Kako kontroler temperature sušnog transformatora serije TTC sprečava pregrejavanje transformatora

1. Funkcija kontrolera temperature transformatora

Danas se električni transformatori uglavnom dijele u dvije kategorije: ulju pohranjeni i suhi transformatori. Suhi transformatori široko se koriste u elektrane, podstanice, zračne luke, željeznice, inteligentne zgrade i pametne stambene zajednice zbog mnogo prednosti – poput intrinzične sigurnosti, otpornosti na požar, nulte kontaminacije, bezodržavanja, niske gubitke, minimalne parcijalne razlake i dugog vremena trajanja.

Jedna od ključnih prednosti suhih transformatora je njihov dizajniran životni vijek, koji obično prelazi 20 godina. Duže vrijeme operativnog trajanja, niže ukupne troškove posjedovanja. U praksi, sigurno radjenje i dugotrajnost suhoga transformatora u velikoj mjeri ovisi o pouzdanosti njegovih zavojnica. Jedan od glavnih uzroka neispravnosti transformatora jest degradacija izolacije kao rezultat prelaska temperature zavojnice preko toplinskog ograničenja materijala izolacije.

Također, vremenski rok službe suhoga transformatora općenito je ograničen njegovim "toplinskim životom". Za maksimaliziranje operativnog vremena bitno je nadgledati temperaturu zavojnice upotrebom sustava kontrole temperature i implementirati pravočasne zaštitne mjere – poput prisilnog hlađenja ili alarmnih upozorenja – kad je to potrebno.

2. Vrste kontrolera temperature transformatora

2.1 Prema metodi osjetila temperature: Mhanički vs. Elektronički

• Mhanički kontroleri temperature obično su uređaji tipa ekspanzije koji koriste bombonju punu ulja kao element osjetila, radeći na principu toplinske ekspanzije i kontrakcije. Zbog svoje grube uljačke bombonje i nepraktične instalacije, oni se obično koriste samo na transformatorima ulju pohranjenim.

• Elektronički kontroleri temperature koriste senzore temperature poput omornih termometara (npr., Pt100, PTC) ili termokuplja. Zahvaljujući visokoj tehnološkoj sofisticiranosti, kompleksnim funkcionalnostima, visokoj preciznosti i korisniku prijateljskom upotrebi, elektronički kontroleri sada su široko primjenjivani kako na ulju pohranjenim tako i suhim transformatorima.

2.2 Prema metodi instalacije: Ugrađeni vs. Vanjski montirani

• Ugrađeni kontroleri su direktno montirani na okvir zatezanja transformatora (za jedinice bez kućišta) ili integrirani u kućište transformatora.

• Vanjski montirani (stenski montirani) kontroleri su instalirani na stene (za jedinice bez kućišta) ili fiksirani na vanjsku površinu kućišta transformatora.

Suhite transformatori generiraju značajnu toplinu, niskofrekventne vibracije i elektromagnetski smetnje tijekom rada – uvjeti koji ozbiljno utječu na ugrađene kontrole temperature instalirane na okvire zatezanja ili unutar kućišta.

Poznato je da elektronički komponenti, poput suhite transformatori, imaju konačan "toplinski život". Metoda ugrađene instalacije značajno smanjuje vremenski rok službe i pouzdanost kontrolera. S druge strane, vanjski montirani kontroleri efektivno su izolirani od ovog teškog okruženja, što jamči bolju zaštitu i dugotrajnost.

3. TTC serija suhih transformatora kontrolera temperature

JB/T 7631-94 “Omorni termometri za transformatore” jest standard izdani Ministarstvom strojarstva Kine 1994. specifično za indikatore temperature i kontrole koristene uz suhe transformatore. On uključuje zahtjeve iz GB/T 13926-92 “Elektromagnetska kompatibilnost za industrijsko procesno mjerilo i kontrolnu opremu.”

Kontroleri temperature TTC serije su u skladu s ažuriranim standardom GB/T 17626-1998 “Elektromagnetska kompatibilnost – Testiranje i tehnički postupci” (ekvivalent IEC 61000-4:1995).

3.1 Načelo rada

3.1 Shema blokova kruga i načela osjetila temperature (Pt100 i PTC)

Pt100 senzor temperature radi na principu da njegova električna otpornost mijenja se približno linearno s okružnom temperaturom. Kao što je prikazano na krivulji otpornosti-temperature (desno), otpornost platinastog otpornika Pt100 stalno i gotovo linearno porasta s porastom temperature.

Kontroler temperature iskorištava tu karakteristiku kako bi pružio neprekinuti i precizan nadzor temperature transformatora. Prikazana vrijednost temperature izvedena je izmjerama koje Pt100 senzor provodi.

Zahvaljujući svojoj izvanrednoj ponovljivosti i jedan-do-jedan odnos između otpornosti i temperature, Pt100 omogućuje precizno točkovno mjerenje temperature, obično dostižući razinu preciznosti 0.5.

3.2 Osiguranje točnosti mjerenja temperature Pt100

Pt100 senzor temperature može biti povezan u dvožiće, trožiće ili četverožiće konfiguracije. U većini industrijskih aplikacija kontrole temperature, koristi se trožiće povezivanje jer efektivno kompenzira greške mjerenja uzrokowane otpornosti vodoviha.

Npr.: pojačavajući krug obično je most Wheatstone. Tijekom proizvodnje i kalibracije, koriste se kraći vezivi za prilagodbu. Međutim, u stvarnom radu, kada su spojeni kabeli senzora, njihov inherentni otpor uvođe greške u mjerenje. Trožiće konfiguracija minimizira tu grešku balansirajući most krug.

Iako je Pt100 rezistancno-temperaturna krivulja gotovo linearna, nije potpuno linearna. Za poboljšanje točnosti, naši kontroleri temperature dijele Pt100 rezistancno-temperaturnu krivulju od 0 do 200°C na pet segmenta. Unutar svakog segmenta, prava linija se koristi za aproksimaciju stvarne krivulje putem linearne aproksimacije, što značajno poboljšava ukupnu preciznost mjerenja.

3.3 PTC termistor kao alternativni senzor u seriji kontrolera TTC-300

PTC (Pozitivni Temperaturni Koeficijent) termistor je još jedan senzor temperature korišten u našoj seriji kontrolera temperature transformatora TTC-300. PTC termistori izrađeni su od polikristalnih keramičkih materijala temeljenih na titanatu barija, dopiranih kako bi dosegnuli specifične "aktivacijske" ili "prekidačke" temperature.

Na razliku od platinskih otpornika (Pt100), PTC termistori pokazuju izrazito nelinearno ponašanje: njihova otpornost ostaje relativno stabilna na nižim temperaturama, ali iskazuje ostri, skoro stepenast porast kada temperatura dostigne predefinirani prag – poznat kao Curie tačka ili akcijska temperatura. Ova karakteristika prikazana je u rezistancno-temperaturnoj krivulji ispod.

Kao što je prikazano, ispod akcijske temperature, otpornost PTC malo se mijenja s temperaturom. Međutim, kada temperatura približi i premaši ovu ključnu točku, otpornost drastično raste – često za nekoliko redova veličine.

Princip rada PTC temeljene detekcije temperature jest da otkrije ovu naglu promjenu otpornosti kako bi se utvrdilo je li dosegnuta određena temperatura. Stoga PTC senzori mogu samo indicirati jednu točku temperature – ne mogu pružiti kontinuirane, cijelokupne temperaturne mjerenja poput Pt100.

Naši proizvodi iskorištavaju ovu karakteristiku uključivanja/isključivanja PTC senzora kako bi implementirali alarme nadmjerne temperature i zaštitu prekidom za transformatore. Da bismo osigurali konzistentnost, pouzdanost i visoku kvalitetu proizvoda, koristimo PTC komponente dobivenih od Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Princip detekcije temperature TC

Kontroler temperature prikuplja signale temperature od oba tipa senzora, PTC i Pt100, preko svoje unutarnje elektronike i koristi logičko sudovanje kako bi odredio treba li aktivirati alarm nadmjerne temperature ili signal prekida. Ovaj mehanizam dvostruke zaštite učinkovito sprečava propuste u reagiranju ili lažne aktivacije.

Temperature vitanja transformatora (faze A, B, C) i jezgra (D) nadgledaju se koristeći Pt100 i PTC senzore. Kako se temperatura mijenja, otpornost ovih senzora se mijenja odgovarajuće. Kontroler pretvara tu otpornost u naponski signal, koji se zatim obraduje kroz filtriranje, analogni-digitalni (A/D) prevod, te napredne algoritme kako bi se izračunala odgovarajuća vrijednost temperature.

Na temelju tih dvaju tipova ulaza temperature:

• Kontroler prikazuje broj kanala i vrijednost temperature u stvarnom vremenu na ekranu prednje ploče.

• U isto vrijeme, primjenjuje logičke algoritme za usporedbu izmjerene temperature s korisnički definiranim referentnim vrijednostima. Ako temperatura premaši prag, kontroler aktivira odgovarajuće izlaze – poput pokretanja/zaustavljanja hlađećih ventilatora, aktivacije alarma ili inicijalizacije signala prekida.

Korisnici mogu konfigurirati parametre sustava – uključujući temperature pokretanja/zaustavljanja ventilatora, prage alarma nadmjerne temperature jezgra i druge postavke – putem gumba na prednjoj ploči.

Dodatno, sustav neprekidno provodi samodiagnosticu. U slučaju greške senzora ili internog hardverskog problema u kontroleru temperature, odmah emitira zvučne i vizualne alarme zajedno s signalom greške kako bi upozorio operatore.