Wskaźniki temperatury oleju i uzwojenia (OTI/WTI) — monitorowanie termiczne transformatora mocy olejowego

Poradnik o przekaźniku Buchholza opisuje mechaniczną ochronę gazową olejowego transformatora mocy. Ten artykuł omawia uzupełniającą, również nieelektryczną, formę monitorowania tego samego transformatora: monitorowanie termiczne za pomocą wskaźnika temperatury oleju (OTI) i wskaźnika temperatury uzwojenia (WTI).

Dlaczego monitorowanie termiczne jest potrzebne obok przekaźnika Buchholza

Transformator mocy wytwarza ciepło podczas pracy w wyniku strat w miedzi (w uzwojeniach) i strat w żelazie (w rdzeniu). Ciepło to musi zostać odprowadzone przez olej i układ chłodzenia (na przykład chłodzenie ONAN lub ONAF). Stopniowe, ogólne przeciążenie lub pogorszona wydajność chłodzenia (na przykład z powodu zabrudzonych chłodnic lub uszkodzonego wentylatora) nie powoduje nagłego wydzielania gazu ani przepływu oleju, na które reaguje przekaźnik Buchholza, ale powoduje powoli rosnącą temperaturę roboczą — pełzający proces, który przyspiesza degradację żywotności izolacji uzwojenia, nie będąc sygnalizowanym przez przekaźnik Buchholza.

OTI: bezpośredni pomiar temperatury górnej warstwy oleju

Wskaźnik temperatury oleju (OTI) mierzy temperaturę oleju w górnej części głównego zbiornika — gdzie olej jest najgorętszy, ponieważ ciepły olej unosi się do góry — za pomocą czujnika temperatury (zazwyczaj termometru kapilarnego lub czujnika rezystancyjnego) umieszczonego w szczelnej kieszeni w ścianie zbiornika, dzięki czemu czujnik można wymienić bez otwierania zbiornika. Ponieważ OTI mierzy temperaturę oleju w całej masie, a olej ten ma dużą pojemność cieplną, OTI reaguje stosunkowo wolno na zmiany obciążenia: typowa stała czasowa wynosi rzędu kilku godzin.

WTI: zasada "obrazu termicznego" dla najgorętszego punktu uzwojenia

Czujnika temperatury nie można umieścić bezpośrednio wewnątrz samego uzwojenia — uzwojenie znajduje się pod wysokim napięciem, a wbudowany czujnik osłabiłby izolację. Zamiast tego wskaźnik temperatury uzwojenia (WTI) wykorzystuje zasadę "obrazu termicznego": WTI łączy pomiar temperatury oleju z OTI z dodatkowym elementem grzejnym zasilanym prądem proporcjonalnym do prądu obciążenia transformatora (za pomocą własnego przekładnika prądowego). Ten element grzejny symuluje dodatkową różnicę temperatury (tzw. "gradient") między górną warstwą oleju a najgorętszym punktem uzwojenia (hot spot) odpowiadającą temu obciążeniu. W rezultacie wskazanie WTI reaguje na zmianę obciążenia szybciej niż OTI — typowa stała czasowa wynosi rzędu kilku minut — i lepiej przybliża rzeczywistą temperaturę najgorętszego punktu uzwojenia niż sama temperatura oleju.

Poziomy alarmowe i wyłączeniowe

Oba wskaźniki są zazwyczaj wyposażone w regulowane styki elektryczne dla poziomu alarmowego i wyższego poziomu wyłączeniowego (a często także w poziom pośredni wymuszający włączenie wentylatorów lub pomp chłodzenia). Dokładne wartości nastawcze nie są ustalone w jednej uniwersalnej normie, lecz wynikają z określonych granic przyrostu temperatury danego transformatora (zgodnie z IEC 60076-2, normą dotyczącą przyrostu temperatury transformatorów olejowych) oraz danych tabliczki znamionowej/specyfikacji producenta; różnią się więc w zależności od producenta i konstrukcji transformatora.

Uwaga: granice przyrostu temperatury według IEC 60076-2 są wartościami przyrostu względem temperatury otoczenia, a nie bezwzględnymi temperaturami alarmowymi lub wyłączeniowymi; rzeczywiste bezwzględne nastawy alarmowe i wyłączeniowe OTI/WTI na konkretnym transformatorze wynikają ze specyfikacji producenta dla danej konstrukcji oraz panujących warunków otoczenia, a nie z jednej stałej tabeli obowiązującej jednakowo dla każdego transformatora.

Znaczenie praktyczne

Podczas okresowej konserwacji olejowego transformatora mocy warto sprawdzić, czy odczyty OTI i WTI są wiarygodne w stosunku do rzeczywistego obciążenia i temperatury otoczenia, czy styki alarmowe są rzeczywiście podłączone do instalacji monitoringu lub SCADA oraz czy poprzedni alarm został zbadany, a nie po prostu skasowany. Utrzymujący się wysoki odczyt WTI przy normalnym obciążeniu może wskazywać na pogorszoną wydajność chłodzenia (zabrudzone chłodnice, uszkodzony wentylator lub pompa), co, jeśli nie zostanie usunięte, przyspiesza degradację żywotności izolacji.

Częste błędy

1. Interpretowanie odczytu WTI jako bezpośredniego pomiaru temperatury uzwojenia — jest to symulowane przybliżenie metodą obrazu termicznego, a nie bezpośredni pomiar wewnątrz samego uzwojenia.
2. Kasowanie utrzymującego się alarmu temperaturowego bez zbadania przyczyny (na przykład zabrudzonego chłodzenia lub strukturalnego przeciążenia) — podobnie jak w przypadku przekaźnika Buchholza, alarm jest sygnałem wymagającym zbadania, a nie uciążliwością, którą można po prostu zignorować.
3. Myślenie, że monitorowanie termiczne (OTI/WTI) czyni przekaźnik Buchholza zbędnym, lub odwrotnie — oba sygnalizują różne mechanizmy usterek: stopniowe przeciążenie termiczne kontra wewnętrzne usterki wytwarzające gaz.
4. Mylenie wolnego czasu reakcji OTI z czasem reakcji WTI — podczas gwałtownej zmiany obciążenia WTI daje znacznie bardziej aktualny wskaźnik najgorętszego punktu uzwojenia niż OTI, który może opóźniać się o godziny.

Powiązane

• Przekaźnik Buchholza (przekaźnik gazowy) — dwustopniowa ochrona gazowa olejowych transformatorów mocy
• Zabezpieczenie różnicowe transformatora (87T)
• Badanie termograficzne i NTA 8220 — klasa ryzyka pożarowego
• Prąd udarowy transformatora (prąd magnesowania)