كيف يمنع جهاز تحكم درجة الحرارة للمحولات الجافة من سلسلة TTC ارتفاع درجة حرارة المحول

1. وظيفة أجهزة تحكم درجة حرارة المحولات

في الوقت الحاضر، تصنف المحولات الكهربائية بشكل أساسي إلى نوعين رئيسيين: محولات الغمر بالزيت ومحولات النوع الجاف. وتُستخدم المحولات من النوع الجاف على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة، والمحطات الفرعية، والمطارات، والسكك الحديدية، والمباني الذكية، والمجتمعات السكنية الذكية نظرًا لامتيازاتها العديدة مثل الأمان المتأصل، ومقاومة اللهب، وعدم التلوث، وعدم الحاجة للصيانة، والخسائر المنخفضة، وضعف التفريغ الجزئي، وطول العمر الافتراضي.

ومن بين المزايا الرئيسية للمحولات من النوع الجاف عمرها التصميمي الطويل، الذي يتجاوز عادةً 20 عامًا. وكلما طال عمر التشغيل، انخفض إجمالي تكلفة الملكية. وفي الواقع، يعتمد تشغيل المحولات من النوع الجاف بأمان وطول عمرها الافتراضي بشكل كبير على موثوقية ملفاتها. وواحدة من الأسباب الرئيسية لفشل المحولات هي تدهور العزل الناتج عن ارتفاع درجة حرارة الملفات بما يتجاوز حد التحمل الحراري لمادة العزل.

علاوةً على ذلك، فإن عمر خدمة المحولات من النوع الجاف يكون عمومًا مقيدًا بـ"العمر الحراري". ولتحقيق أقصى قدر من العمر التشغيلي، من الضروري مراقبة درجة حرارة الملفات باستخدام نظام تحكم في درجة الحرارة واتخاذ إجراءات وقائية في الوقت المناسب عند الضرورة، مثل التبريد القسري أو إنذارات التحذير.

2. أنواع أجهزة تحكم درجة حرارة المحولات

2.1 حسب طريقة استشعار درجة الحرارة: ميكانيكي مقابل إلكتروني

• أجهزة التحكم الحرارية الميكانيكية تكون عادةً أجهزة من النوع التوسعي، وتستخدم لمبة مليئة بالزيت كعنصر استشعار، وتعمل على مبدأ التمدد والانكماش الحراري. ونظرًا لكبر حجم المبة الزيتية وصعوبة تركيبها، فإنها تُستخدم عمومًا فقط على المحولات المغمورة بالزيت.

• أجهزة التحكم الحرارية الإلكترونية تستخدم مستشعرات درجة الحرارة مثل كاشفات المقاومة الحرارية (مثل Pt100، PTC) أو الأزواج الحرارية. وبفضل تطورها التكنولوجي العالي، ووظائفها الشاملة، ودقتها العالية، وسهولة تشغيلها، فقد أصبحت أجهزة التحكم الإلكترونية تُستخدم الآن على نطاق واسع في كل من المحولات المغمورة بالزيت ومحولات النوع الجاف.

2.2 حسب طريقة التركيب: مدمج مقابل مثبت خارجيًا

• أجهزة التحكم المدمجة تُركَّب مباشرة على إطار تثبيت المحولة (للوحدات بدون غلاف) أو تُدمج داخل غلاف المحولة.

• أجهزة التحكم المثبتة خارجيًا (المثبتة على الحائط) تُركَّب على الجدران (للوحدات غير المغلقة) أو تُثبت على السطح الخارجي لغلاف المحولة.

تُنتج المحولات من النوع الجاف حرارة كبيرة، واهتزازات منخفضة التردد، وتشويشًا كهرومغناطيسيًا أثناء التشغيل – وهي ظروف تؤثر بشدة على أجهزة التحكم الحرارية المدمجة التي تُركَّب على أطر التثبيت أو داخل الأغلفة.

من المعروف جيدًا أن المكونات الإلكترونية، مثل المحولات من النوع الجاف نفسها، لها "عمر حراري" محدود. ويقلل أسلوب التركيب المدمج بشكل كبير من عمر الخدمة وموثوقية جهاز التحكم. وعلى النقيض من ذلك، فإن أجهزة التحكم المثبتة خارجيًا تكون معزولة بفعالية عن هذا البيئة القاسية، مما يضمن حماية أفضل وعمرًا أطول.

3. سلسلة TTC لأجهزة تحكم درجة حرارة المحولات من النوع الجاف

JB/T 7631-94 “مقاومات الحرارة للمحولات” هو المعيار الذي أصدرته وزارة الصناعة الميكانيكية الصينية في عام 1994، وهو مخصص لمؤشرات ومشغلات درجة الحرارة المستخدمة مع المحولات من النوع الجاف. ويشمل هذا المعيار متطلبات GB/T 13926-92 “التوافق الكهرومغناطيسي لمعدات القياس والتحكم في العمليات الصناعية”.

وتتماشى أجهزة تحكم درجة الحرارة من سلسلة TTC مع المعيار المحدث GB/T 17626-1998 “التوافق الكهرومغناطيسي – تقنيات الاختبار والقياس” (المكافئ لمعيار IEC 61000-4:1995).

3.1 مبدأ العمل

3.1 مخطط كتلة الدائرة ومبادئ استشعار درجة الحرارة (Pt100 وPTC)

يعمل مستشعر درجة الحرارة Pt100 على مبدأ أن مقاومته الكهربائية تتغير تقريبًا بشكل خطي مع درجة حرارة البيئة المحيطة. وكما هو موضح في منحنى المقاومة مقابل درجة الحرارة (على اليمين)، تزداد مقاومة مقاومة البلاتين Pt100 تدريجيًا وبشكل شبه خطي مع ارتفاع درجة الحرارة.

يستفيد جهاز التحكم في درجة الحرارة من هذه الخاصية لتوفير مراقبة مستمرة ودقيقة لدرجة حرارة المحولة. ويتم الحصول على قيمة درجة الحرارة المعروضة مباشرة من القياسات التي يجريها مستشعر Pt100.

ونظرًا لتكراريتها الممتازة والارتباط الواحد لواحد بين المقاومة ودرجة الحرارة، يمكن لمستشعر Pt100 تحقيق قياس دقيق لنقطة درجة الحرارة، وعادة ما يصل إلى فئة دقة 0.5.

3.2 ضمان دقة قياس درجة الحرارة باستخدام Pt100

يمكن توصيل مستشعر درجة الحرارة Pt100 بنظام توصيل ذو سلكين أو ثلاثي الأسلاك أو رباعي الأسلاك. وفي معظم تطبيقات التحكم الصناعية في درجة الحرارة، يُستخدم التوصيل الثلاثي للأسلاك لأنه يعوض بشكل فعال الأخطاء الناتجة عن مقاومة أسلاك التوصيل.

على سبيل المثال: تكون دائرة المضخم عادةً عبارة عن جسر ويتستون. خلال التصنيع والمعايرة، تُستخدم روابط قصيرة للضبط. ولكن في التشغيل الفعلي، عندما يتم توصيل كابلات المستشعر، فإن مقاومتها الداخلية تُدخل أخطاء في القياس. ويقلل التوصيل الثلاثي للأسلاك من هذا الخطأ من خلال موازنة دائرة الجسر.

على الرغم من أن منحنى مقاومة درجة الحرارة Pt100 شبه خطي، إلا أنه ليس خطيًا تمامًا. لتحسين الدقة، يقوم مراقبو درجات الحرارة لدينا بتقسيم منحنى مقاومة درجة الحرارة Pt100 من 0 إلى 200 درجة مئوية إلى خمسة أجزاء. في كل جزء، يتم استخدام خط مستقيم لتقريب المنحنى الفعلي من خلال التحويل الخطي، مما يحسن بشكل كبير الدقة الكلية للقياس.

3.3 المقاوم الحراري PTC كمستشعر بديل في سلسلة مراقبات درجة الحرارة TTC-300

المقاوم الحراري PTC (معامل درجة حرارة موجب) هو مستشعر درجة حرارة آخر يستخدم في سلسلة مراقبات درجة حرارة المحولات TTC-300 لدينا. يتم تصنيع مقاومات PTC من مواد سيراميك متعددة البلورات ذات أساس تيتانيوم الباريوم، مع تعديلها لتحقيق درجات حرارة "تبديل" أو "انتقال" محددة.

على عكس مقاومات البلاتين (Pt100)، فإن مقاومات PTC تظهر سلوكًا غير خطي واضح: تظل مقاومتها نسبيًا ثابتة عند درجات حرارة منخفضة ولكنها تشهد زيادة حادة، تقريبًا على شكل خطوة، بمجرد وصول درجة الحرارة إلى عتبة محددة مسبقًا - والمعروفة بنقطة كوري أو درجة الحرارة الحرجة. يتم توضيح هذه الخاصية في منحنى مقاومة درجة الحرارة أدناه.

كما هو موضح، تحت درجة الحرارة الحرجة، تتغير مقاومة PTC قليلاً مع درجة الحرارة. ومع ذلك، عندما تقترب درجة الحرارة وتتجاوز هذه النقطة الحرجة، ترتفع المقاومة بشكل كبير - غالبًا بمرات عدة.

يعتمد مبدأ التشغيل للكشف عن درجة الحرارة باستخدام PTC على اكتشاف هذا التغيير الحاد في المقاومة لتحديد ما إذا كان تم الوصول إلى عتبة درجة حرارة محددة. وبالتالي، يمكن لمستشعرات PTC أن تشير فقط إلى نقطة درجة حرارة واحدة - ولا يمكنها تقديم قياسات درجة حرارة مستمرة ومتكاملة مثل Pt100.

تستخدم منتجاتنا هذه الخاصية من/إلى لمستشعرات PTC لتنفيذ إنذارات فائقة الحرارة وحماية التبديل للمحولات. لضمان توافق المنتج واستقراره وجودته العالية، نستخدم مكونات PTC المستوردة من شركة سيمنس-ماتسوشيتا للإلكترونيات المحدودة.

3.4 مبدأ استشعار درجة الحرارة TC

يحصل مراقب درجة الحرارة على إشارات درجة الحرارة من كلا المستشعرين PTC و Pt100 عبر دائرته الداخلية ويستخدم الحكم المنطقي لتحديد ما إذا كان سيتم تشغيل إنذار فائق الحرارة أو إشارة تبديل فائق الحرارة. تعمل هذه الآلية الثنائية للحماية على منع الفشل في العمل أو التشغيل الخاطئ.

تتم مراقبة درجات حرارة ملفات المحول (المرحل A، B، C) والنواة (D) باستخدام مستشعري Pt100 و PTC. مع تغير درجة الحرارة، تتغير مقاومة هذه المستشعرات أيضًا. يقوم المراقب بتحويل هذه المقاومة إلى إشارة فولتية، والتي يتم ثم معالجتها عبر الترشيح والتحوير التناظري الرقمي (A/D) وخوارزميات متقدمة لحساب قيمة درجة الحرارة المقابلة.

بناءً على هذين النوعين من الإدخالات الحرارية:

• يقوم المراقب بعرض رقم القناة وقيمة درجة الحرارة الحالية على الشاشة الأمامية.

• في الوقت نفسه، يطبق خوارزميات منطقية لمقارنة درجة الحرارة المقاسة مع نقاط الضبط المعرفة من قبل المستخدم. إذا تجاوزت درجة الحرارة العتبة، يقوم المراقب بتشغيل المخرجات المناسبة - مثل بدء/إيقاف مراوح التبريد، تشغيل الإنذارات، أو بدء أمر التبديل.

يمكن للمستخدمين تكوين معلمات النظام - بما في ذلك درجات الحرارة لبدء وإيقاف المراوح، عتبات إنذار الحرارة الزائدة للنواة، وغيرها من الإعدادات - عبر أزرار اللوحة الأمامية.

بالإضافة إلى ذلك، يقوم النظام باستمرار بإجراء تشخيص ذاتي. في حالة حدوث فشل في المستشعر أو عطل في الأجهزة الداخلية لمراقب درجة الحرارة، يقوم فورًا بإصدار إنذارات صوتية وبصرية مع إشارة عطل لإعلام المشغلين.