Comprender los termómetros de presión, resistencia y fibra óptica en un solo artículo

El funcionamiento confiable de un transformador sumergido en aceite depende en gran medida de la estabilidad de su aceite aislante interno y de las temperaturas de los devanados. El sobrecalentamiento es la causa principal del envejecimiento acelerado del aislamiento, la degradación del rendimiento y, en última instancia, las fallas. Por lo tanto, el monitoreo de la temperatura es uno de los aspectos más fundamentales y críticos de la operación y mantenimiento del transformador. Desde diales mecánicos tradicionales hasta modernos sistemas inteligentes de fibra óptica, la historia del desarrollo de los termómetros es una evolución de la tecnología de monitoreo de transformadores desde la observación pasiva hasta la alerta temprana activa.

Este artículo describirá sistemáticamente los tipos comunes de termómetros utilizados en transformadores sumergidos en aceite y proporcionará un análisis en profundidad de sus principios de funcionamiento y escenarios de aplicación.

Capítulo 1: El 'árbol genealógico' de los termómetros: una mirada detallada a los tres tipos principales

Según los principios de medición y la ubicación de instalación, los termómetros para transformadores sumergidos en aceite se dividen principalmente en las siguientes tres categorías. Juntos, forman una red de monitoreo tridimensional desde la temperatura máxima del petróleo hasta los puntos calientes sinuosos.

1. Termómetro de presión (termómetro de lectura remota)

• Principio de funcionamiento : Este es un instrumento mecánico clásico basado en expansión/contracción térmica y transmisión de presión de líquido/gas . El sistema consta de tres partes:

1. Bombilla de temperatura (sensor) : insertada en el aceite en la parte superior del tanque del transformador, llena con un medio sensible a la temperatura (por ejemplo, líquido, gas o líquido de bajo punto de ebullición).

2. Tubo capilar : tubo metálico largo y delgado que conecta el bulbo al cabezal del medidor y está lleno de un medio transmisor de presión.

3. Cabezal medidor (indicador) : Montado en la pared del tanque del transformador o en el gabinete de control, potencialmente a metros de distancia de la bombilla. Su núcleo es un tubo Bourdon , un tubo metálico curvo y elástico. Cuando el bulbo se calienta, el cambio de presión interna se transmite a través del capilar al tubo de Bourdon, provocando que se deforme. Esta deformación mueve un puntero a través de un mecanismo de articulación, mostrando la temperatura.

• Características clave :

• Puramente mecánico , no requiere alimentación externa, excelente inmunidad a las interferencias electromagnéticas, muy alta confiabilidad.

• El cabezal del medidor se puede montar de forma remota para una lectura local conveniente.

• Normalmente equipado con 1 o 2 contactos ajustables para alarma de sobretemperatura y funciones de disparo.

• La precisión y la velocidad de respuesta son relativamente más lentas en comparación con los tipos electrónicos y el tubo capilar es susceptible a daños mecánicos.

• Aplicación típica : El dispositivo principal de monitoreo y alarma para la temperatura superior del aceite , una característica casi estándar en todos los transformadores sumergidos en aceite.

2. Detector de temperatura de resistencia (RTD, por ejemplo, PT100)

• Principio de funcionamiento : basado en la propiedad de que la resistencia de un conductor cambia con la temperatura . El elemento sensor más común es un termómetro de resistencia de platino , donde PT100 indica una resistencia de 100 ohmios a 0 °C. Su resistencia cambia de forma precisa y lineal con la temperatura.

• Componentes del sistema :

1. Sonda RTD de platino : instalada en un termómetro en la parte superior del transformador, sumergida en aceite.

2. Puente de medición y transmisor : A menudo integrado en una unidad de control inteligente. Un circuito preciso mide la resistencia del PT100 y la convierte en una señal de corriente estándar de 4-20 mA o una señal digital..

• Características clave :

• Alta precisión de medición , las señales se pueden transmitir a largas distancias , buena inmunidad al ruido.

• La salida es una señal eléctrica estándar, fácilmente integrada con plataformas de automatización como SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos) y DCS (Sistemas de control distribuido) para monitoreo centralizado remoto.

• A menudo se instala junto al termómetro de presión y sirve como medio redundante o de mayor precisión para el monitoreo y registro remoto de la temperatura del aceite.

• Aplicación típica : Se utiliza para transmisión remota y monitoreo digital de la temperatura superior del aceite , la piedra angular de las modernas subestaciones automatizadas y desatendidas.

3. Sistema de medición de temperatura del devanado de fibra óptica (medición directa de 'punto caliente' más avanzada)

• Principio de funcionamiento : Esta es actualmente la tecnología más directa y avanzada para el control de la temperatura del devanado. Se basa en la física de las rejillas de fibra de Bragg..

1. Sensor de rejilla de fibra de Bragg (FBG) : se escribe una variación periódica en el índice de refracción (una rejilla) en un segmento de fibra óptica especial mediante un láser. Su propiedad clave: la luz de una longitud de onda específica (longitud de onda de Bragg) se refleja, y esta longitud de onda reflejada se desplaza linealmente con los cambios de temperatura (o tensión) en la ubicación de la rejilla.

2. Proceso de medición : un cable de fibra óptica flexible con múltiples sensores FBG está directamente preincrustado entre las capas de aislamiento de los devanados de alto voltaje en los puntos más calientes previstos durante la fabricación del transformador. El sistema emite luz de banda ancha y, al analizar la longitud de onda específica reflejada en cada rejilla, puede obtener con precisión y en tiempo real la temperatura absoluta en diferentes puntos dentro del devanado..

• Características clave :

• Medición directa de la temperatura del punto caliente del devanado , no estimación indirecta. Los datos son más auténticos y confiables.

• Intrínsecamente segura : la fibra óptica está hecha de sílice, es aislante, resistente a altos voltajes e inmune a interferencias electromagnéticas y funciona de manera estable en campos EM intensos.

• Medición distribuida : una sola fibra puede albergar docenas de puntos de detección, lo que permite un mapa térmico completo del devanado.

• Habilitador clave para la 'Clasificación dinámica' del transformador y la evaluación de su vida útil.

• Aplicación típica : Transformadores grandes y críticos (p. ej., EHV, transformadores convertidores), subestaciones inteligentes que requieren gestión de capacidad de carga.

Capítulo 2: Aclaración de conceptos clave: temperatura superior del aceite frente a temperatura del devanado

Este es un concepto crucial y el punto de partida para seleccionar los tipos de termómetros.

• Temperatura superior del aceite : Mide la temperatura del aceite en la parte superior del tanque. Refleja la carga térmica general del transformador pero tiene un retraso térmico . Cuando cambia la carga, la temperatura del devanado cambia más rápidamente, seguida por la temperatura del aceite. Esto lo miden los termómetros de presión y RTD.

• Temperatura del punto caliente del devanado : se refiere al punto más caliente de todo el transformador, generalmente ubicado en la parte superior del devanado de bajo voltaje. Es el parámetro más crítico que determina la tasa de envejecimiento del aislamiento y la capacidad de carga. Los métodos tradicionales no pueden medirlo directamente, sino que dependen de un indicador de temperatura del devanado (WTI) que lo simula/estima usando 'temperatura superior del aceite + corrección actual'. La medición de fibra óptica es la única tecnología que puede medirlo directamente y con precisión.

Capítulo 3: Guía de selección y aplicación

Conclusión y tendencia :
Un transformador sumergido en aceite moderno y de alto rendimiento a menudo presenta una configuración combinada de estos termómetros:

• El termómetro de presión sirve como base de seguridad y proporciona la protección local contra sobretemperatura más confiable.

• El detector de temperatura de resistencia (PT100) actúa como puente de datos , permitiendo la digitalización y el monitoreo remoto de la temperatura del aceite.

• El sistema de medición de fibra óptica es una opción de valor agregado que proporciona datos básicos indispensables para el mantenimiento basado en el estado, el funcionamiento inteligente y la liberación de todo el potencial del equipo.

La evolución desde monitorear la 'temperatura corporal' hasta comprender la 'salud de los órganos' resume el viaje de la inteligencia transformadora. Elegir la solución de monitoreo de temperatura adecuada no se trata solo de cumplir con los estándares, sino de lograr el salto del 'mantenimiento basado en el tiempo' al 'mantenimiento predictivo', maximizando así la seguridad y el valor económico del transformador.