Sensores de temperatura de fibra óptica INNO ,sistemas de monitoreo de temperatura.
- Los devanados y los núcleos de hierro de los transformadores de tipo seco, como los transformadores de resina fundida y los transformadores de resina epoxi, son las principales fuentes de calor.. Su condición térmica determina directamente la vida útil del aislamiento.. Por cada aumento de 6 ℃ en la temperatura del punto caliente de los devanados, la vida se reducirá a la mitad.
- El monitoreo de transformadores aislados en aire y transformadores con aislamiento sólido debe capturar con precisión la temperatura de cada componente de calefacción.. Los métodos tradicionales tienen limitaciones., y la fibra óptica fluorescente tiene el mejor rendimiento integral entre las nuevas tecnologías de detección.
- Este artículo analiza las tecnologías de monitoreo de condición térmica para diferentes tipos de transformadores de tipo seco., compara diferentes esquemas, y proporciona puntos de selección y aplicación para ayudarle a dominar métodos de monitoreo eficientes.
1. Principales componentes de calefacción y causas de la generación de calor en transformadores de tipo seco
Ya sean transformadores de resina fundida, Transformadores de resina epoxi, Transformadores aislados en aire, o Transformadores de aislamiento sólido, El calor se genera principalmente a partir de la pérdida de energía durante la conversión de energía.. Los componentes y mecanismos de calefacción centrales son los siguientes:
- Devanados (la fuente de calor más importante):Pérdida de cobre (I²R) Generado cuando la corriente pasa a través de los devanados es la principal fuente de calor para todo tipo de transformadores de tipo seco.. Para transformadores de resina fundida, sus devanados están fuertemente envueltos por resina epoxi, por lo que la condición de disipación de calor es más compleja que la de los transformadores aislados en aire., y el calor es fácil de acumular para formar puntos calientes. La capa de aislamiento del devanado de los transformadores de resina epoxi acelerará el envejecimiento debido a las altas temperaturas durante mucho tiempo.. Cuando la corriente de carga aumenta (como operación de sobrecarga), La pérdida de cobre aumenta en proporción cuadrada., y la temperatura sube bruscamente. Además, El flujo de fuga entre espiras y capas de los devanados generará pérdidas por corrientes parásitas., agravando aún más la generación de calor. Los devanados de alto voltaje son más propensos a tener puntos calientes debido a que tienen más vueltas., alambres más delgados, y mayor generación de calor por unidad de volumen.
- Núcleo de hierro:El núcleo de hierro genera pérdida de hierro en el campo magnético alterno., incluyendo pérdida por histéresis y pérdida por corrientes parásitas. Esta característica es particularmente obvia en transformadores de aislamiento sólido. – la conductividad térmica de los materiales aislantes sólidos es relativamente pobre, y si el calor del núcleo de hierro no se puede disipar a tiempo, puede producirse un sobrecalentamiento local. La pérdida por histéresis está relacionada con el área del bucle de histéresis del material del núcleo de hierro., y la pérdida por corrientes parásitas es causada por corrientes parásitas (corriente circulante) inducido en el núcleo de hierro. Si el aislamiento de las láminas de acero al silicio con núcleo de hierro es deficiente o las laminaciones están sueltas, La pérdida por corrientes parásitas aumentará significativamente, provocando un sobrecalentamiento local.
- Cables conductores y piezas de conexión.:Un contacto deficiente en las piezas de conexión, como cables de bobinado y cambiadores de tomas, generará resistencia de contacto., causando calor Joule adicional. Es más probable que se ignore este tipo de generación de calor en los transformadores aislados en aire porque su aislamiento depende de los espacios de aire., y el sobrecalentamiento en los puntos de contacto puede afectar directamente el rendimiento del aislamiento.. Mientras que las partes de conexión de los transformadores de resina fundida están cubiertas por materiales aislantes, por lo que la generación de calor está más oculta y puede aumentar repentinamente bajo carga normal, que es una causa común de fallas de sobrecalentamiento locales.
- Ventiladores de refrigeración (calefacción auxiliar):Transformadores de resina epoxi enfriados por aire forzado o transformadores de aislamiento sólido, Los motores de sus ventiladores generarán una pequeña cantidad de calor durante el funcionamiento., pero la proporción es muy baja (generalmente <1%). El principal impacto es que cuando falla el ventilador, la eficiencia de disipación de calor se reducirá, agravar indirectamente el aumento de temperatura de otros componentes. Para transformadores aislados en aire enfriados naturalmente, la falta de ventiladores los hace más dependientes del diseño de disipación de calor de los propios devanados, por lo que el control de la temperatura de los componentes de calefacción es especialmente crítico.
La generación de calor de estos componentes interactúa entre sí.: El calor de los devanados se transfiere al núcleo de hierro a través de conducción., Y el calor del núcleo de hierro se disipa al entorno circundante mediante convección.. Si algún enlace de disipación de calor está bloqueado, provocará una reacción en cadena, lo que lleva a la temperatura general失控.
2. Principio de funcionamiento del sistema de monitoreo de condición térmica para transformadores de tipo seco
El monitoreo de la condición térmica de los transformadores de tipo seco determina si el equipo se encuentra en un rango de operación seguro mediante captura en tiempo real de la distribución de temperatura y la tendencia de cambio de cada componente de calefacción. Ya sean transformadores de resina fundida o transformadores aislados en aire, la lógica central es la misma: pérdida de equipo (pérdida de cobre, pérdida de hierro) se convierte en calor. Si la tasa de disipación de calor es menor que la tasa de generación de calor, la temperatura seguirá subiendo, eventualmente conduce al envejecimiento y falla de los materiales de aislamiento. (como resina epoxi, materiales aislantes sólidos).
El sistema de monitoreo generalmente consta de tres partes.:
- capa de detección: Contacte directamente o esté cerca de piezas calefactoras. (como devanados, puntos de conexión del núcleo de hierro) Para convertir señales de temperatura en señales eléctricas u ópticas transmisibles.. Para transformadores de resina fundida, debe poder penetrar la capa de aislamiento para una medición precisa de la temperatura. Para transformadores aislados en aire, necesita adaptarse al impacto del polvo en el ambiente abierto.
- Capa de transmisión: Transmitir señales a la unidad de procesamiento a través de cables., fibras ópticas, o medios inalámbricos. Debido a la estructura de aislamiento compacta de los transformadores de aislamiento sólido, Existen requisitos más altos para el espacio de cableado de las líneas de transmisión..
- Capa de análisis: Análisis en tiempo real de datos de temperatura., y activar una alarma al exceder el umbral (como el límite superior de temperatura del punto caliente de 155 ℃ para transformadores de resina epoxi, que puede relajarse adecuadamente para transformadores aislados en aire debido a una mejor disipación del calor, pero necesita un control estricto).
entre ellos, el tipo de tecnología de capa sensora es el factor central que determina el efecto de seguimiento, afectando directamente la exactitud y confiabilidad de los datos.
3. Comparación completa de tecnologías de monitoreo de condición térmica para transformadores de tipo seco
Las diferentes tecnologías de monitoreo de condición térmica tienen diferencias significativas de rendimiento en escenarios de diferentes tipos de transformadores de tipo seco, como los de resina fundida., Resina epoxídica, aislado de aire, y aislamiento sólido. La siguiente es una comparación de los parámetros clave de las tecnologías convencionales.:
| Tecnología de monitoreo | Principio de detección | Rango de medición de temperatura | Capacidad de interferencia antielectromagnética | Método de instalación | Estabilidad a largo plazo | Nivel de costo | Adaptabilidad a diferentes tipos de transformadores | Deficiencias principales |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| termistor (PT100) | La resistencia del metal cambia con la temperatura. | -50~200℃ | Pobre | Pegado de superficies / cableado principal | Pobre (necesita calibración cada 3-5 años) | Bajo | Sólo apto para medición de temperatura superficial de transformadores aislados en aire., no puede penetrar la capa de resina | No se pueden monitorear los puntos calientes internos de los devanados; Los cables son susceptibles a interferencias electromagnéticas. |
| Termómetro infrarrojo | Recibe radiación infrarroja para calcular la temperatura. | -20~300 ℃ | Fuerte | Sin contacto (instalación externa) | Medio (afectado por el polvo ambiental) | Medio | Adaptabilidad general a transformadores aislados en aire., no puede penetrar la capa de aislamiento para transformadores de resina fundida | Necesita abrir la ventana de observación., susceptible a interferencias de temperatura y humedad ambiental |
| Rejilla de Bragg de fibra | La longitud de onda de reflexión de la rejilla cambia con la temperatura. | -40~ 150 ℃ | Fuerte | Implantar en devanados / paliza | Medio (propenso a la deriva a alta temperatura) | Alto | Adecuado para transformadores de aislamiento sólido., pero susceptible a la tensión del material en transformadores de resina fundida | Equipos de demodulación complejos., El monitoreo multipunto necesita una conexión en serie que conduce a una falla en un solo punto que afecta a todo el sistema. |
| sensor inalámbrico | La señal de radiofrecuencia transmite datos de temperatura. | -30~ 125 ℃ | Pobre | Adsorción superficial | Pobre (duración de la batería 1-2 años) | Medio | Se puede probar con transformadores aislados en aire., Señales fáciles de proteger para transformadores de resina fundida con carcasas metálicas. | La batería falla rápidamente en ambientes de alta temperatura, los datos son fáciles de perder |
| Fibra óptica fluorescente | El tiempo de caída de la fluorescencia cambia con la temperatura. | -30~200℃ | Extremadamente fuerte | Implantar en devanados | Excelente (libre de mantenimiento durante más de 10 años) | Medio-alto | Apto para todo tipo, Especialmente adecuado para la medición de temperatura interna de transformadores de resina fundida y aislamiento sólido. | El cableado de fibra óptica necesita un diseño profesional, con requisitos sobre el radio de curvatura |
| Fibra óptica distribuida | Reflexión óptica en el dominio del tiempo. (OTDR) | -50~250℃ | Fuerte | Colocar a lo largo de los devanados | Medio (La precisión disminuye con la distancia.) | Alto | Adecuado para grandes transformadores aislados en aire., Espacio insuficiente en transformadores compactos de aislamiento sólido. | No se pueden localizar puntos calientes específicos, solo puede medir la temperatura regional |
Conclusión: La tecnología de fibra óptica fluorescente tiene el mejor rendimiento integral en el monitoreo de la condición térmica de varios transformadores de tipo seco., especialmente en tres dimensiones centrales: captura de puntos calientes internos de transformadores de resina fundida, capacidad antiinterferente de los transformadores aislados en aire, y estabilidad a largo plazo de transformadores de aislamiento sólido, que son muy superiores a otras tecnologías.
4. Puntos técnicos básicos del monitoreo de la condición térmica para transformadores de tipo seco
El monitoreo efectivo de la condición térmica debe cumplir con el entorno operativo especial de los diferentes tipos de transformadores de tipo seco.. Los siguientes puntos determinan la confiabilidad del sistema.:
- Monitorización precisa adaptada al tipo de aislamiento:Los sensores para transformadores de resina fundida deben implantarse en los devanados envueltos en resina epoxi para medir directamente los puntos calientes.; Los transformadores aislados en aire deben considerar el impacto del polvo en los sensores y seleccionar modelos anticontaminación.; Transformadores de aislamiento sólido, debido a su estructura compacta, requieren sensores con un diámetro <2mm para evitar dañar el aislamiento.
- Diseño antienvejecimiento para las características del material.:El sistema de monitoreo para transformadores de resina epoxi debe resistir la estabilidad química a largo plazo de la resina epoxi después del curado., y el material del sensor no debe reaccionar con la resina.; Los sensores para transformadores aislados en aire deben tener un rendimiento a prueba de polvo y humedad para adaptarse al entorno abierto..
- Ajuste de umbral diferenciado:Los diferentes materiales aislantes tienen diferentes niveles de resistencia al calor.. La resina epoxi pertenece a la Clase F. (Límite superior del punto caliente 155 ℃), y algunos materiales aislantes sólidos pueden alcanzar la Clase H (180℃). El sistema de monitoreo necesita preestablecer los umbrales correspondientes según el tipo de transformador para evitar falsas alarmas o alarmas perdidas..
- Protección del rendimiento del aislamiento durante la instalación.:Al implantar sensores en transformadores de resina fundida, es necesario evitar dañar la capa aislante de resina epoxi.; El cableado de transformadores aislados en aire no debe afectar la distancia de aislamiento de los espacios de aire.; Los transformadores de aislamiento sólido deben garantizar que la resistencia de aislamiento general cumpla con los estándares después de la instalación..
5. Preguntas frecuentes (Preguntas frecuentes): Preguntas clave en la práctica de monitoreo de condiciones térmicas
(I) Adaptabilidad a diferentes tipos de transformadores
- q: ¿El sensor inalámbrico es adecuado para transformadores de resina fundida??
A: No. Las carcasas de resina y metal protegerán doblemente las señales inalámbricas, lo que resulta en una tasa de pérdida de datos >30%; y sus devanados están completamente envueltos, por lo que los sensores inalámbricos no pueden estar cerca de puntos calientes, y la desviación de la medición puede alcanzar más de 20 ℃. Se recomienda utilizar monitorización de implantación de fibra óptica fluorescente.. - q: ¿Es suficiente el termómetro infrarrojo para transformadores aislados en aire??
A: No. Aunque los transformadores aislados en aire no tienen una capa de aislamiento que bloquee, La medición de temperatura por infrarrojos se ve muy afectada por la temperatura ambiental., humedad, y polvo. La precisión disminuye a ±5 ℃ en días lluviosos., lo que dificulta capturar el sobrecalentamiento temprano (como un aumento de temperatura de 10 ℃ en los puntos de conexión). Es necesario monitorear piezas clave con fibra óptica fluorescente. - q: ¿La instalación de sensores en transformadores de aislamiento sólido dañará el aislamiento??
A: Se puede evitar seleccionando sensores de fibra óptica fluorescente con un diámetro <2milímetros. Su material flexible se puede implantar a lo largo del espacio de aislamiento.. La disminución de la resistencia de aislamiento medida es <0.5%, que cumple con los requisitos estándar IEC y no afectará el rendimiento de aislamiento del equipo.
(II) Aplicación técnica
- q: ¿Los sensores de los transformadores de resina epoxi necesitan una calibración regular??
A: Los sensores de fibra óptica fluorescente no necesitan calibración. La resina epoxi tiene una fuerte estabilidad a largo plazo después del curado y no afectará las características de descomposición de los materiales fluorescentes.. El sistema puede mantener la precisión a largo plazo. (±1℃), mientras que los termistores envejecen fácilmente en ambientes de resina y necesitan calibración anual. - q: ¿Se pueden analizar previamente los datos de monitoreo de diferentes tipos de transformadores de tipo seco??
A: Sí. A través de una plataforma de datos unificada, Las curvas de aumento de temperatura de los transformadores de resina fundida y los transformadores aislados en aire se pueden comparar para analizar la diferencia en la eficiencia de disipación de calor de diferentes tipos de aislamiento., proporcionando una base para la selección del transformador. Sin embargo, El tipo de transformador debe estar marcado en el sistema para garantizar la precisión del análisis..
6. Principales fabricantes mundiales de sistemas de monitoreo de condición térmica para transformadores de tipo seco
| Categoría | Nombre del fabricante | Ventajas técnicas principales (Adaptabilidad a diferentes tipos de transformadores) |
|---|---|---|
| 1 | Ciencia electrónica de innovación de Fuzhou&Compañía tecnológica., Limitado. | Desarrolladas herramientas de implantación especiales para transformadores de resina fundida., Los sensores de fibra óptica fluorescente tienen buena compatibilidad con resina epoxi., y la tasa de aprobación de la instalación en transformadores de aislamiento sólido es 99.5% |
| 2 | Huaguang Tianrui | El sistema de monitoreo para transformadores aislados en aire tiene nivel de protección IP66, excelente resistencia al polvo, y admite compartir plataformas de datos con transformadores de resina epoxi |
| 3 | Innovaciones Luna (EE.UU) | Las soluciones distribuidas son adecuadas para grandes grupos de transformadores de resina epoxi., y un solo sistema puede ser compatible con el monitoreo de 20 diferentes tipos de transformadores tipo seco |
| 4 | Soluciones Opsens (Canadá) | Sondas fluorescentes resistentes a altas temperaturas (200℃) son adecuados para transformadores de aislamiento sólido Clase H, con una cuota de mercado de más de 30% en el mercado norteamericano de transformadores de resina fundida |
| 5 | Neoptix (Canadá) | Los sensores en miniatura con un diámetro de 1,8 mm están especialmente diseñados para transformadores de aislamiento sólido., y la tasa de retención de la resistencia del aislamiento después de la instalación es >99% |
| 6 | Núcleo de fibra (Reino Unido) | La fibra óptica de baja pérdida es adecuada para el monitoreo a larga distancia de grupos de transformadores aislados en aire., con una distancia de transmisión de señal de 10 km, equipo reductor reductor |
| 7 | Óptica micrométrica (EE.UU) | El módulo de demodulación puede identificar automáticamente el tipo de transformador. (resina fundida / aislado de aire), coincide de forma inteligente con el umbral de medición de temperatura, y reducir los costos de configuración manual |
| 8 | Control de fotones (Canadá) | El material del sensor no reacciona con la resina epoxi., y la vida útil de los transformadores de resina fundida es >15 años |
| 9 | Sensor de fibra HBM (Portugal) | La tecnología de monitoreo combinado de pérdida térmica y dieléctrica es adecuada para evaluar el estado de envejecimiento del aislamiento de transformadores de aislamiento sólido., con precisión de datos >95% |
| 10 | sensortermo (Alemania) | Algoritmo de simulación de campo de temperatura 3D personalizado para transformadores de resina epoxi, que puede predecir rutas de migración de puntos calientes, con más de 2000 casos de aplicación en Europa |
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