Was sind Transformatorwicklungen? & Ihre Kernfunktion?

Häufige Arten von Transformatorwicklungsfehlern

1. Wicklungskurzschlüsse: Diese können Turn-to-Turn sein (zwischen benachbarten Drahtschleifen) oder Phase-zu-Phase (zwischen HV- und LV-Wicklungen), wird normalerweise durch Isolationsverschleiß verursacht, Überspannungsstöße, oder mechanische Beschädigung. Sie verursachen plötzliche lokale Überhitzungen, die, wenn sie nicht schnell erkannt werden, zum Durchbrennen der Wicklungen führen können.
2. Verschlechterung der Isolierung: Bei längerer Einwirkung hoher Temperaturen wird die Isolationsschicht der Wicklung zerstört, wodurch es spröde oder undicht wird. Dies verringert die Spannungsfestigkeit und erhöht die Gefahr von Kurzschlüssen.
3. Wicklungsverformung: Kurzschlussströme, Transportstöße, oder eine schlechte Installation kann Wicklungen verbiegen oder verschieben. Dadurch wird das elektromagnetische Gleichgewicht des Transformators gestört und es entstehen versteckte Hotspots, die sich mit der Zeit verschlimmern.
4. Schlechte Verbindungspunkte: Lose oder oxidierte Bleiverbindungen (wo Wicklungen mit externen Kabeln verbunden sind) Kontaktwiderstand erhöhen. Dieser Widerstand erzeugt konstante Wärme, Dadurch kann die Isolierung schmelzen und sich auf die Hauptwicklung ausbreiten.

Wichtige wärmeerzeugende Stellen in Transformatoren

1. Wicklungen: „Kupferverlust“ (Wärme durch elektrischen Widerstand, wenn Strom durch Drähte fließt) ist hier die größte Wärmequelle. Je mehr Leistung der Transformator verarbeiten kann (d.h., höhere Belastung), desto mehr Wärme erzeugen die Wicklungen.
2. Transformatorkern: Der Kern (aus gestapelten Eisenlamellen) erzeugt „Eisenverlust“ durch Hysterese (Magnetfeldänderungen) und Wirbelströme (kleine elektrische Ströme im Kern). Diese Wärme ist weniger intensiv als die Windungswärme, trägt aber dennoch zur Gesamttemperatur bei.
3. Verbindungspunkte führen: Wie bereits erwähnt, Schlechte Verbindungen erzeugen widerstandsbedingte Hitze, die bei Nichtbeachtung zu einem Hotspot werden kann.
4. Kühlsysteme: Wenn Heizkörper, Ölpumpen, oder Ventilatoren versagen, Wärme kann dem Transformator nicht entweichen. Dadurch entsteht keine direkte Wärme, Aber es fängt die vorhandene Wärme ein, wodurch die Wicklungstemperaturen schnell ansteigen.

   Als Kern der Energieumwandlung, Wicklungen verursachen bei Überhitzung am ehesten katastrophale Ausfälle. Deshalb ist eine gezielte Temperaturüberwachung hier nicht verhandelbar.

Warum steigen die Wicklungstemperaturen von Transformatoren??

1. Elektrische Überlastung: Betreiben des Transformators über seinem Nennstrom (zum Beispiel., während des Spitzenstrombedarfs) lässt den Kupferverlust sprunghaft ansteigen. Dadurch entsteht mehr Wärme, als das Kühlsystem verarbeiten kann.
2. Fehlfunktionen des Kühlsystems: Verstopfte Heizkörper (durch Staub oder Ölschlamm), defekte Ventilatoren, oder ausgefallene Ölpumpen verhindern, dass die Wärme von den Wicklungen abgeführt wird.
3. Interne Fehler: Durch Probleme wie Windungskurzschlüsse oder beschädigte Isolierung entstehen winzige „heiße Zonen“ in der Wicklung – diese können die lokalen Temperaturen selbst bei normaler Belastung weit über sichere Werte ansteigen lassen.
4. Umweltfaktoren: Heiße Außenbedingungen (zum Beispiel., Sommer in Industriegebieten) oder geschlossenen Räumen (ohne ausreichende Belüftung) verringern die Fähigkeit des Transformators, Wärme abzugeben.
5. Alternde Isolierung: Im Laufe der Zeit, Die Isolierung leitet die Wärme weniger effektiv. Dadurch wird die Wärme in der Wicklung eingeschlossen, anstatt sie an das Kühlsystem zu übertragen.

Beliebte Methoden zur Erfassung der Temperatur von Transformatorwicklungen

1. Drahtlose Temperatursensoren: Diese nutzen LoRa, Bluetooth, oder WLAN zum Senden von Daten, erleichtert die Installation (Keine Verkabelung erforderlich). Aber, Transformatoren erzeugen starke elektromagnetische Felder, die Signale stören, Dies führt zu ungenauen Messwerten.
2. Infrarot-Thermografie: Bei dieser berührungslosen Methode scannt eine Wärmebildkamera die Außenseite des Transformators und schätzt die Wicklungstemperaturen ab. Es eignet sich für schnelle Oberflächenprüfungen, kann jedoch die interne Wärme nicht messen – und außerdem, Tankwände oder Öl können die Messwerte blockieren oder verfälschen.
3. PT100-Platin-Widerstandssensoren: Diese nutzen Änderungen im Metallwiderstand zur Temperaturmessung und müssen in der Nähe von Wicklungen platziert werden. Aufgrund ihres metallischen Designs sind sie jedoch anfällig für elektromagnetische Störungen, und sie altern bei hohen Temperaturen schnell (dauert typischerweise nur 2–3 Jahre).
4. Aufputzsensoren: Diese werden an der Außenseite des Transformatorkessels angebracht, um die Wicklungswärme indirekt zu messen. Sie sind günstig und einfach zu installieren, haben aber eine große Verzögerung (Sie spiegeln nicht die Wicklungstemperaturen in Echtzeit wider) und kann keine internen Hotspots erkennen.
5. Fluoreszierende faseroptische Sensoren: Dabei handelt es sich um kontaktbasierte Systeme, mit einer Sonde für jeden gewundenen Hotspot. Sie verwenden fluoreszierende Materialien (deren „Lebensdauer“ sich mit der Temperatur ändert) und Glasfaser zur Datenübertragung. Sie sind äußerst beständig gegen Hochspannung, vollständig isoliert (keine elektrische Leitfähigkeit), und verfügen über kompakte Sender. Eine einzelne Einheit kann bis zu unterstützen 64 Kanäle (damit Sie überwachen können 64 Hotspots), mit einer maximalen Übertragungsdistanz von 80 Meter.

Installationsmethoden für fluoreszierende faseroptische Sensoren

1. Vorinstallierte Installation (für neue Transformatoren): Während des Herstellungsprozesses des Transformators, Sensoren werden direkt in die Wicklungsspalte eingesetzt – genau dort, wo sich am ehesten Hotspots bilden. Die Glasfaserkabel werden dann zu einem kompakten Sender geführt, der außerhalb des Transformators montiert ist. Diese Methode gewährleistet einen perfekten Kontakt zwischen Sonden und Wicklungen (für genaue Messwerte) und erfordert keine Änderungen nach der Installation.
2. Nachrüstinstallation (für in Betrieb befindliche Transformatoren): Dies geschieht während geplanter Wartungsausfälle. Techniker nutzen vorhandene oder kleine Tankanschlüsse, Spezielle Öffnungen zum Einführen von Sonden in der Nähe wichtiger Wicklungs-Hotspots. Im Inneren des Tanks werden Glasfaserkabel verlegt (oder bereits vorhandene Kanäle) an den externen Sender. Durch diesen Vorgang werden weder die Isolierung noch der Kern des Transformators beschädigt, sodass die langfristige Leistung dadurch nicht beeinträchtigt wird.

Fluoreszierende Glasfaser vs. Andere Überwachungsmethoden: Ein Vergleich

Warum sollten Sie sich für fluoreszierende Glasfasern zur Überwachung der Transformatorwicklungstemperatur entscheiden??

1. Direkt, genaue Messwerte: Im Gegensatz zu Infrarot- oder Oberflächensensoren, sie berühren die Wicklung (oder nur wenige Millimeter entfernt sitzen), Sie erfassen also in Echtzeit, präzise Temperaturen (Fehlertoleranz von ±0,5°C).
2. Hochspannung & elektromagnetische Störfestigkeit: Vollisolierte Glasfasern ermöglichen den sicheren Einsatz in Hochspannungstransformatoren (keine Gefahr von Kurzschlüssen) und wird nicht durch starke elektromagnetische Felder gestört.
3. Lange Lebensdauer & geringer Wartungsaufwand: Sie sind aus langlebigem Material gefertigt, hitzebeständige Materialien, die lange halten 10+ Jahre – viel länger als PT100 oder drahtlose Sensoren. Plus, Sie benötigen keine regelmäßige Kalibrierung (spart Zeit und Kosten).
4. Flexible Skalierung: Mit bis zu 64 Kanäle pro Einheit, Sie können jeden kritischen Hotspot in großen Transformatoren überwachen. Sie funktionieren auch für kleine bis industrielle Einheiten.
5. Breites Anwendungsspektrum: Jenseits von Transformatoren, Sie werden in Schaltanlagen verwendet, große Wasserkraftturbinen, Generatorstatoren, Kabelmuffen, Ringhaupteinheiten, IGBT-Module, GIS-Schalter, und sogar Nicht-Energiesektoren wie medizinische Geräte (RF-Thermotherapiegeräte, MRT-Scanner) und Halbleiterwerkzeuge (ICP-Plasmaätzer, reaktive Ionenätzer).

Standardkonfigurationsliste für fluoreszierende Glasfaser-Temperaturfühler mit Transformatorwicklung

1. Fluoreszierende faseroptische Sonden: Konfiguriert entsprechend der Anzahl der kurvenreichen Hotspots, mit einer Sonde, die einem Überwachungspunkt entspricht. Hergestellt aus hoch-/niedrigtemperaturbeständigem Material (-40℃~200℃) und ölbeständige Isoliermaterialien, Sie gewährleisten eine stabile Temperaturmessung nach der Kontaktierung der Wicklungen und sind für den Einbau in verschiedene Wicklungsspalte geeignet.
2. Spezielle fluoreszierende Glasfaserkabel: Wird zum Anschluss von Sonden an Sender verwendet. Normalerweise, Es werden hochspannungsfeste Singlemode-/Multimode-Fasern ausgewählt, mit einer Übertragungsentfernung, die den Anforderungen im Inneren entspricht 80 Meter. Die Außenschicht ist mit einer ölbeständigen und alterungsbeständigen Hülle überzogen, Anpassung an Verkabelungsumgebungen innerhalb oder außerhalb des Transformatorkessels.
3. Signalgeber: Kernsteuereinheiten, die bis zu unterstützen 64 Kanäle des Signaleingangs. Sie verfügen über eine Echtzeit-Temperaturdatenverarbeitung und einen Übertemperaturalarm (Relais/akustisch-optisch) Funktionen, und sind mit RS485/Ethernet-Kommunikationsschnittstellen für den Anschluss an übergeordnete Computer oder SCADA-Systeme ausgestattet. Ihre kompakte Größe erleichtert den Schrankeinbau.
4. Installationsdichtungszubehör: Flanschplatten einschließen (zum Abdichten der Kabeldurchführung durch den Tank, kompatibel mit unterschiedlichen Tankstärken), Durchbruchdichtungen (verhindert das Austreten von Öl oder das Eindringen von Feuchtigkeit), und Sondenbefestigungsklemmen (Vermeidung einer durch Wicklungsvibrationen verursachten Sondenverschiebung, um einen stabilen Kontakt zu gewährleisten).
5. Verbindungs- und Debugging-Zubehör: Bestehend aus Faserfusions-Spleißkits (für die Verarbeitung von Fasersteckern), Stromkabel (kompatibel mit Industriespannungen), und Kommunikationskabel (B. abgeschirmte RS485-Kabel zum Schutz vor elektromagnetischen Störungen). Einige Konfigurationen umfassen auch tragbare Testterminals für die Fehlersuche vor Ort.
6. Unterstützende Software und Anzeigeeinheiten: Zur Grundausstattung gehört ein lokales Datenanzeigepanel (zur Echtzeitanzeige der Temperatur in jedem Kanal). Optional ist eine Ferndatenverwaltungssoftware erhältlich, Unterstützung der Temperaturkurvenspeicherung, Abfrage historischer Daten, und Alarmaufzeichnungsexport, um den Anforderungen der Betriebs- und Wartungsdatenanalyse gerecht zu werden.

Häufig gestellte Fragen (Häufig gestellte Fragen)

1. Benötigen fluoreszierende faseroptische Sensoren direkten Kontakt mit Wicklungen??

2. Wird die Installation dieser Sensoren den Betrieb meines Transformators stören??

3. Muss ich die Sensoren regelmäßig kalibrieren??

4. Gibt es globale Anwendungsfälle für diese Sensoren??

5. Können diese Sensoren in anderen Geräten als Transformatoren verwendet werden??

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