Comprensión dos termómetros de presión, resistencia e fibra óptica

O funcionamento fiable dun Transformador mergullado en aceite depende en gran medida da estabilidade do seu aceite illante interno e das temperaturas dos enrolamentos. O sobrequecemento é unha das principais causas do envellecemento acelerado do illamento, a degradación do rendemento e, en última instancia, as fallas. Polo tanto, a monitorización da temperatura é un dos aspectos máis fundamentais e críticos do funcionamento e mantemento dos transformadores. Desde os tradicionais diales mecánicos ata os modernos sistemas intelixentes de fibra óptica, a historia do desenvolvemento dos termómetros é unha evolución da tecnoloxía de monitorización de transformadores desde a observación pasiva ata a alerta temperá activa.

 

Este artigo describirá sistematicamente os tipos comúns de termómetros empregados en transformadores mergullados en aceite e proporcionará unha análise en profundidade dos seus principios de funcionamento e escenarios de aplicación.

 

Capítulo 1: A "árbore xenealóxica" dos termómetros: unha ollada detallada aos tres tipos principais

Segundo os principios de medición e a localización da instalación, os termómetros para transformadores mergullados en aceite divídense principalmente nas seguintes tres categorías. Xuntos, forman unha rede de monitorización tridimensional desde a temperatura superior do aceite ata os puntos quentes dos enrolamentos.

 

1. Termómetro de tipo presión (termómetro de lectura remota)

Principio de funcionamento: Este é un instrumento mecánico clásico baseado na expansión/contracción térmica e na transmisión de presión líquido/gas. O sistema consta de tres partes:

 

Bulbo de temperatura (sensor): insírese no aceite na parte superior do tanque do transformador, cheo cun medio sensible á temperatura (por exemplo, líquido, gas ou líquido de baixo punto de ebulición).

 

Tubo capilar: Tubo metálico longo e delgado que conecta a ampola á cabeza do manómetro, cheo dun medio transmisor de presión.

 

Cabezal indicador: Montado na parede do tanque do transformador ou no armario de control, potencialmente a metros da lámpada. O seu núcleo é un tubo de Bourdon, un tubo metálico curvo e elástico. Cando a lámpada se quenta, o cambio de presión interna transmítese a través do capilar ao tubo de Bourdon, o que provoca a súa deformación. Esta deformación move un punteiro a través dun mecanismo de articulación, mostrando a temperatura.

 

Características principais:

 

Puramente mecánico, non require alimentación externa, excelente inmunidade ás interferencias electromagnéticas, moi alta fiabilidade.

 

O cabezal do manómetro pódese montar remotamente para unha cómoda lectura local.

 

Normalmente equipado con 1 ou 2 contactos axustables para funcións de alarma e disparo de sobretemperatura.

 

A precisión e a velocidade de resposta son relativamente máis lentas en comparación cos tipos electrónicos, e o tubo capilar é susceptible a danos mecánicos.

 

Aplicación típica: O dispositivo principal de monitorización e alarma para a temperatura superior do aceite, unha característica case estándar en todos os transformadores mergullados en aceite.

 

2. Detector de temperatura por resistencia (RTD, por exemplo, PT100)

Principio de funcionamento: Baseado na propiedade de que a resistencia dun condutor cambia coa temperatura. O elemento sensor máis común é un termómetro de resistencia de platino, onde PT100 denota unha resistencia de 100 ohmios a 0 °C. A súa resistencia cambia de forma precisa e lineal coa temperatura.

 

Compoñentes do sistema:

 

Sonda RTD de platino: instalada nun pozo termómetro na parte superior do transformador, mergullada en aceite.

 

Ponte de medición e transmisor: A miúdo integrado nunha unidade de control intelixente. Un circuíto preciso mide a resistencia do PT100 e convértea nun sinal de corrente estándar de 4-20 mA ou nun sinal dixital.

 

Características principais:

 

Alta precisión de medición, os sinais poden transmitirse a longas distancias, boa inmunidade ao ruído.

 

A saída é un sinal eléctrico estándar, facilmente integrado con plataformas de automatización como SCADA (Supervisión, Control e Adquisición de Datos) e DCS (Sistemas de Control Distribuído) para monitorización centralizada remota.

 

A miúdo instálase xunto co termómetro de presión, servindo como un medio redundante ou de maior precisión para a monitorización e o rexistro remotos da temperatura do aceite.

 

Aplicación típica: Úsase para a transmisión remota e a monitorización dixital da temperatura superior do aceite, a pedra angular das subestacións automatizadas e desatendidas modernas.

 

3. Sistema de medición da temperatura do enrolamento de fibra óptica (a medición directa de "puntos quentes" máis avanzada)

Principio de funcionamento: Esta é actualmente a tecnoloxía máis directa e avanzada para a monitorización da temperatura dos enrolamentos. Está baseada na física das redes de Bragg de fibra.

 

Sensor de fibra óptica de Bragg (FBG): Unha variación periódica no índice de refracción (unha rede de fibra) escríbese nun segmento de fibra óptica especial mediante un láser. A súa propiedade principal: Reflíctese luz dunha lonxitude de onda específica (lonxitude de onda de Bragg) e esta lonxitude de onda reflectida desprázase linealmente cos cambios de temperatura (ou deformación) na localización da rede.

 

Proceso de medición: Un cable de fibra óptica flexible con varios sensores FBG integrados está preincrustado directamente entre as capas de illamento dos enrolamentos de alta tensión nos puntos máis quentes previstos durante a fabricación do transformador. O sistema emite luz de banda ancha e, ao analizar a lonxitude de onda específica reflectida por cada reixa, pode obter con precisión e en tempo real a temperatura absoluta en diferentes puntos dentro do enrolamento.

 

Características principais:

 

Medición directa da temperatura do punto quente do enrolamento, non estimación indirecta. Os datos son os máis auténticos e fiables.

 

Intrínsecamente segura: a fibra óptica está feita de sílice, illante, resistente a altas tensións e inmune ás interferencias electromagnéticas, funcionando de forma estable en campos EM fortes.

 

Medición distribuída: unha soa fibra pode albergar ducias de puntos de detección, o que permite un mapa térmico completo do enrolamento.

 

Facilitador clave para a "Clasificación dinámica" e a avaliación da vida útil dos transformadores.

 

Aplicación típica: Transformadores grandes e críticos (por exemplo, EHV, transformadores convertidores), subestacións intelixentes que requiren xestión da capacidade de carga.

 

Capítulo 2: Aclaración de conceptos clave: temperatura da parte superior do aceite fronte á temperatura do enrolamento

Este é un concepto crucial e o punto de partida para a selección dos tipos de termómetros.

 

Temperatura superior do aceite: mide a temperatura do aceite na parte superior do tanque. Reflicte a carga térmica xeral do transformador, pero ten un desfase térmico. Cando cambia a carga, a temperatura do enrolamento cambia máis rápido, seguida da temperatura do aceite. Os termómetros de presión e os termorresistentes (RTD) miden isto.

 

Temperatura do punto quente do enrolamento: refírese ao punto máis quente de todo o transformador, normalmente situado na parte superior do enrolamento de baixa tensión. É o parámetro máis crítico que determina a taxa de envellecemento do illamento e a capacidade de carga. Os métodos tradicionais non poden medila directamente, senón que se basean nun indicador de temperatura do enrolamento (ITE) que a simula/estima usando a "temperatura superior do aceite + corrección de corrente". A medición por fibra óptica é a única tecnoloxía que pode medila de forma directa e precisa.