Guía Completa 2025 para el Monitoreo en Línea de la Temperatura en Equipos Eléctricos: Mejorando la Eficiencia del Mantenimiento y la Seguridad

1.Debilidades de los Productos de Monitoreo en Línea de Temperatura Existentes
1.1 Controlador de Temperatura para el Monitoreo de Bobinas de Transformadores Secos
Los sensores de resistencia de platino se utilizan en los controladores de temperatura. Dado que carecen de aislamiento, el sensor debe desconectarse del controlador durante las pruebas de soporte de voltaje. Sin embargo, la sobretensión durante la operación real a menudo daña el controlador. Además, los cables de conexión del sensor no pueden soportar la alta temperatura de 350°C requerida para la estabilidad térmica y dinámica durante cortocircuitos en el lado secundario de transformadores secos, lo que frecuentemente resulta en la quema del sensor.

1.2 Termómetro de Resistencia de Presión para el Monitoreo de la Temperatura del Aceite de Transformadores de Potencia
Este termómetro utiliza un sensor de resistencia de platino. Debido a su valor de resistencia inherentemente bajo, se ve significativamente afectado por la resistencia de los cables de conexión. Especialmente, la resistencia de contacto de múltiples conexiones terminales en los cables cambia con el tiempo debido a la oxidación, aflojamiento o mantenimiento, y estos cambios no pueden compensarse en las lecturas de temperatura. Esto lleva a un problema común de grandes desviaciones entre la temperatura mostrada y la real, comprometiendo la confiabilidad de las lecturas de temperatura. Además, carece de monitoreo de temperatura de aceite en múltiples puntos, creando una necesidad urgente de productos de reemplazo.

2.Monitoreo en Línea de Temperatura Urgentemente Necesario para Equipos Eléctricos y Ubicaciones Específicas
2.1 Aparamenta de Media Tensión
A excepción de equipos más antiguos, la mayoría de la aparatología de media tensión cuenta con estructuras cerradas con interbloqueos antifallos. Durante la operación, las puertas o cubiertas que bloquean la radiación infrarroja no pueden abrirse para inspecciones infrarrojas. Las uniones y conectores conductivos internos pueden experimentar un aumento de la resistencia de contacto debido al desgaste eléctrico, operaciones mecánicas y fuerzas electromagnéticas de cortocircuito que causan vibración mecánica, lo que lleva a un aumento de la temperatura y a una oxidación acelerada de las superficies de contacto, potencialmente resultando en fallos importantes del equipo. Las ubicaciones de fallos más comunes en la aparatología son los contactos del interruptor extraíble y los puntos de conexión de cables en las líneas de entrada y salida.

2.2 Bobinas de Media Tensión de Transformadores Secos
Con el desarrollo de los equipos eléctricos, han surgido transformadores de potencia secos de alta tensión de 110kV y transformadores secos especializados para sistemas ferroviarios. Su lado secundario está calificado a 6-10kV, y algunos transformadores secos especiales tienen tensiones secundarias superiores a 660V. Aún faltan productos de monitoreo en línea confiables para las temperaturas de las bobinas secundarias de estos transformadores.

2.3 Terminales de Salida de Baja Tensión de Transformadores Montados en Poste (Transformadores de Distribución)
Los transformadores de distribución se ven afectados por el entorno exterior, y su lado secundario a menudo carece de protección, lo que frecuentemente lleva a incidentes de quema. Las estadísticas muestran que el sobrecalentamiento en los terminales de salida es la causa principal. El artículo 5.1.4 de las "Regulaciones de Operación de Transformadores de Potencia" especifica que las inspecciones rutinarias deben incluir la verificación de signos de calentamiento en las conexiones de cables, cables y barras colectoras. Tradicionalmente, se utilizan inspecciones visuales, goteo de agua o observación de fugas de aceite de los empalmes para juzgar. Sin embargo, debido a la gran carga de trabajo de las inspecciones, estas verificaciones a menudo se pasan por alto, causando fallos repentinos del transformador. Cuando el transformador experimenta un desequilibrio severo de carga trifásica, fluye una corriente neutral excesiva a través de un terminal de salida de neutral subdimensionado. Si la conexión es mala, puede sobrecalentarse y quemarse fácilmente, dañando numerosos electrodomésticos. Por lo tanto, se necesita urgentemente el monitoreo en línea de la temperatura en estos puntos.

2.4 Subestaciones Prefabricadas (Subestaciones Contenerizadas)

Las subestaciones prefabricadas fabricadas localmente integran equipos relacionados dentro de enclosures completamente cerrados, pero la mayoría carece de diseño e integración. Debido a los enclosures, a veces de varias capas, la disipación de calor del equipo se ve afectada. Además, es difícil determinar razonablemente el grado de derating del equipo, lo que puede causar que el equipo interno se sobrecaliente. La Corporación Estatal de Energía requiere en sus documentos de licitación de subestaciones prefabricadas que la temperatura de operación de todo el equipo, incluyendo transformadores y aparatos de alta/baja tensión, no debe exceder sus temperaturas máximas permitidas. Esto requiere el monitoreo en línea de la temperatura. Actualmente, las subestaciones prefabricadas generalmente solo monitorean la temperatura del aceite del transformador y activan/desactivan automáticamente los ventiladores basándose en los cambios de temperatura. Debido a la falta de productos compatibles, no se implementa el monitoreo de temperatura según lo requerido para los terminales de salida del transformador, los interruptores de baja tensión y los terminales de entrada/salida de los interruptores de alta tensión.

3.Dos Métodos de Monitoreo en Línea de Temperatura

Actualmente existen dos métodos principales de monitoreo en línea de temperatura: radiación infrarroja sin contacto y medición con contacto utilizando sensores térmicos. Los sensores infrarrojos sin contacto se ven significativamente afectados por factores ambientales como la humedad, la presión atmosférica y los obstáculos; si la radiación infrarroja está bloqueada, no es posible una medición precisa, limitando enormemente su aplicación. En contraste, los sensores de contacto se adhieren directamente al punto de medición, experimentan menos interferencia de factores ambientales y permiten una detección rápida y precisa de la temperatura.

Debilidades de las Soluciones de Contacto Existentes:
Cuando se utilizan termopares como sensores, se requiere compensación de la unión fría porque la unión de referencia (fría) no puede mantenerse a 0°C, especialmente cuando se mide a temperatura ambiente. Si las uniones de medición (calientes) y de referencia están lejos, también se necesitan cables de compensación especiales.

Cuando se utilizan sensores de fibra óptica, incluyendo un transmisor, receptor, conectores y fibra óptica, la instalación y enrutamiento de la fibra presentan desafíos significativos. La transmisión de señales basada en fibra no logra fácilmente un aislamiento eléctrico completo entre los lados de alta y baja tensión. Cuando el transmisor se instala en el lado de alta tensión, el problema de aislamiento a tierra sigue sin resolverse.

El uso de sensores resistivos para la medición de contacto directo con transmisión de señal por cable en el lado de alta tensión, combinado con aislamiento por aire y conversión infrarrojo-óptica para transmitir señales de temperatura, es una solución viable. Sin embargo, ya que el emisor y receptor infrarrojos están expuestos, el polvo y la contaminación se acumulan durante la operación a largo plazo, degradando gradualmente la confiabilidad de la señal y la precisión de la medición, otro problema difícil de resolver. Además, se requiere la instalación y puesta en marcha profesional en el sitio, resultando en una conveniencia subóptima para el usuario.

4.Desafíos Técnicos Clave de los Dispositivos de Monitoreo en Línea de Temperatura

(1) En sistemas de baja tensión, el desafío técnico principal es resolver el problema de la conducción térmica mientras se mantiene el aislamiento eléctrico para el sensor de temperatura. En sistemas de alta tensión, es esencial evitar que la alta tensión entre al lado de baja tensión. Dado que el elemento sensible está ubicado en el extremo de alta tensión y la unidad de monitoreo/procesamiento está en el lado de baja tensión, el problema técnico central es lograr un aislamiento eléctrico confiable entre los sistemas de alta y baja tensión.

(2) El sensor de temperatura (incluidos sus cables) debe cumplir con los requisitos de estabilidad y resistencia al calor en condiciones de alta temperatura. No solo debe resistir el sobrecalentamiento anormal, sino también sobrevivir a las altas temperaturas a corto plazo generadas por el estrés dinámico y térmico durante las corrientes de cortocircuito sin daños.

(3) Para una medición precisa de la temperatura, se requiere un método que elimine la necesidad de compensación, asegurando la precisión de la medición sin correcciones adicionales.