Πώς προλαμβάνει ο διαχειριστής θερμοκρασίας μετασχηματιστή IEE-Business σειράς TTC την υπερθέρμανση του μετασχηματιστή;

1. Λειτουργία των συσκευών ελέγχου θερμοκρασίας μετασχηματιστή

Σήμερα, οι μετασχηματιστές ρεύματος κατατάσσονται κυρίως σε δύο τύπους: με βάπτηση σε λάδι και ξηρούς. Οι ξηροί μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται ευρέως σε παραγωγικές μονάδες, υποσταθμεύσεις, αεροδρόμια, σιδηροδρομικές γραμμές, νοηματικά κτίρια και σύγχρονα κοινοτικά περιβάλλοντα λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που παρέχουν—όπως η ασφάλεια, η αντοχή στη φωτιά, η μη ρύπανση, η απουσία ανατροφοδότησης, οι χαμηλές απώλειες, οι ελάχιστες μερικές αποδόσεις και η μεγάλη διάρκεια ζωής.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των ξηρών μετασχηματιστών είναι η σχεδιασμένη διάρκεια ζωής, η οποία συνήθως υπερβαίνει τους 20 χρόνια. Η μεγαλύτερη ηλικία λειτουργίας σημαίνει χαμηλότερο συνολικό κόστος διατήρησης. Στην πράξη, η ασφάλεια και η μακρά διάρκεια ζωής ενός ξηρού μετασχηματιστή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αξιοπιστία των περιτριγυρίσματός του. Μία από τις κύριες αιτίες αποτυχίας των μετασχηματιστών είναι η κατάρρευση της απομόνωσης λόγω υπερβολής της θερμοκρασίας των περιτριγυρίσματων του ορίου θερμικής αντοχής του υλικού απομόνωσης.

Επιπλέον, η διάρκεια ζωής ενός ξηρού μετασχηματιστή είναι συνήθως περιορισμένη από την "θερμική ζωή". Για την επίτευξη της μέγιστης διάρκειας λειτουργίας, είναι απαραίτητο να παρακολουθείται η θερμοκρασία των περιτριγυρίσματων μέσω ενός συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας και να εφαρμόζονται εγκαίρως προστατευτικά μέτρα—όπως υποχρεωτική ψύξη ή ειδοποιήσεις σε περίπτωση ανάγκης.

2. Τύποι συσκευών ελέγχου θερμοκρασίας μετασχηματιστών

2.1 Ανάλογα με τη μέθοδο εξέτασης της θερμοκρασίας: Μηχανικές vs. Ηλεκτρονικές

• Οι μηχανικές συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας είναι συνήθως επεκτατικές συσκευές που χρησιμοποιούν ένα βάπτημα γεμάτο λάδι ως στοιχείο αίσθησης, λειτουργώντας με την αρχή της θερμικής επέκτασης και συστολής. Λόγω της μεγάλης διάστασης του βάπτημα λάδι και της μη βολικής εγκατάστασης, χρησιμοποιούνται συνήθως μόνο σε μετασχηματιστές με βάπτηση σε λάδι.

• Οι ηλεκτρονικές συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας χρησιμοποιούν αισθητήρες θερμοκρασίας, όπως αντιστοιχοί θερμοκρασιακοί αναδινητές (π.χ., Pt100, PTC) ή θερμοζευγάρια. Λόγω της υψηλής τεχνολογικής εξέλιξής τους, της πλήρους λειτουργικότητας, της υψηλής ακρίβειας και της εύκολης λειτουργίας, οι ηλεκτρονικές συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας εφαρμόζονται τώρα ευρέως σε μετασχηματιστές με βάπτηση σε λάδι και ξηρούς.

2.2 Ανάλογα με τη μέθοδο εγκατάστασης: Ενσωματωμένες vs. Εξωτερικά εγκατεστημένες

• Οι ενσωματωμένες συσκευές ελέγχου εγκαταλάσσονται άμεσα στο πλαίσιο στερέωσης του μετασχηματιστή (για μονάδες χωρίς κάλυψη) ή ενσωματώνονται στην κάλυψη του μετασχηματιστή.

• Οι εξωτερικά εγκατεστημένες (τοίχια) συσκευές ελέγχου εγκαταλάσσονται σε τοίχους (για μονάδες χωρίς κάλυψη) ή επιμηκύνονται στην εξωτερική επιφάνεια της κάλυψης του μετασχηματιστή.

Κατά τη λειτουργία, οι ξηροί μετασχηματιστές παράγουν σημαντική θερμότητα, χαμηλή συντονική δονήση και ηλεκτρομαγνητική διατάραξη, συνθήκες που επηρεάζουν σοβαρά τις ενσωματωμένες συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας που εγκαταλέγονται στα πλαίσια στερέωσης ή μέσα στην κάλυψη.

Είναι γνωστό ότι οι ηλεκτρονικές συστατικές, όπως και οι ξηροί μετασχηματιστές, έχουν περιορισμένη "θερμική ζωή". Η ενσωματωμένη μέθοδος εγκατάστασης μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία της συσκευής. Αντιθέτως, οι εξωτερικά εγκατεστημένες συσκευές είναι αποτελεσματικά απομονωμένες από αυτό το αυστηρό περιβάλλον, διασφαλίζοντας καλύτερη προστασία και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

3. Σειρά TTC Συσκευών Ελέγχου Θερμοκρασίας Ξηρών Μετασχηματιστών

Η JB/T 7631-94 “Αντιστοιχοί θερμοκρασιακοί για μετασχηματιστές” είναι ένα πρότυπο που εξέδωσε το Κινέζικο Υπουργείο Μηχανικής Βιομηχανίας το 1994, ειδικά για τους δείκτες και τους ελεγκτές θερμοκρασίας που χρησιμοποιούνται με ξηρούς μετασχηματιστές. Περιλαμβάνει απαιτήσεις από το GB/T 13926-92 “Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα για εξοπλισμό μέτρησης και ελέγχου βιομηχανικών διαδικασιών.”

Οι συσκευές ελέγχου θερμοκρασίας της σειράς TTC συμμορφώνονται με το ενημερωμένο πρότυπο GB/T 17626-1998 “Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα – Δοκιμές και τεχνικές μέτρησης” (ισοδύναμο με IEC 61000-4:1995).

3.1 Λειτουργική αρχή

3.1 Διάγραμμα πλήρωμας & Αρχές εξέτασης θερμοκρασίας (Pt100 και PTC)

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας Pt100 λειτουργεί με την αρχή ότι η ηλεκτρική αντίσταση του μεταβάλλεται σχεδόν γραμμικά με την περιβαλλοντική θερμοκρασία. Ως εμφανίζεται στη διάγραμμα αντίστασης-θερμοκρασίας (δεξιά), η αντίσταση ενός αντιστοιχού Pt100 αυξάνεται σταθερά και σχεδόν γραμμικά με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Ο ελεγκτής θερμοκρασίας εκμεταλλεύεται αυτή τη ιδιότητα για συνεχή και ακριβή παρακολούθηση της θερμοκρασίας του μετασχηματιστή. Η εμφανιζόμενη τιμή θερμοκρασίας προέρχεται άμεσα από τις μετρήσεις που πραγματοποιεί ο αισθητήρας Pt100.

Λόγω της εξαιρετικής επαναληπτικότητας και της ένα προς ένα αντιστοιχίας μεταξύ αντίστασης και θερμοκρασίας, ο Pt100 επιτρέπει ακριβή μέτρηση θερμοκρασίας σημείου-σημείου, συνήθως επιτυγχάνοντας τάξη ακρίβειας 0.5.

3.2 Διασφάλιση της ακρίβειας μέτρησης θερμοκρασίας με Pt100

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας Pt100 μπορεί να συνδέεται με δύο, τρία ή τέσσερα σύρματα. Στις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές ελέγχου θερμοκρασίας, χρησιμοποιείται η τρισύπλωνη σύνδεση, διότι αυτή αντισταθμίζει αποτελεσματικά τα λάθη μέτρησης που προκαλούνται από την αντίσταση των συνδετικών συρμάτων.

Για παράδειγμα: το πλήρωμα επεκτάσεως είναι συνήθως ένα πλήρωμα Wheatstone. Κατά την κατασκευή και την προσαρμογή, χρησιμοποιούνται σύνδεσεις για την προσαρμογή. Ωστόσο, κατά την πραγματική λειτουργία, όταν συνδέονται τα σύρματα του αισθητήρα, η αντίσταση των συρμάτων προκαλεί λάθη μέτρησης. Η τρισύπλωνη σύνδεση μειώνει αυτό το λάθος εξισορροπώντας το πλήρωμα.

Παρόλο που η καμπύλη του αντιστοιχίου-θερμοκρασίας Pt100 είναι σχεδόν γραμμική, δεν είναι τέλεια γραμμική. Για την ενίσχυση της ακρίβειας, οι ελεγκτές θερμοκρασίας μας χωρίζουν την καμπύλη αντιστοιχίου-θερμοκρασίας Pt100 0-200°C σε πέντε τμήματα. Σε κάθε τμήμα, χρησιμοποιείται μια ευθεία γραμμή για να προσεγγίσει την πραγματική καμπύλη μέσω γραμμικής προσαρμογής, βελτιώνοντας σημαντικά την συνολική ακρίβεια μέτρησης.

3.3 PTC Thermistor ως εναλλακτικός αισθητήρας στοιχείων σε ελεγκτές της σειράς TTC-300

Ο PTC (Positive Temperature Coefficient) thermistor είναι ένας άλλος αισθητήρας θερμοκρασίας που χρησιμοποιείται στους ελεγκτές θερμοκρασίας μετατροπέα της σειράς TTC-300. Οι PTC thermistors κατασκευάζονται από πολυκρυσταλλικά κεραμικά υλικά με βάση το βαριο τιτανιο, δοποποιημένα για να επιτευχθούν συγκεκριμένες "τροπικές" ή "σταδιακές" θερμοκρασίες.

Σε αντίθεση με τους αντιστοιχείς πλατίνης (Pt100), οι PTC thermistors εμφανίζουν ξεκάθαρη μη γραμμική συμπεριφορά: ο αντίστοιχός τους παραμένει σχετικά σταθερός σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αλλά υποστηρίζει μια ξαφνική, σχεδόν σταδιακή αύξηση όταν η θερμοκρασία φτάνει σε ένα προκαθορισμένο όριο—γνωστό ως σημείο Curie ή λειτουργική θερμοκρασία. Αυτή η χαρακτηριστική είναι εικονική στην καμπύλη αντιστοιχίου-θερμοκρασίας παρακάτω.

Όπως φαίνεται, κάτω από τη λειτουργική θερμοκρασία, ο αντίστοιχος PTC αλλάζει λίγο με τη θερμοκρασία. Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία πλησιάζει και υπερβαίνει αυτό το κρίσιμο σημείο, ο αντίστοιχος αυξάνεται δραματικά—συχνά κατά πολλά τάξη μεγέθους.

Η λειτουργική αρχή της ανίχνευσης θερμοκρασίας με PTC είναι να ανιχνεύει αυτή την ξαφνική αλλαγή αντιστοιχίου για να καθορίσει εάν έχει φτάσει ένα συγκεκριμένο όριο θερμοκρασίας. Συνεπώς, οι αισθητήρες PTC μπορούν να ενδείξουν μόνο ένα σημείο θερμοκρασίας—δεν μπορούν να παρέχουν συνεχή, πλήρη μέτρηση θερμοκρασίας όπως ο Pt100.

Τα προϊόντα μας εκμεταλλεύονται αυτή την χαρακτηριστική on/off των αισθητήρων PTC για την εφαρμογή ειδοποιήσεων υπερθερμίας και προστασίας από την υπερθερμία σε μετατροπείς. Για να εξασφαλίσουμε τη συνέχεια, αξιοπιστία και υψηλή ποιότητα των προϊόντων, χρησιμοποιούμε συστατικά PTC που προέρχονται από τη Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Λειτουργική αρχή ανίχνευσης θερμοκρασίας TC

Ο ελεγκτής θερμοκρασίας αποκτά σήματα θερμοκρασίας από αισθητήρες PTC και Pt100 μέσω της εσωτερικής του κυκλωματικής και χρησιμοποιεί λογική κρίση για να καθορίσει εάν πρέπει να ενεργοποιήσει μια ειδοποίηση υπερθερμίας ή ένα σήμα υπερθερμίας. Αυτός ο διπλός μηχανισμός προστασίας αποτρέπει αποτυχίες ενεργοποίησης ή ψευδείς ενεργοποιήσεις.

Οι θερμοκρασίες των πλεξίδων μετατροπέα (Φάσεις A, B, C) και του πυρήνα (D) ελέγχονται με αισθητήρες Pt100 και PTC. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει, ο αντίστοιχος αυτών των αισθητήρων αλλάζει ανάλογα. Ο ελεγκτής μετατρέπει αυτόν τον αντίστοιχο σε σήμα τάσης, το οποίο επεξεργάζεται μέσω φιλτραρίσματος, αναλογικής-ψηφιακής (A/D) μετατροπής και προηγμένων αλγορίθμων για να υπολογίσει την αντίστοιχη τιμή θερμοκρασίας.

Βάσει αυτών των δύο τύπων εισόδου θερμοκρασίας:

• Ο ελεγκτής εμφανίζει τον αριθμό καναλιού και την πραγματική τιμή θερμοκρασίας στην οθόνη της μπροστινής πλακίδας.

• Συγχρόνως, εφαρμόζει λογικούς αλγόριθμους για να συγκρίνει τη μετρημένη θερμοκρασία με προκαθορισμένες τιμές. Εάν η θερμοκρασία υπερβαίνει το όριο, ο ελεγκτής ενεργοποιεί τα κατάλληλα εξόδα—όπως η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση ψυξίμων, η ενεργοποίηση ειδοποιήσεων ή η ενεργοποίηση εντολής trip.

Οι χρήστες μπορούν να διαμορφώσουν παραμέτρους συστήματος—συμπεριλαμβανομένων των θερμοκρασιών ενεργοποίησης/απενεργοποίησης ψυξίμων, των κατώτερων ορίων ειδοποίησης υπερθερμίας και άλλων ρυθμίσεων—μέσω των κουμπιών της μπροστινής πλακίδας.

Επιπλέον, το σύστημα εκτελεί συνεχώς αυτοδιαγνωστικές. Σε περίπτωση αποτυχίας αισθητήρα ή εσωτερικής σκληρολογικής στον ελεγκτή θερμοκρασίας, εκδίδει άμεσα οπτικές και ηχητικές ειδοποιήσεις, μαζί με ένα σήμα αποτυχίας για να ειδοποιήσει τους τεχνικούς.