Cảm biến sợi quang hỗ trợ đo nhiệt độ cách ly điện với khả năng chống nhiễu điện từ cao trên đường tín hiệu quang. Đầu dò có thể đo một điểm gần bộ phận mang điện, trong khi bộ đọc điện tử đặt ngoài khu vực đó. Mức phù hợp vẫn cần kiểm tra theo cấu tạo đầu dò và lắp đặt, bao gồm vật liệu, khoảng cách cách điện và đường đi sợi.
Điều này đặc biệt hữu ích trong máy biến áp, thiết bị đóng cắt, thanh cái, máy phát điện, thiết bị điện tử công suất, thiết bị kiểm tra điện áp cao, hệ thống RF và các môi trường khác, nơi hệ thống dây điện cảm biến dẫn điện có thể gây ra các thách thức về cách điện, nối đất, nhiễu hoặc định tuyến. Trong cảm biến nhiệt độ sợi quang điểm dựa trên huỳnh quang, một đầu dò đo một điểm nhiệt độ vật lý xác định và sợi quang không mang tín hiệu đo điện.
Giá trị chính của cảm biến nhiệt độ sợi quang trong những môi trường này không chỉ đơn giản là độ chính xác cao hơn. Ưu điểm cốt lõi là cách ly điện, đường quang không dẫn điện, khả năng chống nhiễu điện từ, cảm biến điểm trực tiếp và khả năng đặt đầu dò cảm biến ở những vị trí khó tiếp cận điện.
Tại sao khó đo nhiệt độ ở gần điện áp cao?
Đo nhiệt độ gần thiết bị điện áp cao bao gồm những thách thức thực tế như chênh lệch điện thế lớn, yêu cầu cách điện, trường điện từ, quá độ chuyển mạch, cân nhắc nối đất, tuyến dây dẫn điện và vị trí cảm biến bị hạn chế.
Điện áp cao không làm cho nhiệt độ không thể đo được - vẫn có thể sử dụng cảm biến thông thường nhưng thiết kế và lắp đặt của chúng cần được xem xét thêm. Thách thức không phải là nhiệt độ. Thách thức là thu được tín hiệu nhiệt độ đáng tin cậy trong khi vẫn duy trì cách ly điện cần thiết và tính toàn vẹn của phép đo.
Cách ly điện giúp đo nhiệt độ điện áp cao như thế nào?
Đầu dò sợi quang sử dụng hệ thống truyền dẫn quang thay vì hệ thống dây đo điện dẫn điện. Điều này có nghĩa là không có dây dẫn đo điện chạy từ điểm cảm biến đến thiết bị, điện thế tại điểm đo không được đưa trở lại qua sợi quang và thiết bị điện tử giám sát có thể được đặt ở một vị trí vật lý khác.
Điều này không có nghĩa là không có rủi ro về điện hoặc tất cả các mối nguy hiểm về điện áp cao đều bị loại bỏ. Điều đó có nghĩa là đường dẫn cảm biến quang học giúp đơn giản hóa việc cách ly điện của chính phép đo nhiệt độ.
Tại sao khả năng có khả năng chống nhiễu EMI cao lại quan trọng?
Thiết bị điện áp cao có thể tạo ra trường điện từ mạnh và nhiễu chuyển mạch. Các mạch cảm biến điện có thể yêu cầu che chắn, nối đất, định tuyến cáp cẩn thận và điều hòa tín hiệu để duy trì tín hiệu đo sạch trong môi trường này.
Đường dẫn cảm biến sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ giống như cách nối dây tín hiệu điện dẫn điện. Khả năng chống nhiễu điện từ này áp dụng cho đường đo quang - điều đó không có nghĩa là nhiễu điện từ làm thay đổi nhiệt độ thực tế được đo; điều đó có nghĩa là hệ thống dây tín hiệu điện dễ bị nhiễu hơn so với đường dẫn quang.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang đo gần thiết bị có điện như thế nào?
Trình tự đo rất đơn giản: đầu dò được đặt tại điểm đo đã chọn, nhiệt độ ảnh hưởng đến vật liệu cảm biến huỳnh quang, tín hiệu quang truyền qua sợi quang và thiết bị giám sát chuyển đổi phản hồi quang thành dữ liệu nhiệt độ.
Đây là phép đo nhiệt độ điểm. Một đầu dò tương ứng với một điểm cảm biến xác định, không phải toàn bộ thiết bị xung quanh.
Sợi quang so với Pt100 so với cặp nhiệt điện trong môi trường điện áp cao
| Phương pháp đo | Đường dẫn tín hiệu | Cách ly điện | Cân nhắc EMI | Sử dụng điện áp cao điển hình |
|---|---|---|---|---|
| Cảm biến nhiệt độ sợi quang | Quang học | Cách ly quang vốn có | Khả năng chống nhiễu điện từ cao | Đo điểm trực tiếp gần thiết bị có điện |
| Pt100 / RTD | Tín hiệu điện trở | Yêu cầu thiết kế dây và cách ly phù hợp | Có thể cần phải che chắn/nối đất | Phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp và máy biến áp thông thường |
| Cặp nhiệt điện | Tín hiệu điện áp điện | Yêu cầu cách ly thích hợp | Có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện tùy theo cách lắp đặt | Được sử dụng rộng rãi trong đo nhiệt độ quy trình công nghiệp |
| Hồng ngoại | Quang học không tiếp xúc | Không có dây tiếp xúc với điểm đo | Không bị ảnh hưởng bởi dây dẫn điện | Hữu ích cho các bề mặt nhìn thấy được/có thể tiếp cận |
Khi nào việc đo nhiệt độ sợi quang trở nên thiết thực hơn?
Cảm biến sợi quang có xu hướng thực tế hơn khi cảm biến phải ở gần dây dẫn có điện, khi khó đạt được cách ly điện bằng dây dẫn, khi có trường EMI hoặc RF mạnh, khi cần nhiệt độ trực tiếp bên trong, khi thiết bị điện tử giám sát cần phải ở xa hơn, khi phải giám sát một số điểm nhiệt độ cách ly hoặc khi khó đi dây cảm biến điện thông thường.
Nó được chọn vì môi trường đo lường chứ không chỉ đơn giản vì đây là công nghệ cảm biến mới hơn.
Đo nhiệt độ cuộn dây máy biến áp cao áp
Cuộn dây máy biến áp là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của cảm biến nhiệt độ sợi quang. Đầu dò có thể được nhúng tại các vị trí nhiệt độ cuộn dây đã chọn trong quá trình sản xuất máy biến áp để đo nhiệt độ cuộn dây trực tiếp, bao gồm các vị trí điểm nóng đã chọn, nhiều độ cao cuộn dây và giám sát cuộn dây HV/LV khi cần thiết.
Đầu dò chỉ đo điểm vật lý đã chọn - nó không tự động tìm điểm nóng máy biến áp. Logic vị trí và quy hoạch kênh cho ứng dụng này được đề cập chi tiết hơn trong các bài viết liên quan về vị trí đặt cảm biến nhiệt độ sợi quang trong cuộn dây máy biến áp và cách đo nhiệt độ cuộn dây máy biến áp.
Đo nhiệt độ thiết bị đóng cắt điện áp cao và thanh cái
Các điểm đo thiết bị đóng cắt điển hình bao gồm các mối nối thanh cái, đầu cuối cáp, tiếp điểm, điểm kết nối và các dây dẫn mang điện được chọn khác. Đầu dò nhiệt độ quang học có thể được sử dụng khi cách ly điện là quan trọng và điểm cảm biến khó kết nối bằng cách sử dụng hệ thống dây đo điện thông thường.
Không phải mọi việc lắp đặt thiết bị đóng cắt đều yêu cầu cảm biến sợi quang - quyết định phụ thuộc vào điểm kết nối cụ thể và các yêu cầu cách ly điện của việc lắp đặt đó.
Đo nhiệt độ cuộn dây máy phát điện và động cơ
Máy phát điện và động cơ lớn có trường điện từ mạnh, dòng điện cuộn dây đáng kể và các yêu cầu cách điện cụ thể. Cảm biến sợi quang có thể cung cấp phép đo nhiệt độ điểm cách ly tại các vị trí cuộn dây hoặc stato đã chọn mà không cần đưa dây dẫn vào môi trường điện từ.
Việc lựa chọn điểm đo vẫn phụ thuộc vào thiết kế máy cụ thể hơn là một vị trí cố định áp dụng cho mọi máy phát điện hoặc động cơ.
Thiết bị kiểm tra điện áp cao và đo lường trong phòng thí nghiệm
Trong thử nghiệm điện áp cao, đầu dò có thể ở gần đối tượng thử nghiệm trong khi thiết bị giám sát được đặt ở vị trí vật lý ở xa hơn. Điều này rất hữu ích trong thử nghiệm cách điện, thử nghiệm thiết bị điện, nghiên cứu điện áp cao, bàn thử nghiệm và môi trường thử nghiệm điện môi.
Khoảng cách an toàn cụ thể và tiêu chuẩn điện áp thử nghiệm phải được xác định theo quy trình thử nghiệm hiện hành và yêu cầu về cơ sở, không được giả định từ tham chiếu chung.
Điện tử công suất, Đo nhiệt độ IGBT và SiC
Thử nghiệm điện tử công suất có thể bao gồm điện áp chuyển mạch cao, chuyển tiếp điện nhanh, EMI mạnh và các thiết bị hoạt động bằng điện. Có thể sử dụng đầu dò nhiệt độ sợi quang để đo nhiệt độ điểm trực tiếp trên bề mặt thiết bị, mô-đun hoặc điểm kiểm tra đã chọn trên cụm bán dẫn điện nơi cần cách ly điện.
Phép đo được giới hạn ở vị trí lắp đặt đầu dò vật lý - không nên coi nó đại diện cho nhiệt độ mối nối bên trong trừ khi vị trí cảm biến hỗ trợ cụ thể cho điểm đo đó.
Đo nhiệt độ RF và vi sóng
Môi trường RF và vi sóng không phải lúc nào cũng được phân loại là điện áp cao của lưới điện thông thường nhưng chúng có chung các đặc điểm liên quan về cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ. Đầu dò sợi quang có thể đo nhiệt độ bên trong hoặc gần trường RF/vi sóng trong khi thiết bị giám sát vẫn ở bên ngoài trường hoạt động khi cần thiết.
Các ứng dụng đo nhiệt độ điện áp cao điển hình
| Ứng dụng | Điểm đo điển hình | Tại sao có thể sử dụng cảm biến sợi quang |
|---|---|---|
| Máy biến áp | Điểm nóng cuộn dây / đã chọn | Đo trực tiếp bên trong và cách ly điện |
| Thiết bị đóng cắt | Thanh cái/đầu cuối cáp/tiếp điểm | Đo cách ly gần các bộ phận mang điện |
| Máy phát điện | Cuộn dây / stator | Trường điện từ mạnh |
| Bàn thử nghiệm điện áp cao | Đối tượng thử nghiệm | Thiết bị có thể tránh xa khu vực có điện |
| Điện tử công suất | Mô-đun / vị trí thiết bị đã chọn | Môi trường EMI và chuyển mạch nhanh |
| Thiết bị RF / Vi sóng | Điểm kiểm tra nội bộ | Cảm biến quang học trong trường RF mạnh |
| Thiết bị thí nghiệm | Điểm kiểm tra hoạt động điện được chọn | Đo cách ly điện linh hoạt |
Đây là những ví dụ ứng dụng chứ không phải là cấu hình cảm biến bắt buộc.
Thiết bị giám sát có thể cách điểm đo điện áp cao bao xa?
Chiều dài sợi xác định khoảng cách định tuyến vật lý giữa điểm phát hiện và thiết bị giám sát. Cấu hình đầu dò sợi quang điển hình hỗ trợ khoảng 0-20 m tùy thuộc vào cấu trúc đầu dò và yêu cầu của dự án, và 3-5 m có thể là tham chiếu khởi đầu thực tế cho nhiều ứng dụng thiết bị. Kiểm tra điện áp cao có thể yêu cầu định tuyến lâu hơn tùy thuộc vào cách bố trí.
Sợi dài hơn vốn dĩ không an toàn hơn - chiều dài sợi phải tuân theo yêu cầu định tuyến thực tế và vị trí thiết bị. Các cân nhắc lựa chọn được đề cập trong hướng dẫn chuyên dụng về cách chọn độ dài sợi phù hợp cho cảm biến nhiệt độ sợi quang.
Có thể theo dõi nhiều điểm nhiệt độ điện áp cao không?
Có. Một đầu dò điểm thường tương ứng với một kênh đo và hệ thống đa kênh có thể được sử dụng cho nhiều điểm cuộn dây máy biến áp, nhiều kết nối thiết bị đóng cắt, một số đối tượng thử nghiệm hoặc nhiều điểm thử nghiệm điện-điện tử.
Một số thiết bị giám sát hỗ trợ các cấu hình đặc biệt khoảng 1-64 kênh tùy thuộc vào thiết kế thiết bị và yêu cầu của dự án, mặc dù không phải mọi kiểu máy đều hỗ trợ phạm vi kênh giống nhau. Quy hoạch kênh sẽ được thảo luận sâu hơn trong bài viết liên quan về số lượng kênh cần thiết để theo dõi nhiệt độ sợi quang.
Điện áp cao có ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ sợi quang không?
Bản thân điện áp cao thường không phải là thông số được sử dụng để xác định độ chính xác của phép đo nhiệt độ trong hệ thống cảm biến điểm quang. Độ chính xác chủ yếu liên quan đến thiết kế đầu dò, bộ phận cảm biến, thiết bị giám sát, hiệu chuẩn và cấu hình hệ thống, tiếp xúc nhiệt và điều kiện ứng dụng.
Ưu điểm của cảm biến sợi quang trong môi trường điện áp cao chủ yếu là cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ cao, thay vì ảnh hưởng trực tiếp của điện áp đến độ chính xác.
EMI có ảnh hưởng đến cảm biến nhiệt độ sợi quang không?
Đường dẫn cảm biến quang học vốn có khả năng chống nhiễu điện từ cao. Tuy nhiên, hệ thống tổng thể vẫn bao gồm các thành phần điện tử như thiết bị giám sát, nguồn điện và dây truyền thông, cần được lắp đặt theo thông lệ kỹ thuật thông thường đối với nguồn điện, nối đất và truyền thông.
Điều này có nghĩa là bản thân đường đo quang có khả năng chống lại EMI, nhưng không có nghĩa là toàn bộ hệ thống lắp đặt không bị ảnh hưởng bởi mọi dạng nhiễu tại mọi điểm trong hệ thống.
Hệ thống giám sát nhiệt độ điện áp cao có thể cung cấp những đầu ra nào?
Tùy thuộc vào thiết bị giám sát đã chọn, các đầu ra khả dụng có thể bao gồm hiển thị nhiệt độ cục bộ, RS485, Modbus RTU, 4-20 mA, đầu ra rơle cảnh báo và tích hợp với hệ thống PLC hoặc SCADA.
Các giao diện khả dụng tùy thuộc vào công cụ giám sát cụ thể được chọn - không phải mọi kiểu máy đều hỗ trợ mọi đầu ra và chỉ nên giả định 4-20 mA độc lập trên mỗi kênh khi sản phẩm cung cấp cụ thể.
Cách chọn cảm biến nhiệt độ sợi quang để đo điện áp cao
Các yếu tố lựa chọn thực tế bao gồm:
- Phạm vi nhiệt độ
- Vị trí điểm đo
- Đường kính / cấu trúc đầu dò
- Chiều dài sợi
- Số lượng điểm phát hiện
- Số lượng kênh giám sát
- Môi trường điện
- Thiết bị giám sát
- Đầu ra giao tiếp cần thiết
- Lộ trình cài đặt
Cấu hình đầu dò điển hình cung cấp phạm vi nhiệt độ khoảng -40 đến 260 C, độ chính xác khoảng +/- 0,5 đến +/- 1 C, phản hồi dưới 1 giây, đường kính đầu dò khoảng 2-3 mm và chiều dài sợi khoảng 0-20 m tùy theo cấu hình. Đây là những giá trị tham khảo điển hình chứ không phải là thông số kỹ thuật cố định cho mọi sản phẩm.
Đo sợi quang và hồng ngoại không tiếp xúc gần điện áp cao
Phép đo hồng ngoại không tiếp xúc, hữu ích cho các bề mặt có thể tiếp cận, không cần nối dây cảm biến tại điểm đo và phụ thuộc vào đường ngắm và điều kiện đo bề mặt. Đo lường sợi quang sử dụng cảm biến điểm tiếp xúc trực tiếp hoặc nhúng, có thể đo các vị trí bên trong hoặc khép kín nơi có thể truy cập đầu dò, phù hợp để giám sát điểm liên tục và cung cấp cảm biến quang cách điện.
Hồng ngoại không chính xác - nó phục vụ một mục đích đo lường khác, đặc biệt đối với các bề mặt có thể tiếp cận được, nơi việc cảm biến nhúng liên tục là không thực tế.
Cần thông tin gì trước khi chọn cảm biến nhiệt độ điện áp cao?
- Loại thiết bị
- Môi trường điện áp
- Điểm đo
- Đo bề mặt hoặc bên trong
- Phạm vi nhiệt độ yêu cầu
- Nhiệt độ vận hành dự kiến
- Kích thước đầu dò
- Chiều dài sợi
- Số lượng điểm phát hiện
- Số lượng kênh giám sát
- Vị trí thiết bị giám sát
- Môi trường EMI / RF
- Giao diện truyền thông bắt buộc
- Yêu cầu PLC/SCADA
- Yêu cầu đầu ra cảnh báo
- Không gian cài đặt
- Yêu cầu đầu nối
Những hiểu lầm thường gặp khi đo nhiệt độ điện áp cao
Chính điện áp cao sẽ thay đổi chỉ số nhiệt độ. Điện áp cao và EMI chủ yếu tạo ra những thách thức đối với hệ thống đo lường; chúng không trực tiếp làm thay đổi nhiệt độ vật lý được đo.
Cảm biến sợi quang chỉ được chọn vì chúng chính xác hơn. Sự cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ thường là những lý do chính chứ không chỉ riêng độ chính xác.
Pt100 và cặp nhiệt điện không thể được sử dụng gần điện áp cao. Chúng có thể được sử dụng thành công khi thiết kế cách nhiệt, che chắn, nối đất và hệ thống phù hợp.
Một đầu dò sợi quang đơn có thể đo toàn bộ hệ thống máy biến áp hoặc thanh cái. Đầu dò một điểm đo một vị trí xác định chứ không phải toàn bộ hệ thống.
Thiết bị giám sát phải được lắp đặt bên cạnh điểm cảm biến. Cáp quang cho phép thiết bị được định vị riêng biệt theo thiết kế hệ thống và định tuyến cần thiết.