Як контролер температури сухого трансформатора серії TTC запобігає перегріву трансформатора

1. Функція температурних контролерів трансформаторів

Сьогодні електропостачальні трансформатори в основному розподіляються на два типи: маслонаповнені і сухі трансформатори. Сухі трансформатори широко використовуються на електростанціях, підстанціях, аеропортах, залізничних коліях, інтелектуальних будівлях та житлових комплексах через їх численні переваги — такі як внутрішня безпека, вогнестійкість, відсутність забруднення, безпільний режим роботи, невеличкі втрати, мінімальне часткове випромінювання та довгий термін служби.

Основна перевага сухих трансформаторів полягає у їхньому проектованому терміні служби, який зазвичай перевищує 20 років. Чим довший термін експлуатації, тим нижча загальна вартість володіння. На практиці, безпечна робота та тривалість служби сухого трансформатора значною мірою залежать від надійності його обмоток. Однією з основних причин виходу трансформатора з ладу є вироблення ізоляції через те, що температура обмоток перевищує термічну стійкість матеріалу ізоляції.

Крім того, термін служби сухого трансформатора зазвичай обмежений його "термічним життям". Для максимальної тривалості роботи необхідно контролювати температуру обмоток за допомогою системи температурного контролю та впроваджувати своєчасні захисні заходи — такі як примусове охолодження або попереджувальні сигналі — коли це необхідно.

2. Типи температурних контролерів трансформаторів

2.1 За методом вимірювання температури: механічні проти електронних

• Механічні температурні контролери, зазвичай, є розширеннями пристроїв, які використовують маслова кульку як датчик, функціонуючи на принципі теплового розширення та скорочення. З-за своєї громіздкої маслової кульки та неудобства встановлення, вони зазвичай використовуються лише на маслонаповнених трансформаторах.

• Електронні температурні контролери використовують датчики температури, такі як резистори температурних детекторів (наприклад, Pt100, PTC) або термопари. Завдяки своїй високій технологічній вдосконаленості, всебічній функціональній спроможності, високій точності та зручності використання, електронні контролери зараз широко застосовуються як на маслонаповнених, так і на сухих трансформаторах.

2.2 За методом встановлення: вбудовані проти зовнішньо-встановлених

• Вбудовані контролери встановлюються безпосередньо на раму зажимів трансформатора (для одиниць без корпусів) або інтегруються в корпус трансформатора.

• Зовнішньо-встановлені (настінні) контролери встановлюються на стіни (для одиниць без корпусів) або прикріплюються до зовнішньої поверхні корпусу трансформатора.

При роботі сухі трансформатори виділяють значні кількості тепла, низькочастотних вібрацій та електромагнітних завад — умов, які сильно впливають на вбудовані температурні контролери, встановлені на рамах зажимів або всередині корпусів.

Відомо, що електронні компоненти, подібно до самих сухих трансформаторів, мають обмежене "термічне життя". Вбудований метод встановлення значно зменшує термін служби та надійність контролера. Натомість, зовнішньо-встановлені контролери ефективно ізольовані від цього складного середовища, забезпечуючи кращу захисту та тривалість.

3. TTC Серія температурних контролерів для сухих трансформаторів

JB/T 7631-94 “Термометри опору для трансформаторів” — це стандарт, виданий Державним комітетом по машинобудуванню Китаю у 1994 році, спеціально для індикаторів та контролерів температури, використовуваних з сухими трансформаторами. У нього включені вимоги з GB/T 13926-92 “Електромагнітна сумісність для обладнання вимірювального та керуючого процесу”.

Контролери температури серії TTC відповідають оновленому стандарту GB/T 17626-1998 “Електромагнітна сумісність — Методи випробувань та вимірювань” (еквівалент IEC 61000-4:1995).

3.1 Принцип роботи

3.1 Блок-схема та принципи вимірювання температури (Pt100 та PTC)

Датчик температури Pt100 працює на принципі, що його електричний опір змінюється приблизно лінійно з температурою оточуючого середовища. Як показано на графіку опору-температури (праворуч), опір платинового резистора Pt100 зростає стабільно та майже лінійно з підвищенням температури.

Температурний контролер використовує цю характеристику для надання безперервного, точного контролю температури трансформатора. Показник температури відображається безпосередньо на основі вимірювань, здійснених датчиком Pt100.

Завдяки своїй відмінній повторюваності та однозначній відповідності між опором та температурою, Pt100 дозволяє точне точкове вимірювання температури, зазвичай досягаючи класу точності 0.5.

3.2 Забезпечення точності вимірювання температури Pt100

Датчик температури Pt100 може бути підключений у двопровідній, трипровідній або чотирьохпровідній конфігурації. У більшості промислових застосувань для контролю температури використовується трипровідне підключення, оскільки воно ефективно компенсує помилки вимірювання, викликані опором провідних дротов.

Наприклад: усилювальний контур зазвичай є містом Вітстона. При виробництві та калібруванні використовуються короткозамкнення для налаштування. Але в реальній роботі, коли підключено датчикові кабелі, їх внутрішній опір вводить помилки вимірювання. Трипровідна конфігурація мінімізує цю помилку, збалансувавши контур місту.

Хоча крива опору-температури Pt100 майже лінійна, вона не є абсолютно лінійною. Для підвищення точності наші контролери температури розбивають криву опору-температури Pt100 у діапазоні 0–200°C на п'ять сегментів. У кожному сегменті для наближення реальної кривої використовується пряма лінія через лінійне наближення, що значно покращує загальну точність вимірювань.

3.3 PTC термістор як альтернативний датчик у контролерах серії TTC-300

PTC (з додатним коефіцієнтом температури) термістор — це інший датчик температури, використовуваний у наших контролерах температури трансформаторів серії TTC-300. PTC термістори виготовляються з полікристалічних керамічних матеріалів на основі титанату барію, доповнених для досягнення специфічних "тригерних" або "перемикальних" температур.

На відміну від платинових резисторів (Pt100), PTC термістори мають виражену нелінійну поведінку: їхня опір залишається відносно стабільною при нижчих температурах, але при досягненні певного передвизначеного порогу — відомого як точка Курі або діюча температура — відбувається гостре, майже ступінчасте збільшення. Ця характеристика показана на кривій опору-температури нижче.

Як показано, нижче діючої температури, опір PTC мало змінюється з температурою. Однак, коли температура підходить і перевищує цю критичну точку, опір стрімко зростає — часто на декілька порядків величини.

Принцип роботи PTC-основаного виявлення температури полягає у виявленні цієї гострої зміни опору для визначення, чи було досягнуто певної температурної точки. В результаті, PTC датчики можуть вказувати лише одну температурну точку — вони не можуть надавати безперервні, повні вимірювання температури на всьому діапазоні, як Pt100.

Наші продукти використовують цю характеристику включення/виключення PTC датчиків для реалізації сигналів тривоги про перевищення температури та захисту від перевищення температури для трансформаторів. Для забезпечення консистентності, надійності та високої якості продуктів, ми використовуємо компоненти PTC, походження Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Принцип виявлення температури TC

Контролер температури отримує сигнали температури від датчиків PTC та Pt100 через внутрішню електроніку та використовує логічні судження для визначення, чи слід активувати сигнал тривоги про перевищення температури або сигнал виключення через перевищення температури. Цей подвійний механізм захисту ефективно запобігає невдалостям в дії або хибному виключенню.

Температури обмоток трансформатора (Фази A, B, C) та ядра (D) відстежуються за допомогою датчиків Pt100 та PTC. Зміна температури відповідно змінює опір цих датчиків. Контролер перетворює цей опір на напругу, яка потім обробляється через фільтрування, аналогово-цифрове (А/Ц) перетворення та розрахунок відповідної температури за допомогою продвинутих алгоритмів.

На основі цих двох типів вхідних даних температури:

• Контролер відображає номер каналу та фактичну температуру на екрані передньої панелі.

• Одночасно він використовує логічні алгоритми для порівняння виміряної температури з користувацькими налаштуваними точками. Якщо температура перевищує поріг, контролер активує відповідні виходи — такі як запуск/зупинка вентиляторів охолодження, активування сигналів тривоги або ініціювання команди виключення.

Користувачі можуть налаштовувати параметри системи — включаючи температури запуску/зупинки вентиляторів, пороги тривоги про перевищення температури ядра та інші налаштування — за допомогою кнопок на передній панелі.

Додатково, система постійно виконує самодіагностику. У разі виникнення аварії датчика або внутрішньої апаратної аварії в контролері температури, він негайно виділяє аудіальний та візуальний сигнал тривоги разом з сигналом аварії для попередження операторів.