چگونه کنترلکننده دمای ترانسفورماتور خشک سری TTC از گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتور جلوگیری میکند
۱. عملکرد کنترلکنندههای دما برای ترانسفورماتورها
امروزه، ترانسفورماتورهای قدرت به دو نوع اصلی تقسیمبندی میشوند: ترانسفورماتورهای نیمرسانا و ترانسفورماتورهای خشک. ترانسفورماتورهای خشک به دلیل مزایای متعددی مانند امنیت ذاتی، مقاومت در برابر آتش، عدم آلودگی، نیاز به نگهداری کم، ضایعات کم، رها شدن جزئی کم، و عمر طولانی در نیروگاهها، زیرстанسیونها، فرودگاهها، راهآهنها، ساختمانهای هوشمند و جوامع مسکونی هوشمند استفاده میشوند.
یکی از مزایای مهم ترانسفورماتورهای خشک، عمر طراحی آنهاست که معمولاً بیش از ۲۰ سال است. هرچه عمر عملکردی طولانیتر باشد، هزینه کلی مالکیت کمتر خواهد بود. در عمل، عملکرد ایمن و طولانی عمر یک ترانسفورماتور خشک بیشتر به قابلیت اطمینان پیچیدههای آن بستگی دارد. یکی از دلایل اصلی خرابی ترانسفورماتور، تخریب عایق به دلیل افزایش دما در پیچیدهها به بالای حد تحمل حرارتی مواد عایقبندی است.
علاوه بر این، عمر خدمت یک ترانسفورماتور خشک معمولاً با "عمر حرارتی" محدود میشود. برای حداکثر کردن عمر عملکردی، لازم است دما را با استفاده از سیستم کنترل دما مورد نظارت قرار داده و در صورت لزوم، اقدامات محافظتی مانند خنکسازی اجباری یا هشدارهای هشدار داده شود.
۲. انواع کنترلکنندههای دما برای ترانسفورماتورها
۲.۱ بر اساس روش تشخیص دما: مکانیکی مقابل الکترونیکی
کنترلکنندههای دمای مکانیکی معمولاً دستگاههای نوع توسیعی هستند که از یک کره روغنی به عنوان عنصر تشخیصی استفاده میکنند و بر اساس اصل گسترش و انقباض حرارتی عمل میکنند. به دلیل حجم بزرگ کره روغنی و نصب غیرقابل استفاده، آنها معمولاً فقط در ترانسفورماتورهای نیمرسانا استفاده میشوند.
کنترلکنندههای دمای الکترونیکی از سنسورهای دما مانند دتکتورهای مقاومت دما (مانند Pt100، PTC) یا حرارتکوپلها استفاده میکنند. به دلیل فناوری پیشرفته، قابلیتهای جامع، دقت بالا و کاربرد آسان، کنترلکنندههای الکترونیکی اکنون در هر دو نوع ترانسفورماتور نیمرسانا و خشک استفاده میشوند.
۲.۲ بر اساس روش نصب: داخلی مقابل خارجی
کنترلکنندههای داخلی مستقیماً روی چهارچوب تثبیت ترانسفورماتور (برای واحدهای بدون پوشش) یا در پوشش ترانسفورماتور یکپارچه میشوند.
کنترلکنندههای خارجی (نصب شده روی دیوار) روی دیوار (برای واحدهای بدون پوشش) یا روی سطح خارجی پوشش ترانسفورماتور نصب میشوند.
ترانسفورماتورهای خشک در زمان عملکرد، گرما، ارتعاش با فرکانس پایین و تداخل الکترومغناطیسی زیاد تولید میکنند که شرایطی است که تأثیر بسیار زیادی بر کنترلکنندههای دما داخلی نصب شده روی چهارچوب تثبیت یا در پوشش دارد.
به طور مشهور، قطعات الکترونیکی، مانند خود ترانسفورماتورهای خشک، یک "عمر حرارتی" محدود دارند. روش نصب داخلی عمر کنترلکننده را به طور قابل توجهی کاهش میدهد و قابلیت اطمینان آن را کاهش میدهد. در مقابل، کنترلکنندههای خارجی از این محیط سخت جدا شده و محافظت و عمر طولانیتری را تضمین میکنند.
۳. سری TTC کنترلکننده دما برای ترانسفورماتورهای خشک
استاندارد JB/T 7631-94 "مقاومتهای حرارتی برای ترانسفورماتورها" یک استاندارد منتشر شده توسط وزارت صنایع مکانیکی چین در سال ۱۹۹۴ است که به طور خاص برای نمایشگرهای دما و کنترلکنندههای استفاده شده با ترانسفورماتورهای خشک است. این استاندارد شامل الزامات استاندارد GB/T 13926-92 "سازگاری الکترومغناطیسی برای تجهیزات اندازهگیری و کنترل فرآیند صنعتی" است.
سری TTC کنترلکنندههای دما با استاندارد بهروزرسانی شده GB/T 17626-1998 "سازگاری الکترومغناطیسی - روشهای آزمایش و اندازهگیری" (معادل IEC 61000-4:1995) مطابقت دارد.
۳.۱ اصل کار
۳.۱ نمودار بلوکی مدار و اصول تشخیص دما (Pt100 و PTC)
سنسور دما Pt100 بر اساس اصلی کار میکند که مقاومت الکتریکی آن تقریباً خطی با دمای محیط تغییر میکند. همانطور که در منحنی مقاومت-دما (راست) نشان داده شده است، مقاومت مقاومت پلاتینیوم Pt100 با افزایش دما به طور مداوم و تقریباً خطی افزایش مییابد.
کنترلکننده دما از این ویژگی برای ارائه نظارت دما پیوسته و دقیق روی ترانسفورماتور استفاده میکند. مقدار دما نمایش داده شده مستقیماً از اندازهگیریهای انجام شده توسط سنسور Pt100 استخراج میشود.
به دلیل تکرارپذیری عالی و تناظر یک به یک بین مقاومت و دما، Pt100 امکان اندازهگیری دقیق نقطه به نقطه دما را فراهم میکند و معمولاً دقت کلاس ۰.۵ را به دست میآورد.
۳.۲ تضمین دقت اندازهگیری دما با Pt100
سنسور دما Pt100 میتواند در کنفیگوراسیونهای دوسیمه، سهسیمه یا چهارسیمه سیمبندی شود. در بیشتر کاربردهای کنترل دما در صنعت، اتصال سهسیمه 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 زمان تولید و کالیبراسیون، از لینکهای کوتاهشونده برای تنظیم استفاده میشود. اما در عمل، وقتی سیمهای سنسور متصل میشوند، مقاومت ذاتی آنها خطاها را در اندازهگیری معرفی میکنند. کنفیگوراسیون سهسیمه با تعادل دادن به مدار پل، این خطا را به حداقل میرساند.
اگرچه منحنی مقاومت-دما Pt100 تقریبا خطی است، اما کاملا خطی نیست. برای افزایش دقت، کنترلکنندگان دمای ما منحنی مقاومت-دما Pt100 در محدوده ۰–۲۰۰ درجه سانتیگراد را 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 اندازهگیری کلی را بهبود میبخشد.
۳.۳ ترموستات PTC به عنوان حسگر جایگزین در کنترلکنندگان سری TTC-300
ترموستات PTC (ضریب مثبت دما) حسگر دیگری است که در کنترلکنندگان دمای ترانسفورماتور سری TTC-300 ما استفاده میشود. ترموستاتهای PTC از مواد سرامیکی چندبلوری مبتنی بر تیتانات باریوم ساخته شدهاند و با تغییرات خاص برای رسیدن به دماهای "پرش" یا "سوییچ" مشخص شدهاند.
در مقابل مقاومتهای پلاتین (Pt100)، ترموستاتهای PTC رفتار غیرخطی متمایزی دارند: مقاومت آنها در دماهای پایین نسبتا ثابت است اما وقتی دما به آستانه تعیین شده میرسد—که به نقطه کوری یا دمای عملی معروف است—مقاومت آنها به طور ناگهانی و تقریباً پلهای افزایش مییابد. این ویژگی در منحنی 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 آن را فراتر میرود، مقاومت به طور قابل توجهی افزایش مییابد—اغلب چندین مرتبه.
اصول کار حسگرهای دمای مبتنی بر PTC این است که این تغییر مقاومت ناگهانی را تشخیص دهد تا مشخص کند آیا آستانه دمایی خاصی به دست آمده است یا خیر. بنابراین، حسگرهای PTC فقط میتوانند یک نقطه دما را نشان دهند—آنها نمیتوانند اندازهگیریهای دما پیوسته و کامل مانند 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 سازگاری، قابلیت اطمینان و کیفیت بالای محصول، ما از قطعات PTC منبع گرفته از شرکت Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd. استفاده میکنیم.
۳.۴ اصل تشخیص دما TC
کنترلکننده دما از طریق مدار داخلی خود سیگنالهای دما را از حسگرهای PTC و Pt100 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 مؤثری برای جلوگیری از عدم عملکرد یا فعالسازی غیرطبیعی ایجاد میکند.
دمای پیچهای ترانسفورماتور (فازهای A، B، C) و هسته (D) با استفاده از حسگرهای Pt100 و PTC مورد نظارت قرار میگیرد. 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 به مقدار دما متناظر محاسبه میشود.
بر اساس این دو نوع ورودی دما:
کنترلکننده شماره کانال و مقدار دمای واقعی را روی صفحه نمایش پنل جلو نمایش میدهد.
همزمان، الگوریتمهای منطقی را برای مقایسه دمای اندازهگیری شده با نقاط تنظیم شده توسط کاربر اعمال میکند. اگر دما از آستانه عبور کند، کنترلکننده خروجیهای مناسب را فعال میکند—مانند شروع/توقف مراوح خنککننده، فعالسازی هشدارها یا ارسال دستور قطع.
کاربران میتوانند پارامترهای سیستم شامل دمای شروع/توقف مراوح، آستانه هشدار گرم شدن هسته و تنظیمات دیگر را از طریق دکمههای پنل جلو تنظیم کنند.
به علاوه، سیستم به طور مداوم تشخیص خود را انجام میدهد. در صورت خرابی حسگر یا خطا در سختافزار داخلی کنترلکننده دما، به طور فوری هشدارهای صوتی و بصری همراه با سیگنال خطا را برای هشدار دادن به اپراتورها ارسال میکند.
