Как контроллер температуры сухого трансформатора серии TTC предотвращает перегрев трансформатора

1. Функция контроллеров температуры трансформаторов

В настоящее время силовые трансформаторы в основном делятся на два типа: масляные и сухие трансформаторы. Сухие трансформаторы широко используются на электростанциях, подстанциях, в аэропортах, на железных дорогах, в интеллектуальных зданиях и умных жилых комплексах благодаря своим многочисленным преимуществам, таким как встроенная безопасность, огнестойкость, отсутствие загрязнения, беспроблемное обслуживание, низкие потери, минимальный частичный разряд и длительный срок службы.

Ключевым преимуществом сухих трансформаторов является их расчетный срок службы, который обычно превышает 20 лет. Чем дольше срок эксплуатации, тем ниже общий затраты на владение. На практике безопасная работа и долговечность сухого трансформатора во многом зависят от надежности его обмоток. Одной из основных причин отказа трансформатора является деградация изоляции вследствие превышения температурными показателями обмоток теплового предела прочности изоляционного материала.

Кроме того, срок службы сухого трансформатора обычно ограничен его "тепловой жизнью". Для максимизации срока эксплуатации необходимо контролировать температуру обмоток с помощью системы контроля температуры и своевременно применять защитные меры, такие как принудительное охлаждение или предупредительные сигналы, когда это необходимо.

2. Типы контроллеров температуры трансформаторов

2.1 По методу измерения температуры: механические против электронных

• Механические контроллеры температуры обычно являются расширительными устройствами, использующими заполненную маслом колбу в качестве чувствительного элемента, работающего на принципе теплового расширения и сжатия. Из-за своей громоздкой масляной колбы и неудобства установки они обычно используются только на масляных трансформаторах.

• Электронные контроллеры температуры используют датчики температуры, такие как резистивные термодетекторы (например, Pt100, PTC) или термопары. Благодаря высокому технологическому уровню, полному функционалу, высокой точности и удобству использования, электронные контроллеры теперь широко применяются как на масляных, так и на сухих трансформаторах.

2.2 По методу установки: встроенные против внешних

• Встроенные контроллеры непосредственно устанавливаются на раму зажима трансформатора (для устройств без корпуса) или интегрируются в корпус трансформатора.

• Наружные (настенные) контроллеры устанавливаются на стены (для устройств без корпуса) или крепятся к внешней поверхности корпуса трансформатора.

При работе сухие трансформаторы выделяют значительное количество тепла, низкочастотную вибрацию и электромагнитные помехи, что сильно влияет на встроенные контроллеры температуры, установленные на раме зажима или внутри корпуса.

Известно, что электронные компоненты, как и сами сухие трансформаторы, имеют конечную "тепловую жизнь". Встроенный метод установки значительно снижает срок службы и надежность контроллера. В отличие от этого, наружные контроллеры эффективно изолированы от этих суровых условий, обеспечивая лучшую защиту и долговечность.

3.Серия TTC контроллеров температуры сухих трансформаторов

JB/T 7631-94 “Термометры сопротивления для трансформаторов” — это стандарт, выпущенный Министерством машиностроения Китая в 1994 году, специально для температурных индикаторов и контроллеров, используемых с сухими трансформаторами. Он включает требования стандарта GB/T 13926-92 “Электромагнитная совместимость оборудования для измерения и управления технологическими процессами.”

Контроллеры температуры серии TTC соответствуют обновленному стандарту GB/T 17626-1998 “Электромагнитная совместимость — методы испытаний и измерений” (эквивалент IEC 61000-4:1995).

3.1 Принцип работы

3.1 Блок-схема и принципы измерения температуры (Pt100 и PTC)

Датчик температуры Pt100 работает на принципе, что его электрическое сопротивление изменяется примерно линейно с окружающей температурой. Как показано на графике сопротивления-температуры (справа), сопротивление платинового резистора Pt100 увеличивается стабильно и почти линейно по мере повышения температуры.

Контроллер температуры использует эту характеристику для непрерывного и точного контроля температуры трансформатора. Отображаемая температура выводится напрямую из измерений, выполненных датчиком Pt100.

Благодаря своей отличной повторяемости и однозначному соответствию между сопротивлением и температурой, Pt100 позволяет точное точечное измерение температуры, обычно достигая класса точности 0.5.

3.2 Обеспечение точности измерения температуры с помощью Pt100

Датчик температуры Pt100 может быть подключен в двухпроводном, трехпроводном или четырехпроводном режиме. В большинстве промышленных приложений контроля температуры используется трехпроводное соединение, поскольку оно эффективно компенсирует ошибки измерения, вызванные сопротивлением проводников.

Например: усилительная схема обычно представляет собой мост Вина. При производстве и калибровке используются перемычки для регулировки. Однако в реальной эксплуатации, когда подключаются кабели датчика, их собственное сопротивление вносит ошибки измерения. Трехпроводная конфигурация минимизирует эту ошибку, балансируя мостовую схему.

Хотя кривая зависимости сопротивления от температуры для Pt100 почти линейна, она не является идеально линейной. Для повышения точности наши контроллеры температуры разделяют кривую зависимости сопротивления от температуры Pt100 в диапазоне 0–200°C на пять сегментов. В каждом сегменте используется прямая линия для аппроксимации фактической кривой методом линейного подгона, что значительно улучшает общую точность измерений.

3.3 PTC-термистор как альтернативный датчик в контроллерах серии TTC-300

PTC (положительный температурный коэффициент) термистор — это еще один датчик температуры, используемый в наших контроллерах температуры трансформаторов серии TTC-300. PTC-термисторы изготавливаются из поликристаллических керамических материалов на основе титаната бария, легированных для достижения определенных "точек переключения" или "температуры срабатывания".

В отличие от платиновых резисторов (Pt100), PTC-термисторы демонстрируют явное нелинейное поведение: их сопротивление остается относительно стабильным при низких температурах, но резко, почти ступенчато, увеличивается, когда температура достигает предопределенного порога, известного как точка Кюри или температура срабатывания. Эта характеристика показана на кривой зависимости сопротивления от температуры ниже.

Как видно, ниже температуры срабатывания, сопротивление PTC изменяется мало с изменением температуры. Однако, когда температура приближается и превышает этот критический пункт, сопротивление резко возрастает — часто на несколько порядков.

Принцип работы температурного датчика на основе PTC заключается в обнаружении этого резкого изменения сопротивления, чтобы определить, был ли достигнут определенный порог температуры. Следовательно, PTC-датчики могут указывать только одну точку температуры — они не могут предоставлять непрерывные, полнодиапазонные измерения температуры, как Pt100.

Наши продукты используют эту характеристику включения/выключения PTC-датчиков для реализации сигналов тревоги по перегреву и защиты от перегрева трансформаторов. Для обеспечения согласованности, надежности и высокого качества продукции мы используем компоненты PTC, поставляемые компанией Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Принцип измерения температуры TC

Контроллер температуры получает сигналы температуры от датчиков PTC и Pt100 через внутренние цепи и использует логическое суждение, чтобы определить, следует ли активировать сигнал тревоги по перегреву или сигнал отключения по перегреву. Этот двойной механизм защиты эффективно предотвращает отказы в действиях или ложные срабатывания.

Температуры обмоток трансформатора (фазы A, B, C) и сердечника (D) мониторятся с помощью датчиков Pt100 и PTC. По мере изменения температуры, сопротивление этих датчиков также изменяется. Контроллер преобразует это сопротивление в сигнал напряжения, который затем обрабатывается путем фильтрации, аналого-цифрового (АЦП) преобразования и использования продвинутых алгоритмов для расчета соответствующего значения температуры.

На основании этих двух типов входных данных о температуре:

• контроллер отображает номер канала и значение текущей температуры на экране передней панели.

• одновременно применяет логические алгоритмы для сравнения измеренной температуры с заданными пользователем значениями. Если температура превышает порог, контроллер активирует соответствующие выходы — такие как запуск/остановка вентиляторов охлаждения, активация сигналов тревоги или инициирование команды отключения.

Пользователи могут настроить параметры системы, включая температуры запуска/остановки вентиляторов, пороги тревоги по перегреву сердечника и другие настройки, с помощью кнопок на передней панели.

Кроме того, система постоянно выполняет самодиагностику. В случае отказа датчика или внутренней аппаратной неисправности в контроллере температуры, он немедленно выдает звуковые и визуальные сигналы тревоги, а также сигнал неисправности, чтобы оповестить операторов.