Olie- en wikkeltemperatuurindicator (OTI/WTI) — thermische bewaking van een oliegevulde vermogenstransformator

De gids over het Buchholzrelais behandelt de mechanische gasbeveiliging van een oliegevulde vermogenstransformator. Dit artikel behandelt een aanvullende, eveneens niet-elektrische vorm van bewaking op dezelfde transformator: de thermische bewaking via een oil temperature indicator (OTI) en een winding temperature indicator (WTI).

Waarom thermische bewaking nodig is naast het Buchholzrelais

Een vermogenstransformator produceert in bedrijf warmte door koperverliezen (in de wikkelingen) en ijzerverliezen (in de kern). Deze warmte moet via de olie en het koelsysteem (bijvoorbeeld ONAN- of ONAF-koeling) worden afgevoerd. Een geleidelijke, algemene overbelasting of een verslechterde koelwerking (bijvoorbeeld door vervuilde radiatoren of een defecte koelventilator) veroorzaakt geen plotselinge gasvorming of oliestroomstoot waar het Buchholzrelais op reageert, maar wél een langzaam oplopende bedrijfstemperatuur — een sluipend proces dat de levensduur van de wikkelisolatie versnelt afbreekt zonder dat het Buchholzrelais dit signaleert.

OTI: rechtstreekse meting van de bovenste olietemperatuur

De oil temperature indicator (OTI) meet de temperatuur van de olie in het bovenste deel van de hoofdtank — waar de olie het warmst is, omdat warme olie opstijgt — via een temperatuurvoeler (doorgaans een capillairbuis-thermometer of een weerstandsvoeler) die in een gesloten dompelbuis (pocket) in de tankwand steekt, zodat de voeler vervangen kan worden zonder de tank te openen. Omdat de OTI de bulkolietemperatuur meet en die olie een grote thermische massa heeft, reageert de OTI relatief traag op veranderingen in belasting: een tijdconstante van globaal enkele uren is gebruikelijk.

WTI: het "thermisch beeld"-principe voor de wikkel-hotspot

Een temperatuurvoeler kan niet rechtstreeks in de wikkeling zelf worden geplaatst — de wikkeling staat onder hoogspanning en de isolatie zou door een ingebouwde voeler worden verzwakt. In plaats daarvan gebruikt de winding temperature indicator (WTI) het "thermisch beeld" (thermal image) principe: de WTI combineert de OTI-meting van de olietemperatuur met een extra verwarmingselement dat wordt gevoed door een stroom die evenredig is met de belastingsstroom van de transformator (via een eigen stroomtransformator). Dit verwarmingselement simuleert het extra temperatuurverschil ("gradiënt") tussen de bovenste olie en de heetste plek in de wikkeling (de hotspot) dat bij die belasting hoort. De WTI-aanwijzing volgt daardoor sneller op een belastingsverandering dan de OTI — een tijdconstante van globaal enkele minuten is gebruikelijk — en benadert de werkelijke wikkel-hotspottemperatuur beter dan de olietemperatuur alleen dat zou doen.

Alarm- en uitschakelniveaus

Beide indicatoren zijn doorgaans uitgerust met instelbare elektrische contacten voor een alarmniveau en een hoger uitschakelniveau (en vaak ook een tussenliggend niveau dat de koelventilatoren of -pompen forceert inschakelt). De exacte instelwaarden zijn niet in een enkele universele norm vastgelegd, maar volgen uit de opgegeven temperatuurstijgingslimieten van de betreffende transformator (zoals gespecificeerd volgens IEC 60076-2, de norm voor temperatuurstijging van oliegevulde transformatoren) en het typeplaatje/de fabrieksopgave; ze verschillen daardoor per fabrikant en per transformatorontwerp.

Let op: de temperatuurstijgingslimieten van IEC 60076-2 zijn stijgingswaarden ten opzichte van de omgevingstemperatuur, geen absolute alarm- of trip-temperaturen; de daadwerkelijke absolute alarm- en trip-instelwaarden van de OTI/WTI op een specifieke transformator volgen uit de fabrieksopgave voor dat specifieke ontwerp en de heersende omgevingscondities, niet uit een vaste tabel die voor elke transformator gelijk is.

Praktische relevantie

Bij periodiek onderhoud van een oliegevulde vermogenstransformator is het zinvol te controleren of de OTI- en WTI-aanwijzingen plausibel zijn ten opzichte van de actuele belasting en omgevingstemperatuur, of de alarmcontacten daadwerkelijk zijn aangesloten op de bewakings- of SCADA-installatie, en of een eerder alarm is onderzocht in plaats van alleen gereset. Een aanhoudend hoge WTI-aanwijzing bij een normale belasting kan wijzen op een verslechterde koelwerking (vervuilde radiatoren, een defecte ventilator of pomp) die zonder ingrijpen de isolatielevensduur versneld afbreekt.

Veelgemaakte fouten

1. De WTI-aanwijzing interpreteren als een rechtstreekse meting van de wikkeltemperatuur — het is een gesimuleerde benadering via het thermisch-beeldprincipe, geen directe meting in de wikkeling zelf.
2. Een aanhoudend temperatuuralarm resetten zonder de oorzaak te onderzoeken (bijvoorbeeld vervuilde koeling of een structurele overbelasting) — net als bij het Buchholzrelais is een alarm een signaal dat onderzoek vereist, geen storing die simpelweg kan worden weggedrukt.
3. Denken dat thermische bewaking (OTI/WTI) het Buchholzrelais overbodig maakt, of omgekeerd — de twee signaleren verschillende faalmechanismen: geleidelijke thermische overbelasting versus gasvormende inwendige fouten.
4. De trage reactietijd van de OTI verwarren met die van de WTI — bij een snelle belastingsverandering geeft de WTI een veel actuelere indicatie van de wikkel-hotspot dan de OTI, die nog uren kan naijlen.

Gerelateerd

• Buchholzrelais (gasrelais) — tweetraps gasbescherming van oliegevulde vermogenstransformatoren
• Differentiaalbeveiliging van een transformator (87T)
• Thermografisch onderzoek & NTA 8220 — brandrisicoklasse
• Inschakelstroom van een transformator (magnetiseringsstroom)