Rõhu, takistuse ja kiudoptiliste termomeetrite mõistmine

Usaldusväärne töö Õliga sukeldatud trafo sõltub suuresti selle sisemise isolatsiooniõli stabiilsusest ja mähise temperatuuridest. Ülekuumenemine on isolatsiooni kiirenenud vananemise, jõudluse halvenemise ja lõpuks ka rikete peamine põhjus. Seetõttu on temperatuuri jälgimine trafo käitamise ja hooldamise üks olulisemaid ja kriitilisemaid aspekte. Traditsioonilistest mehaanilistest näidikutest kuni tänapäevaste intelligentsete fiiberoptiliste süsteemideni on termomeetrite arendamise ajalugu trafo jälgimistehnoloogia areng passiivsest vaatlusest aktiivse varajase hoiatamiseni.

 

See artikkel annab süstemaatilise ülevaate õlivanniga trafodel kasutatavatest levinumatest termomeetritest ning annab põhjaliku analüüsi nende tööpõhimõtete ja rakendusvõimaluste kohta.

 

1. peatükk: Termomeetrite "sugupuu" – kolme peamise tüübi üksikasjalik ülevaade

Mõõtmispõhimõtete ja paigalduskoha põhjal jagatakse õlivanniga trafode termomeetrid peamiselt kolme kategooriasse. Koos moodustavad nad kolmemõõtmelise jälgimisvõrgu õli ülemisest temperatuurist kuni mähise kuumkohtadeni.

 

1. Rõhutüüpi termomeeter (kaugloetav termomeeter)

Tööpõhimõte: See on klassikaline mehaaniline instrument, mis põhineb soojuspaisumisel/kokkutõmbumisel ja vedeliku/gaasi rõhuülekandel. Süsteem koosneb kolmest osast:

 

Temperatuuriandur (andur): sisestatakse trafopaagi ülaosas olevasse õlisse ja täidetakse temperatuuritundliku keskkonnaga (nt vedelik, gaas või madala keemistemperatuuriga vedelik).

 

Kapillaartoru: pikk ja õhuke metalltoru, mis ühendab pirni manomeetripeaga ning on täidetud rõhku edastava keskkonnaga.

 

Mõõtepea (indikaator): Paigaldatakse trafo paagi seinale või juhtkilbile, potentsiaalselt meetrite kaugusele pirnist. Selle südamik on Bourdoni toru – kõver, elastne metalltoru. Kui pirn kuumeneb, kandub siserõhu muutus kapillaari kaudu Bourdoni torusse, põhjustades selle deformeerumise. See deformatsioon liigutab osutit läbi hoovastiku mehhanismi, mis kuvab temperatuuri.

 

Peamised omadused:

 

Puhtmehaaniline, ei vaja välist toidet, suurepärane elektromagnetiliste häirete immuunsus, väga kõrge töökindlus.

 

Mõõtepead saab mugavaks kohapealseks lugemiseks eemalt paigaldada.

 

Tavaliselt varustatud 1-2 reguleeritava kontaktiga ülekuumenemise alarmi ja väljalülitusfunktsioonide jaoks.

 

Täpsus ja reageerimiskiirus on elektrooniliste tüüpidega võrreldes suhteliselt aeglasemad ning kapillaartoru on mehaaniliste kahjustuste suhtes vastuvõtlik.

 

Tüüpiline rakendus: Peamine õlitemperatuuri jälgimis- ja häireseade, mis on peaaegu standardne funktsioon kõigil õlivanniga trafodel.

 

2. Takistustemperatuuri detektor (RTD, nt PT100)

Tööpõhimõte: Põhineb omadusel, et juhi takistus muutub temperatuuriga. Kõige levinum andur on plaatinast takistustermomeeter, mille PT100 tähistab 100 oomi takistust temperatuuril 0 °C. Selle takistus muutub temperatuuriga täpselt ja lineaarselt.

 

Süsteemi komponendid:

 

Plaatina RTD-sond: Paigaldatakse trafo ülaosas asuvasse termomeetri süvendisse, kastetakse õli sisse.

 

Mõõtesild ja saatja: Sageli integreeritud intelligentse juhtseadmesse. Täpne vooluring mõõdab PT100 takistust ja teisendab selle standardseks 4–20 mA voolusignaaliks või digitaalsignaaliks.

 

Peamised omadused:

 

Suur mõõtmistäpsus, signaale saab edastada pikkade vahemaade taha, hea mürakindlus.

 

Väljund on standardne elektriline signaal, mis on hõlpsasti integreeritav automatiseerimisplatvormidega nagu SCADA (supervisory Control and Data Acquisition) ja DCS (Distributed Control Systems) kaugjuhtimise ja tsentraliseeritud jälgimise jaoks.

 

Sageli paigaldatakse rõhutüüpi termomeetri kõrvale, toimides varu- või suurema täpsusega vahendina õli temperatuuri kaugseireks ja logimiseks.

 

Tüüpiline rakendus: Kasutatakse õli ülemise osa temperatuuri kaugedastuseks ja digitaalseks jälgimiseks, mis on tänapäevaste automatiseeritud ja järelevalveta alajaamade nurgakivi.

 

3. Kiudoptilise mähise temperatuuri mõõtmise süsteem (kõige kaasaegsem otsene "kuuma punkti" mõõtmine)

Tööpõhimõte: See on praegu kõige otsesem ja arenenum mähise temperatuuri jälgimise tehnoloogia. See põhineb kiud-Bragi võrede füüsikal.

 

Kiud-Bragg-võre (FBG) andur: Murdumisnäitaja (võre) perioodiline muutus kirjutatakse laseri abil spetsiaalse optilise kiu segmenti. Selle peamine omadus: kindla lainepikkusega (Bragg-lainepikkusega) valgus peegeldub ja see peegeldunud lainepikkus nihkub lineaarselt temperatuuri (või pinge) muutustega võre asukohas.

 

Mõõtmisprotsess: Painduv fiiberoptiline kaabel, millesse on integreeritud mitu FBG-andurit, paigaldatakse trafo tootmise ajal ennustatud kuumimatesse kohtadesse kõrgepinge mähiste isolatsioonikihtide vahele. Süsteem kiirgab lairiba valgust ja analüüsides igalt võrelt peegelduvat spetsiifilist lainepikkust, saab see täpselt ja reaalajas saada absoluutse temperatuuri mähise erinevates punktides.

 

Peamised omadused:

 

Mähise kuuma punkti temperatuuri otsene mõõtmine, mitte kaudne hindamine. Andmed on kõige autentsemad ja usaldusväärsemad.

 

Sisemiselt ohutu: optiline kiud on valmistatud ränidioksiidist, isoleeriv, kõrgepingekindel ja elektromagnetiliste häirete suhtes immuunne, töötades stabiilselt tugevates elektromagnetväljades.

 

Hajutatud mõõtmine: üks kiud võib majutada kümneid anduripunkte, mis võimaldab mähise täielikku termilist kaarti.

 

Trafo "dünaamilise reitingu" ja eluea hindamise võtmeelement.

 

Tüüpiline rakendus: Suured, kriitilised trafod (nt EHV, konvertertrafod), nutikad alajaamad, mis vajavad koormusvõime haldamist.

 

2. peatükk: Põhikontseptsiooni selgitus – õli ülemise osa temperatuur vs. mähise temperatuur

See on oluline mõiste ja termomeetrite tüüpide valiku lähtepunkt.

 

Õli ülemise osa temperatuur: Mõõdab õli temperatuuri paagi ülaosas. See peegeldab trafo üldist termilist koormust, kuid sellel on termiline viivitus. Koormuse muutumisel muutub kõige kiiremini mähise temperatuur, millele järgneb õli temperatuur. Seda mõõdavad rõhu- ja RTD-termomeetrid.

 

Mähise kuumpunkti temperatuur: viitab kogu trafo kuumimale punktile, mis asub tavaliselt madalpinge mähise ülemises osas. See on kõige olulisem parameeter, mis määrab isolatsiooni vananemiskiiruse ja koormustaluvuse. Traditsioonilised meetodid ei saa seda otse mõõta, selle asemel tuginevad mähise temperatuuri indikaatorile (WTI), mis simuleerib/hindab seda, kasutades "õli pealmise temperatuuri + voolu korrektsiooni". Kiudoptiline mõõtmine on ainus tehnoloogia, mis suudab seda otse ja täpselt mõõta.