Thiết bị đo nhiệt độ cuộn dây được sử dụng trong máy biến áp, động cơ và máy phát điện, nhưng tên gọi này không chỉ một cấu tạo duy nhất. Tùy thiết bị có thể dùng RTD nhúng, WTI mô phỏng nhiệt hoặc đầu dò sợi quang tại những vị trí đã chọn. Mỗi phương pháp cung cấp thông tin khác nhau và cần được diễn giải theo nguyên lý đo.
Tùy thuộc vào ứng dụng, nhiệt độ cuộn dây có thể được đo trực tiếp tại một điểm vật lý hoặc được ước tính gián tiếp từ các đại lượng nhiệt và điện khác. Do đó, số đọc phải được xác định là nhiệt độ điểm đo hoặc ước tính.
Máy dò nhiệt độ cuộn dây là gì?
Cuộn dây tạo ra nhiệt do tổn thất điện. Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra nhiệt điện trở và nhiệt phải được mang đi bằng cách bố trí làm mát thiết bị. Giám sát nhiệt độ được sử dụng để quan sát tình trạng nhiệt của cuộn dây.
Bộ phát hiện nhiệt độ cuộn dây là thiết bị cảm biến hoặc giám sát cung cấp thông tin này. Trong thực tế, nó có thể là một cảm biến nhúng, một thiết bị chỉ báo nhiệt độ, một thiết bị mô phỏng nhiệt hoặc một đầu dò quang học trực tiếp. "Máy dò" không nhất thiết có nghĩa là phần cứng giống nhau trong mọi ứng dụng và thông số kỹ thuật yêu cầu phải được đọc cùng với loại thiết bị và mục tiêu đo lường.
Đầu báo nhiệt độ cuộn dây, cảm biến và đèn báo
Ba thuật ngữ này thường được sử dụng như thể chúng có thể thay thế cho nhau. Họ mô tả các cấp độ khác nhau của chuỗi đo lường.
Máy dò nhiệt độ cuộn dây
Đây là thuật ngữ rộng nhất. Nó đề cập đến cơ cấu cảm biến hoặc giám sát được sử dụng để phát hiện, thu được hoặc xác định nhiệt độ cuộn dây. Sự sắp xếp có thể bao gồm một bộ phận cảm biến và một dụng cụ hoặc một thiết bị tính toán giá trị từ các đầu vào khác.
Cảm biến nhiệt độ cuộn dây
Cảm biến nhiệt độ cuộn dây thường có nghĩa là phần tử cảm biến thực tế. Các ví dụ bao gồm RTD, nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện hoặc đầu dò sợi quang. Cảm biến tạo ra tín hiệu phụ thuộc vào nhiệt độ tại vị trí của nó.
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây thường là một thiết bị hiển thị, mô phỏng, tính toán hoặc xử lý giá trị nhiệt độ cuộn dây. Trong máy biến áp ngâm trong dầu, WTI thường sử dụng nhiệt độ lớp dầu cùng với hiệu ứng gia nhiệt liên quan đến tải hoặc mô phỏng nhiệt để biểu thị nhiệt độ cuộn dây. Sẽ không đúng khi cho rằng cảm biến WTI luôn được lắp trực tiếp vào cuộn dây.
Một số chỉ báo cũng cung cấp đầu ra cảnh báo hoặc điều khiển, do đó, chỉ báo không chỉ là màn hình. Đầu ra cảnh báo và điều khiển phụ thuộc vào chỉ báo đã chọn.
Tại sao phải theo dõi nhiệt độ cuộn dây?
Nhiệt độ cuộn dây bị ảnh hưởng bởi tải điện, tổn thất, hiệu suất làm mát, điều kiện xung quanh và điều kiện nhiệt cục bộ bên trong thiết bị. Giám sát nó cung cấp thông tin về cách các yếu tố này kết hợp trong quá trình hoạt động.
Thông tin có thể được sử dụng để quan sát ứng suất nhiệt của vật liệu cách nhiệt, phát hiện xu hướng quá nhiệt, kiểm tra hiệu suất làm mát và hiểu hành vi tải. Việc đọc nhiệt độ không phải là một phán đoán riêng biệt. Các giá trị chấp nhận được và cài đặt cảnh báo phụ thuộc vào thiết kế thiết bị, hệ thống cách điện và thông số kỹ thuật hiện hành, vì vậy chúng phải lấy từ tài liệu của thiết bị chứ không phải từ số liệu chung.
Máy dò nhiệt độ cuộn dây RTD
RTD là viết tắt của máy dò nhiệt độ điện trở. Các ký hiệu phổ biến như Pt100 và PT1000 đề cập đến điện trở danh nghĩa của phần tử ở nhiệt độ tham chiếu. RTD đo nhiệt độ thông qua sự thay đổi điện trở có thể dự đoán được mà thiết bị được kết nối chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ.
Khi RTD được nhúng hoặc lắp đặt tại vị trí cuộn dây, nó sẽ đo nhiệt độ gần vị trí đó. Cảm biến nhiệt độ cuộn dây RTD thường gặp trong cuộn dây stato của động cơ và cuộn dây stato của máy phát điện, đồng thời chúng cũng được sử dụng trong các thiết bị điện loại khô và bố trí máy biến áp đã chọn. Chúng không được sử dụng trong mọi cuộn dây máy biến áp và không nên cho rằng một máy biến áp nhất định có một máy biến áp.
Ưu điểm và cân nhắc lựa chọn
RTD mang lại một số lợi ích thiết thực:
- Đo trực tiếp tại vị trí lắp đặt
- Một công nghệ công nghiệp lâu đời
- Sự phù hợp để giám sát liên tục
- Dễ dàng tích hợp với nhiều nhạc cụ thông thường
Việc cân nhắc lựa chọn xuất phát từ thực tế là cảm biến dùng điện. RTD cần có hệ thống dây dẫn điện, vì vậy việc cách ly điện, định tuyến dây dẫn, không gian lắp đặt và môi trường điện từ đều phải được xem xét. Trong các ứng dụng điện áp cao, các yêu cầu về cách điện và nối dây phải được xử lý cẩn thận. Điều này không loại trừ RTD và nhiều máy điện áp cao sử dụng chúng thành công.
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây máy biến áp (WTI)
Trong các cách bố trí WTI truyền thống hoặc phổ biến dành cho máy biến áp ngâm trong dầu, cảm biến thường không được đặt trong cuộn dây dẫn. Thiết bị đo nhiệt độ lớp dầu trên cùng và bổ sung mô phỏng nhiệt phụ thuộc vào tải, thường lấy từ dòng điện tải, để biểu thị nhiệt độ cuộn dây hoặc trạng thái điểm nóng của cuộn dây.
Không phải mọi WTI đều được chế tạo theo cách giống nhau và các chi tiết khác nhau giữa nhà sản xuất và thiết kế máy biến áp. Tuy nhiên, nguyên tắc chung là giá trị được hiển thị là biểu diễn được tính toán hoặc mô phỏng dựa trên các đầu vào đo được và các giả định của mô hình. Đây là phương pháp hợp pháp và được sử dụng rộng rãi, đồng thời rất phù hợp với các chức năng chỉ báo, cảnh báo và điều khiển làm mát trên máy biến áp không có cảm biến cuộn dây bên trong.
WTI có đo trực tiếp nhiệt độ cuộn dây máy biến áp không?
Không nhất thiết. Các bố trí WTI của máy biến áp truyền thống thường cung cấp nhiệt độ cuộn dây gián tiếp hoặc mô phỏng dựa trên nhiệt độ lớp dầu trên cùng và tải của máy biến áp. Kết quả là một chỉ báo nhiệt hữu ích, nhưng nó không phải là số đọc từ cảm biến ở dây dẫn cuộn dây.
Bản so sánh đầy đủ về hai phương pháp có sẵn trong bài viết của chúng tôi về máy biến áp WTI và cảm biến nhiệt độ sợi quang , vì vậy nó không được lặp lại ở đây.
Máy dò nhiệt độ cuộn dây sợi quang
Công nghệ của INNO là cảm biến nhiệt độ sợi quang điểm dựa trên huỳnh quang. Đầu dò được lắp đặt với đầu cảm biến của nó tại vị trí cuộn dây đã chọn và nhiệt độ được đo ở đầu đó. Một sợi quang mang tín hiệu quang kích thích và trả về giữa điểm cảm biến và thiết bị tương thích, giúp chuyển đổi tín hiệu thành giá trị nhiệt độ.
Đối với máy biến áp ngâm trong dầu, cảm biến nhiệt độ cuộn dây sợi quang cho phép đo nhiệt độ trực tiếp tại các vị trí cuộn dây đã chọn khi đầu dò được tích hợp vào máy biến áp trong quá trình sản xuất.
Ranh giới cảm biến điểm
Nguyên tắc đo lường đặt ra các giới hạn rõ ràng cần được hiểu ở giai đoạn thông số kỹ thuật:
- Một đầu dò tương ứng với một điểm đo vật lý được xác định.
- Nhiều đầu dò cho ra nhiều điểm nhiệt độ cuộn dây độc lập.
- Sợi mang tín hiệu nhưng không đo nhiệt độ dọc theo chiều dài của nó. Đây là cảm biến điểm, không phải cảm biến nhiệt độ phân tán.
- Một đầu dò không giám sát toàn bộ cuộn dây.
- Hệ thống không tự động xác định vị trí các điểm nóng không xác định. Ở những nơi quan tâm đến các điểm nóng, các đầu dò được đặt tại các vị trí cuộn dây quan trọng về nhiệt đã được chọn hoặc đã xác định trước đó.
Đặc điểm của đầu dò sợi quang
- Đo điểm trực tiếp tại đầu cảm biến
- Cách ly điện của đường cảm biến quang
- Khả năng chống nhiễu điện từ cao
- Hình dạng đầu dò cảm biến nhỏ
- Giám sát đa điểm bằng nhiều đầu dò độc lập
Đây là những đặc điểm của phương pháp cảm biến. Việc đầu dò có phù hợp với cuộn dây cụ thể hay không phụ thuộc vào thiết kế, vị trí đo có thể tiếp cận và cách định tuyến sợi quang ra khỏi thiết bị.
Phát hiện nhiệt độ cuộn dây RTD, WTI và sợi quang
Bảng so sánh ba phương pháp theo cách chúng hoạt động và nơi chúng thường được sử dụng. Đây là sự so sánh trung lập và mỗi mục phản ánh các đặc điểm chung khác nhau tùy theo sản phẩm và cách lắp đặt cụ thể.
| Nguyên tắc đo lường | Trực tiếp hoặc gián tiếp | Ứng dụng điển hình | Tín hiệu điện tại điểm đo | Cân nhắc lựa chọn chính | |
|---|---|---|---|---|---|
| RTD | Điện trở thay đổi theo nhiệt độ | Trực tiếp, tại vị trí đã cài đặt | Cuộn dây stato của động cơ và máy phát điện, thiết bị loại khô, bố trí máy biến áp được chọn | Có, dây dẫn chạy đến phần tử cảm biến | Đi dây, cách điện và định tuyến trong môi trường điện |
| Máy biến áp WTI | Nhiệt độ lớp dầu cộng với mô phỏng nhiệt liên quan đến tải | Gián tiếp, được tính toán hoặc mô phỏng | Bố trí chỉ báo, cảnh báo và điều khiển máy biến áp ngâm dầu | Không áp dụng, vì không có cảm biến nào được đặt ở dây dẫn cuộn dây theo cách bố trí truyền thống | Chỉ thị được tính toán có đủ hay cần có dữ liệu đo được ở cuộn dây |
| Cảm biến điểm sợi quang | Tín hiệu quang từ đầu cảm biến, chẳng hạn như hành vi huỳnh quang | Trực tiếp, tại vị trí đầu cảm biến | Cuộn dây máy biến áp, động cơ và máy phát điện, bao gồm cả điều kiện điện áp cao hoặc trường mạnh | Không, đường tín hiệu tại điểm đo là quang | Vị trí đầu dò, định tuyến sợi quang và các kênh thiết bị tương thích |
Phát hiện nhiệt độ cuộn dây trực tiếp và gián tiếp
Trong phép đo trực tiếp, cảm biến đo nhiệt độ vật lý tại một vị trí đã chọn. Cả RTD được lắp đặt tại điểm đã chọn và đầu dò cáp quang được lắp đặt tại điểm đã chọn đều là ví dụ. Bài đọc mô tả điểm đó.
Trong phép xác định gián tiếp, nhiệt độ cuộn dây được suy ra từ các đại lượng khác như nhiệt độ lớp dầu trên, dòng điện tải, mô hình nhiệt hoặc mô phỏng nhiệt. Máy biến áp truyền thống WTI là ví dụ tiêu chuẩn. Số đọc mô tả tình trạng cuộn dây được tính toán, dựa trên mô hình.
Trực tiếp không tự động có nghĩa là phù hợp hơn trong mọi ứng dụng. Các phương pháp gián tiếp đơn giản, được thiết lập và sẵn có mà không cần tiếp cận bên trong cuộn dây, còn các phương pháp trực tiếp cung cấp dữ liệu đo được tại các vị trí đã chọn. Chúng phục vụ các mục đích kỹ thuật khác nhau và sự lựa chọn phụ thuộc vào những gì dự án cần biết. Nhiệt độ cuộn dây cũng có thể được đánh giá dưới dạng giá trị tuyệt đối hoặc mức tăng nhiệt độ so với tham chiếu thích hợp, như được giải thích trong bài viết của chúng tôi về độ tăng nhiệt độ máy biến áp .
Máy dò nhiệt độ cuộn dây trong máy biến áp
Ở máy biến áp ngâm trong dầu, việc tiếp cận cuộn dây bên trong sau khi sản xuất là rất khó khăn. Do đó, các đầu dò trực tiếp bên trong thường cần được lên kế hoạch trong quá trình thiết kế và sản xuất. Các cách bố trí WTI và các phép đo lớp dầu trên được sử dụng rộng rãi như các bố trí giám sát bên ngoài vì chúng không yêu cầu tiếp cận cuộn dây.
Khi đầu dò sợi quang được tích hợp vào máy biến áp, chúng có thể cung cấp các phép đo trực tiếp tại các vị trí cuộn dây đã chọn. Nhiệt độ cuộn dây và điểm nóng được duy trì góp phần gây ra ứng suất nhiệt trên lớp cách điện, mối quan hệ được đề cập trong bài viết của chúng tôi về lão hóa máy biến áp .
Để biết phạm vi các phương pháp đo lường có sẵn trên máy biến áp, hãy xem trang của chúng tôi về giám sát nhiệt độ máy biến áp . Các phương pháp riêng lẻ, bao gồm cả cách áp dụng từng phương pháp, được so sánh trong bài viết về cách đo nhiệt độ cuộn dây máy biến áp .
Máy dò nhiệt độ cuộn dây trong động cơ và máy phát điện
Động cơ và máy phát điện thường theo dõi nhiệt độ cuộn dây stato tại các vị trí nhúng đã chọn. Nhiệt độ vòng bi được theo dõi riêng biệt và phục vụ cho một mục đích khác. Không nên nhầm lẫn cả hai, vì nhiệt độ vòng bi không mô tả tình trạng cuộn dây.
RTD được sử dụng rộng rãi để giám sát cuộn dây stato trong động cơ và máy phát điện. Cảm biến sợi quang có thể được xem xét khi cách ly điện, môi trường điện từ mạnh, điều kiện điện áp cao hoặc điều kiện thử nghiệm đặc biệt làm cho cảm biến quang trở nên hữu ích. Trong trường hợp đó, đầu dò nhiệt độ sợi quang cuộn dây động cơ được lắp đặt với đầu cảm biến của nó tại vị trí cuộn dây đã chọn.
Phần này mô tả cách thực hiện phát hiện nhiệt độ cuộn dây trong động cơ và máy phát điện. Nó không so sánh chi tiết tất cả các loại cảm biến động cơ, vì đó là một câu hỏi riêng biệt. Để biết bối cảnh ứng dụng rộng hơn, hãy xem giám sát nhiệt độ động cơ và máy phát điện .
Chỉ báo nhiệt độ cuộn dây và đầu dò nhiệt độ cuộn dây
Người dùng tìm kiếm một thuật ngữ thường có nghĩa là thuật ngữ khác. Máy dò là thuật ngữ rộng hơn và có thể đề cập đến phương pháp cảm biến hoặc phát hiện thực tế, cho dù đó là cảm biến tại một vị trí thực tế hay phép tính từ các đại lượng khác. Chỉ báo thường nhấn mạnh đến việc hiển thị, chỉ báo, xử lý hoặc mô phỏng giá trị nhiệt độ cuộn dây.
Trong máy biến áp, WTI có bối cảnh ngành cụ thể và thường đề cập đến sự sắp xếp dựa trên dầu và tải được mô tả ở trên. Không phải mọi chỉ báo nhiệt độ cuộn dây chỉ là màn hình hiển thị vì một số có chức năng cảnh báo hoặc điều khiển. Các kết quả đầu ra cụ thể phụ thuộc vào sản phẩm và không được đề cập ở đây.
Máy dò nhiệt độ cuộn dây được lắp đặt ở đâu?
Cuộn dây máy biến áp
Đầu dò trực tiếp cần có các vị trí vật lý được chọn bên trong cuộn dây. Các vị trí này được thỏa thuận trong quá trình thiết kế và chế tạo khi cuộn dây có thể tiếp cận được. Đầu dò báo cáo nhiệt độ ở vị trí riêng của nó và không có vị trí nào khác.
Cuộn dây Stator của động cơ và máy phát điện
Cảm biến nhúng có thể được định vị trong khi cuộn dây đang được thực hiện. Các vị trí phụ thuộc vào thiết kế máy và mục tiêu giám sát.
Sắp xếp bên ngoài hoặc gián tiếp
Kiểu sắp xếp WTI hoặc dầu trên có thể không liên quan đến bất kỳ cảm biến nào được gắn trong cuộn dây. Phép đo được thực hiện trong dầu và giá trị cuộn dây được lấy từ dầu đó. Vị trí chính xác, số lớp hoặc khoảng cách không cố định theo bất kỳ quy tắc chung nào và phải xuất phát từ dữ liệu kỹ thuật và thiết kế thiết bị.
Giám sát nhiều điểm nhiệt độ cuộn dây
Nếu cần giám sát một số vị trí vật lý độc lập thì cần có một số điểm cảm biến. Đối với cảm biến điểm sợi quang huỳnh quang, một điểm tương ứng với một đầu dò và một kênh hoạt động tương thích trên thiết bị.
Ví dụ: ba điểm độc lập thường cần ba đầu dò và ít nhất ba kênh hoạt động tương thích. Đây chỉ là một minh họa và không phải là một quy tắc thiết kế phổ quát. Số lượng điểm phụ thuộc vào thiết bị và mục tiêu giám sát. Một số đầu dò cung cấp một số phép đo điểm độc lập và chúng không tạo thành cấu hình nhiệt độ phân tán.
Cách chọn đầu báo nhiệt độ cuộn dây
Thực hiện theo thứ tự các điểm sau sẽ giúp thu hẹp các tùy chọn:
- Loại thiết bị: máy biến áp, động cơ hoặc máy phát điện.
- Mục tiêu đo: dữ liệu nhiệt độ sẽ được sử dụng cho mục đích gì.
- Đo trực tiếp hoặc chỉ báo: cho dù cần dữ liệu đo được ở cuộn dây hay chỉ báo được tính toán là đủ.
- Phạm vi nhiệt độ dự kiến: được xác nhận dựa trên cảm biến hoặc tài liệu thiết bị.
- Môi trường điện áp: nhu cầu cách điện và cách ly tại điểm đo.
- Môi trường điện từ: ảnh hưởng của trường mạnh lên hệ thống dây điện và tín hiệu.
- Số điểm đo: mỗi vị trí độc lập cần có cảm biến riêng.
- Installation access: whether the winding can be reached during manufacturing or maintenance.
- Không gian có sẵn: không gian dành cho cảm biến tại điểm dự kiến.
- Định tuyến dây hoặc cáp quang: cách kết nối rời khỏi thiết bị.
- Các kênh giám sát bắt buộc: đủ các kênh tương thích cho tất cả các điểm.
- Yêu cầu tích hợp: giao diện của hệ thống giám sát hoặc điều khiển hiện có.
- Thiết bị mới hoặc trang bị thêm: áp dụng cái nào trong hai cái.
Thiết bị mới và lắp đặt trang bị thêm
Trong máy biến áp, động cơ hoặc máy phát điện mới, các cảm biến nhúng có thể được lên kế hoạch trong quá trình sản xuất. Các điểm đo có thể được thỏa thuận với người thiết kế, các cảm biến được đặt trong khi cuộn dây có thể tiếp cận được và việc định tuyến dây hoặc sợi được tích hợp trong công trình.
Trong thiết bị hiện có, khả năng tiếp cận cuộn dây bên trong có thể bị hạn chế. Không thể giả định rằng các cảm biến sợi quang trực tiếp bên trong luôn có thể được trang bị thêm. Tính khả thi phụ thuộc vào khả năng tiếp cận vật lý, thiết kế thiết bị và phạm vi bảo trì, đồng thời mỗi trường hợp đều cần được xem xét kỹ thuật.
Giới hạn đọc nhiệt độ cuộn dây
"A WTI always measures the winding directly."
Không nhất thiết. Các bố trí WTI của máy biến áp truyền thống thường lấy giá trị cuộn dây từ nhiệt độ và tải của lớp dầu trên cùng, do đó kết quả được tính toán hoặc mô phỏng chứ không được đọc từ cảm biến ở dây dẫn.
"Một máy dò đo toàn bộ cuộn dây."
Point sensors measure only the locations where they are installed. Phạm vi phủ sóng của cuộn dây đòi hỏi phải có đủ cảm biến ở các vị trí thích hợp.
"Top-oil temperature is winding temperature."
They are different measurement quantities. Khi có tải, cuộn dây thường nóng hơn dầu xung quanh nó và sự khác biệt sẽ thay đổi khi tải và làm mát.
"Multiple fiber optic probes are DTS."
Không phải vậy. Several probes still provide several independent point measurements, and no continuous profile along the fiber is produced.
"The same detector arrangement suits every transformer and motor."
Equipment design and measurement objective differ between applications, so the arrangement has to be chosen for each case.
Kết luận
Máy dò nhiệt độ cuộn dây không phải là một công nghệ cảm biến duy nhất. Tùy thuộc vào thiết bị, nhiệt độ cuộn dây có thể được đo trực tiếp bằng RTD hoặc đầu dò sợi quang hoặc được biểu thị gián tiếp bằng các thiết bị như máy biến áp WTI.
RTDs are an established form of direct electrical sensing at installed locations. A WTI is a transformer-oriented thermal indication and simulation approach. Cảm biến sợi quang cung cấp phép đo điểm trực tiếp thông qua đường dẫn cảm biến được cách ly về mặt quang học. Không ai trong số ba là tốt nhất trong mọi trường hợp.
Phương pháp thích hợp tùy thuộc vào thiết bị, điểm đo, môi trường điện và liệu dự án có yêu cầu dữ liệu nhiệt độ trực tiếp hay chỉ báo nhiệt gián tiếp hay không.
Nếu dự án của bạn yêu cầu đo nhiệt độ cuộn dây trực tiếp, INNO có thể giúp xem xét các vị trí cảm biến, cấu hình đầu dò, định tuyến sợi và các yêu cầu về kênh.