Cách mà bộ điều khiển nhiệt độ biến áp khô series TTC ngăn chặn quá nhiệt của biến áp

1. Chức năng của bộ điều khiển nhiệt độ biến áp

Hiện nay, biến áp điện được phân thành hai loại chính: biến áp ngâm dầu và biến áp khô. Biến áp khô được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, trạm biến áp, sân bay, đường sắt, tòa nhà thông minh và cộng đồng dân cư thông minh do có nhiều ưu điểm như an toàn tự nhiên, chống cháy, không gây ô nhiễm, không cần bảo dưỡng, tổn hao thấp, xả điện cục bộ tối thiểu và tuổi thọ dài.

Một lợi thế quan trọng của biến áp khô là tuổi thọ thiết kế thường vượt quá 20 năm. Tuổi thọ hoạt động càng dài, tổng chi phí sở hữu càng thấp. Trong thực tế, việc vận hành an toàn và tuổi thọ của biến áp khô chủ yếu phụ thuộc vào độ tin cậy của cuộn dây. Một trong những nguyên nhân chính gây hỏng hóc biến áp là do chất cách điện bị suy giảm do nhiệt độ cuộn dây vượt quá giới hạn chịu nhiệt của vật liệu cách điện.

Ngoài ra, tuổi thọ của biến áp khô thường bị giới hạn bởi "tuổi thọ nhiệt". Để tối đa hóa tuổi thọ hoạt động, rất cần thiết phải theo dõi nhiệt độ cuộn dây bằng hệ thống điều khiển nhiệt độ và thực hiện các biện pháp bảo vệ kịp thời—như làm mát ép buộc hoặc cảnh báo—khi cần thiết.

2. Loại bộ điều khiển nhiệt độ biến áp

2.1 Theo phương pháp cảm biến nhiệt: Cơ khí so với Điện tử

• Bộ điều khiển nhiệt độ cơ khí thường là các thiết bị dạng nở sử dụng bóng chứa dầu làm phần cảm biến, hoạt động dựa trên nguyên lý nở và co lại do nhiệt. Do kích thước lớn của bóng chứa dầu và việc lắp đặt bất tiện, chúng thường chỉ được sử dụng cho biến áp ngâm dầu.

• Bộ điều khiển nhiệt độ điện tử sử dụng các cảm biến nhiệt như cảm biến điện trở (ví dụ: Pt100, PTC) hoặc cặp nhiệt điện. Nhờ công nghệ tiên tiến, chức năng toàn diện, độ chính xác cao và dễ sử dụng, các bộ điều khiển điện tử hiện được áp dụng rộng rãi cả cho biến áp ngâm dầu và biến áp khô.

2.2 Theo phương pháp lắp đặt: Nhúng so với treo bên ngoài

• Bộ điều khiển nhúng được gắn trực tiếp lên khung kẹp biến áp (đối với các đơn vị không có vỏ) hoặc tích hợp vào vỏ biến áp.

• Bộ điều khiển treo bên ngoài (treo tường) được lắp đặt trên tường (đối với các đơn vị không có vỏ) hoặc dán vào bề mặt bên ngoài của vỏ biến áp.

Biến áp khô tạo ra nhiệt lượng lớn, rung động tần số thấp và nhiễu điện từ trong quá trình hoạt động—điều kiện này ảnh hưởng nghiêm trọng đến các bộ điều khiển nhiệt độ nhúng được lắp đặt trên khung kẹp hoặc trong vỏ.

Được biết rằng các linh kiện điện tử, giống như biến áp khô, có "tuổi thọ nhiệt" nhất định. Phương pháp lắp đặt nhúng làm giảm đáng kể tuổi thọ và độ tin cậy của bộ điều khiển. Ngược lại, các bộ điều khiển treo bên ngoài được cách ly hiệu quả khỏi môi trường khắc nghiệt, đảm bảo bảo vệ tốt hơn và tuổi thọ lâu hơn.

3. Bộ điều khiển nhiệt độ biến áp khô TTC Series

JB/T 7631-94 “Cảm biến nhiệt điện trở cho biến áp” là tiêu chuẩn được ban hành bởi Bộ Công nghiệp Cơ khí Trung Quốc năm 1994, cụ thể cho các chỉ báo và bộ điều khiển nhiệt độ dùng cho biến áp khô. Nó bao gồm các yêu cầu từ GB/T 13926-92 “Khả năng tương thích điện từ cho thiết bị đo lường và điều khiển quy trình công nghiệp.”

Dòng bộ điều khiển nhiệt độ TTC tuân thủ tiêu chuẩn cập nhật GB/T 17626-1998 “Khả năng tương thích điện từ – Phương pháp thử nghiệm và kỹ thuật đo lường” (tương đương IEC 61000-4:1995).

3.1 Nguyên lý hoạt động

3.1 Sơ đồ khối mạch & Nguyên lý cảm biến nhiệt (Pt100 và PTC)

Cảm biến nhiệt độ Pt100 hoạt động dựa trên nguyên lý rằng điện trở của nó thay đổi gần như tuyến tính theo nhiệt độ môi trường. Như được thể hiện trong đường cong điện trở-nhiệt độ (bên phải), điện trở của cảm biến Pt100 tăng ổn định và gần như tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên.

Bộ điều khiển nhiệt độ tận dụng đặc tính này để cung cấp giám sát nhiệt độ liên tục và chính xác cho biến áp. Giá trị nhiệt độ hiển thị được lấy trực tiếp từ các phép đo của cảm biến Pt100.

Do khả năng tái lập xuất sắc và mối tương ứng một-một giữa điện trở và nhiệt độ, Pt100 cho phép đo nhiệt độ chính xác từng điểm, thường đạt được độ chính xác lớp 0.5.

3.2 Đảm bảo độ chính xác đo nhiệt độ của Pt100

Cảm biến nhiệt độ Pt100 có thể được đấu dây theo cấu hình hai dây, ba dây hoặc bốn dây. Trong hầu hết các ứng dụng kiểm soát nhiệt độ công nghiệp, kết nối ba dây được sử dụng vì nó bù đắp hiệu quả cho lỗi đo do điện trở của dây dẫn.

Ví dụ: mạch khuếch đại thường là cầu Wheatstone. Trong quá trình sản xuất và hiệu chỉnh, các cầu nối ngắn được sử dụng để điều chỉnh. Tuy nhiên, trong hoạt động thực tế, khi các dây cảm biến được kết nối, điện trở cố hữu của chúng gây ra lỗi đo. Cấu hình ba dây giảm thiểu lỗi này bằng cách cân bằng mạch cầu.

Mặc dù đường cong điện trở-nhiệt độ của Pt100 gần như tuyến tính, nhưng nó không hoàn toàn tuyến tính. Để tăng cường độ chính xác, các bộ điều khiển nhiệt độ của chúng tôi chia đường cong điện trở-nhiệt độ Pt100 từ 0-200°C thành năm đoạn. Trong mỗi đoạn, một đường thẳng được sử dụng để xấp xỉ đường cong thực tế thông qua việc khớp tuyến tính, cải thiện đáng kể độ chính xác tổng thể của phép đo.

3.3 Thermistor PTC làm cảm biến thay thế trong bộ điều khiển TTC-300 Series

Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient) là một cảm biến nhiệt độ khác được sử dụng trong bộ điều khiển nhiệt độ biến áp TTC-300 series của chúng tôi. Thermistor PTC được làm từ vật liệu gốm đa tinh thể dựa trên titan barium, được pha tạp để đạt được "điểm chuyển" hoặc "điểm chuyển mạch" cụ thể.

Không giống như điện trở platin (Pt100), thermistor PTC thể hiện hành vi phi tuyến rõ rệt: điện trở của chúng tương đối ổn định ở nhiệt độ thấp nhưng tăng đột ngột, gần như theo từng bước, khi nhiệt độ đạt đến ngưỡng đã định - được gọi là điểm Curie hoặc nhiệt độ tác động. Đặc điểm này được minh họa trong đường cong điện trở-nhiệt độ dưới đây.

Như được thể hiện, dưới nhiệt độ tác động, điện trở PTC ít thay đổi theo nhiệt độ. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tiếp cận và vượt quá điểm tới hạn này, điện trở tăng mạnh - thường là nhiều bậc số.

Nguyên tắc hoạt động của việc phát hiện nhiệt độ dựa trên PTC là phát hiện sự thay đổi đột ngột về điện trở để xác định xem ngưỡng nhiệt độ cụ thể có được đạt hay không. Do đó, các cảm biến PTC chỉ có thể chỉ báo một điểm nhiệt độ duy nhất - chúng không thể cung cấp các phép đo nhiệt độ liên tục, toàn dải như Pt100.

Các sản phẩm của chúng tôi tận dụng đặc tính bật/tắt của cảm biến PTC để triển khai cảnh báo quá nhiệt và bảo vệ cắt máy cho biến áp. Để đảm bảo tính nhất quán, độ tin cậy và chất lượng cao của sản phẩm, chúng tôi sử dụng các linh kiện PTC từ Siemens–Matsushita Electronic Components Co., Ltd.

3.4 Nguyên lý Phát hiện Nhiệt độ TC

Bộ điều khiển nhiệt độ thu tín hiệu nhiệt độ từ cả cảm biến PTC và Pt100 thông qua mạch nội bộ và sử dụng phán đoán logic để quyết định xem có kích hoạt cảnh báo quá nhiệt hay tín hiệu cắt máy quá nhiệt hay không. Cơ chế bảo vệ kép này hiệu quả ngăn ngừa sự cố không hành động hoặc kích hoạt sai.

Nhiệt độ của cuộn dây biến áp (Pha A, B, C) và lõi (D) được theo dõi bằng cảm biến Pt100 và PTC. Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của các cảm biến cũng thay đổi theo. Bộ điều khiển chuyển đổi điện trở này thành tín hiệu điện áp, sau đó được xử lý thông qua lọc, chuyển đổi tương tự-đigital (A/D) và các thuật toán tiên tiến để tính toán giá trị nhiệt độ tương ứng.

Dựa trên hai loại đầu vào nhiệt độ này:

• Bộ điều khiển hiển thị số kênh và giá trị nhiệt độ thời gian thực trên màn hình mặt trước.

• Đồng thời, nó áp dụng các thuật toán logic để so sánh nhiệt độ đo được với các ngưỡng đặt trước bởi người dùng. Nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng, bộ điều khiển kích hoạt các đầu ra phù hợp - như khởi động/dừng quạt làm mát, kích hoạt cảnh báo, hoặc bắt đầu lệnh cắt máy.

Người dùng có thể cấu hình các tham số hệ thống - bao gồm nhiệt độ khởi động/dừng quạt, ngưỡng cảnh báo quá nhiệt lõi, và các cài đặt khác - thông qua các nút trên mặt trước.

Ngoài ra, hệ thống liên tục thực hiện tự chẩn đoán. Trong trường hợp xảy ra lỗi cảm biến hoặc lỗi phần cứng nội bộ trong bộ điều khiển nhiệt độ, nó sẽ ngay lập tức phát ra cảnh báo âm thanh và hình ảnh cùng với tín hiệu lỗi để cảnh báo người vận hành.