Inzicht in druk, weerstand en glasvezelthermometers

De betrouwbare werking van een Oliegekoelde transformator De werking van een transformator hangt grotendeels af van de stabiliteit van de interne isolatieolie en de temperatuur van de wikkelingen. Oververhitting is een belangrijke oorzaak van versnelde veroudering van de isolatie, prestatievermindering en uiteindelijk storingen. Temperatuurbewaking is daarom een ​​van de meest fundamentele en cruciale aspecten van de werking en het onderhoud van transformatoren. Van traditionele mechanische meters tot moderne intelligente glasvezelsystemen: de ontwikkeling van thermometers is een evolutie van de transformatorbewakingstechnologie, van passieve observatie naar actieve vroegtijdige waarschuwing.

 

Dit artikel geeft een systematisch overzicht van de meest voorkomende soorten thermometers die worden gebruikt bij oliegekoelde transformatoren en biedt een diepgaande analyse van hun werkingsprincipes en toepassingsscenario's.

 

Hoofdstuk 1: De "stamboom" van thermometers – Een gedetailleerde blik op de drie belangrijkste typen

Op basis van meetprincipes en installatielocatie worden thermometers voor oliegekoelde transformatoren hoofdzakelijk in de volgende drie categorieën ingedeeld. Samen vormen ze een driedimensionaal bewakingsnetwerk, van de temperatuur van de olie aan de bovenzijde tot de hete plekken in de wikkelingen.

 

1. Drukthermometer (thermometer met aflezing op afstand)

Werkingsprincipe: Dit is een klassiek mechanisch instrument gebaseerd op thermische uitzetting/krimp en drukoverdracht van vloeistof/gas. Het systeem bestaat uit drie onderdelen:

 

Temperatuursensor: Deze wordt in de olie bovenin de transformatortank geplaatst en is gevuld met een temperatuurgevoelig medium (bijvoorbeeld een vloeistof, gas of vloeistof met een laag kookpunt).

 

Capillaire buis: Een lange, dunne metalen buis die de bol met de manometerkop verbindt en gevuld is met een drukoverbrengend medium.

 

Manometerkop (indicator): Gemonteerd op de wand van de transformatortank of de schakelkast, mogelijk meters verwijderd van de lamp. De kern ervan is een Bourdonbuis – een gebogen, elastische metalen buis. Wanneer de lamp opwarmt, wordt de interne drukverandering via de capillaire buis overgebracht op de Bourdonbuis, waardoor deze vervormt. Deze vervorming beweegt een wijzer via een mechanisme, die de temperatuur aangeeft.

 

Belangrijkste kenmerken:

 

Puur mechanisch, vereist geen externe stroomvoorziening, uitstekende immuniteit voor elektromagnetische interferentie, zeer hoge betrouwbaarheid.

 

De meterkop kan op afstand worden gemonteerd voor gemakkelijke aflezing ter plaatse.

 

Doorgaans voorzien van 1-2 instelbare contacten voor oververhittingsalarm en uitschakelfuncties.

 

De nauwkeurigheid en reactiesnelheid zijn relatief lager in vergelijking met elektronische varianten, en de capillaire buis is gevoelig voor mechanische beschadiging.

 

Typische toepassing: Het primaire bewakings- en alarmsysteem voor de temperatuur van de bovenste olielaag, een bijna standaardfunctie op alle oliegekoelde transformatoren.

 

2. Weerstandstemperatuurdetector (RTD, bijvoorbeeld PT100)

Werkingsprincipe: Gebaseerd op de eigenschap dat de weerstand van een geleider verandert met de temperatuur. Het meest gebruikte meetelement is een platina weerstandsthermometer, waarbij PT100 een weerstand van 100 ohm bij 0 °C aangeeft. De weerstand verandert nauwkeurig en lineair met de temperatuur.

 

Systeemcomponenten:

 

Platina RTD-sonde: Geïnstalleerd in een thermometerputje bovenin de transformator, ondergedompeld in olie.

 

Meetbrug en zender: Vaak geïntegreerd in een intelligente besturingseenheid. Nauwkeurige schakelingen meten de weerstand van de PT100 en zetten deze om in een standaard 4-20mA stroomsignaal of digitaal signaal.

 

Belangrijkste kenmerken:

 

Hoge meetnauwkeurigheid, signalen kunnen over lange afstanden worden verzonden, goede ruisimmuniteit.

 

De output is een standaard elektrisch signaal, dat eenvoudig kan worden geïntegreerd met automatiseringsplatformen zoals SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) en DCS (Distributed Control Systems) voor gecentraliseerde bewaking op afstand.

 

Vaak wordt deze naast de drukthermometer geïnstalleerd en dient als een redundant of nauwkeuriger middel voor het op afstand bewaken en registreren van de olietemperatuur.

 

Typische toepassing: Gebruikt voor het op afstand verzenden en digitaal bewaken van de temperatuur van de bovenste olielaag, de hoeksteen van moderne geautomatiseerde, onbemande onderstations.

 

3. Temperatuurmeetsysteem voor glasvezelwikkelingen (meest geavanceerde directe "hotspot"-meting)

Werkingsprincipe: Dit is momenteel de meest directe en geavanceerde technologie voor het bewaken van de wikkelingstemperatuur. Het is gebaseerd op de natuurkundige principes van Fiber Bragg Gratings.

 

Fiber Bragg Grating (FBG)-sensor: Een periodieke variatie in de brekingsindex (een rooster) wordt met behulp van een laser in een segment van een speciale optische vezel aangebracht. De belangrijkste eigenschap: Licht met een specifieke golflengte (Bragg-golflengte) wordt gereflecteerd, en deze gereflecteerde golflengte verschuift lineair met veranderingen in temperatuur (of spanning) op de locatie van het rooster.

 

Meetproces: Een flexibele glasvezelkabel met meerdere FBG-sensoren wordt direct tussen de isolatielagen van de hoogspanningswikkelingen aangebracht op de naar verwachting heetste plekken tijdens de transformatorproductie. Het systeem zendt breedbandlicht uit en door de specifieke golflengte te analyseren die door elk rooster wordt gereflecteerd, kan het nauwkeurig en in realtime de absolute temperatuur op verschillende punten binnen de wikkeling bepalen.

 

Belangrijkste kenmerken:

 

Directe meting van de temperatuur op het heetste punt van de wikkeling, geen indirecte schatting. De gegevens zijn daardoor het meest authentiek en betrouwbaar.

 

Intrinsiek veilig: De optische vezel is gemaakt van silica, is isolerend, bestand tegen hoge spanningen en ongevoelig voor elektromagnetische interferentie, waardoor hij stabiel functioneert in sterke elektromagnetische velden.

 

Gedistribueerde meting: Een enkele vezel kan tientallen meetpunten bevatten, waardoor een complete thermische kaart van de wikkeling mogelijk is.

 

Een belangrijke factor voor het bepalen van het "dynamisch vermogen" en de levensduur van transformatoren.

 

Typische toepassing: Grote, kritische transformatoren (bijv. EHV, convertertransformatoren), slimme onderstations die vermogensbeheer vereisen.

 

Hoofdstuk 2: Kernbegrippen verduidelijken – Bovenolietemperatuur versus wikkelingstemperatuur

Dit is een cruciaal concept en het uitgangspunt voor de keuze van het juiste thermometertype.

 

Olietemperatuur aan de bovenkant: Meet de temperatuur van de olie aan de bovenkant van de tank. Deze temperatuur weerspiegelt de totale thermische belasting van de transformator, maar kent een thermische vertraging. Bij een verandering in de belasting verandert de wikkelingstemperatuur het snelst, gevolgd door de olietemperatuur. Dit wordt gemeten met drukthermometers en RTD-thermometers.

 

Wikkeltemperatuur op het heetste punt: Dit verwijst naar het heetste punt in de gehele transformator, meestal gelegen in het bovenste deel van de laagspanningswikkeling. Het is de meest kritische parameter die de verouderingssnelheid van de isolatie en het belastbaar vermogen bepaalt. Traditionele methoden kunnen dit niet direct meten en vertrouwen in plaats daarvan op een wikkeltemperatuurindicator (WTI) die het simuleert/schat met behulp van "bovenste olietemperatuur + stroomcorrectie". Glasvezelmeting is de enige technologie die dit direct en nauwkeurig kan meten.