Guia Completo de 2025 para Monitoramento Online de Temperatura em Equipamentos Elétricos: Aumentando a Eficiência da Manutenção e a Segurança

1.Limitações dos Produtos de Monitoramento de Temperatura Online Existentes
1.1 Controlador de Temperatura para Monitoramento de Bobinas de Transformadores Secos
Os sensores de resistência de platina são usados nos controladores de temperatura. Como eles não possuem isolamento, o sensor deve ser desconectado do controlador durante os testes de tensão. No entanto, a sobretensão durante a operação real frequentemente danifica o controlador. Além disso, os fios condutores do sensor não suportam a alta temperatura de 350°C necessária para estabilidade térmica e dinâmica durante curtos-circuitos no lado secundário de transformadores secos, resultando frequentemente na queima do sensor.

1.2 Termômetro de Resistência de Pressão para Monitoramento de Temperatura do Óleo em Transformadores de Potência
Este termômetro usa um sensor de resistência de platina. Devido ao seu valor de resistência inerentemente baixo, ele é significativamente afetado pela resistência dos fios condutores. Especialmente, a resistência de contato de múltiplas conexões terminais nos fios muda ao longo do tempo devido à oxidação, afrouxamento ou manutenção, e essas mudanças não podem ser compensadas nas leituras de temperatura. Isso leva a um problema comum de grandes desvios entre as temperaturas exibidas e reais do óleo, prejudicando a confiabilidade das leituras de temperatura. Além disso, falta-lhe o monitoramento de temperatura em múltiplos pontos, criando uma necessidade urgente de produtos de substituição.

2.Monitoramento de Temperatura Online Urgentemente Necessário para Equipamentos Elétricos e Locais Específicos
2.1 Quadros de Baixa Tensão
Com exceção dos equipamentos mais antigos, a maioria dos quadros de baixa tensão possui estruturas fechadas com intertravamentos anti-manejo. Durante a operação, as portas ou tampas que bloqueiam a radiação infravermelha não podem ser abertas para inspeções infravermelhas. As juntas e conectores condutivos internos podem experimentar um aumento da resistência de contato devido ao desgaste elétrico, operações mecânicas e forças eletromagnéticas de curto-circuito causando vibração mecânica, levando a um aumento de temperatura e aceleração da oxidação da superfície de contato, potencialmente resultando em falhas graves de equipamento. Os locais de falha mais comuns nos quadros de distribuição são os contatos dos interruptores retráteis e os pontos de conexão de cabos de entrada e saída.

2.2 Enrolamentos de Média Tensão de Transformadores Secos
Com o desenvolvimento de equipamentos elétricos, surgiram transformadores de potência secos de alta tensão de 110kV e transformadores secos especializados para sistemas ferroviários. Seu lado secundário é classificado em 6–10kV, e alguns transformadores secos especiais têm tensões secundárias superiores a 660V. Ainda faltam produtos confiáveis de monitoramento online para as temperaturas dos enrolamentos secundários desses transformadores.

2.3 Terminais de Saída de Baixa Tensão de Transformadores Poste (Transformadores de Distribuição)
Os transformadores de distribuição são afetados pelo ambiente externo, e seu lado secundário frequentemente carece de proteção, levando frequentemente a incidentes de queima. Estatísticas mostram que o superaquecimento nos terminais de saída é a principal causa. O Artigo 5.1.4 do "Regulamento de Operação de Transformadores de Potência" especifica que as inspeções rotineiras devem incluir a verificação de sinais de aquecimento nas conexões de fios, cabos e barras de distribuição. Tradicionalmente, a inspeção visual, gotejamento de água ou observação de vazamento de óleo de isoladores são usados para julgamento. No entanto, devido à grande carga de trabalho das inspeções, essas verificações são frequentemente negligenciadas, causando falhas súbitas de transformadores. Quando o transformador experimenta um desequilíbrio severo de carga trifásica, uma corrente neutra excessiva flui através de um terminal de saída neutro subdimensionado. Se a conexão for ruim, pode esquentar e queimar facilmente, danificando numerosos eletrodomésticos. Portanto, o monitoramento de temperatura online nesses pontos é urgentemente necessário.

2.4 Subestações Pré-fabricadas (Subestações Contêinerizadas)

As subestações pré-fabricadas fabricadas localmente integram equipamentos relacionados dentro de gabinetes totalmente fechados, mas a maioria carece de design e teste integrados. Devido à caixa—às vezes em várias camadas—a dissipação de calor do equipamento é afetada. Além disso, o grau de derating do equipamento é difícil de determinar razoavelmente, potencialmente causando o superaquecimento do equipamento interno. A Corporação de Energia do Estado exige em seus documentos de licitação de subestações pré-fabricadas que a temperatura de operação de todos os equipamentos, incluindo transformadores e aparelhos de alta/baixa tensão, não deve exceder suas temperaturas máximas permitidas. Isso requer o monitoramento de temperatura online. Atualmente, as subestações pré-fabricadas geralmente monitoram apenas a temperatura do óleo do transformador e ativam/desativam automaticamente os ventiladores com base nas mudanças de temperatura. Devido à falta de produtos compatíveis, o monitoramento de temperatura não é implementado conforme exigido para os terminais de saída do transformador, interruptores de baixa tensão e terminais de entrada/saída de interruptores de alta tensão.

3.Dois Métodos de Monitoramento de Temperatura Online

Atualmente, existem dois principais métodos de monitoramento de temperatura online: radiação infravermelha sem contato e medição por contato usando sensores térmicos. Os sensores infravermelhos sem contato são significativamente afetados por fatores ambientais como umidade, pressão atmosférica e obstáculos; se a radiação infravermelha for bloqueada, a medição precisa torna-se impossível, limitando grandemente sua aplicação. Em contraste, os sensores de contato são fixados diretamente no ponto de medição, sofrem menos interferência de fatores ambientais e permitem a detecção rápida e precisa da temperatura.

Limitações das Soluções de Contato Existentes:
Ao usar termopares como sensores, é necessária a compensação de junção fria, pois a junção de referência (fria) não pode ser mantida em 0°C, especialmente ao medir em temperatura ambiente. Se as junções de medição (quente) e de referência estiverem distantes, também serão necessários cabos compensadores especiais.

Ao usar sensores de fibra óptica, incluindo transmissor, receptor, conectores e fibra óptica, a instalação e roteamento da fibra apresentam desafios significativos. A transmissão de sinal via fibra não consegue facilmente alcançar o isolamento elétrico completo entre os lados de alta e baixa tensão. Quando o transmissor é instalado no lado de alta tensão, o problema de isolamento em relação ao solo permanece irresolvido.

Usar sensores resistivos para medição direta por contato com transmissão de sinal por fio no lado de alta tensão, combinado com isolamento por arco de ar e conversão infravermelho-óptico para transmitir sinais de temperatura, é uma solução viável. No entanto, como o emissor e receptor infravermelhos estão expostos, poeira e contaminação se acumulam durante a operação a longo prazo, gradualmente degradando a confiabilidade do sinal e a precisão da medição—outro problema difícil de resolver. Além disso, é necessária a instalação e comissionamento profissional no local, resultando em conveniência subótima para o usuário.

4.Desafios Técnicos Chaves dos Dispositivos de Monitoramento de Temperatura Online

(1) Em sistemas de baixa tensão, o principal desafio técnico é resolver o problema de condução térmica enquanto mantém o isolamento elétrico para o sensor de temperatura. Em sistemas de alta tensão, é essencial prevenir que a alta tensão entre no lado de baixa tensão. Como o elemento sensor está localizado no extremo de alta tensão e a unidade de monitoramento/processamento está no lado de baixa tensão, o problema técnico central é alcançar o isolamento elétrico confiável entre os sistemas de alta e baixa tensão.

(2) O sensor de temperatura (incluindo seus fios) deve atender aos requisitos de estabilidade e resistência ao calor em condições de alta temperatura. Ele não só deve suportar o superaquecimento anormal, mas também sobreviver às altas temperaturas geradas a curto prazo por estresse dinâmico e térmico durante correntes de curto-circuito sem danos.

(3) A medição precisa da temperatura requer um método que elimine a necessidade de compensação, garantindo a precisão da medição sem correção adicional.