مراقبة الحالة الحرارية للمحولات من النوع الجاف – التحليل الفني ودليل التطبيق

• اللفات والنوى الحديدية للمحولات من النوع الجاف مثل محولات راتنجات الزهر ومحولات راتنجات الايبوكسي هي مصادر الحرارة الرئيسية. حالتها الحرارية تحدد بشكل مباشر عمر العزل. لكل 6 درجات مئوية زيادة في درجة حرارة النقطة الساخنة للملفات, سوف تنخفض الحياة إلى النصف.
• تحتاج مراقبة المحولات المعزولة بالهواء والمحولات العازلة الصلبة إلى التقاط درجة حرارة كل مكون تسخين بدقة. الأساليب التقليدية لها حدود, وتتمتع الألياف الضوئية الفلورية بأفضل أداء شامل بين تقنيات الاستشعار الجديدة.
• تحلل هذه المقالة تقنيات مراقبة الحالة الحرارية لأنواع مختلفة من المحولات من النوع الجاف, يقارن مخططات مختلفة, ويوفر نقاط الاختيار والتطبيق لمساعدتك على إتقان طرق المراقبة الفعالة.

1. مكونات التسخين الرئيسية وأسباب توليد الحرارة في المحولات من النوع الجاف

سواء كانت محولات الراتنج المصبوب, محولات راتنجات الايبوكسي, المحولات المعزولة بالهواء, أو محولات العزل الصلبة, يتم توليد الحرارة بشكل رئيسي من فقدان الطاقة أثناء تحويل الطاقة. مكونات وآليات التسخين الأساسية هي كما يلي:

1. اللفات (أهم مصدر للحرارة):فقدان النحاس (أنا²ر) المتولدة عندما يمر التيار عبر اللفات هو مصدر الحرارة الرئيسي لجميع أنواع المحولات من النوع الجاف. لمحولات الراتنج المصبوب, لفاتها ملفوفة بإحكام بواسطة راتنجات الايبوكسي, لذا فإن حالة تبديد الحرارة أكثر تعقيدًا من حالة المحولات المعزولة بالهواء, ومن السهل أن تتراكم الحرارة لتشكل نقاطًا ساخنة. ستعمل الطبقة العازلة المتعرجة لمحولات راتنجات الإيبوكسي على تسريع عملية الشيخوخة بسبب ارتفاع درجة الحرارة لفترة طويلة. عندما يزيد الحمل الحالي (مثل عملية التحميل الزائد), يزداد فقدان النحاس بنسبة مربعة, وترتفع درجة الحرارة بشكل حاد. فضلاً عن ذلك, تدفق التسرب بين المنعطفات وطبقات اللفات سوف يولد فقدان التيار الدوامي, مزيد من تفاقم توليد الحرارة. اللفات ذات الجهد العالي أكثر عرضة للنقاط الساخنة بسبب المزيد من المنعطفات, أسلاك أرق, وتوليد حرارة أكبر لكل وحدة حجم.
2. قلب حديدي:يولد قلب الحديد فقدان الحديد في المجال المغناطيسي المتناوب, بما في ذلك فقدان التباطؤ وخسارة التيار الدوامي. هذه الخاصية واضحة بشكل خاص في محولات العزل الصلبة – الموصلية الحرارية للمواد العازلة الصلبة ضعيفة نسبيًا, وإذا كان لا يمكن تبديد حرارة قلب الحديد في الوقت المناسب, قد يحدث ارتفاع درجة الحرارة المحلية. يرتبط فقدان التباطؤ بمنطقة حلقة التباطؤ في المادة الأساسية الحديدية, وخسارة التيار الدوامي ناتجة عن التيار الدوامي (التيار المتداول) المستحثة في قلب الحديد. إذا كان عزل صفائح الفولاذ السيليكون ذات النواة الحديدية ضعيفًا أو كانت الصفائح فضفاضة, سوف تزيد خسارة التيار الدوامي بشكل ملحوظ, مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
3. أسلاك الرصاص وأجزاء الاتصال:سيؤدي الاتصال الضعيف في أجزاء الاتصال مثل الخيوط المتعرجة ومبدلات الصنبور إلى توليد مقاومة للتلامس, مما يسبب حرارة جول إضافية. من المرجح أن يتم تجاهل هذا النوع من توليد الحرارة في المحولات المعزولة بالهواء لأن عزلها يعتمد على الفجوات الهوائية, وقد يؤثر ارتفاع درجة الحرارة عند نقاط الاتصال بشكل مباشر على أداء العزل. بينما يتم تغطية أجزاء التوصيل لمحولات الراتنج المصبوب بمواد عازلة, لذلك يكون توليد الحرارة مخفيًا أكثر وقد يرتفع فجأة تحت الحمل العادي, وهو سبب شائع لأعطال ارتفاع درجة الحرارة المحلية.
4. مراوح التبريد (التدفئة المساعدة):محولات راتنجات الايبوكسي المبردة بالهواء القسري أو محولات العزل الصلبة, سوف تولد محركات المروحة الخاصة بهم كمية صغيرة من الحرارة أثناء التشغيل, لكن النسبة منخفضة جداً (عادة <1%). التأثير الرئيسي هو أنه عندما تفشل المروحة, سيتم تخفيض كفاءة تبديد الحرارة, مما يؤدي بشكل غير مباشر إلى تفاقم ارتفاع درجة حرارة المكونات الأخرى. للمحولات المعزولة بالهواء المبردة بشكل طبيعي, إن نقص المراوح يجعلها أكثر اعتمادًا على تصميم تبديد الحرارة للملفات نفسها, لذا فإن مراقبة درجة حرارة مكونات التسخين أمر بالغ الأهمية بشكل خاص.

The heat generation of these components interacts with each other: the heat of the windings is transferred to the iron core through conduction, and the heat of the iron core is dissipated to the surrounding environment through convection. If any link of heat dissipation is blocked, it will trigger a chain reaction, leading to overall temperature失控.

2. Working Principle of Thermal Condition Monitoring System for Dry-type Transformers

Thermal condition monitoring of dry-type transformers determines whether the equipment is in a safe operating range by real-time capturing the temperature distribution and change trend of each heating component. Whether it is Cast resin transformers or Air-insulated transformers, the core logic is the same: فقدان المعدات (فقدان النحاس, iron loss) is converted into heat. If the heat dissipation rate is lower than the heat generation rate, the temperature will continue to rise, مما يؤدي في النهاية إلى تقادم المواد العازلة وفشلها (مثل راتنجات الايبوكسي, مواد عازلة صلبة).

يتكون نظام المراقبة عادة من ثلاثة أجزاء:

1. Sensing layer: اتصل مباشرة أو كن قريبًا من أجزاء التسخين (مثل اللفات, نقاط اتصال الحديد الأساسية) لتحويل إشارات درجة الحرارة إلى إشارات كهربائية أو بصرية قابلة للنقل. لمحولات الراتنج المصبوب, يجب أن يكون قادرًا على اختراق الطبقة العازلة لقياس درجة الحرارة بدقة. للمحولات المعزولة بالهواء, فهو يحتاج إلى التكيف مع تأثير الغبار في البيئة المفتوحة.
2. طبقة النقل: نقل الإشارات إلى وحدة المعالجة عبر الكابلات, الألياف الضوئية, أو الوسائل اللاسلكية. بسبب هيكل العزل المدمج لمحولات العزل الصلبة, هناك متطلبات أعلى لمساحة الأسلاك لخطوط النقل.
3. طبقة التحليل: تحليل في الوقت الحقيقي لبيانات درجة الحرارة, and trigger an alarm when exceeding the threshold (such as the hot spot temperature upper limit of 155℃ for Epoxy resin transformers, which can be appropriately relaxed for Air-insulated transformers due to better heat dissipation but needs strict monitoring).

فيما بينها, ال type of sensing layer technology is the core factor determining the monitoring effect, directly affecting the accuracy and reliability of data.

3. Comprehensive Comparison of Thermal Condition Monitoring Technologies for Dry-type Transformers

Different thermal condition monitoring technologies have significant performance differences in scenarios of different types of dry-type transformers such as Cast resin, Epoxy resin, Air-insulated, and Solid insulation. The following is a comparison of key parameters of mainstream technologies:

تكنولوجيا المراقبة	مبدأ الاستشعار	نطاق قياس درجة الحرارة	Anti-electromagnetic Interference Ability	طريقة التثبيت	الاستقرار على المدى الطويل	مستوى التكلفة	Adaptability to Different Types of Transformers	Core Shortcomings
الثرمستور (PT100)	Metal resistance changes with temperature	-50~200℃	فقير	Surface pasting / lead wiring	فقير (needs calibration every 3-5 سنين)	قليل	Only suitable for surface temperature measurement of Air-insulated transformers, cannot penetrate the resin layer	Cannot monitor internal hot spots of windings; leads are susceptible to electromagnetic interference
Infrared thermometer	يستقبل الأشعة تحت الحمراء لحساب درجة الحرارة	-20~300 درجة مئوية	قوي	عدم الاتصال (التثبيت الخارجي)	واسطة (تتأثر بالغبار البيئي)	واسطة	القدرة على التكيف بشكل عام مع المحولات المعزولة بالهواء, لا يمكن اختراق الطبقة العازلة لمحولات الراتنج المصبوب	يحتاج إلى فتح نافذة المراقبة, عرضة لتداخل درجة الحرارة والرطوبة البيئية
الألياف براج صريف	يتغير الطول الموجي للانعكاس مع درجة الحرارة	-40~150 درجة مئوية	قوي	زرع في اللفات / لصق	واسطة (عرضة للانجراف في درجات حرارة عالية)	عالي	مناسبة لمحولات العزل الصلبة, ولكنها عرضة للإجهاد المادي في محولات الراتنج المصبوب	معدات إزالة التشكيل المعقدة, تحتاج المراقبة متعددة النقاط إلى اتصال متسلسل يؤدي إلى فشل نقطة واحدة مما يؤثر على الكل
جهاز استشعار لاسلكي	تنقل إشارة التردد اللاسلكي بيانات درجة الحرارة	-30~125 درجة مئوية	فقير	الامتزاز السطحي	فقير (عمر البطارية 1-2 سنين)	واسطة	يمكن تجربتها للمحولات المعزولة بالهواء, من السهل حماية الإشارات لمحولات الراتنج المصبوب ذات الأصداف المعدنية	تفشل البطارية بسرعة في بيئة درجة الحرارة المرتفعة, من السهل فقدان البيانات
الألياف الضوئية الفلورية	يتغير وقت تسوس الإسفار مع درجة الحرارة	-30~200℃	قوي للغاية	زرع في اللفات	ممتاز (صيانة مجانية لأكثر من 10 سنين)	متوسطة عالية	مناسبة لجميع الأنواع, مناسبة بشكل خاص لقياس درجة الحرارة الداخلية للراتنج المصبوب ومحولات العزل الصلبة	تحتاج أسلاك الألياف الضوئية إلى تصميم احترافي, مع متطلبات نصف قطر الانحناء
الألياف الضوئية الموزعة	انعكاس المجال الزمني البصري (أوتدر)	-50~250 درجة مئوية	قوي	تكمن على طول اللفات	واسطة (الدقة تتناقص مع المسافة)	عالي	مناسبة للمحولات الكبيرة المعزولة بالهواء, عدم وجود مساحة كافية في المحولات العازلة الصلبة المدمجة	لا يمكن تحديد النقاط الساخنة المحددة, فقط يمكن قياس درجة الحرارة الإقليمية

خاتمة: تتمتع تقنية الألياف الضوئية الفلورية بأفضل أداء شامل في مراقبة الحالة الحرارية لمختلف المحولات من النوع الجاف, وخاصة في الأبعاد الثلاثة الأساسية: التقاط النقاط الساخنة الداخلية لمحولات الراتنج المصبوب, القدرة المضادة للتدخل للمحولات المعزولة بالهواء, والاستقرار طويل الأمد لمحولات العزل الصلبة, والتي تتفوق بكثير على التقنيات الأخرى.

4. النقاط الفنية الأساسية لمراقبة الحالة الحرارية للمحولات من النوع الجاف

تحتاج المراقبة الفعالة للحالة الحرارية إلى تلبية بيئة التشغيل الخاصة لأنواع مختلفة من المحولات من النوع الجاف. تحدد النقاط التالية موثوقية النظام:

1. مراقبة دقيقة تتكيف مع نوع العزل:يجب زرع أجهزة استشعار لمحولات الراتنج المصبوب في اللفات المغلفة براتنج الإيبوكسي لقياس النقاط الساخنة مباشرة; تحتاج المحولات المعزولة بالهواء إلى مراعاة تأثير الغبار على أجهزة الاستشعار واختيار نماذج مضادة للتلوث; محولات العزل الصلبة, بسبب بنيتها المدمجة, تتطلب أجهزة استشعار بقطر <2مم لتجنب إتلاف العزل.
2. تصميم مضاد للشيخوخة لخصائص المواد:يحتاج نظام المراقبة لمحولات راتنجات الإيبوكسي إلى تحمل الاستقرار الكيميائي طويل المدى لراتنجات الإيبوكسي بعد المعالجة, ويجب ألا تتفاعل مادة المستشعر مع الراتنج; يجب أن تتمتع أجهزة الاستشعار الخاصة بالمحولات المعزولة بالهواء بأداء مقاوم للغبار والرطوبة للتكيف مع البيئة المفتوحة.
3. تحديد عتبة متباينة:المواد العازلة المختلفة لها مستويات مختلفة من المقاومة للحرارة. راتنجات الايبوكسي تنتمي إلى الفئة F (الحد الأعلى للبقعة الساخنة 155 درجة مئوية), وبعض المواد العازلة الصلبة يمكن أن تصل إلى الفئة H (180درجه مئوية). يحتاج نظام المراقبة إلى ضبط العتبات المقابلة مسبقًا وفقًا لنوع المحول لتجنب الإنذارات الكاذبة أو الإنذارات الفائتة.
4. حماية أداء العزل أثناء التثبيت:عند زرع أجهزة الاستشعار في محولات الراتنج المصبوب, من الضروري تجنب إتلاف الطبقة العازلة لراتنجات الايبوكسي; يجب ألا يؤثر توصيل أسلاك المحولات المعزولة بالهواء على مسافة عزل الفجوات الهوائية; يجب أن تضمن محولات العزل الصلبة أن مقاومة العزل الشاملة تلبي المعايير بعد التثبيت.

5. الأسئلة المتداولة (التعليمات): الأسئلة الرئيسية في ممارسة مراقبة الحالة الحرارية

(أنا) Adaptability to Different Types of Transformers

1. س: هل المستشعر اللاسلكي مناسب لمحولات الراتنج المصبوب?
   أ: لا. ستعمل الأصداف المصنوعة من الراتنج والمعدن على حماية الإشارات اللاسلكية بشكل مزدوج, مما يؤدي إلى معدل فقدان البيانات >30%; ولفائفها ملفوفة بالكامل, لذلك لا يمكن لأجهزة الاستشعار اللاسلكية أن تكون قريبة من النقاط الساخنة, ويمكن أن يصل انحراف القياس إلى أكثر من 20 درجة مئوية. يوصى باستخدام مراقبة زرع الألياف الضوئية الفلورية.
2. س: هل مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء كافي للمحولات المعزولة بالهواء؟?
   أ: لا. على الرغم من أن المحولات المعزولة بالهواء لا تحتوي على طبقة عازلة, يتأثر قياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء بشكل كبير بدرجة الحرارة البيئية, رطوبة, والغبار. تنخفض الدقة إلى ±5 درجة مئوية في الأيام الممطرة, مما يجعل من الصعب التقاط ارتفاع درجة الحرارة في وقت مبكر (مثل ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية عند نقاط الاتصال). من الضروري مراقبة الأجزاء الرئيسية باستخدام الألياف الضوئية الفلورية.
3. س: هل سيؤدي تركيب الحساسات على محولات العزل الصلبة إلى إتلاف العزل?
   أ: It can be avoided by selecting fluorescent optical fiber sensors with a diameter <2مم. Its flexible material can be implanted along the insulation gap. The measured insulation resistance decrease is <0.5%, which meets the IEC standard requirements and will not affect the insulation performance of the equipment.

(II) Technical Application

1. س: Do sensors of Epoxy resin transformers need regular calibration?
   أ: Fluorescent optical fiber sensors do not need calibration. Epoxy resin has strong long-term stability after curing and will not affect the decay characteristics of fluorescent materials. The system can maintain long-term accuracy (±1 درجة مئوية), while thermistors are easy to age in resin environment and need annual calibration.
2. س: Can monitoring data of different types of dry-type transformers be互通ally analyzed?
   أ: نعم. Through a unified data platform, the temperature rise curves of Cast resin transformers and Air-insulated transformers can be compared to analyze the difference in heat dissipation efficiency of different insulation types, providing a basis for transformer selection. لكن, يجب تحديد نوع المحول في النظام لضمان دقة التحليل.

6. أفضل الشركات المصنعة العالمية لأنظمة مراقبة الحالة الحرارية للمحولات من النوع الجاف

تصنيف	اسم الشركة المصنعة	المزايا التقنية الأساسية (Adaptability to Different Types of Transformers)
1	فوتشو الابتكار العلوم الإلكترونية&شركة التقنية, المحدودة.	تم تطوير أدوات زرع خاصة لمحولات الراتنج المصبوب, تتمتع مستشعرات الألياف الضوئية الفلورية بتوافق جيد مع راتنجات الإيبوكسي, ومعدل نجاح التثبيت في محولات العزل الصلبة هو 99.5%
2	هواجوانج تيانروي	يتمتع نظام مراقبة المحولات المعزولة بالهواء بمستوى حماية IP66, مقاومة الغبار المعلقة, ويدعم تبادل منصات البيانات مع محولات راتنجات الايبوكسي
3	ابتكارات لونا (الولايات المتحدة الأمريكية)	الحلول الموزعة مناسبة لمجموعات محولات راتنجات الايبوكسي الكبيرة, ويمكن لنظام واحد أن يكون متوافقًا مع مراقبة 20 أنواع مختلفة من المحولات من النوع الجاف
4	حلول مفتوحة (كندا)	تحقيقات الفلورسنت مقاومة درجات الحرارة العالية (200درجه مئوية) مناسبة لمحولات العزل الصلبة من الفئة H, مع حصة سوقية تزيد عن 30% في سوق محولات الراتنج المصبوب في أمريكا الشمالية
5	نيوبتكس (كندا)	تم تصميم أجهزة الاستشعار المصغرة التي يبلغ قطرها 1.8 مم خصيصًا لمحولات العزل الصلبة, ومعدل الاحتفاظ بمقاومة العزل بعد التثبيت هو >99%
6	جوهر الألياف (المملكة المتحدة)	الألياف الضوئية منخفضة الخسارة مناسبة للمراقبة لمسافات طويلة لمجموعات المحولات المعزولة بالهواء, مع مسافة نقل الإشارة 10 كم, الحد من معدات التتابع
7	بصريات ميكرون (الولايات المتحدة الأمريكية)	يمكن لوحدة إزالة التشكيل تحديد نوع المحول تلقائيًا (الراتنج المصبوب / Air-insulated), تطابق بذكاء عتبة قياس درجة الحرارة, وتقليل تكاليف الإعداد اليدوي
8	التحكم بالفوتون (كندا)	مادة الاستشعار لا تتفاعل مع راتنجات الايبوكسي, وعمر الخدمة في محولات الراتنج المصبوب هو >15 سنين
9	HBM FiberSensing (البرتغال)	تعد تقنية المراقبة المدمجة لفقدان العزل الكهربائي مناسبة لتقييم حالة تقادم العزل لمحولات العزل الصلبة, مع دقة البيانات >95%
10	مستشعر الحرارة (ألمانيا)	خوارزمية محاكاة مجال درجة الحرارة ثلاثية الأبعاد مخصصة لمحولات راتنجات الإيبوكسي, والتي يمكنها التنبؤ بمسارات هجرة النقاط الساخنة, مع اكثر من 2000 حالات التطبيق في أوروبا

للحصول على مخططات مراقبة الحالة الحرارية, مخططات تركيب أجهزة الاستشعار, أو تقارير توافق المواد العازلة لأنواع محددة من المحولات من النوع الجاف (مثل محولات الراتنج المصبوب, المحولات المعزولة بالهواء), يرجى تقديم استفسار على موقعنا, وسيقدم لك المهندسون المحترفون حلولاً مخصصة.

مستشعر درجة حرارة الألياف الضوئية, نظام مراقبة ذكي, الشركة المصنعة للألياف الضوئية الموزعة في الصين