Czujniki i wskaźniki temperatury uzwojeń stosuje się w transformatorach, silnikach oraz generatorach, ale nazwa nie oznacza jednej konstrukcji. Zależnie od urządzenia wykorzystuje się wbudowane RTD, wskaźnik WTI z odwzorowaniem cieplnym albo sondy światłowodowe w wybranych punktach uzwojenia. Poszczególne rozwiązania mierzą lub szacują różne wielkości, dlatego sposób interpretacji odczytu powinien wynikać z zastosowanej metody.
W zależności od zastosowania temperaturę uzwojenia można mierzyć bezpośrednio w punkcie fizycznym lub szacować pośrednio na podstawie innych wielkości termicznych i elektrycznych. Dlatego też odczyt należy traktować jako zmierzoną temperaturę punktową lub jako wartość szacunkową.
Co to jest czujnik temperatury uzwojenia?
Uzwojenia generują ciepło w wyniku strat elektrycznych. Prąd przepływający przez przewodniki powoduje ogrzewanie rezystancyjne, a ciepło musi być odprowadzane przez układ chłodzący urządzenia. Monitorowanie temperatury służy do obserwacji powstałego stanu termicznego uzwojenia.
Detektor temperatury uzwojenia to układ wykrywający lub monitorujący, który dostarcza tych informacji. W praktyce może to być czujnik wbudowany, układ wskazujący temperaturę, urządzenie do symulacji termicznej lub bezpośrednia sonda optyczna. „Detektor” nie musi koniecznie oznaczać tego samego sprzętu w każdym zastosowaniu, a specyfikację, w której jest on wymagany, należy czytać razem z typem sprzętu i celem pomiaru.
Detektor temperatury uzwojenia vs czujnik vs wskaźnik
Te trzy terminy są często używane tak, jakby były wymienne. Opisują różne poziomy łańcucha pomiarowego.
Detektor temperatury uzwojenia
To najszerszy termin. Odnosi się do układu wykrywającego lub monitorującego stosowanego do wykrywania, uzyskiwania lub określania temperatury uzwojenia. Układ może składać się z elementu czujnikowego i przyrządu lub z urządzenia obliczającego wartość z innych wejść.
Czujnik temperatury uzwojenia
Czujnik temperatury uzwojenia zwykle oznacza rzeczywisty element czujnikowy. Przykłady obejmują czujnik RTD, termistor, termoparę lub sondę światłowodową. Czujnik wytwarza sygnał zależny od temperatury w miejscu, w którym się znajduje.
Wskaźnik temperatury uzwojenia
Wskaźnik temperatury uzwojenia to zwykle przyrząd wyświetlający, symulujący, obliczający lub przetwarzający wartość temperatury uzwojenia. W transformatorach zanurzonych w oleju WTI zwykle wykorzystuje temperaturę oleju na górze wraz z efektem ogrzewania związanym z obciążeniem lub symulacją termiczną w celu przedstawienia temperatury uzwojenia. Błędem jest założenie, że czujnik WTI jest zawsze montowany bezpośrednio w uzwojeniu.
Niektóre wskaźniki zapewniają także wyjścia alarmowe lub sterujące, zatem wskaźnik pełni nie tylko funkcję wyświetlacza. Wyjścia alarmowe i sterujące zależą od wybranego wskaźnika.
Dlaczego monitorowana jest temperatura uzwojenia?
Na temperaturę uzwojenia wpływa obciążenie elektryczne, straty, wydajność chłodzenia, warunki otoczenia i lokalne warunki termiczne wewnątrz urządzenia. Monitorowanie daje informacje o tym, jak te czynniki łączą się podczas pracy.
Informacje te można wykorzystać do obserwacji naprężeń termicznych izolacji, wykrywania trendów przegrzania, sprawdzania wydajności chłodzenia i zrozumienia zachowania obciążenia. Odczyt temperatury sam w sobie nie jest werdyktem. Dopuszczalne wartości i ustawienia alarmów zależą od konstrukcji urządzenia, systemu izolacji i obowiązującej specyfikacji, dlatego powinny pochodzić z dokumentacji urządzenia, a nie z ogólnych danych.
Czujniki temperatury uzwojenia RTD
RTD oznacza rezystancyjny czujnik temperatury. Typowe oznaczenia, takie jak Pt100 i PT1000, odnoszą się do nominalnej rezystancji elementu w temperaturze odniesienia. Czujnik RTD mierzy temperaturę poprzez przewidywalną zmianę rezystancji elektrycznej, która podłączony przyrząd przekształca na wartość temperatury.
Gdy czujnik RTD jest wbudowany lub zainstalowany w miejscu uzwojenia, mierzy on temperaturę w pobliżu tego miejsca. Czujniki temperatury uzwojeń RTD są powszechnie stosowane w uzwojeniach stojana silnika i uzwojeniu stojana generatora, a także w sprzęcie elektrycznym typu suchego i wybranych układach transformatorów. Nie są one stosowane w każdym uzwojeniu transformatora i nie należy zakładać, że dany transformator je posiada.
Zalety i kwestie związane z wyborem
Czujniki RTD oferują kilka praktycznych zalet:
- Bezpośredni pomiar w miejscu instalacji
- Sprawdzona technologia przemysłowa
- Możliwość ciągłego monitorowania
- Łatwa integracja z wieloma konwencjonalnymi instrumentami
Względy doboru wynikają z faktu, że czujnik jest elektryczny. Czujnik RTD wymaga okablowania przewodzącego, dlatego należy wziąć pod uwagę izolację elektryczną, prowadzenie przewodów, przestrzeń instalacyjną i środowisko elektromagnetyczne. W zastosowaniach wysokiego napięcia należy zachować szczególną ostrożność, stosując się do wymagań dotyczących izolacji elektrycznej i okablowania. Nie wyklucza to czujników rezystancyjnych i wiele maszyn wysokiego napięcia z powodzeniem je wykorzystuje.
Wskaźnik temperatury uzwojenia transformatora (WTI)
W tradycyjnych lub powszechnych układach WTI dla transformatorów zanurzonych w oleju, czujnik zazwyczaj nie jest umieszczany w uzwojeniu przewodnika. Urządzenie mierzy temperaturę oleju na górze i dodaje zależną od obciążenia symulację termiczną, często wyprowadzoną z prądu obciążenia, aby przedstawić temperaturę uzwojenia lub zachowanie gorącego punktu uzwojenia.
Nie każdy WTI jest zbudowany w ten sam sposób, a szczegóły różnią się w zależności od producenta i konstrukcji transformatora. Ogólna zasada jest jednak taka, że wyświetlana wartość jest obliczoną lub symulowaną reprezentacją opartą na zmierzonych danych wejściowych i założeniach modelu. Jest to uzasadnione i szeroko stosowane podejście, które dobrze nadaje się do sygnalizacji, alarmowania i sterowania funkcjami chłodzenia w transformatorach, które nie mają wewnętrznych czujników uzwojenia.
Czy WTI bezpośrednio mierzy temperaturę uzwojenia transformatora?
Niekoniecznie. Tradycyjne układy WTI transformatorów zazwyczaj zapewniają pośrednią lub symulowaną temperaturę uzwojenia w oparciu o temperaturę oleju na górze i obciążenie transformatora. Rezultatem jest użyteczny wskaźnik temperatury, ale nie jest to odczyt z czujnika na przewodzie uzwojenia.
Pełne porównanie tych dwóch podejść jest dostępne w naszym artykule na temat transformatora WTI vs światłowodowego czujnika temperatury , więc nie będzie się tutaj powtarzać.
Światłowodowe czujniki temperatury uzwojenia
Technologia INNO to punktowy, światłowodowy czujnik temperatury oparty na fluorescencji. Sonda jest instalowana z końcówką pomiarową w wybranym miejscu uzwojenia i na tej końcówce mierzona jest temperatura. Światłowód przenosi sygnały optyczne wzbudzenia i powrotu pomiędzy punktem pomiarowym a kompatybilnym instrumentem, który przekształca sygnał na wartość temperatury.
W przypadku transformatorów zanurzonych w oleju, światłowodowy czujnik temperatury uzwojenia umożliwia bezpośredni pomiar temperatury w wybranych pozycjach uzwojenia, gdy sonda jest wbudowana w transformator podczas produkcji.
Granice wykrywania punktów
Zasada pomiaru wyznacza jasne granice, które należy zrozumieć na etapie specyfikacji:
- Jedna sonda odpowiada jednemu zdefiniowanemu fizycznemu punktowi pomiarowemu.
- Wiele sond daje wiele niezależnych punktów temperatury uzwojenia.
- Światłowód przenosi sygnał, ale nie mierzy temperatury na swojej długości. Jest to wykrywanie punktowe, a nie rozproszone wykrywanie temperatury.
- Jedna sonda nie monitoruje całego uzwojenia.
- System nie lokalizuje automatycznie nieznanych gorących punktów. Tam, gdzie interesujące są gorące punkty, sondy umieszcza się w wybranych lub wcześniej zidentyfikowanych termicznie krytycznych miejscach uzwojenia.
Charakterystyka sond światłowodowych
- Bezpośredni pomiar punktowy na końcówce czujnika
- Izolacja galwaniczna toru wykrywania optycznego
- Wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne
- Mała geometria sondy czujnikowej
- Monitoring wielopunktowy z wykorzystaniem kilku niezależnych sond
Są to cechy charakterystyczne metody wykrywania. To, czy sonda pasuje do konkretnego uzwojenia, zależy od konstrukcji, dostępnych miejsc pomiarowych i sposobu wyprowadzenia światłowodu ze sprzętu.
Czujnik RTD, WTI i wykrywanie temperatury uzwojenia światłowodu
Tabela porównuje trzy podejścia pod względem sposobu ich działania i miejsca, w którym są powszechnie stosowane. Jest to porównanie neutralne, a każdy wpis odzwierciedla ogólną charakterystykę, która różni się w zależności od konkretnego produktu i instalacji.
| Metoda | Zasada pomiaru | Bezpośrednie lub pośrednie | Typowe zastosowanie | Sygnał elektryczny w punkcie pomiarowym | Główne kwestie związane z wyborem |
|---|---|---|---|---|---|
| Czujnik rezystancyjny | Opór elektryczny zmienia się wraz z temperaturą | Bezpośrednio, w miejscu instalacji | Uzwojenia stojana silników i generatorów, urządzenia suche, wybrane układy transformatorów | Tak, okablowanie przewodzące prowadzi do elementu czujnikowego | Okablowanie, izolacja i prowadzenie w środowisku elektrycznym |
| Transformator WTI | Górna temperatura oleju plus symulacja termiczna zależna od obciążenia | Pośrednie, obliczone lub symulowane | Sygnalizacja, alarmowanie i sterowanie transformatora zanurzonego w oleju | Nie dotyczy, ponieważ w tradycyjnych układach na przewodzie uzwojenia nie umieszcza się czujnika. | Czy obliczone wskazanie jest wystarczające, czy wymagane są dane zmierzone na uzwojeniu |
| Światłowodowy czujnik punktowy | Sygnał optyczny z końcówki czujnika, np. zachowanie fluorescencji | Bezpośrednio, w miejscu końcówki pomiarowej | Uzwojenia transformatora, silnika i generatora, w tym warunki wysokiego napięcia lub silnego pola | Nie, tor sygnału w punkcie pomiarowym jest optyczny | Umiejscowienie sondy, prowadzenie światłowodów i kompatybilne kanały przyrządów |
Bezpośrednie i pośrednie wykrywanie temperatury uzwojenia
W przypadku pomiaru bezpośredniego czujnik fizycznie mierzy temperaturę w wybranym miejscu. Przykładami są czujnik RTD zainstalowany w wybranym punkcie i sonda światłowodowa zainstalowana w wybranym punkcie. Lektura opisuje ten punkt.
W przypadku wyznaczania pośredniego temperaturę uzwojenia wyznacza się na podstawie innych wielkości, takich jak temperatura oleju na górze, prąd obciążenia, model termiczny lub symulacja termiczna. Standardowym przykładem jest tradycyjny transformator WTI. Odczyt opisuje obliczony stan uzwojenia na podstawie modelu.
Bezpośrednie nie oznacza automatycznie bardziej odpowiednie w każdym zastosowaniu. Metody pośrednie są proste, sprawdzone i dostępne bez wewnętrznego dostępu do uzwojenia, natomiast metody bezpośrednie dostarczają danych pomiarowych w wybranych lokalizacjach. Służą różnym celom inżynieryjnym, a wybór zależy od tego, co projekt musi wiedzieć. Temperaturę uzwojenia można również ocenić jako wartość bezwzględną lub jako wzrost temperatury w stosunku do odpowiedniego odniesienia, jak wyjaśniono w naszym artykule na temat wzrostu temperatury transformatora .
Czujniki temperatury uzwojeń w transformatorach
W transformatorach zanurzonych w oleju dostęp do wewnętrznego uzwojenia po wyprodukowaniu jest utrudniony. Dlatego też bezpośrednie sondy wewnętrzne zwykle należy zaplanować na etapie projektowania i produkcji. Układy WTI i pomiary górnego poziomu oleju są szeroko stosowane jako układy monitorowania zewnętrznego, ponieważ nie wymagają dostępu do uzwojenia.
Wbudowane w transformator sondy światłowodowe umożliwiają bezpośrednie pomiary w wybranych pozycjach uzwojeń. Utrzymująca się temperatura uzwojenia i gorącego punktu przyczyniają się do naprężeń termicznych izolacji, co zostało omówione w naszym artykule na temat starzenia się transformatora .
Aby zapoznać się z zakresem metod pomiarowych dostępnych w transformatorach, zobacz naszą stronę poświęconą monitorowaniu temperatury transformatora . Porównanie poszczególnych metod wraz ze sposobem ich zastosowania zostało opisane w artykule dotyczącym pomiaru temperatury uzwojeń transformatora .
Detektory temperatury uzwojeń w silnikach i generatorach
Silniki i generatory powszechnie monitorują temperaturę uzwojenia stojana w wybranych lokalizacjach. Temperatura łożysk jest monitorowana oddzielnie i służy innemu celowi. Nie należy ich mylić, ponieważ temperatura łożyska nie opisuje stanu uzwojenia.
Czujniki RTD są szeroko stosowane do monitorowania uzwojenia stojana w silnikach i generatorach. Czujniki światłowodowe można rozważyć tam, gdzie izolacja elektryczna, silne środowisko elektromagnetyczne, warunki wysokiego napięcia lub specjalne warunki testowe sprawiają, że wykrywanie optyczne jest przydatne. W takim przypadku światłowodowa sonda temperatury uzwojenia silnika jest instalowana z końcówką pomiarową w wybranym miejscu uzwojenia.
W tej sekcji opisano, w jaki sposób realizowane jest wykrywanie temperatury uzwojenia w silnikach i generatorach. Nie porównuje szczegółowo wszystkich typów czujników silnika, ponieważ jest to osobna kwestia. Szerszy kontekst zastosowań można znaleźć w artykule Monitorowanie temperatury silnika i generatora .
Wskaźnik temperatury uzwojenia a czujnik temperatury uzwojenia
Użytkownicy wyszukujący jedno hasło często mają na myśli drugie. Detektor jest terminem szerszym i może odnosić się do rzeczywistej metody wykrywania lub wykrywania, niezależnie od tego, czy jest to czujnik w lokalizacji fizycznej, czy też obliczenie na podstawie innych wielkości. Wskaźnik zwykle kładzie nacisk na wyświetlanie, wskazanie, przetwarzanie lub symulację wartości temperatury uzwojenia.
W przypadku transformatorów określenie WTI ma specyficzny kontekst branżowy i zwykle odnosi się do opisanego powyżej układu opartego na oleju i obciążeniu. Nie każdy wskaźnik temperatury uzwojenia jest jedynie wyświetlaczem, gdyż niektóre zawierają funkcje alarmowe lub kontrolne. Konkretne wyniki zależą od produktu i nie są tutaj omówione.
Gdzie jest zainstalowany czujnik temperatury uzwojenia?
Uzwojenia transformatora
Sondy bezpośrednie wymagają wybranych fizycznych lokalizacji wewnątrz uzwojenia. Lokalizacje te są uzgadniane podczas projektowania i produkcji, gdy uzwojenie jest dostępne. Sonda podaje temperaturę w swoim własnym położeniu, a nie w innym.
Uzwojenia stojana silnika i generatora
Wbudowane czujniki można pozycjonować podczas wykonywania uzwojenia. Pozycje zależą od konstrukcji maszyny i celu monitorowania.
Ustalenia zewnętrzne lub pośrednie
Układ WTI lub układ z górnym olejem nie może obejmować żadnego czujnika wbudowanego w uzwojenie. Pomiaru dokonuje się w oleju i z niego wyprowadza się wartość uzwojenia. Dokładne pozycje, numery warstw lub odległości nie są ustalone żadną ogólną zasadą i powinny wynikać z projektu sprzętu i danych inżynieryjnych.
Monitorowanie wielu punktów temperatury uzwojenia
Jeśli konieczne jest monitorowanie kilku niezależnych lokalizacji fizycznych, potrzebnych jest kilka punktów detekcji. W przypadku fluorescencyjnego wykrywania punktowego za pomocą światłowodu, jeden punkt odpowiada jednej sondzie i jednemu kompatybilnemu aktywnemu kanałowi w instrumencie.
Przykładowo, trzy niezależne punkty normalnie wymagają trzech sond i co najmniej trzech kompatybilnych aktywnych kanałów. To jest tylko ilustracja, a nie uniwersalna zasada projektowa. Liczba punktów zależy od wyposażenia i celu monitorowania. Kilka sond zapewnia kilka niezależnych pomiarów punktowych i nie tworzy rozproszonego profilu temperatury.
Jak wybrać czujnik temperatury uzwojenia
Przeanalizowanie następujących punktów w kolejności pomaga zawęzić wybór:
- Typ urządzenia: transformator, silnik lub generator.
- Cel pomiaru: do czego będą wykorzystywane dane dotyczące temperatury.
- Bezpośredni pomiar lub wskazanie: czy potrzebne są dane pomiarowe na uzwojeniu, czy wystarczy obliczone wskazanie.
- Oczekiwany zakres temperatur: potwierdzony na podstawie dokumentacji czujnika lub przyrządu.
- Środowisko napięcia elektrycznego: wymagania dotyczące izolacji i izolacji w punkcie pomiarowym.
- Środowisko elektromagnetyczne: wpływ silnych pól na okablowanie i sygnały.
- Liczba punktów pomiarowych: każda niezależna lokalizacja wymaga własnego czujnika.
- Dostęp do instalacji: czy można uzyskać dostęp do uzwojenia podczas produkcji lub konserwacji.
- Dostępna przestrzeń: miejsce na czujnik w zamierzonym miejscu.
- Okablowanie lub prowadzenie włókien: sposób, w jaki połączenie opuszcza sprzęt.
- Wymagane kanały monitorowania: wystarczająca liczba kompatybilnych kanałów dla wszystkich punktów.
- Wymagania dotyczące integracji: interfejs istniejącego systemu monitorowania lub sterowania.
- Nowe wyposażenie lub modernizacja: , które z nich ma zastosowanie.
Nowy sprzęt a instalacja po modernizacji
W nowym transformatorze, silniku lub generatorze podczas produkcji można zaplanować wbudowane czujniki. Punkty pomiarowe można uzgodnić z projektantem, rozmieścić czujniki przy dostępie do uzwojeń oraz poprowadzić przewody lub włókna wbudowane w konstrukcję.
W istniejącym sprzęcie dostęp do wewnętrznego uzwojenia może być ograniczony. Nie można zakładać, że zawsze można doposażyć bezpośrednie wewnętrzne czujniki światłowodowe. Wykonalność zależy od dostępu fizycznego, projektu sprzętu i zakresu konserwacji, a każdy przypadek wymaga przeglądu technicznego.
Ograniczenia odczytu temperatury uzwojenia
„WTI zawsze mierzy bezpośrednio uzwojenie.”
Niekoniecznie. Tradycyjne układy WTI transformatorów zwykle obliczają wartość uzwojenia na podstawie temperatury i obciążenia oleju u góry, więc wynik jest obliczany lub symulowany, a nie odczytywany z czujnika na przewodniku.
"Jeden detektor mierzy całe uzwojenie."
Czujniki punktowe mierzą tylko lokalizacje, w których są zainstalowane. Pokrycie uzwojenia wymaga wystarczającej liczby czujników w odpowiednich miejscach.
„Temperatura oleju u góry to temperatura uzwojenia”.
Są to różne wielkości pomiarowe. Pod obciążeniem uzwojenie jest na ogół gorętsze niż otaczający go olej, a różnica zmienia się wraz z obciążeniem i chłodzeniem.
„Wiele sond światłowodowych to DTS.”
Nie są. Kilka sond nadal zapewnia kilka niezależnych pomiarów punktowych i nie jest tworzony ciągły profil wzdłuż światłowodu.
„Ten sam układ detektorów pasuje do każdego transformatora i silnika.”
Konstrukcja sprzętu i cel pomiaru różnią się w zależności od zastosowania, dlatego też należy wybrać układ dla każdego przypadku.
Wniosek
Detektor temperatury uzwojenia nie jest technologią wykorzystującą jeden czujnik. W zależności od wyposażenia, temperaturę uzwojeń można mierzyć bezpośrednio za pomocą czujników RTD lub sond światłowodowych, lub też pośrednio za pomocą urządzeń takich jak transformator WTI.
Czujniki RTD są ustaloną formą bezpośredniego wykrywania elektrycznego w zainstalowanych lokalizacjach. WTI to metoda sygnalizacji termicznej i symulacji zorientowana na transformator. Czujniki światłowodowe zapewniają bezpośredni pomiar punktowy poprzez optycznie izolowaną ścieżkę wykrywania. Żaden z tych trzech nie jest najlepszy w każdym przypadku.
Odpowiednia metoda zależy od sprzętu, punktu pomiarowego, środowiska elektrycznego i tego, czy projekt wymaga bezpośrednich danych temperaturowych, czy pośredniego wskazania temperatury.
Jeśli Twój projekt wymaga bezpośredniego pomiaru temperatury uzwojenia, INNO może pomóc w sprawdzeniu lokalizacji czujników, konfiguracji sond, trasowania włókien i wymagań dotyczących kanałów.