چگونه کنترلر دمای ترانسفورماتور خشک TTC از گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور جلوگیری می‌کند

۱. عمل مراقبان دمای ترانسفورماتورها

امروزه ترانسفورماتورهای برق به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند: نیم‌رسانا و خشک. ترانسفورماتورهای خشک به دلیل مزایای متعددی مانند امنیت ذاتی، مقاومت در برابر آتش، عدم آلودگی، عدم نیاز به نگهداری، کم‌ترین زیان، رها شدن جزئی، و طول عمر طولانی در نیروگاه‌ها، زیرстанیون‌ها، فرودگاه‌ها، راه‌آهن‌ها، ساختمان‌های هوشمند و جوامع مسکونی هوشمند استفاده می‌شوند.

یکی از مزایای اصلی ترانسفورماتورهای خشک طول عمر طراحی آنها است که معمولاً بیش از ۲۰ سال است. با افزایش طول عمر عملیاتی، هزینه کل مالکیت کمتر می‌شود. در عمل، عملکرد ایمن و طول عمر طولانی یک ترانسفورماتور خشک بیشتر به قابلیت اطمینان پیچیده‌های آن بستگی دارد. یکی از علل اصلی خرابی ترانسفورماتور، تخریب عایق‌بندی به دلیل بالا رفتن دما در پیچیده‌ها بیش از حد تحمل حرارتی مواد عایق‌بندی است.

علاوه بر این، طول عمر یک ترانسفورماتور خشک معمولاً با "عمر حرارتی" محدود می‌شود. برای به حداکثر رساندن طول عمر عملیاتی، لازم است دما را با استفاده از یک سیستم کنترل دما مورد نظارت قرار داده و در صورت لزوم اقدامات محافظتی مانند خنک‌سازی اجباری یا هشدارهای اخطار انجام داد.

۲. انواع مراقبان دمای ترانسفورماتورها

۲.۱ بر اساس روش تشخیص دما: مکانیکی مقابل الکترونیکی

• مراقبان دمای مکانیکی معمولاً دستگاه‌های انبساطی هستند که از یک لمپ پر از روغن به عنوان عنصر تشخیصی استفاده می‌کنند و بر اساس اصل انبساط و انقباض حرارتی عمل می‌کنند. به دلیل حجم بزرگ لمپ روغن و نصب نامناسب، آنها عموماً فقط در ترانسفورماتورهای نیم‌رسانا استفاده می‌شوند.

• مراقبان دمای الکترونیکی از حسگرهای دما مانند دتکتورهای مقاومت دمایی (مانند Pt100، PTC) یا جفت‌های حرارتی استفاده می‌کنند. به دلیل پیشرفت فناوری، عملکرد جامع، دقت بالا و استفاده راحت، مراقبان الکترونیکی اکنون در هر دو نوع ترانسفورماتور نیم‌رسانا و خشک استفاده می‌شوند.

۲.۲ بر اساس روش نصب: جاسازی شده مقابل نصب خارجی

• مراقبان جاسازی شده مستقیماً روی قاب ضربه‌ای ترانسفورماتور (برای واحدهای بدون پوشش) یا در داخل پوشش ترانسفورماتور جاسازی می‌شوند.

• مراقبان نصب خارجی (نصب دیواری) روی دیوار (برای واحدهای بدون پوشش) یا روی سطح خارجی پوشش ترانسفورماتور نصب می‌شوند.

ترانسفورماتورهای خشک در طول عملیات مقدار زیادی حرارت، ارتعاش با فرکانس پایین و اختلال الکترومغناطیسی تولید می‌کنند - شرایطی که تأثیر شدیدی بر مراقبان دما جاسازی شده روی قاب ضربه‌ای یا در داخل پوشش دارند.

به طور مشهور، مولفه‌های الکترونیکی، مانند خود ترانسفورماتورهای خشک، عمر حرارتی محدودی دارند. روش جاسازی به طور قابل توجهی عمر خدمت و قابلیت اطمینان مراقب را کاهش می‌دهد. در مقابل، مراقبان نصب خارجی به طور مؤثری از این محیط سخت جدا می‌شوند و محافظت و عمر طولانی‌تری ارائه می‌دهند.

۳. مجموعه TTC مراقب دمای ترانسفورماتور خشک

JB/T 7631-94 "مقاومت‌های دما برای ترانسفورماتورها" یک استاندارد است که توسط وزارت صنایع مکانیکی چین در سال ۱۹۹۴ صادر شده است، خصوصاً برای نمایشگرهای دما و مراقبان استفاده شده در ترانسفورماتورهای خشک. این استاندارد شامل مقررات GB/T 13926-92 "همگام‌سازی الکترومغناطیسی برای تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل فرآیند صنعتی" است.

مراقبان دما مجموعه TTC با استاندارد به‌روز شده GB/T 17626-1998 "همگام‌سازی الکترومغناطیسی - روش‌های آزمایش و اندازه‌گیری" (معادل IEC 61000-4:1995) مطابقت دارد.

۳.۱ اصل عملکرد

۳.۱ نمودار بلوک دیاگرام و اصول تشخیص دما (Pt100 و PTC)

حسگر دما Pt100 بر اساس اصلی کار می‌کند که مقاومت الکتریکی آن به طور تقریبی خطی با دمای محیط تغییر می‌کند. همانطور که در نمودار مقاومت-دما (راست) نشان داده شده است، مقاومت یک مقاومت پلاتینی Pt100 با افزایش دما به طور ثابت و تقریباً خطی افزایش می‌یابد.

مراقب دما از این ویژگی برای ارائه نظارت مداوم و دقیق بر دمای ترانسفورماتور استفاده می‌کند. مقدار دما نمایش داده شده مستقیماً از اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط حسگر Pt100 استخراج می‌شود.

به دلیل تکرارپذیری عالی و تناظر یک به یک بین مقاومت و دما، Pt100 امکان اندازه‌گیری دقیق نقطه به نقطه را فراهم می‌کند که معمولاً دستیابی به کلاس دقت ۰.۵ را ممکن می‌سازد.

۳.۲ تضمین دقت اندازه‌گیری دما با Pt100

حسگر دما Pt100 می‌تواند در پیکربندی‌های دو‌سیم، سه‌سیم، یا چهار‌سیمی نصب شود. در بیشتر کاربردهای کنترل دما در صنعت، اتصال سه‌سیمی استفاده می‌شود زیرا این روش به طور موثری خطاها ناشی از مقاومت سیم‌های اتصال را جبران می‌کند.

به عنوان مثال: مدار تقویت‌کننده معمولاً یک پل ویتستون است. در طول تولید و کالیبراسیون، از لینک‌های کوتاه‌شونده برای تنظیم استفاده می‌شود. اما در عمل، وقتی سیم‌های حسگر متصل می‌شوند، مقاومت ذاتی آنها خطا در اندازه‌گیری ایجاد می‌کند. پیکربندی سه‌سیمی این خطا را با تعادل مدار پلی کمینه می‌کند.

اگرچه نمودار مقاومت-دما Pt100 تقریباً خطی است، اما کاملاً خطی نیست. برای افزایش دقت، کنترل‌کننده‌های دمای ما منحنی مقاومت-دما Pt100 را در بازه ۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد به پنج بخش تقسیم می‌کنند. در هر بخش، یک خط مستقیم برای تقریب منحنی واقعی از طریق برازش خطی استفاده می‌شود که به طور قابل توجهی دقت کلی اندازه‌گیری را بهبود می‌بخشد.

۳.۳ ترموستات PTC به عنوان حسگر جایگزین در کنترل‌کننده‌های سری TTC-300

ترموستات PTC (ضریب دمای مثبت) حسگر دیگری است که در کنترل‌کننده‌های دمای ترانسفورماتور سری TTC-300 ما استفاده می‌شود. ترموستاتهای PTC از مواد سرامیک چندبلوری بر پایه تیتانیوم باریم ساخته شده‌اند که به منظور دستیابی به دماهای "پرش" یا "سوئیچ" خاص دوباره آلوده شده‌اند.

برخلاف مقاومت‌های پلاتین (Pt100)، ترموستاتهای PTC رفتار غیرخطی متمایزی دارند: مقاومت آنها در دماهای پایین‌تر نسبتاً ثابت می‌ماند اما وقتی دما به آستانه تعیین شده می‌رسد - که به نقطه کوری یا دمای عملی معروف است - افزایش تیز و تقریباً پله‌ای می‌یابد. این مشخصه در نمودار مقاومت-دما زیر نشان داده شده است.

همانطور که نشان داده شده است، زیر دمای عملی، مقاومت PTC با دما تغییر کمی می‌کند. اما وقتی دما به این نقطه بحرانی نزدیک می‌شود و فراتر از آن می‌رود، مقاومت به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد - معمولاً چند مرتبه بزرگتر.

اصل کار تشخیص دمایی بر اساس PTC این است که این تغییر ناگهانی مقاومت را تشخیص دهد تا تعیین کند که آیا یک آستانه دما خاص رسیده است. بنابراین، حسگرهای PTC فقط می‌توانند یک نقطه دمایی را نشان دهند - نمی‌توانند اندازه‌گیری‌های دمایی پیوسته و کامل مثل Pt100 ارائه دهند.

محصولات ما از این ویژگی روشن/خاموش حسگرهای PTC برای پیاده‌سازی هشدارهای دمای بالا و محافظت از ترانسفورماتور استفاده می‌کنند. برای اطمینان از همگونی، قابلیت اطمینان و کیفیت بالای محصول، ما از اجزای PTC تأمین شده از شرکت Siemens–Matsushita Electronic Components Co.، Ltd. استفاده می‌کنیم.

۳.۴ اصل تشخیص دما TC

کنترل‌کننده دما سیگنال‌های دما را از حسگرهای PTC و Pt100 از طریق مدار داخلی خود دریافت می‌کند و با استفاده از قضاوت منطقی تصمیم می‌گیرد که آیا باید هشدار دمای بالا یا سیگنال قطع دمای بالا را فعال کند. این مکانیسم دوگانه محافظت به طور مؤثر از عدم عمل یا فعال شدن نادرست جلوگیری می‌کند.

دماهای پیچ‌های ترانسفورماتور (فازهای A، B، C) و هسته (D) با استفاده از حسگرهای Pt100 و PTC نظارت می‌شود. با تغییر دما، مقاومت این حسگرها نیز تغییر می‌کند. کنترل‌کننده این مقاومت را به سیگنال ولتاژی تبدیل می‌کند که سپس از طریق فیلتر، تبدیل آنالوگ به دیجیتال (A/D) و الگوریتم‌های پیشرفته برای محاسبه مقدار دمای متناظر پردازش می‌شود.

بر اساس این دو نوع ورودی دما:

• کنترل‌کننده شماره کانال و مقدار دمای واقعی را روی صفحه نمایش جلویی نمایش می‌دهد.

• همزمان، از الگوریتم‌های منطقی برای مقایسه دمای اندازه‌گیری شده با نقاط تنظیم شده توسط کاربر استفاده می‌کند. اگر دما از آستانه عبور کند، کنترل‌کننده خروجی‌های مناسب را فعال می‌کند - مانند شروع/توقف مراوح خنک‌کننده، فعال کردن هشدارها یا شروع دستور قطع.

کاربران می‌توانند پارامترهای سیستم شامل دمای شروع/وقف مراوح، آستانه هشدار گرم شدن هسته و تنظیمات دیگر را از طریق دکمه‌های صفحه جلویی تنظیم کنند.

به علاوه، سیستم به طور مداوم تشخیص خودکار را انجام می‌دهد. در صورت شکست حسگر یا خرابی سخت‌افزار داخلی کنترل‌کننده دما، فوراً هشدارهای صوتی و بصری همراه با سیگنال خطا را برای هشدار دادن به اپراتورها صادر می‌کند.