건식 변압기의 열 상태 모니터링 – 기술적 분석 및 적용 가이드

• 주물변압기, 에폭시수지변압기 등 건식변압기의 권선 및 철심이 주요 열원입니다.. 열 상태가 절연 수명을 직접적으로 결정합니다.. 권선의 핫스팟 온도가 6℃ 증가할 때마다, 인생이 반으로 줄어들 것이다.
• 공기 절연 변압기 및 고체 절연 변압기의 모니터링은 각 가열 부품의 온도를 정확하게 포착해야 합니다.. 기존 방식에는 한계가 있음, 형광 광섬유는 새로운 센싱 기술 중에서 가장 종합적인 성능을 가지고 있습니다..
• 이 기사에서는 다양한 유형의 건식 변압기에 대한 열 상태 모니터링 기술을 분석합니다., 다양한 계획을 비교합니다, 효율적인 모니터링 방법을 익힐 수 있도록 선택 및 적용 포인트를 제공합니다..

1. 건식변압기의 주요 발열부품과 발열원인

주조 수지 변압기인지 여부, 에폭시 수지 변압기, 공기 절연 변압기, 또는 고체 절연 변압기, 열은 주로 전력 변환 중 에너지 손실로 인해 발생합니다.. 핵심 가열 구성 요소 및 메커니즘은 다음과 같습니다:

1. 권선 (가장 중요한 열원):구리 손실 (I²R) 전류가 권선을 통과할 때 발생하는 모든 유형의 건식 변압기의 주요 열원입니다.. 주물변압기용, 권선은 에폭시 수지로 단단히 감겨 있습니다., 따라서 방열 조건은 공기 절연 변압기보다 더 복잡합니다., 그리고 열은 쉽게 축적되어 핫스팟을 형성합니다.. 에폭시 수지 변압기의 권선 절연층은 장시간 고온으로 인해 노화를 가속화합니다.. When the load current increases (such as overload operation), copper loss increases in square proportion, and the temperature rises sharply. 게다가, leakage flux between turns and layers of the windings will generate eddy current loss, further aggravating heat generation. High-voltage windings are more prone to hot spots due to more turns, thinner wires, and larger heat generation per unit volume.
2. Iron core:The iron core generates iron loss in the alternating magnetic field, including hysteresis loss and eddy current loss. This characteristic is particularly obvious in Solid insulation transformers – the thermal conductivity of solid insulation materials is relatively poor, and if the heat of the iron core cannot be dissipated in time, local overheating may occur. Hysteresis loss is related to the area of the hysteresis loop of the iron core material, and eddy current loss is caused by eddy current (circulating current) induced in the iron core. If the insulation of iron core silicon steel sheets is poor or the laminations are loose, eddy current loss will increase significantly, leading to local overheating.
3. Lead wires and connection parts:Poor contact at connection parts such as winding leads and tap changers will generate contact resistance, causing additional Joule heat. This kind of heat generation is more likely to be ignored in Air-insulated transformers because their insulation depends on air gaps, and overheating at contact points may directly affect insulation performance. While the connection parts of Cast resin transformers are covered by insulation materials, 따라서 열 발생은 더욱 숨겨지고 정상 부하에서 갑자기 상승할 수 있습니다., 이는 국부적인 과열 결함의 일반적인 원인입니다..
4. Cooling fans (보조난방):강제 공냉식 에폭시 수지 변압기 또는 고체 절연 변압기, 팬 모터는 작동 중에 소량의 열을 발생시킵니다., 하지만 그 비율은 매우 낮습니다 (대개 <1%). 가장 큰 영향은 팬이 고장날 때입니다., 방열 효율이 떨어지게 됩니다, 간접적으로 다른 구성 요소의 온도 상승을 악화시킵니다.. 자연 냉각된 공기 절연 변압기용, 팬이 없기 때문에 권선 자체의 방열 설계에 더 의존하게 됩니다., 따라서 가열 부품의 온도 모니터링은 특히 중요합니다..

이러한 구성 요소의 발열은 서로 상호 작용합니다.: 권선의 열은 전도를 통해 철심으로 전달됩니다., 철심의 열은 대류를 통해 주변 환경으로 방출됩니다.. 열 방출의 연결 고리가 차단된 경우, 연쇄반응을 일으키게 됩니다, 전체 온도로 이어지는 失控.

2. 건식 변압기용 열상태 모니터링 시스템의 작동 원리

건식 변압기의 열 상태 모니터링은 다음을 통해 장비가 안전한 작동 범위에 있는지 여부를 결정합니다. 각 발열체의 온도분포 및 변화추이를 실시간으로 파악. 주조 수지 변압기인지 공기 절연 변압기인지 여부, 핵심 논리는 동일합니다: 장비 손실 (구리 손실, 철분 손실) 열로 변환됩니다. 방열률이 발열률보다 낮은 경우, 기온은 계속 오르겠다, 결국 단열재의 노화 및 파손으로 이어집니다. (에폭시 수지와 같은, 견고한 단열재).

모니터링 시스템은 일반적으로 세 부분으로 구성됩니다.:

1. 감지층: 발열부에 직접 접촉하거나 가까이 두십시오. (권선과 같은, 철심 연결점) 온도 신호를 전송 가능한 전기 또는 광학 신호로 변환합니다.. 주물변압기용, 정확한 온도 측정을 위해서는 절연층을 관통할 수 있어야 합니다.. 공기 절연 변압기용, 개방된 환경에서 먼지의 영향에 적응해야 합니다..
2. 전송층: 케이블을 통해 처리 장치에 신호를 전송합니다., 광섬유, 또는 무선 수단. 견고한 절연 변압기의 컴팩트한 절연 구조로 인해, 전송선의 배선 공간에 대한 요구 사항이 더 높습니다..
3. 분석 레이어: 온도 데이터의 실시간 분석, 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).

그 중, 그만큼 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, 공기 절연, and Solid insulation. The following is a comparison of key parameters of mainstream technologies:

모니터링 기술	감지 원리	온도 측정 범위	Anti-electromagnetic Interference Ability	설치 방법	장기적인 안정성	비용 수준	다양한 유형의 변압기에 대한 적응성	핵심 단점
서미스터 (PT100)	온도에 따라 금속 저항이 변합니다.	-50~200℃	가난한	Surface pasting / 리드 배선	가난한 (매일 교정이 필요합니다 3-5 연령)	낮은	공기 절연 변압기의 표면 온도 측정에만 적합, 수지층을 관통할 수 없음	권선의 내부 핫스팟을 모니터링할 수 없습니다.; 리드는 전자기 간섭에 취약합니다.
적외선 온도계	적외선을 수신하여 온도를 계산합니다.	-20~300℃	강한	비접촉 (외부 설치)	중간 (환경 먼지의 영향을 받음)	중간	공기 절연 변압기에 대한 일반적인 적응성, 주조 수지 변압기의 절연층을 관통할 수 없습니다.	관찰창을 열어야 함, 환경 온도 및 습도 간섭에 취약함
섬유 브래그 격자	온도에 따라 격자 반사 파장이 변합니다.	-40~150℃	강한	권선에 이식 / 붙여넣기	중간 (고온에서 표류하기 쉽다)	높은	고체 절연 변압기에 적합, 그러나 주조 수지 변압기는 재료 응력에 취약합니다.	복합 복조 장비, 다중 지점 모니터링에는 전체에 영향을 미치는 단일 지점 오류로 이어지는 직렬 연결이 필요합니다.
무선 센서	무선 주파수 신호는 온도 데이터를 전송합니다.	-30~125℃	가난한	표면흡착	가난한 (battery life 1-2 연령)	중간	공기 절연 변압기에 사용해 볼 수 있습니다., 금속 쉘이 있는 주조 수지 변압기의 신호를 쉽게 차폐할 수 있음	고온 환경에서는 배터리가 빨리 고장납니다., 데이터는 잃기 쉽다
형광 광섬유	온도에 따라 형광 감쇠 시간이 변합니다.	-30~200℃	매우 강함	권선에 이식	훌륭한 (이상 유지보수가 필요하지 않음 10 연령)	중간 높음	모든 유형에 적합, 특히 주조 수지 및 고체 절연 변압기의 내부 온도 측정에 적합합니다.	광섬유 배선에는 전문적인 디자인이 필요합니다, 굽힘 반경 요구 사항 포함
Distributed optical fiber	광시간 영역 반사 (OTDR)	-50~250℃	강한	와인딩을 따라 누워	중간 (정확도는 거리에 따라 감소)	높은	Suitable for large Air-insulated transformers, insufficient space in compact Solid insulation transformers	Cannot locate specific hot spots, only can measure regional temperature

결론: Fluorescent optical fiber technology has the best comprehensive performance in thermal condition monitoring of various dry-type transformers, especially in three core dimensions: internal hot spot capture of Cast resin transformers, anti-interference ability of Air-insulated transformers, and long-term stability of Solid insulation transformers, which are far superior to other technologies.

4. Core Technical Points of Thermal Condition Monitoring for Dry-type Transformers

Effective thermal condition monitoring needs to meet the special operating environment of different types of dry-type transformers. The following points determine the reliability of the system:

1. Accurate monitoring adapted to insulation type:Sensors for Cast resin transformers need to be implanted into the windings wrapped by epoxy resin to directly measure hot spots; Air-insulated transformers need to consider the impact of dust on sensors and select anti-pollution models; Solid insulation transformers, due to their compact structure, require sensors with a diameter <2mm to avoid damaging insulation.
2. Anti-aging design for material characteristics:The monitoring system for Epoxy resin transformers needs to withstand the long-term chemical stability of epoxy resin after curing, and the sensor material must not react with the resin; sensors for Air-insulated transformers need to have dust-proof and moisture-proof performance to adapt to the open environment.
3. Differentiated threshold setting:Different insulation materials have different heat resistance levels. Epoxy resin belongs to Class F (hot spot upper limit 155℃), and some solid insulation materials can reach Class H (180℃). The monitoring system needs to preset corresponding thresholds according to the transformer type to avoid false alarms or missed alarms.
4. Protection of insulation performance during installation:When implanting sensors into Cast resin transformers, it is necessary to avoid damaging the epoxy resin insulation layer; the wiring of Air-insulated transformers must not affect the insulation distance of air gaps; Solid insulation transformers must ensure that the overall insulation resistance meets the standards after installation.

5. 자주 묻는 질문 (FAQ): Key Questions in Thermal Condition Monitoring Practice

(나) 다양한 유형의 변압기에 대한 적응성

1. 큐: Is wireless sensor suitable for Cast resin transformers?
   에이: 아니요. Resin and metal shells will double shield wireless signals, resulting in a data loss rate >30%; and its windings are completely wrapped, so wireless sensors cannot be close to hot spots, and the measurement deviation can reach more than 20℃. It is recommended to use fluorescent optical fiber implantation monitoring.
2. 큐: Is infrared thermometer sufficient for Air-insulated transformers?
   에이: 아니요. Although Air-insulated transformers have no insulation layer blocking, infrared temperature measurement is greatly affected by environmental temperature, 습기, and dust. The accuracy decreases to ±5℃ on rainy days, making it difficult to capture early overheating (such as 10℃ temperature rise at connection points). It is necessary to monitor key parts with fluorescent optical fiber.
3. 큐: 고체 절연 변압기에 센서를 설치하면 절연이 손상됩니다.?
   에이: 직경이 있는 형광 광섬유 센서를 선택하면 피할 수 있습니다. <2mm. 유연한 소재를 절연 간격을 따라 이식할 수 있습니다.. 측정된 절연 저항 감소는 다음과 같습니다. <0.5%, IEC 표준 요구 사항을 충족하며 장비의 절연 성능에 영향을 미치지 않습니다..

(II) 기술적인 응용

1. 큐: 에폭시 수지 변압기의 센서에는 정기적인 교정이 필요합니까??
   에이: 형광 광섬유 센서는 교정이 필요하지 않습니다.. 에폭시 수지는 경화 후 장기간 안정성이 강하며 형광체의 붕괴 특성에 영향을 미치지 않습니다.. 시스템은 장기적인 정확성을 유지할 수 있습니다. (±1℃), 서미스터는 수지 환경에서 노화되기 쉽고 연간 교정이 필요합니다..
2. 큐: 다양한 건식 변압기의 모니터링 데이터를 통합적으로 분석할 수 있습니다.?
   에이: 예. 통합 데이터 플랫폼을 통해, 주물변압기와 공기절연변압기의 온도상승곡선을 비교하여 절연종류에 따른 방열효율의 차이를 분석할 수 있습니다., 변압기 선택의 기초 제공. 하지만, 분석의 정확성을 보장하려면 변압기 유형을 시스템에 표시해야 합니다..

6. 건식 변압기용 열 상태 모니터링 시스템 분야 최고의 글로벌 제조업체

순위	제조업체 이름	Core Technical Advantages (다양한 유형의 변압기에 대한 적응성)
1	복주 혁신 전자 과학&테크(주), 주식회사.	주물변압기용 특수 이식공구 개발, 형광 광섬유 센서는 에폭시 수지와 상용성이 좋습니다., 고체 절연 변압기의 설치 합격률은 다음과 같습니다. 99.5%
2	화광티안루이	공기 절연 변압기용 모니터링 시스템은 IP66 보호 수준을 갖습니다., 뛰어난 방진성, 에폭시 수지 변압기와의 데이터 플랫폼 공유를 지원합니다.
3	루나 이노베이션 (미국)	분산 솔루션은 대형 에폭시 수지 변압기 클러스터에 적합합니다., 단일 시스템으로 모니터링이 가능합니다. 20 다양한 유형의 건식 변압기
4	Opsens 솔루션 (캐나다)	고온 내성 형광 프로브 (200℃) 클래스 H 고체 절연 변압기에 적합합니다., 이상의 시장점유율을 가지고 있는 30% 북미 주물변압기 시장
5	네오옵틱스 (캐나다)	직경 1.8mm의 소형 센서는 고체 절연 변압기용으로 특별히 설계되었습니다., 설치 후 절연저항 유지율은 >99%
6	섬유 코어 (영국)	저손실 광섬유는 공기 절연 변압기 클러스터의 장거리 모니터링에 적합합니다., with a signal transmission distance of 10km, reducing relay equipment
7	마이크론 광학 (미국)	The demodulation module can automatically identify the transformer type (Cast resin / 공기 절연), intelligently match the temperature measurement threshold, and reduce manual setting costs
8	광자 제어 (캐나다)	The sensor material does not react with epoxy resin, and the service life in Cast resin transformers is >15 연령
9	HBM FiberSensing (Portugal)	Thermal-dielectric loss combined monitoring technology is suitable for evaluating the insulation aging state of Solid insulation transformers, with data accuracy >95%
10	센서열 (독일)	Customized 3D temperature field simulation algorithm for Epoxy resin transformers, which can predict hot spot migration paths, with more than 2000 application cases in Europe

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