Come il controllore di temperatura per trasformatori a secco TTC series prevene il sovrarriscaldamento del trasformatore?

1. Funzione dei controllori di temperatura dei trasformatori

Oggi, i trasformatori elettrici sono principalmente classificati in due tipi: a olio e a secco. I trasformatori a secco sono ampiamente utilizzati nelle centrali elettriche, sottostazioni, aeroporti, ferrovie, edifici intelligenti e comunità residenziali smart a causa dei loro numerosi vantaggi—come sicurezza intrinseca, resistenza al fuoco, zero inquinamento, manutenzione ridotta, bassi consumi, minima emissione parziale e lunga durata.

Un vantaggio chiave dei trasformatori a secco è la loro vita utile, che solitamente supera i 20 anni. Più lunga è la durata operativa, più basso è il costo totale di possesso. Nella pratica, l'operazione sicura e la longevità di un trasformatore a secco dipendono largamente dalla affidabilità delle sue spire. Una delle cause principali del malfunzionamento del trasformatore è la degradazione dell'isolante a causa della temperatura delle spire che supera il limite di resistenza termica del materiale isolante.

Inoltre, la vita utile di un trasformatore a secco è generalmente limitata dalla sua "vita termica". Per massimizzare la durata operativa, è essenziale monitorare la temperatura delle spire utilizzando un sistema di controllo della temperatura e implementare misure protettive tempestive—come il raffreddamento forzato o gli allarmi—quando necessario.

2. Tipi di controllori di temperatura dei trasformatori

2.1 In base al metodo di sensore di temperatura: Meccanico vs. Elettronico

• I controllori di temperatura meccanici sono generalmente dispositivi a espansione che utilizzano una capsula a olio come elemento di sensore, funzionando sul principio dell'espansione e contrazione termica. A causa della loro capsula a olio voluminosa e dell'installazione scomoda, vengono generalmente utilizzati solo su trasformatori a olio.

• I controllori di temperatura elettronici utilizzano sensori di temperatura come i termoresistors (ad esempio, Pt100, PTC) o termocoppie. Grazie alla loro alta tecnologia, funzionalità completa, precisione elevata e facilità d'uso, i controllori elettronici sono ora ampiamente applicati sia nei trasformatori a olio che a secco.

2.2 In base al metodo di installazione: Incorporati vs. Montati esternamente

• I controllori incorporati sono montati direttamente sulla struttura di fissaggio del trasformatore (per unità senza contenitori) o integrati nel contenitore del trasformatore.

• I controllori montati esternamente (a parete) sono installati sui muri (per unità non contenute) o fissati sulla superficie esterna del contenitore del trasformatore.

Durante l'operazione, i trasformatori a secco generano calore significativo, vibrazioni a bassa frequenza e interferenze elettromagnetiche—condizioni che influiscono gravemente sui controllori di temperatura incorporati installati sulla struttura di fissaggio o all'interno del contenitore.

È noto che i componenti elettronici, come i trasformatori a secco stessi, hanno una "vita termica" limitata. Il metodo di installazione incorporato riduce significativamente la vita utile e l'affidabilità del controllore. Al contrario, i controllori montati esternamente sono efficacemente isolati da questo ambiente ostile, garantendo una migliore protezione e longevità.

3. Controllori di temperatura per trasformatori a secco serie TTC

JB/T 7631-94 “Termometri di resistenza per trasformatori” è uno standard emesso dal Ministero dell'Industria Meccanica cinese nel 1994, specificamente per indicatori e controllori di temperatura utilizzati con trasformatori a secco. Include requisiti da GB/T 13926-92 “Compatibilità elettromagnetica per attrezzature di misurazione e controllo industriali.”

I controllori di temperatura serie TTC sono conformi allo standard aggiornato GB/T 17626-1998 “Compatibilità elettromagnetica – Metodi di prova e misurazione” (equivalente a IEC 61000-4:1995).

3.1 Principio di funzionamento

3.1 Diagramma a blocchi del circuito & Principi di sensazione della temperatura (Pt100 e PTC)

Il sensore di temperatura Pt100 funziona sul principio che la sua resistenza elettrica varia approssimativamente in modo lineare con la temperatura ambiente. Come mostrato nella curva resistenza-temperatura (destra), la resistenza del resistore di platino Pt100 aumenta in modo costante e quasi lineare con l'aumento della temperatura.

Il controllore di temperatura sfrutta questa caratteristica per fornire un monitoraggio continuo e preciso della temperatura del trasformatore. Il valore di temperatura visualizzato è derivato direttamente dalle misurazioni effettuate dal sensore Pt100.

A causa della sua eccellente ripetibilità e corrispondenza uno-a-uno tra resistenza e temperatura, il Pt100 consente misurazioni precise punto per punto, raggiungendo solitamente una classe di precisione di 0,5.

3.2 Garantire la precisione della misurazione della temperatura con Pt100

Il sensore di temperatura Pt100 può essere cablato in configurazioni a due, tre o quattro fili. Nelle maggior parte delle applicazioni di controllo di temperatura industriale, viene utilizzata la connessione a tre fili perché compensa efficacemente gli errori di misurazione causati dalla resistenza dei cavi di collegamento.

Ad esempio: il circuito amplificatore è solitamente un ponte di Wheatstone. Durante la produzione e la taratura, vengono utilizzati cortocircuiti per l'aggiustamento. Tuttavia, nell'operazione reale, quando i cavi del sensore sono collegati, la loro resistenza intrinseca introduce errori di misurazione. La configurazione a tre fili minimizza questi errori bilanciando il circuito del ponte.

Sebbene la curva resistenza-temperatura del Pt100 sia quasi lineare, non è perfettamente lineare. Per migliorare la precisione, i nostri regolatori di temperatura dividono la curva resistenza-temperatura del Pt100 nell'intervallo 0–200°C in cinque segmenti. All'interno di ciascun segmento, una linea retta viene utilizzata per approssimare la curva reale mediante un adattamento lineare, migliorando significativamente la precisione complessiva della misurazione.

3.3 Termistore PTC come sensore alternativo nei regolatori della serie TTC-300

Il termistore PTC (Coefficiente Positivo di Temperatura) è un altro sensore di temperatura utilizzato nei nostri regolatori di temperatura per trasformatori della serie TTC-300. I termistori PTC sono realizzati con materiali ceramici policristallini a base di titanato di bario, drogati per raggiungere specifiche temperature di "intervento" o di "commutazione".

A differenza dei resistori al platino (Pt100), i termistori PTC mostrano un comportamento nettamente non lineare: la loro resistenza rimane relativamente stabile a basse temperature, ma subisce un brusco aumento, quasi a gradino, quando la temperatura raggiunge una soglia predefinita, nota come punto di Curie o temperatura di intervento. Questa caratteristica è illustrata nella curva resistenza-temperatura riportata di seguito.

Come mostrato, al di sotto della temperatura di intervento, la resistenza del PTC varia poco con la temperatura. Tuttavia, quando la temperatura si avvicina e supera questo punto critico, la resistenza aumenta in modo drammatico, spesso di diversi ordini di grandezza.

Il principio di funzionamento del rilevamento della temperatura basato sul PTC consiste nel rilevare questo brusco cambiamento di resistenza per determinare se è stata raggiunta una specifica soglia di temperatura. Di conseguenza, i sensori PTC possono indicare soltanto un singolo punto di temperatura; non possono fornire misurazioni continue su tutto l'intervallo di temperatura come il Pt100.

I nostri prodotti sfruttano questa caratteristica di accensione/spegnimento dei sensori PTC per implementare allarmi di sovratemperatura e protezioni di interruzione per i trasformatori. Per garantire coerenza, affidabilità e alta qualità del prodotto, utilizziamo componenti PTC forniti da Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Principio di rilevamento della temperatura TC

Il regolatore di temperatura acquisisce segnali di temperatura sia dai sensori PTC che dai sensori Pt100 attraverso il suo circuito interno e utilizza un giudizio logico per determinare se attivare un allarme di sovratemperatura o un segnale di interruzione per sovratemperatura. Questo meccanismo di doppia protezione impedisce efficacemente mancati interventi o attivazioni false.

Le temperature degli avvolgimenti del trasformatore (Fasi A, B, C) e del nucleo (D) vengono monitorate mediante sensori Pt100 e PTC. Con il variare della temperatura, anche la resistenza di questi sensori cambia di conseguenza. Il regolatore converte questa resistenza in un segnale di tensione, che viene poi elaborato tramite filtraggio, conversione analogico-digitale (A/D) e algoritmi avanzati per calcolare il corrispondente valore di temperatura.

Sulla base di questi due tipi di ingressi di temperatura:

• Il regolatore visualizza sul display frontale il numero del canale e il valore di temperatura in tempo reale.

• Contemporaneamente, applica algoritmi logici per confrontare la temperatura misurata con le soglie impostate dall'utente. Se la temperatura supera la soglia, il regolatore attiva le uscite appropriate, come l'avvio/arresto dei ventilatori di raffreddamento, l'attivazione di allarmi o l'inizializzazione di un comando di interruzione.

Gli utenti possono configurare i parametri del sistema, inclusi le temperature di avvio/arresto dei ventilatori, le soglie di allarme per surriscaldamento del nucleo e altre impostazioni, tramite i pulsanti sul pannello frontale.

Inoltre, il sistema esegue continuamente autodiagnosi. In caso di guasto del sensore o di malfunzionamento hardware interno del regolatore di temperatura, emette immediatamente allarmi acustici e visivi insieme a un segnale di guasto per avvisare gli operatori.