Jak řadič teploty transformátoru suchého typu série TTC prevence přetopení transformátoru

1. Funkce teplotních čid transformátorů

Dnes jsou elektrické transformátory především rozděleny do dvou typů: olejově naplněné a suché transformátory. Suché transformátory jsou široce používány v elektrárnách, přepážkách, letištích, železniční dopravě, inteligentních budovách a chytrých bytových komunitách díky mnoha výhodám – jako je inerťní bezpečnost, odolnost proti hoření, nulové znečištění, údržba bez potřeby obsluhy, nízké ztráty, minimální částečný výboj a dlouhá životnost.

Klíčovou výhodou suchých transformátorů je jejich navržená životnost, která obvykle přesahuje 20 let. Čím delší operační životnost, tím nižší celkové náklady na vlastnictví. V praxi velkou měrou závisí bezpečná operace a životnost suchého transformátoru na spolehlivosti jeho vinutí. Jednou z hlavních příčin selhání transformátoru je degradace izolace vyvolaná překročením teplotního výdržového limitu materiálu izolace vinutí.

Navíc životnost suchého transformátoru je obecně omezena jeho "teplotním životem". Pro maximalizaci operační životnosti je nezbytné sledovat teplotu vinutí pomocí systému teplotního řízení a implementovat včasné ochranné opatření – jako je přinutitelné chlazení nebo varování – když je to nutné.

2. Typy teplotních čid transformátorů

2.1 Podle metody detekce teploty: Mechanická vs. Elektronická

• Mechanická teplotní čid jsou obvykle expanzní zařízení, která používají ampul plněnou olejem jako senzor, fungují na principu teplotní expanze a kontrakce. Díky své objemné olejové ampuli a nepohodlné instalaci se obvykle používají pouze u olejově naplněných transformátorů.

• Elektronická teplotní čid používají teplotní senzory, jako jsou odporové teplotní čid (např. Pt100, PTC) nebo termopáry. Díky své vysoké technologické sofistikovanosti, komplexní funkčnosti, vysoké přesnosti a uživatelsky přívětivému ovládání jsou elektronická čid nyní široce používána jak u olejově naplněných, tak u suchých transformátorů.

2.2 Podle metody instalace: Vložená vs. Nastavená venku

• Vložená čid jsou přímo montována na stlačovací rám transformátoru (pro jednotky bez obalů) nebo jsou integrována do obalu transformátoru.

• Nastavená venku (stěnově montovaná) čid jsou instalována na stěny (pro neobalené jednotky) nebo připevněna na vnější povrch obalu transformátoru.

Suché transformátory během provozu generují značné teplo, nízkofrekvenční vibrace a elektromagnetické rušení – podmínky, které závažně ovlivňují vložená teplotní čid nainstalovaná na stlačovacích rámcích nebo uvnitř obalů.

Je známo, že elektronické součástky, stejně jako samotné suché transformátory, mají konečný "teplotní život". Vložená montážní metoda výrazně snižuje životnost a spolehlivost čid. Naopak, nastavená venku čid jsou efektivně izolována od této tvrdého prostředí, což zajišťuje lepší ochranu a životnost.

3. TTC série teplotních čid pro suché transformátory

JB/T 7631-94 „Odporové teploměry pro transformátory“ je standard vydán Ministerstvem strojírenství Číny v roce 1994, specificky pro teplotní indikátory a čid používané s suchými transformátory. Zahrnuje požadavky z GB/T 13926-92 „Elektromagnetická kompatibilita pro průmyslové měřicí a řídící zařízení.“

Série TTC teplotních čid splňuje aktualizovaný standard GB/T 17626-1998 „Elektromagnetická kompatibilita – Testovací a měřicí techniky“ (ekvivalentní IEC 61000-4:1995).

3.1 Principe práce

3.1 Schéma blokového obvodu & Principy detekce teploty (Pt100 a PTC)

Teplotní čid Pt100 funguje na principu, že jeho elektrický odpor se mění přibližně lineárně s okolní teplotou. Jak je ukázáno na křivce odpor-teplota (vpravo), odpor platínového odporníku Pt100 stoupá stabilně a téměř lineárně s narůstající teplotou.

Teplotní čid využívá tuto charakteristiku k poskytování spojité a přesné teplotní kontroly transformátoru. Zobrazená hodnota teploty je odvozena přímo z měření provedených čidem Pt100.

Díky své vynikající opakovatelnosti a jeden ku jednomu vztahu mezi odpor a teplota umožňuje Pt100 přesné bodové měření teploty, obvykle dosahující přesnosti třídy 0,5.

3.2 Zajištění přesnosti měření teploty Pt100

Teplotní čid Pt100 lze zapojit ve dvoudrátové, třídřátové nebo čtyřdřátové konfiguraci. V nejvíce průmyslových aplikacích teplotního řízení se používá třídřátové zapojení, protože efektivně kompenzuje měřicí chyby způsobené odpor vodičů.

Například: zesilovač obvod je obvykle Wheatstoneův most. Během výroby a kalibrace se používají krátkozaměřovací propojky. V reálné praxi, když jsou připojeny senzorové kabely, jejich vlastní odpor způsobuje měřicí chyby. Třídřátové zapojení minimalizuje tuto chybu vyrovnáním mostového obvodu.

I když je Pt100 odporoteplotní charakteristika téměř lineární, není dokonale lineární. Pro zvýšení přesnosti rozdělují naše teplotní regulátory Pt100 odporoteplotní charakteristiku v rozmezí 0–200°C do pěti segmentů. V rámci každého segmentu se používá přímka pro aproximaci skutečné křivky pomocí lineárního proložení, což významně zlepšuje celkovou měřicí přesnost.

3.3 PTC termistor jako alternativní čidlo v řadě ovladačů TTC-300

PTC (Positive Temperature Coefficient) termistor je další teplotní čidlo používané v naší řadě transformátorových teplotních regulátorů TTC-300. PTC termistory jsou vyrobeny ze syntetických keramických materiálů na bázi titanátu hořečnatého, dotovaných pro dosažení specifických "spouštěcích" nebo "přepínacích" teplot.

Na rozdíl od platínových odporniků (Pt100) PTC termistory ukazují výrazně nelineární chování: jejich odpor zůstává relativně stabilní při nižších teplotách, ale za určitého předdefinovaného prahu teploty – známého jako Curieho bod nebo akční teplota – dochází k ostrému, téměř stupňovitému nárůstu. Tato charakteristika je znázorněna v následujícím odporoteplotním grafu.

Jak je zde vidět, pod akční teplotou se odpor PTC téměř nemění s teplotou. Jakmile však teplota přiblíží a překročí tento kritický bod, odpor dramaticky stoupne – často o několik řádů velikosti.

Princip fungování PTC založeného teplotního detekce spočívá v detekci tohoto náhlého změny odporu, aby bylo možné určit, zda byl dosažen určitý teplotní prah. Následně PTC čidlo může indikovat pouze jednu teplotní hodnotu – nelze s ním provádět kontinuální, celorozsahové měření teploty, jako s Pt100.

Naše produkty využívají tohoto on/off charakteru PTC čidel k implementaci přehřevových alarmů a ochrany před přehřevem u transformátorů. Pro zajištění konzistence, spolehlivosti a vysoké kvality produktu používáme PTC komponenty získané od firmy Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Princip měření teploty TC

Teplotní regulátor získává signály teploty jak z PTC, tak z Pt100 čidel prostřednictvím své interní elektroniky a pomocí logického posouzení rozhoduje, zda má aktivovat přehřevový alarm nebo přehřevový signál k vypnutí. Tento dvojitý ochranný mechanismus efektivně previne selhání reakce nebo falešné spuštění.

Teploty vinutí transformátoru (fáze A, B, C) a jádra (D) jsou sledovány pomocí Pt100 a PTC čidel. S změnou teploty se mění i odpor těchto čidel. Regulátor převede tento odpor na napěťový signál, který je pak zpracován prostřednictvím filtrace, analogově-digitální (A/D) konverze a pokročilých algoritmů pro výpočet odpovídající teplotní hodnoty.

Na základě těchto dvou typů teplotních vstupů:

• Regulátor zobrazuje číslo kanálu a aktuální teplotní hodnotu na displeji na přední straně.

• Současně aplikuje logické algoritmy pro porovnání změřené teploty s uživatelem definovanými nastaveními. Pokud teplota překročí prah, regulátor aktivuje příslušné výstupy – jako je start/zastavení chladicích ventilátorů, spuštění alarmu nebo vydání příkazu k vypnutí.

Uživatelé mohou konfigurovat systémové parametry – včetně teplot pro start/zastavení ventilátorů, prahů pro přehřev jádra a dalších nastavení – pomocí tlačítek na přední straně.

Kromě toho systém nepřetržitě provádí samo-diagnostiku. V případě selhání čidla nebo vnitřního hardwarového problému v teplotním regulátoru okamžitě vydá hlasové a vizuální alarmy spolu s signálem o chybě, aby upozornil operátory.