Com funciona el controlador de temperatura del transformador sec de la sèrie TTC per prevenir el sobrecalorament del transformador?

1. Funció dels controladors de temperatura del transformador

Avui en dia, els transformadors elèctrics es classifiquen principalment en dos tipus: transformadors immersos en oli i transformadors secs. Els transformadors secs s’utilitzen àmpliament en centrals elèctriques, subestacions, aeroports, ferrocarrils, edificis intel·ligents i comunitats residencials intel·ligents gràcies a nombrosos avantatges—com ara seguretat intrínseca, resistència al foc, zero contaminació, funcionament sense manteniment, baixes pèrdues, descàrregues parcials mínimes i llarga vida útil.

Un avantatge clau dels transformadors secs és el seu disseny de vida útil, normalment superior als 20 anys. Com més llarga sigui la vida operativa, menor serà el cost total de propietat. En la pràctica, el funcionament segur i la longevitat d’un transformador sec depenen en gran mesura de la fiabilitat dels seus bobinats. Una de les causes principals de fallada del transformador és la degradació de l’aïllament provocada per temperatures del bobinat que superen el límit de resistència tèrmica del material aïllant.

A més, la vida útil d’un transformador sec generalment està limitada per la seva "vida tèrmica". Per maximitzar la vida operativa, és essencial monitoritzar la temperatura del bobinat mitjançant un sistema de control de temperatura i implementar mesures de protecció oportunes—com ara refrigeració forçada o alarmes—quan sigui necessari.

2. Tipus de controladors de temperatura del transformador

2.1 Segons el mètode de detecció de temperatura: Mecànics vs. Electrònics

• Els controladors de temperatura mecànics solen ser dispositius de tipus expansió que utilitzen una bombeta plena d’oli com a element sensor, funcionant segons el principi d’expansió i contracció tèrmica. A causa de la seva bombeta d’oli voluminosa i instal·lació incòmoda, generalment només s’utilitzen en transformadors immersos en oli.

• Els controladors de temperatura electrònics fan servir sensors de temperatura com detectors de temperatura de resistència (per exemple, Pt100, PTC) o termoparells. Gràcies a la seva alta sofisticació tecnològica, funcionalitat completa, alta precisió i operació fàcil d’ús, els controladors electrònics s’apliquen actualment àmpliament tant en transformadors immersos en oli com en transformadors secs.

2.2 Segons el mètode d’instal·lació: Integrats vs. Externs (muntats a parets)

• Els controladors integrats es muntin directament sobre el bastidor de fixació del transformador (per unitats sense envolvent) o s’integren a l’envolvent del transformador.

• Els controladors externs (muntats a parets) s’instal·len a parets (per unitats no encaixades) o s’enganxen a la superfície exterior de l’envolvent del transformador.

Els transformadors secs generen calor significativa, vibració de baixa freqüència i interferències electromagnètiques durant el funcionament—condicions que afecten severament els controladors de temperatura integrats instal·lats en bastidors de fixació o dins envolvents.

És ben conegut que els components electrònics, igual que els transformadors secs, tenen una "vida tèrmica" finita. El mètode d’instal·lació integrat redueix significativament la vida útil i la fiabilitat del controlador. En canvi, els controladors externs estan efectivament aïllats d’aquest entorn advers, assegurant una millor protecció i longevitat.

3. Sèrie TTC Controlador de temperatura per transformadors secs

JB/T 7631-94 “Termòmetres de resistència per a transformadors” és una norma publicada pel Ministeri de la Indústria Mecànica de la Xina el 1994, específicament per a indicadors i controladors de temperatura utilitzats amb transformadors secs. Incorpora requisits de GB/T 13926-92 “Compatibilitat electromagnètica per a equips de mesura i control de processos industrials”.

Els controladors de temperatura de la sèrie TTC compleixen amb la norma actualitzada GB/T 17626-1998 “Compatibilitat electromagnètica – Tècniques d’assaig i mesura” (equivalent a IEC 61000-4:1995).

3.1 Principi de funcionament

3.1 Diagrama de blocs del circuit i principis de detecció de temperatura (Pt100 i PTC)

El sensor de temperatura Pt100 funciona segons el principi que la seva resistència elèctrica canvia aproximadament de manera lineal amb la temperatura ambient. Tal com es mostra a la corba resistència–temperatura (dreta), la resistència d’un resistor de platí Pt100 augmenta de forma constant i gairebé lineal a mesura que la temperatura puja.

El controlador de temperatura aprofita aquesta característica per proporcionar una monitorització contínua i precisa de la temperatura del transformador. El valor de temperatura mostrat s’obté directament a partir de les mesures preses pel sensor Pt100.

Degut a la seva excel·lent repetibilitat i correspondència unívoca entre resistència i temperatura, el Pt100 permet mesures precises punt a punt, assolint típicament una classe de precisió de 0,5.

3.2 Garantia de precisió de mesura de temperatura amb Pt100

El sensor de temperatura Pt100 pot connectar-se amb configuració de dos fils, tres fils o quatre fils. En la majoria d’aplicacions industrials de control de temperatura, s’utilitza la connexió de tres fils perquè compensa eficaçment els errors de mesura causats per la resistència dels cables.

Per exemple: el circuit amplificador és típicament un pont de Wheatstone. Durant la fabricació i calibratge, s’utilitzen pontets de curtcircuit per a l’ajust. Tanmateix, en el funcionament real, quan es connecten els cables del sensor, la seva resistència inherent introdueix errors de mesura. La configuració de tres fils minimitza aquest error equilibrant el circuit del pont.

Encara que la corba de resistència-temperatura del Pt100 sigui gairebé lineal, no és perfectament lineal. Per millorar la precisió, els nostres controladors de temperatura divideixen la corba de resistència-temperatura del Pt100 entre 0–200°C en cinc segments. En cada segment, s'utilitza una línia recta per aproximar la corba real mitjançant un ajust lineal, millorant significativament la precisió general de la mesura.

3.3 Termistor PTC com a sensor alternatiu en els controladors de la sèrie TTC-300

El termistor PTC (coeficient de temperatura positiu) és un altre sensor de temperatura utilitzat en la nostra sèrie de controladors de temperatura de transformadors TTC-300. Els termistors PTC estan fabricats amb materials ceràmics policristal·lins basats en titanat de bari, dopats per aconseguir temperatures específiques de "salto" o "commutació".

A diferència dels resistors de platí (Pt100), els termistors PTC presenten un comportament no lineal distintiu: la seva resistència roman relativament estable a temperatures baixes, però experimenta un augment agut, gairebé en forma d'escala, quan la temperatura arriba a un llindar predefinit - conegut com a punt de Curie o temperatura d'acció. Aquesta característica es mostra en la corba de resistència-temperatura a continuació.

Com es mostra, per sota de la temperatura d'acció, la resistència del PTC varia poc amb la temperatura. Tanmateix, quan la temperatura s'acosta i supera aquest punt crític, la resistència augmenta dràsticament, sovint per diverses ordres de magnitud.

El principi de funcionament de la detecció de temperatura basada en PTC consisteix en detectar aquest canvi abrupte de resistència per determinar si s'ha assolit un llindar de temperatura específic. Per tant, els sensors PTC només poden indicar un sol punt de temperatura, no poden proporcionar mesures de temperatura contínues i completament rànquiques com el Pt100.

Els nostres productes utilitzen aquesta característica d'encès/apagat dels sensors PTC per implementar alarms de sobrecalentament i protecció de commutació per a transformadors. Per assegurar la consistència, fiabilitat i alta qualitat del producte, utilitzem components PTC provinents de Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Principi de detecció de temperatura TC

El controlador de temperatura adquireix senyals de temperatura dels sensors PTC i Pt100 a través de la seva circuitària interna i utilitza un criteri lògic per determinar si s'ha de desencadenar una alarma de sobrecalentament o un senyal de commutació de sobrecalentament. Aquest mecanisme de doble protecció evita eficaçment les fallades d'acció o els disparadors falsos.

Les temperatures de les bobines del transformador (fases A, B, C) i del nucli (D) es monitoritzen mitjançant sensors Pt100 i PTC. A mesura que la temperatura varia, la resistència d'aquests sensors també varia. El controlador converteix aquesta resistència en un senyal de tensió, que es processa a través de filtratge, conversió analògic-digital (A/D) i algoritmes avançats per calcular el valor de temperatura corresponent.

Basant-se en aquests dos tipus d'entrades de temperatura:

• El controlador mostra el número de canal i el valor de temperatura en temps real a la pantalla frontal.

• Simultàniament, aplica algoritmes lògics per comparar la temperatura mesurada amb els punts de referència definits per l'usuari. Si la temperatura supera el llindar, el controlador activa les sortides adequades, com ara iniciar/aturar ventiladors de refrigeració, disparar alarmes o iniciar una ordre de commutació.

Els usuaris poden configurar els paràmetres del sistema, inclosos els punts de temperatura d'inici/parada dels ventiladors, els llindars d'alarma de sobrecalentament del nucli i altres opcions, a través dels botons de la pantalla frontal.

Addicionalment, el sistema realitza diagnòstics automàtics de manera contínua. En cas de fallida del sensor o d'un defecte de maquinària interna del controlador de temperatura, emet immediatament alarms auditives i visuals juntament amb un senyal de fallida per alertar els operadors.