Как контролерът на температурата на сухия трансформатор от серия TTC предотвратява прекомерното загряване на трансформатора

1. Функция на контролерите за температура на трансформатори

В днешно време силовите трансформатори се класифицират основно на два типа: маслени и сухи тип трансформатори. Трансформаторите от сух тип се използват широко в електроцентрали, подстанции, летища, железопътни линии, интелигентни сгради и умни жилищни комплекси поради множеството им предимства – като вродена безопасност, огнеустойчивост, нулево замърсяване, работа без поддръжка, ниски загуби, минимални частични разряди и дълъг експлоатационен живот.

Едно от ключовите предимства на трансформаторите от сух тип е проектният им живот, който обикновено надхвърля 20 години. Колкото по-дълъг е експлоатационният живот, толкова по-ниска е общата стойност на притежанието. На практика безопасната експлоатация и дългият живот на трансформатор от сух тип в голяма степен зависят от надеждността на неговите намотки. Една от основните причини за повреда на трансформатора е деградация на изолацията, резултат от температурата на намотките, която надвишава термичната устойчивост на изолационния материал.

Освен това експлоатационният живот на трансформатор от сух тип обикновено се ограничава от неговия „термичен живот“. За максимизиране на експлоатационния живот е задължително да се наблюдава температурата на намотките чрез система за контрол на температурата и да се предприемат навременни защитни мерки – като принудително охлаждане или алармени сигнали – когато е необходимо.

2. Типове контролери за температура на трансформатори

2.1 По метод на измерване на температурата: Механични срещу Електронни

• Механичните контролери за температура обикновено са устройства от разширителен тип, които използват маслена крушка като сензорен елемент и работят по принципа на топлинно разширение и свиване. Поради големия размер на маслената крушка и неудобството при монтажа те обикновено се използват само при маслени трансформатори.

• Електронните контролери за температура използват сензори за температура като детектори на съпротивление (напр. Pt100, PTC) или термопари. Благодарение на високото им технологично ниво, пълния функционалитет, високата точност и удобството при употреба, електронните контролери се прилагат широко както при маслени, така и при трансформатори от сух тип.

2.2 По метод на монтаж: Вградени срещу Външно монтирани

• Вградените контролери се монтират директно на скобата за закрепване на трансформатора (за единици без кутии) или са интегрирани в кутията на трансформатора.

• Външно монтираните (стенно монтирани) контролери се монтират на стени (за единици без кутии) или се закрепват към външната повърхност на кутията на трансформатора.

Трансформаторите от сух тип произвеждат значително количество топлина, вибрации с ниска честота и електромагнитни смущения по време на работа – условия, които сериозно влияят върху вградените контролери за температура, монтирани на скобите за закрепване или вътре в кутиите.

Известно е добре, че електронните компоненти, както самите трансформатори от сух тип, имат ограничен „термичен живот“. Методът за вграден монтаж значително намалява експлоатационния живот и надеждността на контролера. Напротив, външно монтираните контролери са ефективно изолирани от тази сурова среда, осигурявайки по-добра защита и по-дълъг живот.

3.TTC серия Контролер за температура на трансформатор от сух тип

JB/T 7631-94 „Резистентни термометри за трансформатори“ е стандарт, издаден от Министерството на машиностроенето на Китай през 1994 г., специално за температурни индикатори и контролери, използвани с трансформатори от сух тип. Той включва изисквания от GB/T 13926-92 „Електромагнитна съвместимост за оборудване за измерване и управление в промишлени процеси“.

Контролерите за температура от серия TTC отговарят на актуализирания стандарт GB/T 17626-1998 „Електромагнитна съвместимост – Методи за изпитване и измерване“ (еквивалентен на IEC 61000-4:1995).

3.1 Принцип на работа

3.1 Блокова схема на веригата и принципи за измерване на температурата (Pt100 и PTC)

Сензорът за температура Pt100 работи по принципа, че електрическото му съпротивление се променя приблизително линейно с околната температура. Както се вижда от кривата на съпротивление-температура (вдясно), съпротивлението на платиновия резистор Pt100 постоянно и почти линейно нараства с увеличаване на температурата.

Контролерът за температура използва тази характеристика, за да осигури непрекъснато и точно наблюдение на температурата на трансформатора. Показаната стойност на температурата се получава директно от измерванията, направени от сензора Pt100.

Поради отличната си повтаряемост и еднозначната зависимост между съпротивление и температура, Pt100 позволява прецизно измерване на температурата точка по точка, обикновено постигайки клас на точност 0.5.

3.2 Гарантиране на точността на измерване на температурата с Pt100

Сензорът за температура Pt100 може да бъде свързан с две, три или четири жички. При повечето промишлени приложения за контрол на температурата се използва трижичково свързване, тъй като то ефективно компенсира грешките в измерването, причинени от съпротивлението на проводниците.

Например: веригата на усилвателя обикновено е мост на Уитстоун. По време на производството и калибрирането се използват съединителни перемчки за регулиране. В реалната експлоатация обаче, когато се свързват кабели към сензора, собственото им съпротивление внася грешки в измерванията. Трижичковата конфигурация минимизира тази грешка чрез балансиране на мостовата верига.

Въпреки че кривата съпротивление-температура на Pt100 е почти линейна, тя не е напълно линейна. За повишаване на точността нашите контролери на температурата разделят кривата съпротивление-температура на Pt100 в диапазона 0–200°C на пет сегмента. Във всеки сегмент се използва права линия за приближение на реалната крива чрез линейно прилагане, което значително увеличава общата прецизност на измерването.

3.3 PTC термистор като алтернативен сензор в контролери от сериия TTC-300

PTC (Positive Temperature Coefficient) термистор е друг сензор за температура, използван в нашата сериия контролери на температурата TTC-300. PTC термисторите са направени от поликристални керамични материали на базата на бариев титанат, допирани за постигане на конкретни "трип" или "комутационни" температури.

В противоположност на платиновите резистори (Pt100), PTC термисторите показват явно нелинейно поведение: техната съпротивление остава относително стабилна при ниски температури, но извършва остър, почти стъпчаст скок, когато температурата достигне предварително дефинирана граница – известна като точка на Кюри или оперативна температура. Тази характеристика е илюстрирана в кривата съпротивление-температура по-долу.

Както е показано, под оперативната температура, съпротивлението на PTC променя малко с температурата. Обаче, когато температурата приближава и надхвърля тази критична точка, съпротивлението нараства драстично – обикновено с няколко порядъка на големина.

Основният принцип на работа на детекцията на температурата, основана на PTC, е да регистрира този внезапен скок на съпротивлението, за да определи дали специфичен температурен праг е достигнут. Следователно, PTC сензорите могат само да индикират единична температурна точка – те не могат да предоставят непрекъснати, пълнопрофилни измервания на температурата като Pt100.

Нашите продукти използват тази характеристика вкл./изкл. на PTC сензорите, за да реализират сигнали за прекомерна температура и защита при прекомерна температура за трансформаторите. За гарантиране на консистентност, надеждност и високо качество на продуктите, използваме компоненти PTC, произведени от Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Принцип на измерване на температурата TC

Температурите на витките на трансформатора (Фази A, B, C) и ядрото (D) се наблюдават чрез сензорите Pt100 и PTC. При промяна на температурата, съпротивлението на тези сензори съответно се променя. Контролерът преобразува това съпротивление в сигнал за напрежение, който след това се обработва чрез филтриране, аналого-цифрово (A/D) преобразуване и напредничави алгоритми, за да се изчисли съответната температурна стойност.

На основата на тези два типа входни сигнали за температура:

• Контролерът показва номера на канала и реалната температурна стойност на екрана на панела.

• Едновременно, прилага логически алгоритми за сравнение на измерената температура с потребителски дефинирани точки на зададена температура. Ако температурата надхвърли прага, контролерът активира подходящи изходи – като стартиране/спиране на вентилатори, активиране на аларми или инициира команда за спиране.

Потребителите могат да конфигурират системни параметри – включително температури за стартиране/спиране на вентилаторите, прагове за тревога при прекомерно затоплене на ядрото и други настройки – чрез копчетата на панела.

Освен това, системата непрекъснато извършва само-диагностика. В случай на събиване на сензор или вътрешна хардуерна грешка в контролера на температурата, той веднага издава аудитивни и визуални аларми, както и сигнал за грешка, за да уведоми операторите.