ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเทอร์โมมิเตอร์แบบความดัน ความต้านทาน และใยแก้วนำแสง

การทำงานที่เชื่อถือได้ของ หม้อแปลงแบบแช่น้ำมัน ประสิทธิภาพการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความเสถียรของน้ำมันฉนวนภายในและอุณหภูมิของขดลวด ความร้อนสูงเกินไปเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพเร็วขึ้น ประสิทธิภาพการทำงานลดลง และในที่สุดก็เกิดความเสียหาย ดังนั้น การตรวจสอบอุณหภูมิจึงเป็นหนึ่งในแง่มุมพื้นฐานและสำคัญที่สุดของการทำงานและการบำรุงรักษาหม้อแปลงไฟฟ้า ตั้งแต่หน้าปัดเชิงกลแบบดั้งเดิมไปจนถึงระบบใยแก้วนำแสงอัจฉริยะสมัยใหม่ ประวัติการพัฒนาเทอร์โมมิเตอร์คือวิวัฒนาการของเทคโนโลยีการตรวจสอบหม้อแปลงไฟฟ้าจากการสังเกตแบบพาสซีฟไปสู่การเตือนล่วงหน้าแบบแอคทีฟ

 

บทความนี้จะอธิบายอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับเทอร์โมมิเตอร์ชนิดต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมัน และวิเคราะห์เชิงลึกถึงหลักการทำงานและสถานการณ์การใช้งานของเทอร์โมมิเตอร์เหล่านั้น

 

บทที่ 1: "แผนผังตระกูล" ของเทอร์โมมิเตอร์ – การเจาะลึกรายละเอียดของเทอร์โมมิเตอร์หลักสามประเภท

โดยพิจารณาจากหลักการวัดและตำแหน่งการติดตั้ง เทอร์โมมิเตอร์สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักดังต่อไปนี้ ซึ่งโดยรวมแล้วจะสร้างเครือข่ายการตรวจสอบแบบสามมิติ ตั้งแต่อุณหภูมิน้ำมันด้านบนไปจนถึงจุดร้อนของขดลวด

 

1. เทอร์โมมิเตอร์แบบวัดความดัน (เทอร์โมมิเตอร์แบบอ่านค่าจากระยะไกล)

หลักการทำงาน: นี่คือเครื่องมือกลแบบคลาสสิกที่ใช้หลักการขยายตัว/หดตัวจากความร้อนและการส่งผ่านแรงดันของของเหลว/ก๊าซ ระบบประกอบด้วยสามส่วน:

 

หลอดวัดอุณหภูมิ (เซนเซอร์): เสียบเข้าไปในน้ำมันที่ด้านบนของถังหม้อแปลง ซึ่งบรรจุด้วยสารที่ไวต่ออุณหภูมิ (เช่น ของเหลว ก๊าซ หรือของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ)

 

หลอดแคปิลลารี: หลอดโลหะยาวและบางที่เชื่อมต่อกระเปาะกับหัวเกจวัดความดัน บรรจุด้วยสารตัวกลางที่ทำหน้าที่ส่งผ่านความดัน

 

หัววัด (ตัวบ่งชี้): ติดตั้งอยู่บนผนังถังหม้อแปลงหรือตู้ควบคุม อาจอยู่ห่างจากหลอดวัดอุณหภูมิหลายเมตร แกนกลางของมันคือท่อบูร์ดอน ซึ่งเป็นท่อโลหะโค้งงอและยืดหยุ่นได้ เมื่อหลอดวัดอุณหภูมิร้อนขึ้น การเปลี่ยนแปลงความดันภายในจะถูกส่งผ่านเส้นเลือดฝอยไปยังท่อบูร์ดอน ทำให้ท่อเสียรูป การเสียรูปนี้จะทำให้เข็มชี้เคลื่อนที่ผ่านกลไกเชื่อมโยง แสดงอุณหภูมิออกมา

 

ลักษณะสำคัญ:

 

เป็นระบบกลไกล้วนๆ ไม่ต้องใช้พลังงานภายนอก ทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม และมีความน่าเชื่อถือสูงมาก

 

หัววัดสามารถติดตั้งในตำแหน่งที่ห่างออกไป เพื่อความสะดวกในการอ่านค่าในพื้นที่

 

โดยทั่วไปจะมีหน้าสัมผัสปรับได้ 1-2 จุด สำหรับสัญญาณเตือนอุณหภูมิสูงเกิน และฟังก์ชันตัดวงจร

 

ความแม่นยำและความเร็วในการตอบสนองค่อนข้างช้ากว่าเมื่อเทียบกับแบบอิเล็กทรอนิกส์ และหลอดแคปิลลารีมีความเสี่ยงต่อความเสียหายทางกล

 

การใช้งานทั่วไป: อุปกรณ์ตรวจสอบและแจ้งเตือนหลักสำหรับอุณหภูมิน้ำมันด้านบน ซึ่งเป็นคุณสมบัติมาตรฐานในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแช่น้ำมันทุกชนิด

 

2. ตัวตรวจจับอุณหภูมิแบบความต้านทาน (RTD เช่น PT100)

หลักการทำงาน: อาศัยคุณสมบัติที่ว่าความต้านทานของตัวนำจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ องค์ประกอบการตรวจวัดที่พบได้บ่อยที่สุดคือเทอร์โมมิเตอร์ความต้านทานแพลทินัม โดย PT100 หมายถึงความต้านทาน 100 โอห์มที่ 0°C ความต้านทานของมันจะเปลี่ยนแปลงอย่างแม่นยำและเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิ

 

ส่วนประกอบของระบบ:

 

หัววัดอุณหภูมิแบบ RTD แพลทินัม: ติดตั้งในช่องวัดอุณหภูมิที่ด้านบนของหม้อแปลงไฟฟ้า โดยจุ่มอยู่ในน้ำมัน

 

วงจรวัดและส่งสัญญาณ: มักถูกรวมเข้ากับชุดควบคุมอัจฉริยะ วงจรที่มีความแม่นยำสูงจะวัดค่าความต้านทานของ PT100 และแปลงเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20mA หรือสัญญาณดิจิทัล

 

ลักษณะสำคัญ:

 

มีความแม่นยำในการวัดสูง สามารถส่งสัญญาณได้ในระยะทางไกล และมีภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวนได้ดี

 

สัญญาณเอาต์พุตเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐาน ซึ่งสามารถบูรณาการเข้ากับแพลตฟอร์มระบบอัตโนมัติได้อย่างง่ายดาย เช่น SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) และ DCS (Distributed Control Systems) เพื่อการตรวจสอบจากส่วนกลางในระยะไกล

 

โดยทั่วไปมักติดตั้งควบคู่กับเทอร์โมมิเตอร์แบบวัดแรงดัน เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์สำรองหรือวิธีการที่มีความแม่นยำสูงกว่าสำหรับการตรวจสอบและบันทึกอุณหภูมิน้ำมันจากระยะไกล

 

การใช้งานทั่วไป: ใช้สำหรับการส่งสัญญาณระยะไกลและการตรวจสอบอุณหภูมิน้ำมันด้านบนแบบดิจิทัล ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของสถานีไฟฟ้าย่อยอัตโนมัติแบบไร้คนควบคุมที่ทันสมัย

 

3. ระบบวัดอุณหภูมิขดลวดใยแก้วนำแสง (ระบบวัดอุณหภูมิ "จุดร้อน" โดยตรงที่ทันสมัยที่สุด)

หลักการทำงาน: ปัจจุบันนี่คือเทคโนโลยีที่ตรงไปตรงมาและทันสมัยที่สุดสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิขดลวด โดยอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ของไฟเบอร์แบร็กเกรตติ้ง (Fiber Bragg Gratings)

 

เซ็นเซอร์ไฟเบอร์แบร็กเกรตติ้ง (FBG): เซ็นเซอร์ชนิดนี้ใช้เลเซอร์สร้างการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ในดัชนีหักเห (เกรตติ้ง) ลงบนเส้นใยนำแสงชนิดพิเศษ คุณสมบัติสำคัญคือ แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ (ความยาวคลื่นแบร็ก) จะถูกสะท้อนกลับ และความยาวคลื่นที่สะท้อนกลับนี้จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างเป็นเส้นตรงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (หรือความเครียด) ณ ตำแหน่งของเกรตติ้ง

 

กระบวนการวัด: สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบยืดหยุ่นที่ฝังเซ็นเซอร์ FBG หลายตัวไว้ล่วงหน้า จะถูกติดตั้งระหว่างชั้นฉนวนของขดลวดแรงดันสูง ณ จุดที่คาดว่าจะร้อนที่สุดในระหว่างการผลิตหม้อแปลง ระบบจะปล่อยแสงแบบบรอดแบนด์ และโดยการวิเคราะห์ความยาวคลื่นเฉพาะที่สะท้อนจากตะแกรงแต่ละตัว ระบบจะสามารถวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ ณ จุดต่างๆ ภายในขดลวดได้อย่างแม่นยำและแบบเรียลไทม์

 

ลักษณะสำคัญ:

 

การวัดอุณหภูมิจุดร้อนของขดลวดโดยตรง ไม่ใช่การประมาณค่าทางอ้อม ข้อมูลที่ได้จึงมีความถูกต้องและน่าเชื่อถือที่สุด

 

ปลอดภัยโดยเนื้อแท้: เส้นใยแก้วนำแสงทำจากซิลิกา ซึ่งเป็นฉนวน ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง และไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง

 

การวัดแบบกระจาย: เส้นใยเพียงเส้นเดียวสามารถรองรับจุดตรวจวัดได้หลายสิบจุด ทำให้สามารถสร้างแผนที่ความร้อนที่สมบูรณ์ของขดลวดได้

 

ปัจจัยสำคัญที่ช่วยให้สามารถ "กำหนดพิกัดกำลังไฟฟ้าแบบไดนามิก" และประเมินอายุการใช้งานของหม้อแปลงไฟฟ้าได้

 

การใช้งานทั่วไป: หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่และมีความสำคัญ (เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ, หม้อแปลงแปลงกระแสไฟฟ้า), สถานีไฟฟ้าย่อยอัจฉริยะที่ต้องการการจัดการความสามารถในการรับโหลด

 

บทที่ 2: การชี้แจงแนวคิดหลัก – อุณหภูมิน้ำมันด้านบนเทียบกับอุณหภูมิขดลวด

นี่เป็นแนวคิดที่สำคัญและเป็นจุดเริ่มต้นในการเลือกประเภทของเทอร์โมมิเตอร์

 

อุณหภูมิน้ำมันด้านบน: วัดอุณหภูมิของน้ำมันที่ด้านบนของถัง อุณหภูมินี้สะท้อนถึงภาระความร้อนโดยรวมของหม้อแปลง แต่จะมีช่วงเวลาหน่วงทางความร้อน เมื่อภาระเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิของขดลวดจะเปลี่ยนแปลงเร็วที่สุด ตามด้วยอุณหภูมิของน้ำมัน เทอร์โมมิเตอร์แบบวัดความดันและแบบ RTD ใช้วัดอุณหภูมินี้

 

อุณหภูมิจุดร้อนของขดลวด: หมายถึงจุดที่ร้อนที่สุดในหม้อแปลงทั้งหมด โดยทั่วไปจะอยู่ที่ส่วนบนของขดลวดแรงดันต่ำ เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการกำหนดอัตราการเสื่อมสภาพของฉนวนและความสามารถในการรับโหลด วิธีการแบบดั้งเดิมไม่สามารถวัดได้โดยตรง ต้องอาศัยตัวบ่งชี้อุณหภูมิขดลวด (WTI) ที่จำลอง/ประมาณค่าโดยใช้ "อุณหภูมิน้ำมันด้านบน + การแก้ไขกระแส" การวัดด้วยใยแก้วนำแสงเป็นเทคโนโลยีเดียวที่สามารถวัดได้โดยตรงและแม่นยำ