درک دماسنج‌های فشار، مقاومت و فیبر نوری

عملکرد قابل اعتماد یک ترانسفورماتور روغنی تا حد زیادی به پایداری دمای روغن عایق داخلی و سیم‌پیچ آن بستگی دارد. گرمای بیش از حد علت اصلی پیری سریع عایق، تخریب عملکرد و در نهایت خرابی است. بنابراین، نظارت بر دما یکی از اساسی‌ترین و حیاتی‌ترین جنبه‌های عملکرد و نگهداری ترانسفورماتور است. از صفحه‌های مکانیکی سنتی گرفته تا سیستم‌های فیبر نوری هوشمند مدرن، تاریخچه توسعه دماسنج، تکامل فناوری نظارت بر ترانسفورماتور از مشاهده غیرفعال تا هشدار اولیه فعال است.

 

این مقاله به طور سیستماتیک انواع متداول دماسنج‌های مورد استفاده در ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن را شرح می‌دهد و تجزیه و تحلیل عمیقی از اصول کار و سناریوهای کاربرد آنها ارائه می‌دهد.

 

فصل 1: «شجره‌نامه» دماسنج‌ها - نگاهی دقیق به سه نوع اصلی

بر اساس اصول اندازه‌گیری و محل نصب، دماسنج‌های ترانسفورماتورهای روغنی عمدتاً به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند. این دماسنج‌ها در کنار هم، یک شبکه مانیتورینگ سه‌بعدی از دمای بالای روغن تا نقاط داغ سیم‌پیچ تشکیل می‌دهند.

 

1. دماسنج از نوع فشاری (دماسنج قرائت از راه دور)

اصول کار: این یک ابزار مکانیکی کلاسیک است که بر اساس انبساط/انقباض حرارتی و انتقال فشار مایع/گاز عمل می‌کند. این سیستم از سه بخش تشکیل شده است:

 

لامپ دما (سنسور): در بالای مخزن ترانسفورماتور، داخل روغن قرار می‌گیرد و با یک ماده حساس به دما (مثلاً مایع، گاز یا مایعی با نقطه جوش پایین) پر شده است.

 

لوله مویین: یک لوله فلزی بلند و نازک که حباب را به سر گیج متصل می‌کند و با یک ماده انتقال دهنده فشار پر شده است.

 

سر گیج (نشانگر): روی دیواره مخزن ترانسفورماتور یا کابینت کنترل، احتمالاً چند متر دورتر از لامپ، نصب می‌شود. هسته آن یک لوله بوردون است - یک لوله فلزی خمیده و الاستیک. هنگامی که لامپ گرم می‌شود، تغییر فشار داخلی از طریق لوله مویین به لوله بوردون منتقل می‌شود و باعث تغییر شکل آن می‌شود. این تغییر شکل، یک عقربه را از طریق یک مکانیسم اتصال حرکت می‌دهد و دما را نمایش می‌دهد.

 

ویژگی‌های کلیدی:

 

کاملاً مکانیکی، بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی، ایمنی عالی در برابر تداخل الکترومغناطیسی، قابلیت اطمینان بسیار بالا.

 

سر گیج را می‌توان از راه دور برای خواندن راحت محلی نصب کرد.

 

معمولاً مجهز به ۱-۲ کنتاکت قابل تنظیم برای هشدار دمای بیش از حد و عملکردهای قطع است.

 

دقت و سرعت پاسخ در مقایسه با انواع الکترونیکی نسبتاً کندتر است و لوله مویین مستعد آسیب مکانیکی است.

 

کاربرد معمول: دستگاه نظارت و هشدار اولیه برای دمای بالای روغن، یک ویژگی تقریباً استاندارد در تمام ترانسفورماتورهای غوطه‌ور در روغن.

 

2. آشکارساز دمای مقاومتی (RTD، مثلاً PT100)

اصول کار: بر اساس این ویژگی که مقاومت یک رسانا با دما تغییر می‌کند. رایج‌ترین عنصر حسگر، دماسنج مقاومتی پلاتینی است که PT100 نشان‌دهنده مقاومت ۱۰۰ اهم در دمای ۰ درجه سانتیگراد است. مقاومت آن دقیقاً و به صورت خطی با دما تغییر می‌کند.

 

اجزای سیستم:

 

پراب RTD پلاتینی: در محفظه دماسنج در بالای ترانسفورماتور نصب شده و در روغن غوطه‌ور است.

 

پل اندازه‌گیری و فرستنده: اغلب در یک واحد کنترل هوشمند ادغام می‌شود. مدار دقیقی مقاومت PT100 را اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال جریان استاندارد 4-20 میلی‌آمپر یا سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند.

 

ویژگی‌های کلیدی:

 

دقت اندازه‌گیری بالا، سیگنال‌ها را می‌توان در فواصل طولانی منتقل کرد، ایمنی خوب در برابر نویز.

 

خروجی یک سیگنال الکتریکی استاندارد است که به راحتی با پلتفرم‌های اتوماسیون مانند SCADA (کنترل نظارتی و اکتساب داده‌ها) و DCS (سیستم‌های کنترل توزیع‌شده) برای نظارت متمرکز از راه دور ادغام می‌شود.

 

اغلب در کنار دماسنج نوع فشار نصب می‌شود و به عنوان وسیله‌ای اضافی یا با دقت بالاتر برای نظارت از راه دور و ثبت دمای روغن عمل می‌کند.

 

کاربرد معمول: برای انتقال از راه دور و نظارت دیجیتال بر دمای بالای روغن، که سنگ بنای پست‌های برق خودکار و بدون مراقبت مدرن است، استفاده می‌شود.

 

3. سیستم اندازه‌گیری دمای سیم‌پیچ فیبر نوری (پیشرفته‌ترین روش اندازه‌گیری مستقیم "نقطه داغ")

اصول کار: این روش در حال حاضر مستقیم‌ترین و پیشرفته‌ترین فناوری برای پایش دمای سیم‌پیچ است. این روش بر اساس فیزیک توری‌های براگ فیبری عمل می‌کند.

 

حسگر توری براگ فیبری (FBG): یک تغییر دوره‌ای در ضریب شکست (یک توری) با استفاده از لیزر در بخشی از فیبر نوری مخصوص ثبت می‌شود. ویژگی اصلی آن: نور با طول موج خاص (طول موج براگ) منعکس می‌شود و این طول موج منعکس شده به صورت خطی با تغییرات دما (یا کرنش) در محل توری تغییر می‌کند.

 

فرآیند اندازه‌گیری: یک کابل فیبر نوری انعطاف‌پذیر که با چندین حسگر FBG جاسازی شده است، مستقیماً بین لایه‌های عایق سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا در داغ‌ترین نقاط پیش‌بینی‌شده در طول ساخت ترانسفورماتور، از قبل تعبیه شده است. این سیستم نور پهن‌باند ساطع می‌کند و با تجزیه و تحلیل طول موج خاص منعکس‌شده از هر توری، می‌تواند به طور دقیق و در زمان واقعی دمای مطلق را در نقاط مختلف درون سیم‌پیچ به دست آورد.

 

ویژگی‌های کلیدی:

 

اندازه‌گیری مستقیم دمای نقطه داغ سیم‌پیچ، نه تخمین غیرمستقیم. داده‌ها معتبرترین و قابل اعتمادترین هستند.

 

ذاتاً ایمن: فیبر نوری از سیلیس ساخته شده است، عایق، مقاوم در برابر ولتاژ بالا و مصون در برابر تداخل الکترومغناطیسی است و در میدان‌های الکترومغناطیسی قوی به طور پایدار عمل می‌کند.

 

اندازه‌گیری توزیع‌شده: یک فیبر نوری می‌تواند میزبان ده‌ها نقطه حسگر باشد و نقشه حرارتی کاملی از سیم‌پیچ را فراهم کند.

 

عامل کلیدی برای «رده‌بندی دینامیکی» ترانسفورماتور و ارزیابی طول عمر آن.

 

کاربرد معمول: ترانسفورماتورهای بزرگ و حیاتی (مثلاً EHV، ترانسفورماتورهای مبدل)، پست‌های برق هوشمند که نیاز به مدیریت ظرفیت بار دارند.

 

فصل 2: ​​توضیح مفهوم کلیدی - دمای روغن بالایی در مقابل دمای سیم‌پیچ

این یک مفهوم حیاتی و نقطه شروع برای انتخاب انواع دماسنج است.

 

دمای روغن از بالا: دمای روغن در بالای مخزن را اندازه‌گیری می‌کند. این دما، بار حرارتی کلی ترانسفورماتور را نشان می‌دهد اما دارای تأخیر حرارتی است. هنگامی که بار تغییر می‌کند، دمای سیم‌پیچ سریع‌ترین تغییر را دارد و به دنبال آن دمای روغن قرار دارد. دماسنج‌های فشاری و RTD این دما را اندازه‌گیری می‌کنند.

 

دمای نقطه داغ سیم‌پیچ: به داغ‌ترین نقطه در کل ترانسفورماتور اشاره دارد که معمولاً در قسمت بالایی سیم‌پیچ ولتاژ پایین قرار دارد. این مهم‌ترین پارامتر تعیین‌کننده نرخ فرسودگی عایق و قابلیت بار است. روش‌های سنتی نمی‌توانند آن را مستقیماً اندازه‌گیری کنند و در عوض به یک شاخص دمای سیم‌پیچ (WTI) متکی هستند که آن را با استفاده از "دمای روغن بالا + تصحیح جریان" شبیه‌سازی/تخمین می‌زند. اندازه‌گیری فیبر نوری تنها فناوری است که می‌تواند آن را به طور مستقیم و دقیق اندازه‌گیری کند.