光ファイバーとRTDの巻線温度測定

4. 従来の巻線温度インジケーターの誤差範囲はどのくらいですか (WTI)?

ほとんどの従来の変圧器は機械式を使用しています 巻線温度インジケーター (WTI). この装置は実際に巻線を測定するものではないことを理解することが重要です。. 測定するのは、 上部油温 現在の負荷に基づいて計算された値を追加します (変流器/CT から給電).

これはシミュレーションです, 測定ではありません. 誤差マージンはいくつかの要因により大きくなります:

研究によると、WTIの測定値は実際の値から乖離する可能性がある ホットスポット温度 15℃から20℃まで上昇. 絶縁寿命に関しては (アレニウスの法則), このエラーにより、資産の耐用年数が年単位で誤計算される可能性があります。.

5. 電磁干渉はどのように起こるのか (EMIの) 金属センサーの読み取り値の歪み?

変圧器と開閉装置は大量のエネルギー源です。 電磁妨害 (EMIの). センサーが電子を使用する場合 (電気) データを送信する, 導体の周囲の強力な電磁場と競合します。.

のために PT100 又は 熱電対, リード線はアンテナとして機能します. 50Hz/60Hzの周波数と高周波のスイッチング過渡現象を拾います。. センサーの応答速度を低下させずにこのノイズをフィルタリングすることは困難です。. この結果、 “幽霊の読書”—存在しない温度スパイク, 誤警報を引き起こし、オペレータが監視システムに対する信頼を失う原因となる.

6. どのような安全上のリスクがあるか “アンテナ効果” 金属リードの作成?

データ破損を超えて, ザ アンテナ効果 身体的な危険をもたらす. 変電所への落雷または短絡故障時, 巨大なエネルギーサージがすべての導電経路を通過します.

巻線にメタルセンサーケーブルが取り付けられている場合, 高電圧サージが発生し、二次監視装置に戻る可能性があります。. これにより、温度モニターが壊れる可能性があります, SCADAインターフェースを損傷する, さらには制御パネルで作業する技術者も感電する. これが理由です ガルバニック絶縁 単なる機能ではありません; それは安全要件です.

7. 直接接触モニタリングがシミュレーションよりも信頼性が高い理由?

シミュレーション (WTI) すべてが正常に動作している場合は正常に動作します. しかし, 障害は定義上異常です. 冷却ダクトが紙くずで詰まっている場合, 局所的な巻線温度が急上昇します, ただし、最高油温は正常のままである可​​能性があります.

直接接触によるモニタリング 熱源のすぐ近くにプローブを置きます. それは提供します “地上の真実。” 過負荷による即時の熱影響を捕捉します, 再生可能エネルギー源からの高調波, そして冷却障害. 直接測定のみが安全な動的荷重を可能にします (変圧器を銘板の定格を超えて押し上げる) 実際の制限を見ているからです, 推測ではありません.

8. 赤外線カメラは石油タンクに侵入して内部故障を検出できるか?

赤外 (そして) サーモグラフィー 変電所メンテナンスの標準ツールです, しかし、根本的な物理的な制限があります: 表面放射線を測定します. IRカメラはスチールを透過できません, アルミニウム, またはオイル.

変圧器をスキャンするとき, タンクの壁の温度を見ています. 熱が冷める頃には 曲がりくねったホットスポット 絶縁油を通ってタンク壁に移動する, それは消えて広がった. 巻線内の危険な温度 140°C のスポットは、タンク表面の 1°C の差としてのみ現れる可能性があります, 日光や風によって簡単に隠されてしまう. IRはブッシングと外部接続に優れています, しかし、体幹の健康には役に立たない.

9. 密閉された金属キャビネット内での無線信号伝送は安定していますか?

開閉装置監視用, ワイヤレスセンサー (ジグビー, ロラ, 独自のRF) 配線を避けるために提案されることがよくあります. しかし, 開閉装置キャビネットは本質的にファラデー ケージであり、電磁場の漏洩を防ぐように設計された接地された金属ボックスです。.

皮肉なことに, これにより、ワイヤレス信号の受信も停止します 外. キャビネット内で信号が飛び跳ねる (マルチパス伝播), デッドゾーンを引き起こす. データを取り出すには, 多くの場合、外部受信アンテナを取り付ける必要があります, キャビネットに穴を開けると、アークフラッシュ定格が損なわれる可能性があります. 有線光ファイバーソリューション 信号の減衰やシールドの問題に悩まされません.

10. ワイヤレスパッシブセンサーのメンテナンスと寿命に関する欠陥は何ですか?

ワイヤレスセンサーには2種類あります: アクティブ (バッテリー) そして受動的な (のこぎり/RFID).

• バッテリー駆動: バッテリーは高熱で劣化します. 高電圧コンパートメント内のバッテリーを交換するには、システム全体のシャットダウンが必要です, 運用コストがかかる.
• 受け身 (見た): バッテリーフリーながら, 表面弾性波センサーにはリーダー アンテナが必要です。 “エネルギーを与える” 彼ら. リーダーとセンサーの間の位置合わせが重要です. 振動によりこのアライメントが変化する可能性があります, 信号損失の原因となる. その上, これらのセンサーの校正は、圧電基板の経年劣化により変動する可能性があります。.

11. 表面温度が真の内部巻線ホットスポットを表さないのはなぜですか?

物理学では, 熱は高温から低温へ流れる. 必ず勾配がある. 乾式変圧器や母線接続部に, 表面は空気によって冷却されます. 導体の中心部はかなり高温になります.

にセンサーを取り付けると、 “肌” 絶縁体またはバスバーの測定値が実際の導体温度よりも低い. 光ファイバープローブ 導体ストランド間に直接設置することも、バスバー絶縁ブーツの内側に埋め込むこともできます, 誘電安全性を損なうことなく最も高温になるポイントを測定.

12. スイッチギア監視: ワイヤレス vs. 有線ソリューション?

高圧監視時 (MV) 開閉装置の接点とバスバー, 多くの場合、議論はインストールの容易さの間で行われます (無線) そして信頼性 (有線ファイバー).

13. 高電圧電力機器で光ファイバー温度測定を使用する必要がある理由?

に対する決定的な議論は、 繊維光学 高電圧では “誘電体の自由。” ガラス (シリカ) 電気絶縁体です.

電気の代わりに光を使って温度を測定する, 測定システムを電力システムから切り離します. これは、制御室の温度モニターが 220kV バスバーから電気的に絶縁されていることを意味します。. この絶縁はプラスチックコーティングに依存しません (溶けたり割れたりする可能性があるもの) ただし、ガラス繊維自体の基本的な材料特性に依存します。. これは、直接の厳しい安全基準を満たす唯一の技術です。 ホットスポット監視.

14. ガリウムヒ素の仕組み (GaAsの) 光ファイバーセンサーの動作?

ガリウム砒素 (GaAsの) センサーは旧世代の光学測定を代表するものです (よく呼ばれる “バンドギャップ” テクノロジー). ファイバーの先端にGaAs結晶を配置.

この原理は、光吸収端が (バンドギャップ) 結晶の変化は温度によって変化します. このシステムは光のスペクトルをファイバーに送り、どの波長が吸収され、どの波長が反射されるかを分析します。. スペクトルの変化は温度を示します.

15. GaAsセンサーはなぜ長期使用中にドリフトしやすいのか?

GaAsは画期的な進歩でしたが、 30 数年前, 物理的な限界に苦しんでいる. ガリウムヒ素の結晶構造は、連続的な高温サイクル下では完全に安定ではありません.

長年にわたる運用, 結晶格子はわずかな変化を起こす可能性があります, または、クリスタルをファイバーに接着している接着剤が劣化する可能性があります。 (暗くする). これにより、 “スペクトルシフト” 気温が変わらなくても変化する. この現象は次のように知られています センサードリフト. 再校正のために変圧器内部からセンサーを取り外すことはできないため、, ドリフトにより時間の経過とともにデータが信頼できなくなる.

16. 光源の経年劣化は GaAs システムの精度にどのような影響を与えるか?

GaAs テクノロジーは、多くの場合、強度またはスペクトルに依存します。. これは、読み取りの精度が光源に依存することを意味します (ハロゲンランプまたはLED) 特定の明るさとスペクトル出力を維持する.

光源が古くなると, 強度が低下し、色のスペクトルが変化します。. GaAs系では, このソースの経年変化は、信号調整器によって温度の変化として誤って解釈されたり、解像度の損失につながる可能性があります。. このため、光源を交換したり、光学ベンチを再調整したりするために、モニターの定期的なメンテナンスが必要になります。.

17. なぜファイバーブラッググレーティングなのか (FBGの) 振動に敏感すぎるセンサー?

ファイバーブラッググレーティング (FBGの) 別の光学技術です, 主に橋やトンネルのひずみ測定に使用されます。. 一部のメーカーは温度にそれを使用しようとしています.

FBG センサーは、光の特定の波長を反射することで機能します。 “格子” ファイバーに刻まれた間隔. しかし, この間隔は次のように変化します 両方 気温と身体的負担 (伸ばす/曲げる). 変圧器の中, 巻線は 100Hz/120Hz で振動し、機械的な力を受けます. FBG センサーは、この振動を温度変化と混同することがよくあります。, として知られるノイズの多いデータにつながる “交差感受性。”

18. 蛍光技術とGaAs技術の性能の違いは何ですか?

業界が蛍光に移行した理由を理解するため, 2 つの主要な光学方式を直接比較する必要があります.

19. 何ですか “残光の原理” 蛍光光ファイバー技術の開発?

蛍光光ファイバー技術 時間領域の原理に基づいて動作する, 光の強さではなく. 光のパルスがプローブ先端の蛍光体材料を励起します。. パルスがオフになるとき, 蛍光体は輝き続けます (蛍光する) ほんの一瞬の間.

この輝きが消える速度 (減衰時間) 物理的に温度と関係がある. 高温の蛍光体はより速く減衰します; 低温の蛍光体はゆっくりと減衰します. モニターは簡単に測定します “どのぐらいの間” 輝きが持続する. これはデジタルです, 信じられないほど堅牢な時間ベースの測定.

20. 蛍光光ファイバー技術が検討される理由 “ゼロドリフト”?

蛍光物質の減衰時間は基本的な量子力学特性です. 繊維が古くなっても変わらない, コネクタに埃が付く, または光源が暗くなります.

たとえ光信号が減衰しても 50% ケーブルが急に曲がっているため, ザ 時間 弱い信号が減衰するまでにかかる時間はまったく同じままです. この物理ベースの安定性が理由です 蛍光光ファイバーセンサー と主張できる唯一の技術です。 “ゼロドリフト” のために 30+ 電源トランスの年寿命.

21. 蛍光プローブはどのようにして完全な EMI 耐性を達成するのか?

プローブと伝送ケーブルのみで構成されています。 シリカ (ガラス) PTFEのような高級ポリマーで保護されています (テフロン) またはピーク. 金属はありません.

電磁干渉は、導体に電流を誘導することによって発生します。. ガラスは不導体なので、, 磁場は相互作用せずにそのまま通過します. プローブを 4000A バスバーの隣に配置するか、高周波インバータの内部に配置するか, 光子の信号は完全にクリーンなままです. シールドなし, 接地, またはフィルタリングが必要です.

22. 蛍光ファイバーがマイクロ波およびRF環境で好まれる理由?

電源トランスを超えて, このテクノロジーが主流となっているのは、 マイクロ波およびRFアプリケーション (MRI装置のような, 工業用マイクロ波加熱, そしてプラズマエッチング). 金属センサー (RTD/熱電対) これらの分野でアンテナとして機能するでしょう, 加熱して火傷や火花の原因となる.

蛍光ファイバーセンサーは、 “透明” 電子レンジに. RF エネルギーを吸収せず、電磁場を乱しません。, 他のセンサーが耐えられない医療および半導体プロセスでの正確な温度制御を可能にします。.

23. 蛍光ファイバー光学センサーには定期的な再校正が必要ですか??

いいえ. 測定は物理定数に基づいているため、 (蛍光体の減衰特性), キャリブレーションはセンサー素材に固有のものです.

機械的歪みによってドリフトする RTD や結晶の経年変化によってドリフトする GaAs とは異なります。, 今日設置された蛍光システムは、精度仕様の範囲内で読み取ります。 (通常±1℃) 今から数十年後. これ “設定したらあとは忘れる” この機能は、変圧器などの溶接で密閉され、メンテナンスのためにアクセスできない資産にとって非常に重要です。.

24. 全誘電体プローブは高電圧絶縁の安全性をどのように確保するのか?

高電圧における安全性は次のように定義されます。 “沿面距離” そして “クリアランス。” センサーは、電気が地面にアーク放電する経路を短くしてはなりません. 蛍光ファイバープローブ 非常に高い絶縁耐力を持つ材料で作られています.

標準的な雷衝撃に対して厳密にテストされています。 (だった) および電源周波数耐電圧試験. 疎水性のある素材なので (油や水をはじきます) そして非追跡, ケーブル表面に沿って導電パスが形成されることを防ぎます。, 電気的ストレス下でも.

25. 油入変圧器のシールと耐油の問題を解決する方法?

油で満たされたタンクに光ファイバーを設置するには、漏れを生じさせずに鋼壁を貫通する必要があります. これは特殊なツールを使用して実現されます。 タンク壁貫通プレート.

これらのプレートは、ガラスと金属のシールまたは高性能 O リング圧縮フィッティングを使用して、光信号を内部ファイバーから外部ジャンパー ケーブルに渡します。. 内部ファイバーケーブルは、高温の変圧器油の中で劣化したりガスを放出したりしない、油と互換性のある PTFE で覆われています。, 絶縁流体の化学的完全性を確保する.

26. キャスト樹脂乾式変圧器の製造中にファイバーセンサーを保護する方法?

で 乾式変圧器, センサーは多くの場合、固体エポキシ樹脂ブロックに直接鋳造されます。. 硬化プロセスには熱と機械的収縮応力が関係します。.

蛍光プローブは、硬化樹脂の圧力に耐えられるよう、堅牢な PEEK ジャケットと応力緩和構造を使用して設計されています。. 一度キャストすると, センサーはコイルの永久的な部分になります, 深部温度を継続的に測定する. キャスト中にワイヤーの破損が発生する可能性がある PT100 とは異なります。, 繊維は柔軟性と耐久性を保ちます.

27. 光ファイバーシステムの寿命は変圧器の寿命と一致しますか?

電源トランスは耐久性が期待されます 30 宛先 40 月日. 監視機器はこの寿命に適合する必要があります. 電子部品 (コンデンサ/抵抗) ワイヤレスセンサーは通常、次の範囲内で故障します。 10 月日.

高品質 蛍光光ファイバーモニター 工業グレードのコンポーネントを使用して設計されています, しかし、もっと重要なことは, 危険な高電圧ゾーン内のパッシブプローブには故障する電子機器がありません. アクティブな電子機器は制御キャビネット内に安全に保管されます, 変圧器をオフラインにすることなく、簡単にメンテナンスやアップグレードが可能です。.

28. レガシー変圧器を光ファイバーシステムで改造できますか?

取り付けは製造時に行うのが最も簡単ですが、, 後付けが可能であり、ますます一般的になっています. 油入ユニット用, 改修は通常、オイルが排出される中年の改修中に行われます。. センサーを冷却ダクトに誘導可能.

乾式変圧器または開閉装置用, 改造は簡単です. プローブはコイルの表面に接着することも、非導電性クリップを使用してバスバーにボルトで固定することもできます. このアップグレードにより、 “バカ” レガシー資産をスマートに, グリッド対応コンポーネント.

29. 包括的な比較: 高電圧監視に最適なソリューションはどれですか?

以下の表は、テクノロジー間の争いをまとめたものです。.

30. ページのトップへ 10 メーカーと世界の事例紹介

光ファイバー温度モニタリングの市場は特殊化されています. 主な選手は以下の通り, イノベーションと市場の焦点によってランク付け.

ページのトップへ 10 光ファイバー温度センサーメーカー

世界的な事例紹介

• 中東の送電網の拡大: 最近のプロジェクトでは サウジアラビア, 500 電源変圧器のユニットには、極度の周囲熱に耐えるために蛍光光ファイバーセンサーが装備されていました。 (50℃以上) WTI インジケーターが正確な巻き上げデータを提供できなかった場合.
• 欧州洋上風力発電: メジャー ドイツ 洋上風力発電所は昇圧変圧器に光ファイバーセンサーを利用しました. コンバータからの EMI が PT100 には高すぎました, 光学式が唯一の実行可能な選択肢となる.
• 米国データセンター: ハイパースケール データセンター ネバダ州 乾式変圧器に直接巻線監視機能を搭載し、停電の危険を冒さずにサーバーの負荷密度を安全に高めました。.

結論

電気センサーからの移行 (RTD/熱電対) 光学センサーへの移行はトレンドではない; それは現代のグリッドにとってエンジニアリングの必需品です. 電圧が上昇し、資産が限界に近づくにつれて, EMIと誘電体フラッシュオーバーのリスクにより従来のセンサーは時代遅れになる.

蛍光光ファイバー技術 優れた選択肢として単独で存在する. 安全性の完璧な組み合わせを提供します (全誘電体), 安定性 (ゼロドリフト), と精度 (直接測定). 新しい UHV 変圧器用でも、重要な医療用 MRI アプリケーション用でも, 蛍光は、自信を持った意思決定に必要なデータの完全性を提供します.

免責事項: この記事で提供される情報は、教育および技術的な参考のみを目的としています。. 当社は技術比較と業界ランキングの正確性を確保するよう努めていますが、, 特定のアプリケーション要件は異なる場合があります. メーカーのランキングは、本稿執筆時点での市場観察と技術的焦点に基づいています。. 特定の高電圧設置設計については、ユーザーは専門のエンジニアに相談する必要があります。.