Przyrost temperatury transformatora to różnica między temperaturą jego elementu a temperaturą odniesienia, zwykle otaczającego powietrza lub medium chłodzącego. Nie jest pojedynczą temperaturą bezwzględną. Oddzielne wartości można określać dla oleju, uzwojenia oraz lokalnego gorącego punktu uzwojenia. Porównując wyniki badań i pomiarów eksploatacyjnych, trzeba więc znać zarówno obserwowany element, jak i warunki oraz temperaturę przyjętą za odniesienie.
Powstaje zamieszanie, ponieważ „temperatura” i „wzrost temperatury” są często używane zamiennie. Uzwojenie, które mierzy 80°C w zimny dzień i które mierzy 80°C w upalny dzień, mają tę samą temperaturę bezwzględną, ale inny wzrost temperatury.
Co to jest wzrost temperatury transformatora?
W najprostszej formie wzrost temperatury to temperatura elementu minus temperatura odniesienia:
Wzrost temperatury = temperatura komponentu – temperatura odniesienia
Elementem może być górny olej, uzwojenie lub określone miejsce wewnątrz uzwojenia. Odniesieniem jest zazwyczaj temperatura otoczenia lub temperatura czynnika chłodzącego, w zależności od stosowanej definicji. To, które odniesienie ma zastosowanie, zależy od konstrukcji transformatora, układu chłodzenia oraz specyfikacji lub stosowanego standardu.
Temperatura bezwzględna informuje, jak gorąco jest w danym miejscu. Wzrost temperatury informuje, ile ciepła pochodzi z pracy samego transformatora, a nie z jego otoczenia. Obydwa są przydatne, ale odpowiadają na różne pytania. Temperatura bezwzględna jest ściśle powiązana z naprężeniem termicznym izolacji, natomiast wzrost temperatury pomaga porównać wydajność cieplną w różnych warunkach otoczenia.
Różne części transformatora można opisać na podstawie ich własnego wzrostu temperatury: górny poziom oleju, uzwojenie, gorący punkt oraz obszary konstrukcyjne lub zbiornika.
Dlaczego temperatura transformatora wzrasta?
Transformatory są wydajne, ale nie są bezstratne. Energia tracona podczas pracy pojawia się w postaci ciepła, które musi zostać przekazane do otaczającego oleju, powietrza lub innego czynnika chłodzącego. Wzrost temperatury jest wynikiem wytwarzania ciepła równoważonego jego usuwaniem.
Straty uzwojenia
Prąd obciążenia przepływający przez uzwojenia powoduje straty rezystancyjne. Ogólnie rzecz biorąc, wyższy prąd obciążenia oznacza większe straty uzwojenia i więcej ciepła generowanego w przewodnikach. Jest to główny powód wzrostu temperatury uzwojenia wraz ze wzrostem obciążenia.
Zależność nie jest natychmiastowa. Uzwojenia, olej i izolacja mają masę termiczną, więc temperatury reagują na zmianę obciążenia w czasie, a nie natychmiast. Olej generalnie reaguje wolniej niż przewody uzwojenia.
Straty podstawowe i rozproszone
Rdzeń wytwarza straty za każdym razem, gdy transformator jest zasilany, w dużej mierze niezależnie od obciążenia. Straty błądzące wynikają ze strumienia wycieku w częściach konstrukcyjnych, takich jak ściany zbiorników, konstrukcje zaciskowe i inne elementy metalowe, a także przyczyniają się do lokalnego nagrzewania. Obydwa uzupełniają ogólny obraz termiczny, chociaż szczegóły zależą od projektu.
Warunki chłodzenia
Ciepło musi opuścić transformator, aby utrzymać temperaturę na stabilnym poziomie. W zależności od konstrukcji transformatora może to obejmować naturalną cyrkulację oleju, wymuszony przepływ oleju, grzejniki, wentylatory lub pompy oraz otaczające powietrze. Jeśli odprowadzanie ciepła jest mniej skuteczne, te same straty spowodują większy wzrost temperatury. Może się to zdarzyć z powodu wyższej temperatury otoczenia, ograniczonego przepływu powietrza lub zmiany w układzie chłodzenia.
Z tego powodu wzrost temperatury najlepiej rozumieć jako wynik obciążenia, strat i chłodzenia łącznie, a nie stałą właściwość transformatora.
Temperatura otoczenia, górnego poziomu oleju, uzwojenia i gorącego punktu
Te temperatury są ze sobą powiązane, ale nie są zamienne. Poniższa tabela podsumowuje związek każdego z nich ze wzrostem temperatury.
| Temperatura | Co reprezentuje | Jaki to ma związek ze wzrostem temperatury | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|---|---|
| Temperatura otoczenia | Temperatura powietrza lub otoczenia | Powszechnie używany jako punkt odniesienia, od którego liczony jest wzrost temperatury | Ustawia linię bazową, powyżej której transformator nagrzewa się |
| Górna temperatura oleju | Temperatura oleju w górnej części zbiornika | Wzrost temperatury oleju u góry to różnica pomiędzy temperaturą oleju u góry a temperaturą odniesienia | Wskazuje ogólny stan termiczny oleju, ale nie temperaturę w każdym miejscu uzwojenia |
| Temperatura uzwojenia | Temperatura uzwojenia, często jako wartość szacunkowa lub średnia | Wzrost temperatury uzwojenia jest zwykle większy niż wzrost temperatury oleju pod obciążeniem | Odzwierciedla nagrzewanie się przewodów i przylegającej izolacji |
| Temperatura gorącego punktu uzwojenia | Najwyższa temperatura w uzwojeniu | Temperaturę gorącego punktu można wyrazić jako wartość bezwzględną lub jako wzrost powyżej wartości odniesienia | Oznacza najbardziej obciążone termicznie miejsce w uzwojeniu |
| Bezpośrednia temperatura uzwojenia światłowodu | Rzeczywista temperatura na końcówce pomiarowej sondy | Można wykorzystać do obliczenia wzrostu w tym miejscu, jeśli dostępna jest temperatura odniesienia | Podaje dane pomiarowe z wybranej lokalizacji fizycznej |
Warto pamiętać o trzech różnicach. Górna temperatura oleju nie jest taka sama jak temperatura uzwojenia, ponieważ uzwojenie zwykle nagrzewa się bardziej niż otaczający go olej. Średnia temperatura uzwojenia nie jest taka sama, jak temperatura gorącego punktu, ponieważ średnia obejmuje obszary cieplejsze i chłodniejsze. Bezpośrednim odczytem sondy jest rzeczywista temperatura w miejscu końcówki pomiarowej, która niekoniecznie jest najgorętszym punktem uzwojenia.
Wzrost temperatury transformatora w funkcji temperatury gorącego punktu
Wzrost temperatury opisuje, jak bardzo temperatura znajduje się powyżej wartości odniesienia. Temperatura gorącego punktu opisuje temperaturę w określonym lokalnym miejscu uzwojenia, zazwyczaj w miejscu, w którym temperatura jest najwyższa. Są to różne koncepcje, chociaż często pojawiają się w tej samej dyskusji.
Temperaturę gorącego punktu można wyrazić jako temperaturę bezwzględną, ale można ją również analizować jako wzrost powyżej wartości odniesienia. Kiedy ktoś odnosi się do „wzrostu temperatury”, może mieć na myśli średni wzrost uzwojenia, wzrost poziomu oleju lub wzrost gorącego punktu, dlatego warto wyjaśnić, o który z nich chodzi. Pochodzenie zlokalizowanego nagrzewania uzwojeń zostało omówione w naszym artykule na temat gorących punktów transformatora .
Jak mierzony jest wzrost temperatury transformatora?
Wzrost temperatury nie jest mierzony pojedynczym przyrządem. Wyznacza się ją poprzez połączenie temperatury odniesienia z jedną lub większą liczbą temperatur składowych, z których każdą można zmierzyć lub oszacować w inny sposób. Aby uzyskać szersze spojrzenie na metody monitorowania przez cały okres eksploatacji transformatora, zobacz naszą stronę poświęconą monitorowaniu temperatury transformatora .
Pomiar temperatury otoczenia/odniesienia
Ponieważ wzrost temperatury jest różnicą, należy znać temperaturę odniesienia. Temperaturę otoczenia mierzy się zwykle za pomocą czujnika umieszczonego na zewnątrz transformatora, w miejscu reprezentatywnym dla powietrza chłodzącego. Wybór odniesienia i miejsce jego pomiaru mają wpływ na wynik, dlatego należy je definiować konsekwentnie, szczególnie przy porównywaniu wyników w czasie lub pomiędzy jednostkami.
Pomiar temperatury oleju od góry
Górna temperatura oleju mierzona jest w górnej części zbiornika, gdzie gromadzi się podgrzany olej. Jest to powszechnie dostępny pomiar, który daje użyteczną wskazówkę dotyczącą ogólnego stanu termicznego oleju. Odjęcie temperatury odniesienia daje wzrost temperatury oleju na górze. Nie opisuje jednak temperatury poszczególnych miejsc uzwojeń.
Oszacowanie temperatury uzwojenia
Temperaturę uzwojenia zwykle oblicza się na podstawie obliczeń. Wskaźnik temperatury uzwojenia (WTI) lub model termiczny zazwyczaj łączy zmierzoną temperaturę górnego oleju z sygnałem proporcjonalnym do prądu obciążenia, a następnie stosuje parametry modelu w celu oszacowania temperatury uzwojenia. Modele WTI i termiczne zapewniają obliczoną lub symulowaną temperaturę uzwojenia w oparciu o zmierzone dane wejściowe i założenia modelu. Są one dobrze ugruntowane i przydatne do monitorowania i ochrony. Aby bliżej przyjrzeć się tym metodom, zobacz , jak mierzona jest temperatura uzwojenia transformatora .
Bezpośredni pomiar temperatury uzwojenia
Pomiar bezpośredni wykorzystuje sondę, której końcówka pomiarowa jest zainstalowana w wybranym miejscu uzwojenia. Zmierzona wartość to rzeczywista temperatura w tym fizycznym punkcie, a nie obliczona wartość szacunkowa. W przypadku sondy światłowodowej opartej na fluorescencji światłowód przenosi sygnał z transformatora do przyrządu, który przekształca go na odczyt temperatury. W połączeniu z temperaturą odniesienia wynik można wyrazić jako wzrost temperatury w tym miejscu. Omówiono to bardziej szczegółowo w dalszej części.
Co to jest test wzrostu temperatury transformatora?
Test wzrostu temperatury transformatora, czasami nazywany testem cieplnym, to kontrolowany test stosowany do obserwacji, jak transformator nagrzewa się w określonych warunkach obciążenia i testu. Zwykle przeprowadza się je na transformatorze przed jego oddaniem do użytku, w ramach weryfikacji projektu lub testów fabrycznych.
Celem jest obserwacja zachowania termicznego oleju i uzwojeń, ocena ich reakcji na zastosowane warunki testowe i porównanie wyników pomiarów z wartościami projektowymi lub określonymi wymaganiami. Test jest migawką w kontrolowanych warunkach. Pokazuje, jak transformator działa w tej konfiguracji, a nie jak będzie ładowany i chłodzony przez lata pracy.
Szczegóły testu wzrostu temperatury, w tym warunki testu, czas trwania i sposób oceny wyników, są określone w obowiązującej normie i specyfikacji projektu. Z dokumentami tymi należy zapoznać się bezpośrednio, a nie opierać się na ogólnych opisach.
Test wzrostu temperatury a ciągłe monitorowanie temperatury
Test wzrostu temperatury i ciągłe monitorowanie dotyczą temperatury, ale odpowiadają na różne pytania.
| Wygląd | Test wzrostu temperatury | Monitorowanie temperatury online |
|---|---|---|
| Przeznaczenie | Sprawdź wydajność cieplną pod kątem projektu lub określonych wymagań | Obserwuj zachowanie temperatury podczas rzeczywistej pracy |
| Po wykonaniu | Zwykle w fabryce lub podczas określonych testów | Stale lub okresowo przez cały okres użytkowania |
| Warunki pracy | Kontrolowane i zdefiniowane warunki testowe | Rzeczywiste obciążenie, chłodzenie i warunki otoczenia |
| Czas trwania danych | Ograniczone do okresu testowego | Długoterminowe trendy na przestrzeni dni, pór roku i lat |
| Typowe informacje o temperaturze | Zachowanie temperatury oleju i uzwojenia w warunkach testowych | Trendy temperatur przy zmiennym obciążeniu i chłodzeniu |
| Zastosowanie w serwisie | Odniesienie do weryfikacji projektu | Świadomość operacyjna, porównanie trendów i walidacja modelu termicznego |
Test fabryczny lub kontrolowany to nie to samo, co długoterminowa praca w rzeczywistych warunkach. Monitoring online może pokazać, jak zmieniają się temperatury pod wpływem obciążenia i chłodzenia w terenie, ale nie zastępuje fabrycznego testu wzrostu temperatury, a test nie zastępuje monitorowania.
Jak obliczany jest wzrost temperatury transformatora?
Na poziomie podstawowym obliczenia polegają na prostym odejmowaniu:
Wzrost temperatury = temperatura komponentu – temperatura odniesienia
Jako przykład czysto matematyczny załóżmy, że temperatura otoczenia wynosi 25°C, a zmierzona temperatura komponentu wynosi 75°C. Wzrost temperatury wynosi 75 - 25 = 50°C. Liczba ta jest jedynie ilustracją arytmetyki. Nie jest to dopuszczalny wzrost temperatury, typowa wartość ani moc transformatora.
Obliczanie temperatury uzwojenia lub gorącego punktu na podstawie danych operacyjnych jest bardziej skomplikowane. Może to zależeć od prądu obciążenia, temperatury oleju, termicznych stałych czasowych, różnicy temperatur między uzwojeniem a olejem oraz warunków chłodzenia. Obliczenia te zwykle opierają się na modelu termicznym, wytycznych dotyczących obciążenia, takich jak IEC 60076-7 lub IEEE C57.91, oraz danych projektowych transformatora. Parametry są specyficzne dla projektu i powinny pochodzić od producenta lub obowiązującego przewodnika, a nie z ogólnych założeń.
Co oznacza wartość znamionowa wzrostu temperatury transformatora?
Wartość znamionowa wzrostu temperatury transformatora odnosi się do wzrostu temperatury, na jaki jest zaprojektowany transformator, zgodnie z jego systemem izolacji i układem chłodzenia. Jest to powiązane z wymaganiami projektowymi, systemem izolacji, metodą chłodzenia i obowiązującymi specyfikacjami. Różne projekty i standardy wykorzystują różne określone limity lub warunki odniesienia, więc nie ma jednej wartości mającej zastosowanie do wszystkich transformatorów.
Aby znaleźć dane znamionowe konkretnego urządzenia, sprawdź tabliczkę znamionową transformatora, dokumentację producenta, specyfikację projektu i obowiązującą normę. Wartości podanej dla jednego typu transformatora nie należy odnosić do innego bez potwierdzenia, że mają zastosowanie te same warunki i wymagania odniesienia.
Bezpośredni światłowodowy pomiar temperatury uzwojenia
Technologia INNO to punktowy, światłowodowy czujnik temperatury oparty na fluorescencji. Sonda jest instalowana końcówką pomiarową w wybranym miejscu uzwojenia. Światłowód wyprowadza sygnał z transformatora, a kompatybilny przyrząd mierzy temperaturę.
światłowodowy czujnik temperatury uzwojenia oferuje kilka charakterystyk pasujących do pomiaru uzwojenia:
- Bezpośredni pomiar temperatury w miejscu końcówki pomiarowej
- Izolacja galwaniczna toru wykrywania optycznego
- Wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne
- Pomiar wielopunktowy przy użyciu wielu sond
Ponieważ sonda podaje rzeczywistą temperaturę w wybranym miejscu, można jej używać do sprawdzania wyników modelu termicznego, porównywania temperatur przy zmiennym obciążeniu lub obliczania wzrostu temperatury w tym punkcie, gdy rejestrowana jest temperatura odniesienia. Jeżeli celem pomiaru jest obszar gorącego punktu, bezpośrednie monitorowanie gorącego punktu może mierzyć temperaturę w miejscach uzwojenia, które mają być krytyczne pod względem termicznym.
Gdy kilka lokalizacji wymaga długoterminowego zapisu, można podłączyć wiele sond do systemu monitorowania temperatury transformatora zanurzonego w oleju , który rejestruje kanały razem i śledzi ich trendy w czasie.
Należy zaplanować pomiar punktowy
Jedna sonda mierzy jedną wybraną lokalizację fizyczną. Jeśli kilka lokalizacji wymaga bezpośredniego pomiaru, potrzebnych jest kilka sond. Sonda nie monitoruje całego uzwojenia, a włókno pomiędzy końcówką pomiarową a przyrządem nie mierzy temperatury na całej swojej długości. Kilka sond punktowych razem nie tworzy rozproszonego systemu wykrywania, a system nie znajduje automatycznie nieznanego gorącego punktu.
Dlatego też decyzję o rozmieszczeniu sondy należy podjąć z wyprzedzeniem na podstawie:
- Konstrukcja transformatora
- Analiza termiczna
- Informacje o teście fabrycznym
- Znane lub spodziewane lokalizacje o krytycznym znaczeniu termicznym
- Cel pomiaru
Z tego powodu sondy z bezpośrednim uzwojeniem są zwykle planowane na etapie projektowania i produkcji. Dostęp do wnętrza istniejącego transformatora jest zwykle ograniczony, dlatego nie można zakładać modernizacji sond wewnętrznych.
Jak wzrost temperatury wiąże się ze starzeniem się transformatora
Wyższa temperatura robocza, a zwłaszcza utrzymująca się temperatura w lokalnym gorącym punkcie, zwiększa naprężenia termiczne izolacji uzwojenia. Wzrost temperatury jest jednym ze sposobów opisania warunków termicznych, w jakich pracuje transformator, ponieważ pokazuje, jak bardzo transformator nagrzewa się ponad otoczeniem. Interpretacja tego w kategoriach trwałości izolacji wymaga czegoś więcej niż samej temperatury. Wilgoć, stan oleju, historia załadunku i inne czynniki również odgrywają rolę. Nasz artykuł na temat starzenia się transformatora szczegółowo omawia tę zależność.
Kiedy należy sprawdzić wzrost temperatury transformatora?
Warto sprawdzić wzrost temperatury w określonych momentach życia transformatora. Żadna pojedyncza obserwacja na poniższej liście nie wskazuje sama na usterkę. Każdy z nich jest powodem do dokładniejszego przyjrzenia się danym.
- Większe obciążenie niż zwykle: długotrwałe lub powtarzające się duże obciążenie zmienia wytwarzanie ciepła i temperaturę.
- Zmiany chłodzenia: modyfikacje, konserwacja lub zmiany w działaniu chłodzenia mogą spowodować zmianę temperatury osiąganej przy danym obciążeniu.
- Wyższa temperatura przy podobnym obciążeniu: jeśli temperatury wykazują tendencję wzrostową przy porównywalnym obciążeniu i warunkach otoczenia, warto zbadać przyczynę.
- Różnice między fazami lub uzwojeniami: nierówne temperatury na podobnych uzwojeniach mogą wskazywać na różnice w obciążeniu, chłodzeniu lub pomiarach.
- Test wzrostu temperatury w fabryce: w celu sprawdzenia wydajności cieplnej w stosunku do projektu i specyfikacji.
- Uruchomienie: w celu ustalenia podstawowego zachowania się temperatury podczas pracy.
- Walidacja modelu termicznego: w celu porównania obliczonych temperatur uzwojeń z wartościami zmierzonymi.
- Monitorowanie długoterminowe: w celu śledzenia trendów sezonowych i związanych z obciążeniem w czasie.
Który pomiar temperatury co Ci mówi?
Różne pomiary odpowiadają na różne pytania. Tabela nie jest rankingiem i żaden wiersz nie jest najlepszy w każdej sytuacji.
| Pomiar | Przydatne dla | Bezpośrednie lub pośrednie | Główne ograniczenie |
|---|---|---|---|
| Temperatura otoczenia | Zapewnienie odniesienia dla wzrostu temperatury | Bezpośredni pomiar otoczenia | Zależy od lokalizacji czujnika i jego reprezentatywności |
| Górna temperatura oleju | Ogólny stan termiczny oleju i wzrost temperatury oleju | Bezpośrednio do oleju, pośrednio do uzwojenia | Nie reprezentuje poszczególnych lokalizacji uzwojeń |
| WTI | Szacunkowa temperatura uzwojenia dla pracy i ochrony | Pośredni | Zależy od zmierzonych danych wejściowych i założeń modelu |
| Model termiczny | Obliczanie temperatury uzwojenia i gorącego punktu na podstawie danych obciążenia i oleju | Pośredni | Zależy od danych projektowych i parametrów |
| Sonda światłowodowa z uzwojeniem bezpośrednim | Rzeczywista temperatura w jednym wybranym miejscu uzwojenia | Bezpośrednie | Mierzy tylko jeden punkt i należy zaplanować jego rozmieszczenie |
| Wiele sond uzwojenia | Rzeczywiste temperatury w kilku wybranych lokalizacjach | Bezpośrednie | Obejmuje tylko lokalizacje, w których zainstalowane są sondy |
Wniosek
Wzrost temperatury transformatora opisuje, o ile element nagrzewa się powyżej swojej temperatury odniesienia. Wynika to ze współdziałania obciążenia, strat i chłodzenia, a inaczej objawia się w oleju, w uzwojeniu i w gorącym miejscu. Temperatura górnej części oleju, średnia temperatura uzwojenia i temperatura gorącego punktu są ze sobą powiązane, ale różnią się od siebie wartościami i każdą z nich można omówić w wartościach bezwzględnych lub jako wzrost powyżej wartości odniesienia.
Bezpośrednie sondy światłowodowe mogą podawać rzeczywiste wartości temperatury w wybranych lokalizacjach uzwojeń, co jest przydatne do porównywania danych pomiarowych z wartościami obliczonymi i śledzenia trendów w rzeczywistych warunkach pracy. Interpretacja wzrostu temperatury nadal zależy od konstrukcji transformatora, układu chłodzenia, stanu obciążenia i obowiązujących specyfikacji.
Jeśli projekt transformatora wymaga bezpośredniego pomiaru temperatury uzwojenia lub pomiaru gorącego punktu, INNO może pomóc w sprawdzeniu lokalizacji sond, trasowania włókien i wymagań dotyczących kanałów monitorowania.