Transformatory olejowe i suche stawiają odmienne wymagania pomiarowi temperatury. Różnią się układem izolacyjnym, sposobem chłodzenia i konstrukcją uzwojeń. Dlatego punktów pomiarowych i metod oceny nie można przenosić bez zmian z jednego typu na drugi. Dobór sond powinien uwzględniać rzeczywisty kontakt cieplny, materiały otaczające czujnik oraz informację, którą ma dostarczyć pomiar podczas eksploatacji i badań urządzenia.
Transformatory zanurzone w oleju zazwyczaj monitorują temperatury, takie jak temperatura oleju na górze oraz temperatura uzwojenia lub gorącego punktu uzwojenia. Temperaturę uzwojenia można oszacować za pomocą wskaźnika temperatury uzwojenia lub modelu termicznego lub zmierzyć bezpośrednio w wybranych punktach wewnętrznych za pomocą wbudowanych światłowodowych sond temperatury. W transformatorach suchych nie stosuje się oleju izolacyjnego, dlatego monitorowanie temperatury koncentruje się przede wszystkim na temperaturze uzwojenia, cewki, rdzenia lub innego wybranego urządzenia. Czujniki Pt100/RTD są powszechnie stosowane w systemach kontroli temperatury transformatorów suchych, natomiast światłowodowe czujniki temperatury mogą być stosowane tam, gdzie wymagana jest bezpośrednia detekcja optyczna, izolacja galwaniczna lub wysokie napięcie/odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.
W skrócie: transformatory zanurzone w oleju muszą monitorować zarówno stan oleju, jak i stan termiczny uzwojenia, podczas gdy transformatory typu suchego skupiają się głównie na temperaturze uzwojenia i cewki, ponieważ nie ma w nich oleju izolacyjnego. Prawidłowa metoda zależy od tego, co faktycznie należy zmierzyć – temperatury oleju, średniej temperatury uzwojenia, szacowanego gorącego punktu lub rzeczywistej temperatury w wybranym fizycznym punkcie uzwojenia.
Jakie temperatury są mierzone w transformatorze zanurzonym w oleju?
Transformator zanurzony w oleju zwykle monitoruje temperaturę oleju na górze, wybrane temperatury oleju tam, gdzie jest to wymagane, temperaturę uzwojenia, temperaturę gorącego punktu uzwojenia i bezpośrednią temperaturę wewnętrzną uzwojenia, gdy stosowane są wbudowane czujniki.
Temperatura oleju nie jest taka sama jak temperatura uzwojenia. Przewód uzwojenia może pracować w innej temperaturze niż otaczający olej, w zależności od obciążenia, chłodzenia i konstrukcji uzwojenia, dlatego obie wielkości są zazwyczaj śledzone oddzielnie, a nie traktowane jako jedna wartość.
Jakie temperatury są mierzone w transformatorze suchym?
Transformatory suche nie zawierają oleju izolacyjnego, dlatego monitorowanie skupia się na temperaturze uzwojenia, temperaturze cewki, temperaturze uzwojenia fazowego oraz, tam gdzie jest to wymagane, wybranych temperaturach rdzenia lub konstrukcji.
Transformatory te zazwyczaj wykorzystują czujniki Pt100/RTD podłączone do regulatora temperatury transformatora typu suchego. Sondy światłowodowe można również zastosować do wybranych punktów bezpośredniego pomiaru uzwojenia, choć nie każda instalacja transformatora suchego tego wymaga.
Pomiar temperatury transformatora zanurzonego w oleju i transformatora suchego w skrócie
| Przedmiot | Transformator zanurzony w oleju | Transformator suchy |
|---|---|---|
| Podstawowy czynnik chłodzący | Olej/olej i zewnętrzny układ chłodzenia | Powietrze/powietrze naturalne lub wymuszone w zależności od konstrukcji |
| Główne temperatury docelowe | Olej i uzwojenie | Pierwotnie uzwojenie/cewka |
| Pomiar temperatury oleju | Tak | Nie dotyczy |
| Pomiar uzwojenia wspólnego | WTI / ocena termiczna / czujniki bezpośrednie | Pt100 / RTD / czujniki bezpośrednie |
| Bezpośredni pomiar wewnętrzny | Możliwe wbudowane sondy światłowodowe | Światłowód/RTD w zależności od konstrukcji |
| Typowy kontroler | Przyrząd do monitorowania transformatora / WTI / OTI | Suchy regulator temperatury |
| Instalacja czujnika | Często planowane podczas produkcji transformatora | Zależy od konstrukcji uzwojenia/cewki i sterownika |
| Monitorowanie wielopunktowe | Dostępne | Dostępne |
Rzeczywiste rozmieszczenie czujników zależy od konstrukcji transformatora i celów monitorowania.
Jak mierzy się temperaturę oleju w transformatorze zanurzonym w oleju?
Górną temperaturę oleju mierzy się zwykle za pomocą czujnika temperatury lub wskaźnika temperatury oleju umieszczonego tak, aby odzwierciedlał temperaturę oleju w pobliżu górnej części transformatora. Wartość ta może być używana do wskazywania temperatury, alarmów, sterowania chłodzeniem i ogólnego monitorowania transformatora.
Temperatura oleju nie jest bezpośrednio równa temperaturze najgorętszego przewodu uzwojenia. Dostarcza przydatnych informacji na temat ogólnego stanu cieplnego transformatora, ale temperaturę uzwojenia należy ocenić osobno.
Jak mierzona jest temperatura uzwojenia w transformatorze zanurzonym w oleju?
Temperatura uzwojenia transformatora zanurzonego w oleju jest ogólnie rozwiązywana za pomocą jednego z trzech podejść:
Wskaźnik temperatury uzwojenia. Urządzenie WTI zazwyczaj szacuje lub symuluje temperaturę uzwojenia na podstawie temperatury oleju i kompensacji ogrzewania zależnej od prądu obciążenia, w zależności od konstrukcji przyrządu. Nie mierzy bezpośrednio przewodu uzwojenia.
Model termiczny. Na podstawie obciążenia, temperatury oleju i charakterystyki termicznej transformatora stosuje się model termiczny w celu uzyskania szacunkowej wartości temperatury uzwojenia lub gorącego punktu.
Wbudowany światłowodowy czujnik temperatury. Wbudowana sonda bezpośrednio mierzy rzeczywistą temperaturę w wybranym fizycznym punkcie uzwojenia, a nie wartość szacunkową lub symulowaną.
Jak mierzona jest temperatura uzwojenia w transformatorze suchym?
Czujniki Pt100/RTD są zwykle umieszczane w wybranych lokalizacjach uzwojeń lub cewek i podłączane do regulatora temperatury. W zależności od modelu sterownik może służyć do wyświetlania, alarmowania, sterowania wentylatorem, wyjścia wyłączającego lub komunikacji.
Sondy światłowodowe mogą być używane do bezpośredniego wykrywania uzwojenia, w lokalizacjach pod wysokim napięciem, w środowiskach o silnym polu elektromagnetycznym lub w zastosowaniach, w których preferowany jest pomiar z izolacją elektryczną. Pt100 pozostaje praktyczną, dojrzałą i szeroko stosowaną opcją w wielu konwencjonalnych instalacjach transformatorów suchych.
WTI vs Pt100 vs światłowodowy czujnik temperatury
| Metoda | Typowe zastosowanie | Co mierzy | Główna charakterystyka |
|---|---|---|---|
| WTI | Transformator olejowy | Szacowana/symulowana temperatura uzwojenia | Przydatne do konwencjonalnego monitorowania termicznego transformatora |
| Pt100 / RTD | Transformatory suche i dostępne punkty temperaturowe | Temperatura w miejscu lokalizacji czujnika | Dojrzały elektryczny czujnik temperatury |
| Sonda światłowodowa | Zastosowania uzwojenia w oleju lub na sucho | Rzeczywista temperatura w wybranym fizycznym punkcie wykrywania | Izolacja galwaniczna i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne |
Bezpośredni pomiar temperatury uzwojenia a szacowanie temperatury
Pomiar bezpośredni oznacza, że czujnik jest fizycznie umieszczony w wybranym punkcie uzwojenia. Szacowaną temperaturę oblicza się na podstawie temperatury oleju, prądu obciążenia, modelu termicznego i innych parametrów transformatora, a nie bezpośredniego odczytu fizycznego.
| Typ pomiaru | Wynik | Typowa metoda |
|---|---|---|
| Temperatura punktu bezpośredniego | Rzeczywista temperatura w wybranym punkcie | Sonda światłowodowa / odpowiedni czujnik wbudowany |
| Szacunkowa temperatura uzwojenia | Obliczona wartość cieplna | WTI / model termiczny |
| Średnia temperatura uzwojenia | Średni wynik termiczny uzwojenia | Metoda oporowa |
Czujnik bezpośredni nadal mierzy tylko wybrany punkt fizyczny, a nie każdy punkt uzwojenia. Nie należy tego interpretować jako automatycznego odczytu absolutnie najgorętszego miejsca w transformatorze.
Czym różni się rozmieszczenie czujnika?
W transformatorach zanurzonych w oleju rozmieszczenie czujników może obejmować wybrane obszary gorących punktów uzwojenia, osadzone wewnętrzne lokalizacje uzwojenia, pozycje pomiaru oleju i poprowadzenie w stronę przepustu. W transformatorach suchych umiejscowienie może obejmować uzwojenie fazowe, cewkę, wybraną powierzchnię uzwojenia lub punkt wewnętrzny oraz lokalizację czujników wymaganą przez regulator temperatury.
Żaden typ transformatora nie wykorzystuje jednej stałej pozycji montażowej dla każdego projektu – rozmieszczenie powinno być zgodne z konkretną strukturą uzwojenia i chłodzenia. Więcej szczegółów na temat typowego wyboru tych lokalizacji opisano w artykule towarzyszącym na temat umieszczania czujników światłowodowych w uzwojeniach transformatora.
Czym różni się instalacja czujnika?
W przypadku transformatorów zanurzonych w oleju, podczas produkcji lub montażu uzwojenia zwykle należy zaplanować osadzone sondy światłowodowe, ponieważ dostęp do wnętrza staje się bardzo ograniczony po ukończeniu uzwojenia i zbiornika.
W przypadku transformatorów suchych układ czujników może być również zintegrowany podczas produkcji, natomiast niektóre dostępne pozycje czujników mogą być łatwiejsze w obsłudze w zależności od konstrukcji transformatora. W obu przypadkach wewnętrzny pomiar osadzony należy zaplanować przed ostatecznym montażem, a nie dodawać go później.
Ile czujników temperatury jest zwykle używanych?
Liczba czujników zależy od typu transformatora, liczby faz, monitorowanych uzwojeń, wysokości pomiaru, interesujących lokalizacji gorących punktów i ogólnego celu monitorowania.
Systemy światłowodowe transformatorów zanurzonych w oleju często wykorzystują 6, 8, 9, 12 lub 16 kanałów jako typowe wzorce konfiguracji. W światłowodowych regulatorach temperatury z transformatorem suchym powszechnie stosuje się 3, 4, 6 lub 7 kanałów. Są to typowe wzorce konfiguracji, a nie obowiązkowe standardy branżowe – rzeczywista liczba czujników powinna odpowiadać rzeczywistym punktom pomiarowym zdefiniowanym dla konkretnego transformatora.
Czym różni się wielokanałowe monitorowanie temperatury?
W transformatorach zanurzonych w oleju monitorowanie wielokanałowe może obejmować kilka lokalizacji uzwojeń, faz, sekcji uzwojeń WN/NN i różnych wysokości uzwojeń. W transformatorach suchych monitorowanie wielokanałowe może obejmować trzy fazy, wiele punktów uzwojenia i dodatkowe punkty temperatury sprzętu.
W obu przypadkach jednopunktowa sonda światłowodowa wykorzystuje standardowo jeden kanał pomiarowy. W osobnym artykule omówiono sposób określenia wymaganej liczby kanałów dla światłowodowego systemu monitorowania temperatury.
Czym różni się długość światłowodu pomiędzy dwoma typami transformatorów?
W transformatorach olejowych włókno może przebiegać dłuższą trasą wewnętrzną – od uzwojenia, poprzez wewnętrzne prowadzenie, do przepustu, a następnie do przyrządu zewnętrznego. W transformatorach suchych sterownik monitorujący jest często umieszczany bliżej uzwojenia lub cewki, w zależności od konstrukcji, chociaż nie ma to miejsca w przypadku każdej instalacji.
W wielu zastosowaniach transformatorowych 3-5 m jest praktycznym początkowym punktem odniesienia dla długości światłowodu, a typowe konfiguracje sond światłowodowych obsługują około 0-20 m w zależności od konstrukcji sondy i wymagań projektu. Jest to raczej kwestia routingu niż stała zasada związana z typem transformatora i jest opisana bardziej szczegółowo w dedykowanym przewodniku dotyczącym wyboru długości światłowodu dla światłowodowego czujnika temperatury.
Czym różnią się funkcje alarmowe i sterujące?
Monitorowanie transformatora zanurzonego w oleju może współdziałać z wentylatorami chłodzącymi, pompami olejowymi, alarmami, systemami monitorowania transformatora i integracją PLC / SCADA. Sterowniki typu suchego mogą zarządzać wyświetlaniem temperatury, sterowaniem wentylatorem, wyjściem alarmowym, funkcjami wyłączania i komunikacją.
Dostępne funkcje zależą od wybranego przyrządu monitorującego lub sterownika, a nie od samego typu transformatora. W zależności od produktu interfejsy mogą obejmować RS485, Modbus RTU, wyjścia analogowe lub przekaźniki alarmowe.
Kiedy światłowodowy pomiar temperatury jest przydatny?
W transformatorach zanurzonych w oleju czujnik światłowodowy jest przydatny do bezpośredniego pomiaru gorącego punktu uzwojenia, wbudowanego wykrywania uzwojenia, środowisk wysokiego napięcia i wielopunktowego monitorowania wewnętrznego. W transformatorach suchych jest przydatny do bezpośredniego wykrywania uzwojenia, izolacji elektrycznej, lokalizacji uzwojeń wysokiego napięcia, środowisk o silnym polu elektromagnetycznym i specjalnych wymagań w zakresie monitorowania.
Czujniki światłowodowe uzupełniają, a nie automatycznie zastępują każdy konwencjonalny czujnik temperatury transformatora. Wybór zależy od tego, czego faktycznie wymaga cel monitorowania.
Którą metodę pomiaru temperatury wybrać?
Jeśli wymagana jest temperatura oleju, należy zastosować odpowiednią metodę pomiaru temperatury oleju. Jeśli konwencjonalna szacunkowa temperatura uzwojenia jest wystarczająca, odpowiedni może być model WTI lub model termiczny. Jeśli wymagana jest rzeczywista temperatura w wybranym punkcie uzwojenia wewnętrznego, odpowiedni może być wbudowany czujnik światłowodowy.
Do konwencjonalnego sterowania uzwojeniem transformatora suchego powszechnie stosuje się Pt100 / RTD z regulatorem temperatury. Tam, gdzie wymagana jest izolacja galwaniczna lub bezpośredni pomiar optyczny, można rozważyć światłowodowy czujnik temperatury obok lub zamiast konwencjonalnych czujników.
Monitorowanie temperatury transformatora zanurzonego w oleju i transformatora suchego według zastosowania
| Wymóg | Transformator zanurzony w oleju | Transformator suchy |
|---|---|---|
| Temperatura oleju | Ważne | Nie dotyczy |
| Temperatura uzwojenia | Ważne | Główny cel monitorowania |
| Szacowany gorący punkt | Powszechnie możliwe dzięki WTI / model | Zależy od projektu monitorowania |
| Bezpośredni pomiar punktu uzwojenia | Wbudowana sonda optyczna | Optyczny lub odpowiedni czujnik kontaktowy |
| Wspólny konwencjonalny czujnik | Wskaźnik poziomu oleju / WTI | Pt100 / RTD |
| Pomiar światłowodowy | Przydatne do bezpośrednich punktów wewnętrznych | Przydatne do pomiaru izolowanego uzwojenia |
| Monitorowanie wielokanałowe | Tak | Tak |
Jakie informacje są potrzebne do wyboru metody monitorowania temperatury transformatora?
- Typ transformatora
- W oleju lub na sucho
- Parametry transformatora
- Liczba faz
- Struktura uzwojenia
- Punkty temperatury, które należy zmierzyć
- Wymagana temperatura oleju
- Wymagana temperatura uzwojenia
- Pomiar bezpośredni lub szacunkowy
- Liczba punktów detekcji
- Długość włókna
- Wymagane kanały
- Lokalizacja przyrządu monitorującego
- Wymagane funkcje alarmowe
- Wymagany interfejs komunikacyjny
- Wymóg integracji PLC / SCADA
Najczęstsze nieporozumienia dotyczące pomiaru temperatury transformatora
Temperatura oleju i temperatura uzwojenia są takie same. Reprezentują różne lokalizacje termiczne, a przewód uzwojenia może różnić się od temperatury otaczającego oleju.
WTI bezpośrednio mierzy przewód uzwojenia. Wskaźnik WTI zwykle reprezentuje symulowaną lub szacowaną temperaturę uzwojenia w zależności od jego konstrukcji, a nie bezpośredni odczyt przewodu.
Transformatory suche wykorzystują tylko jeden czujnik temperatury. Ilość czujników zależy od ilości faz i wymaganych punktów pomiarowych.
Sonda światłowodowa mierzy całe uzwojenie. Sonda jednopunktowa mierzy jedną określoną lokalizację fizyczną, a nie całe uzwojenie.
Transformatory olejowe i transformatory suche wykorzystują ten sam układ czujników. Ich cele w zakresie chłodzenia, izolacji i pomiarów są różne, dlatego też rozmieszczenie czujników jest odpowiednio różne.