Kako temperature regulator suhe transformatorje serije TTC preprečuje preseganje temperature transformatorja

1. Funkcija nadzornikov temperature transformatorjev

Danes so električni transformatorji predvsem razdeljeni na dva tipa: mazninske in suhe transformatorje. Suhi transformatorji so široko uporabljeni v elektrarnah, pretvorovalnah, letališčih, železnikih, pametnih stavbah in pametnih naseljih zaradi svojih veliko prednosti – kot so notranja varnost, odpornost na požar, ničelna onesnaženost, brez vzdrževanja, nizka izguba, minimalna delna razsevanja in dolga življenjska doba.

Eden izmed ključnih prednosti suhih transformatorjev je njihova oblikovna življenjska doba, ki je običajno dlje od 20 let. Doljša operativna življenjska doba pomeni tudi nižje skupne lastniške stroške. V praksi je varna operacija in dolžina življenjske dobe suhega transformatorja večinoma odvisna od zanesljivosti ovijal. Eden izmed glavnih vzrokov zavarovanja transformatorja je degradacija izolacije zaradi preseganja toplinskega obvladovanja materiala izolacije.

Prav tako je življenjska doba suhega transformatorja običajno omejena s svojo "toplinsko življenjsko dobo". Za maksimalno operativno življenjsko dobo je ključno spremljanje temperature ovijal z sistemom nadzora temperature in uvedba pravočasnih zaščitnih ukrepov – kot so prisilno hlajenje ali alarmne opozorila – ko je potrebno.

2. Vrste nadzornikov temperature transformatorjev

2.1 Po metodi merjenja temperature: Mehanski vs. Elektronski

• Mehanski nadzorniki temperature so običajno razširjalni napravi, ki uporabljajo maznino polnilo kot element za čut, ki deluje na principu toplinske razširjanosti in stiskanosti. Oziroma zaradi njihove grube maznine in neugodne namestitve so običajno uporabljeni le na mazninah transformatorjev.

• Elektronski nadzorniki temperature uporabljajo senzorji temperature, kot so upori toplinskega omrežja (npr. Pt100, PTC) ali termopari. Zaradi njihove visoke tehnološke sofisticiranosti, celostne funkcionalnosti, visoke točnosti in uporabniku prijazne operacije so elektronski nadzorniki zdaj široko uporabljeni tako v mazninah kot tudi suhih transformatorjih.

2.2 Po metodi namestitve: Vgrajeni vs. Zunanji montažni

• Vgrajeni nadzorniki so neposredno nameščeni na oklep transformatorja (za enote brez kupe) ali integrirani v kupe transformatorja.

• Zunanji montažni (stenski) nadzorniki so nameščeni na stene (za enote brez kupe) ali pripenjeni na zunanjo površino kupe transformatorja.

Suhi transformatorji med delovanjem ustvarjajo pomembno toploto, nizko frekvenco vibracije in elektromagnetsko motnjo – pogoji, ki hudo vplivajo na vgrajene nadzornike temperature, nameščene na oklepu ali znotraj kupe.

Je znano, da elektronski komponenti, podobno samim suhim transformatorjem, imajo omejeno "toplinsko življenjsko dobo". Metoda vgradnje zelo zmanjša življenjska leta in zanesljivost nadzornika. Na drugi strani pa zunanji montažni nadzorniki učinkovito izolirajo ta zahtevno okolje, kar zagotavlja boljša zaščita in dolžina življenjske dobe.

3. TTC serija suhih transformatorjev Nadzornik Temperature

JB/T 7631-94 “Upori toplinskega omrežja za transformatorje” je standard, ki ga je izdal Ministrstvo za mehanizem Kitajske leta 1994, specifično za kazalnike temperature in nadzornike, uporabljene s suhim transformatorjem. Vključuje zahteve iz GB/T 13926-92 “Elektromagnetska združljivost za industrijska procesna merilna in krmilna oprema.”

TTC serija nadzornikov temperature se ujema z posodobljenim standardom GB/T 17626-1998 “Elektromagnetska združljivost – Testiranje in merilne tehnike” (ekvivalent IEC 61000-4:1995).

3.1 Delovni način

3.1 Shema obvodov & Principi merjenja temperature (Pt100 in PTC)

Senzor temperature Pt100 deluje na principu, da se njegova električna upornost približno linearno spreminja s temperaturo okolja. Kot je prikazano na krivulji upornosti-temperature (desno), upornost platinovog upora Pt100 se povezuje stabilno in skoraj linearno z rastjo temperature.

Nadzornik temperature izkoristite ta značilnost za kontinuirno in točno spremljanje temperature transformatorja. Prikazana vrednost temperature je neposredno izmerjena s senzorjem Pt100.

Owing to its excellent repeatability and one-to-one correspondence between resistance and temperature, the Pt100 enables precise point-by-point temperature measurement, typically achieving an accuracy class of 0.5.

3.2 Zagotavljanje točnosti merjenja temperature Pt100

Senzor temperature Pt100 lahko poveže dvovodno, trovodno ali štirivodno konfiguracijo. V večini industrijskih aplikacij za nadzor temperature se uporablja trovodna povezava, ker učinkovito kompenzira merilne napake, ki jih povzroči upornost vodnikov.

Na primer: pojačevalni obvod je običajno Wheatstoneov most. Med izdelavo in kalibracijo se uporabljajo kračenja za prilagoditev. Vendar v realnem delovanju, ko se povežejo kabeli senzorja, njihova intrinzična upornost vneseta merilne napake. Trovodna konfiguracija zmanjša te napake z uravnoteženim obvodom mosta.

Čeprav je Pt100 odziv upornosti na temperaturo skoraj linearen, ni popolnoma linearen. Za izboljšanje natančnosti naši temperaturni regulaterji razdelijo krivuljo upornosti-temperature Pt100 v območju 0–200°C na pet segmentov. V vsakem segmentu se za aproksimacijo dejanske krivulje z linearno prileganjem uporablja premica, kar znatno izboljša celotno meritveno natančnost.

3.3 PTC termistor kot nadomestni senzor v regulatorjih temperature TTC-300 series

PTC (Positive Temperature Coefficient) termistor je drug senzor temperature, ki se uporablja v naših regulatorjih temperature transformatorjev TTC-300 series. PTC termistorji so izdelani iz polikristalnih keramičnih materialov na osnovi titanata barija, dopiranih za dosego specifičnih "preklopnih" ali "premikajočih" temperatur.

Razlikujejo se od platinastih upornikov (Pt100), saj PTC termistorji prikazujejo očitno nelinearno obnašanje: njihova upornost ostane relativno stabilna pri nižjih temperaturah, vendar se ob doseganju preddefiniranega pragovne temperature – znano tudi kot Curieva točka ali dejanjska temperatura – poveča ostrih, skoraj stoparskih sprememb.

Kot je prikazano, pod dejanjsko temperaturo se PTC upornost zelo malo spreminja z temperaturo. Ko pa temperatura pristane in preseže ta kritičen prag, upornost dramatično naraste – pogosto za več redov velikosti.

Načelo delovanja merjenja temperature z PTC je, da zazna to nenadno spremembo upornosti, da bi določil, ali je bil dosežen določen prag temperature. Torej, PTC senzorji lahko kažejo le eno temperaturno točko – ne morejo zagotoviti zveznih, celotno območje pokrivajočih meritev temperature, kot Pt100.

Naši izdelki izkoriščajo to karakteristično on/off lastnost PTC senzorjev za implementacijo alarmov za prekomerno temperaturo in zaščitne mehanizme za preklop transformatorjev. Za zagotavljanje konzistentnosti, zanesljivosti in visoke kakovosti izdelkov uporabljamo PTC komponente, dobavljene od Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Načelo merjenja temperature s TC

Regulator temperature pridobiva signale temperature z obema PTC in Pt100 senzorjema preko notranje elektronske vezave in z logičnim presojanjem določi, ali naj aktivira alarm za prekomerno temperaturo ali signal za preklop zaradi prekomerne temperature. Ta dvodelni zaščitni sistem učinkovito preprečuje neprimerno dejanje ali lažne sprožitve.

Temperature ovitel transformatorja (faze A, B, C) in jedra (D) se nadzoruje z Pt100 in PTC senzorji. Ko se temperatura spreminja, se spremeni tudi upornost teh senzorjev. Regulator pretvori to upornost v napetostni signal, ki se nato obdelava z filtriranjem, analogno-digitalno (A/D) pretvorbo in naprednimi algoritmi, da se izračuna ustrezna vrednost temperature.

Na podlagi teh dveh vrst vhodov temperature:

• Regulator prikazuje številko kanala in trenutno vrednost temperature na zaslonu na fronti.

• Hkrati uporablja logične algoritme za primerjavo meritve temperature z uporabnikom definiranimi pragovnimi vrednostmi. Če temperatura preseže prag, regulator aktivira ustrezne izhode – kot na primer, vklop/izklop hladilnih ventilatorjev, sprožitev alarmov ali začnitev ukaza za preklop.

Uporabniki lahko konfigurirajo parametre sistema – vključno z temperaturami vklopa/izklopa ventilatorjev, pragovi za alarm prekomerne temperature jedra in druge nastavitve – preko gumbov na fronti.

Dodatno sistem neprekinjeno izvaja samodiagnostiko. V primeru, da pride do odpovedi senzorja ali notranje strojne napake v regulatorju temperature, takoj izdaja zvočne in vizualne alarime skupaj z signalom za napako, da opozori operatorje.