Como o controlador de temperatura do transformador seco da serie TTC prevén o sobrecalentamento do transformador

1. Función dos controladores de temperatura de transformadores

Hoxe, os transformadores eléctricos divídense principalmente en dous tipos: transformadores sumergidos en óleo e transformadores secos. Os transformadores secos son ampliamente utilizados en centrais eléctricas, subestacións, aeroportos, ferrocarrís, edificios intelixentes e comunidades residenciais intelixentes debido á súa numerosas vantaxes, como a seguridade intrínseca, resistencia ao lume, ausencia de contaminación, operación sen manutención, baixas perdas, descarga parcial mínima e longa vida útil.

Unha das principais vantaxes dos transformadores secos é a súa vida útil de deseño, que xeralmente supera os 20 anos. Cuanto maior sexa a vida útil operativa, menor será o custo total de propiedade. Na práctica, a operación segura e a longevidade dun transformador seco dependen en gran medida da fiabilidade das súas bobinas. Unha das causas primarias de fallo nos transformadores é a degradación do aislamento debido ás temperaturas das bobinas que superan o límite de resistencia térmica do material aislante.

Ademais, a vida útil dun transformador seco xeralmente está limitada pola súa "vida térmica". Para maximizar a vida útil operativa, é esencial monitorizar a temperatura das bobinas mediante un sistema de control de temperatura e implementar medidas protectoras oportunas, como o refrixerado forzado ou as alertas de alarma, cando sexa necesario.

2. Tipos de controladores de temperatura de transformadores

2.1 Segundo o método de detección de temperatura: Mecánicos vs. Electrónicos

• Os controladores de temperatura mecánicos son xeralmente dispositivos de expansión que utilizan un bulbo cheo de óleo como elemento sensor, funcionando segundo o principio da expansión e contracción térmicas. Debido ao seu bulbo de óleo voluminoso e a instalación incómoda, só se usan xeralmente en transformadores sumergidos en óleo.

• Os controladores de temperatura electrónicos empregan sensores de temperatura como detectores de temperatura de resistencia (por exemplo, Pt100, PTC) ou termopares. Graças á súa alta sofisticación tecnolóxica, funcionalidade abrangente, alta precisión e facilidade de uso, os controladores electrónicos están agora ampliamente aplicados tanto en transformadores sumergidos en óleo como en transformadores secos.

2.2 Segundo o método de instalación: Incorporados vs. Montados externamente

• Os controladores incorporados montanse directamente no marco de aperto do transformador (para unidades sen carcasa) ou integranse na carcasa do transformador.

• Os controladores montados externamente (montados na parede) instálanse nas paredes (para unidades sen carcasa) ou fixanse na superficie exterior da carcasa do transformador.

Os transformadores secos xeran calor significativo, vibración de baixa frecuencia e interferencia electromagnética durante a súa operación, condicións que afectan gravemente aos controladores de temperatura incorporados instalados no marco de aperto ou dentro da carcasa.

É ben coñecido que os compoñentes electrónicos, como os propios transformadores secos, teñen unha "vida térmica" finita. O método de instalación incorporado reduci significativamente a vida útil e a fiabilidade do controlador. En contraste, os controladores montados externamente están eficazmente aislados deste ambiente adverso, asegurando unha mellor protección e longevidade.

3. Controlador de temperatura de transformador seco TTC Series

JB/T 7631-94 “Termómetros de resistencia para transformadores” é un estándar emitido polo Ministerio de Industria Mecánica de China en 1994, específicamente para indicadores e controladores de temperatura utilizados con transformadores secos. Incorpora os requisitos de GB/T 13926-92 “Compatibilidade electromagnética para equipos de medida e control de procesos industriais”.

A serie de controladores de temperatura TTC cumple co estándar actualizado GB/T 17626-1998 “Compatibilidade electromagnética – Técnicas de ensaio e medida” (equivalente a IEC 61000-4:1995).

3.1 Principio de funcionamento

3.1 Diagrama de bloques do circuito & Principios de detección de temperatura (Pt100 e PTC)

O sensor de temperatura Pt100 funciona segundo o principio de que a súa resistencia eléctrica cambia aproximadamente de forma linear coa temperatura ambiente. Como se mostra na curva de resistencia-temperatura (dereita), a resistencia dun resistor de platino Pt100 aumenta de forma constante e case linear conforme a temperatura aumenta.

O controlador de temperatura aproveita esta característica para proporcionar unha monitorización continua e precisa da temperatura do transformador. O valor de temperatura mostrado derívase directamente das medidas tomadas polo sensor Pt100.

Debido á súa excelente repetibilidade e correspondencia unívoca entre a resistencia e a temperatura, o Pt100 permite unha medida de temperatura puntual precisa, xeralmente logrando unha clase de precisión de 0.5.

3.2 Garantir a precisión da medida de temperatura do Pt100

O sensor de temperatura Pt100 pode conectarse en configuracións de dous, tres ou catro fíos. Na maioría das aplicacións de control de temperatura industrial, úsase a conexión de tres fíos porque compensa eficazmente os erros de medida causados pola resistencia dos fíos de conexión.

Por exemplo: o circuito amplificador é xeralmente un puente de Wheatstone. Durante a fabricación e calibración, úsanse ligazóns de curto-circuíto para axuste. Pero, na operación real, cando se conectan os cabos do sensor, a súa resistencia inerente introduce erros de medida. A configuración de tres fíos minimiza este erro equilibrando o circuito do puente.

Aínda que a curva resistencia-temperatura do Pt100 sexa case linear, non é perfectamente linear. Para mellorar a precisión, os nosos controladores de temperatura dividen a curva de resistencia-temperatura do Pt100 no intervalo de 0–200°C en cinco segmentos. Dentro de cada segmento, usa unha liña recta para aproximar a curva real mediante un ajuste lineal, mellorando significativamente a precisión xeral da medida.

3.3 Termistor PTC como sensor alternativo nos controladores TTC-300

O termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) é outro sensor de temperatura utilizado nos nosos controladores de temperatura de transformador da serie TTC-300. Os termistores PTC están feitos de materiais cerámicos policristalinos baseados en titanato de bario, dopados para lograr temperaturas específicas de "activación" ou "conmutación".

Ao contrario dos resistores de platino (Pt100), os termistores PTC presentan un comportamento distinto e non lineal: a súa resistencia permanece relativamente estable a temperaturas baixas, pero experimenta un aumento brusco, case en forma de paso, cando a temperatura alcanza un umbral predefinido—coñecido como o punto de Curie ou temperatura de activación. Esta característica está ilustrada na curva resistencia-temperatura a continuación.

Como se mostra, por debaixo da temperatura de activación, a resistencia do PTC varía pouco coa temperatura. No entanto, cando a temperatura se aproxima e supera este punto crítico, a resistencia aumenta dramaticamente—por veces por varios órdenes de magnitude.

O principio de funcionamento da detección de temperatura baseada en PTC consiste en detectar esta súbita mudanza de resistencia para determinar se se alcanzou un determinado umbral de temperatura. En consecuencia, os sensores PTC só poden indicar un único punto de temperatura—non poden proporcionar medidas de temperatura continuas e de rango completo como o Pt100.

Os nosos produtos aproveitan esta característica on/off dos sensores PTC para implementar alarmas de sobretensión e protección por salto térmico para transformadores. Para asegurar a consistencia, fiabilidade e alta calidade dos produtos, usamos componentes PTC suministrados por Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Principio de detección de temperatura TC

O controlador de temperatura adquire sinais de temperatura tanto de sensores PTC como de Pt100 a través da súa circuitaría interna e utiliza xuízos lóxicos para determinar se debe activar unha alarma de sobretensión ou un sinal de salto térmico. Este sistema de dobre protección evita eficazmente as fallos de acción ou a activación falsa.

As temperaturas das bobinas do transformador (fases A, B, C) e do núcleo (D) son monitorizadas usando sensores Pt100 e PTC. Conforme a temperatura cambia, a resistencia destes sensores tamén cambia. O controlador convirte esta resistencia en un sinal de voltaxe, que despois é procesado mediante filtrado, conversión analóxico-digital (A/D) e algoritmos avanzados para calcular o valor de temperatura correspondente.

Baseándose nestes dous tipos de entradas de temperatura:

• O controlador amosa o número de canal e o valor de temperatura en tempo real na pantalla frontal.

• Simultáneamente, aplica algoritmos lóxicos para comparar a temperatura medida con puntos de configuración definidos polo usuario. Se a temperatura excede o limiar, o controlador activa as salidas adecuadas—como iniciar/detener os ventiladores, activar alarmas ou iniciar un comando de salto.

Os usuarios poden configurar parámetros do sistema—incluíndo temperaturas de inicio/parada dos ventiladores, umbrais de alarma de sobrecalentamento do núcleo, entre outros—mediante os botóns da frontál.

Ademais, o sistema realiza continuamente auto-diagnósticos. En caso de fallo dun sensor ou de unha falla de hardware dentro do controlador de temperatura, emite inmediatamente alarmas auditivas e visuais, así como un sinal de fallo para alertar aos operadores.