samen, maar zijn niet dezelfde meting.
Methode 1: wikkelingstemperatuurindicator (WTI)
Meet een WTI de wikkelingstemperatuur rechtstreeks? Bij veel traditionele transformatorontwerpen niet.
Een traditionele WTI gebruikt doorgaans een temperatuurvoeler die samenhangt met de olietemperatuur en combineert die met een ingang van een stroomtransformator en een verwarmingselement of compensatiemechanisme. Zo wordt de temperatuurstijging van de wikkeling ten opzichte van de olie gesimuleerd. Moderne elektronische instrumenten kunnen de temperatuur ook berekenen uit stroominvoer en gemeten olietemperatuur bovenin.
WTI-uitgangen worden vaak gebruikt voor lokale temperatuurweergave, alarmen, ventilator- en pompbesturing en regeling van de transformator koeling. Een WTI geeft niet noodzakelijk de werkelijke temperatuur van de warmste geleider in de wikkeling weer.
Methode 2: thermische transformator modellen
Moderne transformatorbewakingssystemen kunnen de hotspottemperatuur van de wikkeling schatten met bedrijfsgegevens en een thermisch model. Mogelijke invoerwaarden zijn de olietemperatuur bovenin, belastingsstroom, transformatorbelasting en koelstatus, aangevuld met thermische parameters van de betreffende transformator.
De uitvoer kan een berekende wikkelingstemperatuur, geschatte hotspottemperatuur of informatie over thermische belasting bevatten.
Deze methode vereist geen interne elektronische sensor op iedere locatie, ondersteunt continue onlinebewaking en kan worden geïntegreerd in systemen voor conditiebewaking van transformatoren. Een berekende hotspottemperatuur blijft echter een modeluitkomst en is geen directe fysieke meting in de wikkeling.
Methode 3: wikkelingsweerstand meten
De elektrische weerstand van koperen of aluminiumwikkelingen verandert met de temperatuur. Door de gemeten weerstand te vergelijken met een referentiewaarde kan de gemiddelde wikkelingstemperatuur worden bepaald.
Deze methode wordt, waar van toepassing, gebruikt bij fabriekstests, temperatuurstijgingstests, inbedrijfstelling en diagnostische metingen.
Let op het onderscheid: een weerstandsmeting geeft de gemiddelde wikkelingstemperatuur, niet de werkelijke lokale hotspottemperatuur. De methode is waardevol bij transformatorproeven, maar wordt normaal gesproken niet gebruikt voor continue online-puntmeting in een bekrachtigde wikkeling.
Methode 4: directe meting met glasvezeltemperatuurprobes
Fluorescente glasvezelprobes voor puntmeting meten gekozen plekken in de wikkeling rechtstreeks, wanneer het transformatorontwerp ingebouwde optische probes toestaat.
Het signaalpad is doorgaans: glasvezeltemperatuurprobe → glasvezel → doorvoer / kabelroute van de transformator → temperatuurtransmitter of bewakingsinstrument. De meettip wordt tijdens de fabricage of assemblage van de wikkeling op de gekozen plek aangebracht.
| Parameter | Typische waarde |
|---|---|
| Temperatuurbereik | -40 tot 260 °C |
| Nauwkeurigheid | ±0,5 tot ±1 °C |
| Responstijd | <1 s |
| Sondediameter | Ongeveer 2–3 mm |
| Vezellengte | Doorgaans geconfigureerd op basis van transformatorafmetingen en instrumentpositie |
De exacte specificaties zijn afhankelijk van de sondeconfiguratie.
Waarom glasvezelsensoren in transformatorwikkelingen worden gebruikt
- Elektrisch geïsoleerd meettraject
- Hoge weerstand tegen elektromagnetische interferentie
- Compacte probe geschikt voor beperkte ruimte in de wikkeling
- Directe meting op gekozen plekken in de wikkeling
- De glasvezel kan het interne meetpunt verbinden met een extern bewakingsinstrument
- Meerdere meetpunten kunnen gelijktijdig worden bewaakt
Waar worden glasvezeltemperatuurprobes gemonteerd?
De probeposities worden tijdens het transformatorontwerp bepaald op basis van het verwachte thermische gedrag en het meetdoel. Mogelijke aandachtslocaties zijn geselecteerde hotspots in de wikkeling, delen met hogere thermische belasting, fasegebonden meetpunten en boven-, midden- of onderposities zoals vastgelegd in het thermische ontwerp van de fabrikant.
Het aantal en de exacte locaties hangen af van het transformatorontwerp, de wikkelingsopbouw en de bewakingsdoelen.
Methode 5: RTD- of PT100-meting bij transformatoren
RTD- en PT100-sensoren worden veel gebruikt voor temperatuurmeting aan transformatoren en elektrische apparatuur, vooral wanneer geleidende sensorbekabeling veilig in het ontwerp kan worden opgenomen.
Bij droge transformatoren worden deze sensoren vaak gebruikt voor wikkelingstemperatuurmeting, fasemetingen, temperatuurregelaars, ventilatorbesturing en alarm- of uitschakelfuncties. De plaatsing hangt af van de isolatieopbouw en constructie van de fabrikant.
Glasvezelmeting kan aantrekkelijk zijn wanneer elektrische isolatie op de meetlocatie belangrijk is, sterke EMI aanwezig is of geleidende bedrading in de wikkelingsopbouw ongewenst is.
Kunnen infraroodcamera’s de temperatuur van transformatorwikkelingen meten?
Niet de interne wikkelingstemperatuur van een gesloten transformator.
Infraroodmetingen kunnen bruikbaar zijn op bereikbare oppervlakken, zoals externe verbindingen, doorvoeren, aansluitklemmen, koelonderdelen en toegankelijke oppervlakken van droge transformatoren. Ze kunnen interne hotspots niet rechtstreeks door de tank of isolatie heen zien.
Wikkelingstemperatuurmeting bij oliegevulde transformatoren
Traditionele bewaking: olietemperatuur bovenin, WTI, belastingsstroom en koelstatus.
Moderne bewaking: olietemperatuur bovenin, elektronisch thermisch model, ingebouwde glasvezelprobes indien aanwezig, meerkanaals temperatuurmeting en integratie met PLC / SCADA of transformatorbewaking.
Voor directe interne meting moeten probes normaal gesproken tijdens de fabricage of grote interne werkzaamheden worden ingebouwd.
Wikkelingstemperatuurmeting bij droge transformatoren
Droge transformatoren gebruiken vaak directe temperatuurmeting in wikkelingen of spoelen met sensoren die in de constructie zijn geïntegreerd. Dit kan met PT100 / RTD-sensoren, glasvezelprobes, meerkanaals temperatuurregelaars, ventilatorbesturing en alarm- of uitschakeluitgangen.
RTD- en PT100-sensoren worden veel gebruikt en zijn compatibel met veel temperatuurregelaars voor droge transformatoren. Glasvezelmeting is nuttig wanneer elektrische isolatie, sterke EMI of directe optische meting gewenst is. Glasvezel vervangt PT100 niet noodzakelijk in iedere toepassing.
Directe meting versus berekende wikkelingstemperatuur
| Vergelijkingspunt | Ingebouwde directe sensor | WTI / thermisch model |
|---|---|---|
| Meetbron | Fysiek meetpunt in de wikkeling | Olietemperatuur, belastingsstroom en thermische simulatie |
| Werkelijk fysiek meetpunt | Ja | Nee – geschat |
| Hotspotschatting | Afhankelijk van probeplaatsing | Ontworpen om een hotspot te schatten |
| Montagevereiste | Meestal tijdens de fabricage | Standaard transformatorinstrumentatie |
| Onlinebewaking | Ja | Ja |
| Meting op meerdere punten | Ja, met meerdere probes | Meestal één berekende waarde |
| Elektrische isolatie | Ja (glasvezel) | Niet van toepassing |
| Geschikt voor | Werkelijke temperatuur op een specifieke locatie | Geschatte wikkeling- / hotspottemperatuur op basis van bedrijfscondities |
Directe sensoren beantwoorden: ‘Wat is de temperatuur op deze specifieke locatie?’ Thermische modellen beantwoorden: ‘Wat is de geschatte wikkeling- of hotspottemperatuur op basis van de bedrijfscondities?’ Beide methoden kunnen elkaar aanvullen.
Hoeveel wikkelingstemperatuursensoren zijn nodig?
Het benodigde aantal probes hangt af van het aantal fasen, de wikkelingsconfiguratie en transformatorafmetingen, bekende thermische locaties, eventuele redundantie, het meetdoel en het aantal beschikbare instrumentkanalen.
Eén glasvezelpuntprobe vertegenwoordigt doorgaans één vastgelegde temperatuurmeetlocatie. Meerdere probes kunnen worden aangesloten op een meerkanaals glasvezeltransmitter, een transformator-temperatuurmonitor of een systeem voor conditiebewaking.
Waarvoor worden wikkelingstemperatuurgegevens gebruikt?
De gegevens kunnen worden gebruikt voor lokale weergave, alarmen bij hoge temperatuur, uitschakellogica indien vereist, ventilator- en pompbesturing en integratie met een transformatorbewakingssysteem, PLC of SCADA, inclusief registratie en trendanalyse.
Afhankelijk van het bewakingsinstrument zijn RS485, Modbus RTU, 4–20 mA en relaisuitgangen voor alarmen gebruikelijke opties.
Welke meetmethode past bij welke situatie?
| Meetbehoefte | Passende methode | Wat de methode oplevert |
|---|---|---|
| Fabriekstest voor temperatuurstijging | Weerstandsmethode plus andere testmetingen | Gemiddelde wikkelingstemperatuur |
| Continue indicatie van olie- / wikkelingstemperatuur | WTI | Gesimuleerde / aangegeven wikkelingstemperatuur |
| Geschatte hotspot in de wikkeling | Thermisch model | Berekende hotspottemperatuur |
| Directe interne meting in de wikkeling | Ingebouwde glasvezelprobes | Werkelijke temperatuur op geselecteerde interne punten |
| Wikkelingstemperatuur van een droge transformator | RTD / PT100 of glasvezelprobes | Directe puntmeting gekoppeld aan een regelaar |
| Wikkelingsmeting bij hoogspanning / sterke EMI | Ingebouwde glasvezelprobes | Elektrisch geïsoleerde directe meting |
| Oppervlakte-inspectie | Infraroodmeting | Alleen temperatuur van bereikbare oppervlakken |
| Transformatorbewaking via PLC / SCADA | Thermisch model, WTI of uitgang van een glasvezelinstrument | Geïntegreerde bewakingsgegevens |
Wat moet worden vastgesteld vóór de keuze van een meetmethode?
- Oliegevulde of droge transformator?
- Nieuwe of bestaande transformator?
- Is directe meting nodig of volstaat een berekende temperatuur?
- Is de gemiddelde wikkelingstemperatuur of een gekozen hotspot nodig?
- Hoeveel wikkelingslocaties moeten worden bewaakt?
- Wordt de sensor tijdens de fabricage van de transformator gemonteerd?
- Is elektrische isolatie vereist?
- Is er sterke EMI aanwezig?
- Welke probegrootte is vereist?
- Welke glasvezel- / kabellengte is vereist?
- Hoeveel bewakingskanalen zijn nodig?
- Is een lokaal display nodig?
- Is RS485 / Modbus nodig?
- Is een 4–20 mA-uitgang nodig?
- Is een alarmrelais nodig?
- Is koelregeling nodig?
- Is integratie met PLC / SCADA nodig?
Beperkingen van de verschillende meetmethoden
‘Een wikkelingstemperatuurindicator meet de geleider rechtstreeks.’ Traditionele WTI-systemen simuleren of schatten de wikkelingstemperatuur vaak in plaats van de geleider rechtstreeks te meten.
‘De olietemperatuur bovenin is gelijk aan de wikkelingstemperatuur.’ De waarden zijn gerelateerd, maar horen bij verschillende thermische locaties en omstandigheden.
‘Een weerstandsmeting geeft de hotspottemperatuur van de wikkeling.’ Een weerstandsmeting geeft voornamelijk de gemiddelde wikkelingstemperatuur.
‘Infraroodcamera’s meten de interne wikkelingstemperatuur.’ Ze meten bereikbare oppervlakken, maar kunnen interne hotspots niet rechtstreeks door de transformatorconstructie heen zien.
‘Eén temperatuursensor volstaat voor iedere transformator.’ Aantal en positie van de meetpunten hangen af van het transformatorontwerp en de bewakingsdoelen.