Resumen: Con el continuo desarrollo de la economía social, el sistema eléctrico se orienta hacia la alta tensión y la alta capacidad. Nuevas tecnologías y equipos surgen constantemente, y la capacidad de transmisión eléctrica mejora constantemente. Sin embargo, la carga de alta tensión transportada por equipos eléctricos de alta tensión también hace que el aumento de temperatura sea un factor clave que amenaza la estabilidad de la red eléctrica. La temperatura de los equipos se ha convertido en un parámetro importante para el funcionamiento estable de los equipos de transmisión eléctrica en la red eléctrica actual. Basándose en las razones del aumento de temperatura de los equipos eléctricos de alta tensión, este artículo analiza la estructura y la aplicación del sistema inalámbrico de medición de temperatura, analiza sus ventajas y desventajas, y proporciona ejemplos de aplicación como referencia para el funcionamiento estable y el desarrollo del sistema eléctrico de nuestro país.
Palabra clave: Sistema inalámbrico de medición de temperatura; equipos eléctricos de alto voltaje; ventajas y desventajas
Los equipos eléctricos de alto voltaje en el sistema eléctrico de nuestro país tienen una variedad de puntos de conexión, como juntas de interruptores aislados, nodos de barras colectoras, etc. Debido a problemas de calidad en el proceso de fabricación o seguridad, muchos dispositivos tendrán problemas de contacto deficiente y se generará una gran resistencia durante el uso, lo que resultará en problemas de aumento de temperatura.
1. Causas del aumento de temperatura en equipos eléctricos de alta tensión
La aplicación del sistema de medición de temperatura es inseparable del análisis de la causa del problema del aumento de temperatura. En primer lugar, se encuentran los problemas de calidad e instalación de los propios equipos eléctricos de alta tensión, especialmente en las uniones de los pernos. El cumplimiento de las normas en los puntos de conexión y su estanqueidad influyen en la resistencia. Muchas conexiones de equipos presentan problemas de irregularidades y asperezas durante la instalación. Un rectificado inadecuado también aumenta la resistencia y dificulta el contacto, lo que afecta al uso del equipo y hace evidente el problema del aumento de temperatura. En segundo lugar, una protección inadecuada durante el transporte de equipos eléctricos de alta tensión puede causar golpes, deformando los puntos de conexión o las piezas clave, lo que resulta en un mal contacto. En tercer lugar, la superficie metálica de los equipos eléctricos de alta tensión es propensa a la corrosión u oxidación, y los problemas en la superficie del equipo también afectan el contacto. Las condiciones de trabajo deficientes de algunos equipos eléctricos, como altas temperaturas, lluvia, nieve y vientos fuertes, aceleran su envejecimiento, causando graves problemas de sobretemperatura. En cuarto lugar, factores externos afectan el mal contacto en la conexión del equipo. Muchos lugares de operación de equipos son relativamente complejos, y diversas etapas, como la instalación, el uso y el mantenimiento, también son propensas a errores, lo que resulta en un mal contacto de muchos conectores de cables e interruptores de aislamiento, y graves problemas de sobretemperatura. En quinto lugar, el equipo está sometido a una alta presión de carga durante un tiempo prolongado. El propio equipo eléctrico de alto voltaje se encarga de la transmisión y aplicación de electricidad de alto voltaje. Si la corriente es demasiado alta y excede la capacidad de transporte del equipo, sumado al efecto térmico de la propia corriente, la temperatura del equipo aumentará rápidamente.
Durante el funcionamiento real del equipo, los cinco problemas mencionados anteriormente se presentan en las uniones de interruptores, seccionadores, empalmes de cables, pasatapas y barras colectoras, etc. Estas áreas presentan numerosas fallas y son propensas a sufrir sobretemperaturas. Durante la inspección y el mantenimiento diarios, el personal debe centrarse en la inspección y el mantenimiento. Durante la inspección del equipo, la medición de temperatura no solo permite conocer su estado durante el uso, sino también detectar a tiempo el calor excesivo generado por un mal contacto o una carga excesiva. En estado de carga, debido a la influencia de la corriente y el calor, es normal que la temperatura interna sea superior a la exterior, pero es necesario vigilar de cerca las fluctuaciones térmicas debidas a fallos del propio equipo o a una carga excesiva. Este problema de sobretemperatura agrava el envejecimiento del equipo, reduciendo así su vida útil e incluso puede provocar su quema. Por lo tanto, es fundamental aplicar un sistema de medición de temperatura a los equipos eléctricos de alta tensión.
En China, los métodos de medición de temperatura más utilizados para equipos de alta tensión son el método de visualización de temperatura con chip de cera, el método de medición de temperatura por infrarrojos, el método de medición de temperatura por fibra óptica y el sistema de medición de temperatura inalámbrico. Tanto el método de visualización de temperatura como el termómetro infrarrojo son manuales, por lo que los datos no se pueden recopilar en tiempo real. La medición por fibra óptica permite obtener resultados en tiempo real. Sin embargo, en condiciones de alta y baja tensión, no puede aislar completamente los factores ambientales ni cumplir con los requisitos de las especificaciones de instrumentación eléctrica para instrumentos de alta tensión. Además, al instalarse en armarios, existen importantes obstáculos debido a problemas como la baja resistencia de la fibra óptica a altas temperaturas y la dificultad del cableado. La tecnología actual de medición de temperatura inalámbrica se basa principalmente en el modo de transmisión inalámbrica actual para solucionar los problemas de conexión y fijación de los bucles primario y secundario, mejorando así la seguridad en el uso de alta tensión.
2. Análisis de la estructura del sistema de medición de temperatura inalámbrica y aplicación del equipo.
La composición del sistema inalámbrico de medición de temperatura se divide en la parte del sensor de temperatura y la parte de visualización y análisis de los resultados de la monitorización de temperatura, así como en el hardware y el software del sistema. La estructura del sistema inalámbrico de medición de temperatura para equipos de alta tensión, como se muestra en la Figura 1, suele instalarse con sensores de temperatura en las uniones de armarios de distribución, empalmes de cables, fusibles, etc. Para garantizar la precisión de la medición, el sensor suele estar a la misma tensión que el objeto de prueba, y la señal recopilada se transmite y muestra mediante tecnología inalámbrica. Para garantizar la seguridad de la medición de temperatura, las piezas de trabajo de alta y baja tensión están aisladas para evitar fugas y otros accidentes. Normalmente, se proporcionan múltiples canales en la superficie externa del equipo para la monitorización en tiempo real y el procesamiento de datos de múltiples ubicaciones. Posteriormente, los datos recibidos por el receptor se transmiten a la computadora a través del puerto serie o paralelo, donde son analizados y procesados por el programa preprogramado.
Figura 1 Diagrama esquemático de la estructura del sistema de medición inalámbrica de temperatura para equipos de alta tensión
2.1 Sensor de temperatura
La función del sensor de temperatura es convertir la señal de temperatura en una señal eléctrica. Generalmente, se utiliza un termopar PT100, cuya precisión de medición puede alcanzar los 0,1 grados Celsius. También se puede utilizar un sensor de corriente miniatura de flujo cero, que también presenta un alto valor de aplicación. Técnicamente hablando, el sensor magnético utiliza Permalloy de baja pérdida como núcleo de hierro y utiliza tecnología especial de presión negativa y medios de protección para lograr una compensación automática del núcleo de hierro, de modo que este se encuentre en condiciones ideales de funcionamiento con flujo magnético cero. Además del dispositivo de medición de temperatura, el sensor de temperatura inalámbrico también incluye una fuente de alimentación, un circuito de medición, un circuito de control lógico y un circuito de comunicación por radio a una frecuencia específica. Para adaptarse a condiciones de trabajo más exigentes, generalmente se envasa en tubos termorretráctiles de alta temperatura y alta presión, y posee ciertas propiedades a prueba de agua y polvo para garantizar un uso prolongado. Dado que el área de trabajo de los equipos de medición de temperatura inalámbricos suele ser pequeña, su tamaño debe reducirse al máximo para cumplir con las condiciones de trabajo durante su uso. Al utilizar un sensor de temperatura, se puede utilizar alambre de encolado resistente al calor o tecnología de encolado para conectar el elemento termosensible a la superficie del objeto, pero se debe tener cuidado de mantener los puntos de contacto cerca para reducir los errores de medición. El sensor de temperatura inalámbrico debe tener un amplio rango de funcionamiento lineal. Generalmente, se selecciona un sensor de temperatura de -55 a 130 °C, según los requisitos de precisión y error de medición en diversas condiciones de trabajo.
2.2 Detector de temperatura inalámbrico
El sistema de detector de temperatura inalámbrico cuenta con múltiples canales de recepción que pueden procesar y mostrar múltiples puntos de medición en tiempo real. El detector cuenta con funciones de evaluación y gestión de fallos. El personal establece una zona de seguridad con antelación y compara la información recopilada con el umbral establecido. Si la temperatura supera el umbral, el detector accede al módulo de procesamiento de fallos, emite un texto de advertencia y emite un conjunto de niveles altos y bajos para activar la señal de alarma. Además de las funciones básicas de detección y alarma, el detector de temperatura inalámbrico también puede transmitir información. Se puede conectar a un ordenador mediante una línea de datos o un chip de comunicación serie/paralelo, lo que permite a los empleados supervisar múltiples interruptores y contactos en tiempo real y controlar su estado operativo para detectar a tiempo problemas de seguridad.
2.3 Sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real
En comparación con las instalaciones de hardware mencionadas anteriormente, como sensores y detectores, el sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real se inclina más por el software en el sistema de medición inalámbrica de temperatura. Este sistema integra el funcionamiento general del hardware de medición inalámbrica de temperatura, el procesamiento de datos, la recopilación de señales y otras funciones. Se comunica con el personal a través de la interfaz del cliente y carga y emite instrucciones. Para reducir la intensidad de trabajo de los operadores, los técnicos han desarrollado un sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real que cumple con la descripción anterior, analizando y procesando los resultados de las mediciones de temperatura del componente de hardware. El sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real cuenta con funciones de visualización de temperatura, almacenamiento de datos, análisis y comparación de datos históricos, advertencia de fallas, análisis de fallas, análisis del estado de funcionamiento del equipo, etc., y puede integrar y complementar las funciones del componente de hardware. En el diseño del sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real, se pueden utilizar métodos de diseño modular para el procesamiento redundante de datos, y cada unidad modular se descompone según su función, y los datos se almacenan y procesan por categoría. Este diseño modular permite que el sistema de monitoreo de temperatura en tiempo real sea más aplicable y seguro. Este sistema ayuda a los técnicos a recopilar, extraer, comparar y analizar una gran cantidad de datos, y puede reportar diversas condiciones anormales en tiempo real según las diferentes temperaturas de los equipos para garantizar el funcionamiento normal de los mismos. Además, cuenta con un excelente rendimiento matemático y de visualización, que permite mostrar los datos de un período determinado en un gráfico y marcarlos para facilitar el mantenimiento posterior.
3. Ventajas y desventajas del sistema de medición de temperatura inalámbrico aplicado a equipos eléctricos de alta tensión
3.1 Ventajas técnicas del sistema de medición de temperatura inalámbrico aplicado en equipos eléctricos
Con el avance de la ciencia y la tecnología, los sistemas inalámbricos de medición de temperatura han experimentado numerosas actualizaciones, mejorando su rendimiento y aumentando la precisión del monitoreo de temperatura. La construcción actual de la red eléctrica exige que los sistemas inalámbricos de medición de temperatura sean cada vez más precisos y en tiempo real, especialmente para equipos eléctricos de alta tensión. Además, se ajustan constantemente con la aplicación de estos equipos. En cuanto a la recepción de la señal, estos sistemas extienden una frecuencia de señal más alta, basada en las características de los equipos eléctricos de alta tensión, que ofrece buena estabilidad y no se ve fácilmente afectada por factores externos. La tecnología de comunicación inalámbrica se utiliza para la transmisión de señales, que es relativamente simple, de bajo consumo y bajo costo, y permite el análisis y procesamiento de los datos recibidos. El estado de funcionamiento del instrumento se puede monitorear en tiempo real, sin verse afectado por las condiciones climáticas. La temperatura del instrumento se puede monitorear en tiempo real para evitar la detección indebida. Al mismo tiempo, la alarma de sobretemperatura del dispositivo se puede configurar según las necesidades del usuario y se puede recordar al operador la ubicación específica del equipo a través de sonido y señal.
3.2 Aplicación insuficiente del sistema de medición inalámbrica de temperatura en equipos eléctricos
La medición de temperatura de equipos eléctricos de alta tensión mediante el sistema inalámbrico de medición de temperatura reduce la intensidad de las inspecciones de los operadores de subestaciones y, al mismo tiempo, mejora la seguridad de los equipos. Sin embargo, este sistema también presenta ciertas deficiencias en su uso práctico. En primer lugar, es una tecnología activa que requiere una batería integrada para su alimentación. Cuando la batería se agota, se apaga automáticamente, dejando al personal sin poder ver la temperatura del dispositivo y solo pudiendo restablecer la conexión desconectando la línea para reemplazar la batería. Como resultado, aumenta considerablemente el número de operaciones de conmutación y cortes de energía imprevistos en la subestación. Para solucionar este problema, se puede mejorar la tecnología, reemplazando la batería integrada por una fuente de alimentación pasiva y utilizando la onda electromagnética generada por la corriente de punto fijo como fuente de alimentación, mejorando así la fiabilidad de todo el sistema. En segundo lugar, algunos indicadores de control de temperatura del dispositivo de alimentación suelen fallar en aplicaciones prácticas. Se considera preliminarmente que la batería del sensor inalámbrico de medición de temperatura es insuficiente. Tras un corte de energía y la sustitución del sensor inalámbrico de temperatura, este fenómeno persiste. En este caso, es necesario detectar la ubicación, depurar la instalación del receptor y acortar la distancia entre el punto de medición y el sistema inalámbrico para evitar esta situación. Además, el sensor inalámbrico de temperatura con su propia tecnología activa no puede reemplazar la batería. Si detecta que la batería es insuficiente, deberá reemplazarse. Esto no solo aumentará el coste de mantenimiento del instrumento, sino que también consumirá recursos del equipo.
4. Ejemplos de aplicación del sistema de medición de temperatura inalámbrico
En comparación con la tecnología extranjera de sistemas inalámbricos de medición de temperatura, el desarrollo de la tecnología nacional de medición de temperatura está relativamente rezagado. Sin embargo, gracias a la continua atención de la industria nacional en los últimos años, se han mejorado la inversión, la mano de obra y los recursos materiales en este campo. En la industria eléctrica, existen numerosos dispositivos auxiliares, especialmente equipos de monitorización para el funcionamiento de la red eléctrica. Es decir, cuando la línea alcanza una determinada carga o temperatura alta, el dispositivo detiene automáticamente el suministro de energía para evitar accidentes. Estos nuevos y prácticos productos se utilizan principalmente en equipos eléctricos de alta tensión, y sus interfaces están preinstaladas y no se pueden reemplazar. Si bien reducen la generación de resistencia hasta cierto punto, son propensos a fallas debido al uso prolongado, lo que aumenta la resistencia del dispositivo y el calor durante el funcionamiento. Por lo tanto, a largo plazo, es fácil causar accidentes que afectan la seguridad, poniendo en peligro la salud y los bienes personales. En respuesta a esta situación, algunas empresas nacionales han aplicado tecnología de medición de temperatura inalámbrica a la producción de energía. Con la popularidad de esta tecnología, ahora se usa ampliamente no solo en la industria energética, sino también en otras industrias con problemas de aumento de temperatura.
5. Escenarios de aplicación
El medidor de temperatura en línea de contactos eléctricos es adecuado para la monitorización de la temperatura de empalmes de cables en armarios de distribución de alta y baja tensión, contactos de interruptores automáticos, interruptores de cuchilla, cabezales intermedios de cables de alta tensión, transformadores de tipo seco y equipos de baja y alta corriente. Previene posibles riesgos de seguridad causados por una resistencia de contacto excesiva y el calentamiento debido a la oxidación, la holgura, el polvo y otros factores durante el funcionamiento, mejorando así la seguridad de los equipos, reflejando su estado operativo de forma oportuna, continua y precisa, y reduciendo la tasa de accidentes.
Figura 7 Medición eléctrica del sistema de CC y de la batería
6. Configuración del hardware del sistema
El sistema de monitoreo de temperatura en línea se compone principalmente de un sensor de temperatura y una unidad de adquisición/visualización de temperatura en la capa de equipo, una puerta de enlace de computación de borde en la capa de comunicación y un host de sistema de medición de temperatura en la capa de control de la estación para realizar el monitoreo de temperatura en línea de partes eléctricas clave del sistema de transformación y distribución de energía.
| Nombre | Apariencia | Tipo | Descripción del parámetro |
| Software de configuración del sistema |  | Acrel-2000/T | Hardware: memoria 4G, disco duro 500G, puerto Ethernet. Pantalla: 21 pulgadas, resolución 1280*1024. Sistema operativo: Windows7 64 bits Chino simplificado Ultimate. Sistema de base de datos: Microsoft SQL Server 2008 R2. Protocolo de comunicación: IEC 60870-5-103, IEC60870-5-104, Modbus RTU, Modbus TCP y otros protocolos de comunicación estándar internacionales |
| Máquina de gestión de comunicaciones inteligentes |  | Anet-2E4SM | Puerta de enlace universal, puerto de red bidireccional, RS485 de 4 vías, LORA unidireccional opcional, función de alarma en vivo, Admite expansión de módulo esclavo 485, 4G |
| Equipo de recolección centralizada para medición inalámbrica de temperatura |  | Acrel-2000T/A | Montado en la pared Una interfaz 485 estándar, un puerto Ethernet Alarma de zumbido incorporada Tamaño del gabinete 480*420*200 (unidad mm) |
 | Acrel-2000T/B | Hardware: memoria 4G, disco duro 128G, puerto Ethernet Pantalla: 12 pulgadas, resolución 800*600 Sistema operativo: Windows7 Sistema de base de datos: Microsoft SQL Server 2008 R2 Plataforma web/servidor de aplicaciones opcional El tamaño del gabinete es 480*420*200 (unidad: mm) | |
| Terminal de visualización |  | ATP007/ ATP010 | Fuente de alimentación DC24V; interfaz RS485 de enlace ascendente unidireccional; interfaz RS485 de enlace descendente unidireccional; Reciba 20 piezas ATC200/1 pieza ATC400/ 1 pieza ATC450-C. |
 | ARTM-Pn | Marco de superficie 96*96*17 mm, profundidad 65 mm; diámetro del orificio 92*92 mm; Fuente de alimentación CA 85-265 V o CC 100-300 V; Interfaz RS485 de enlace ascendente unidireccional, protocolo Modbus; Reciba 60 piezas ATE100/200/300/400; compatible con ATC200/300/450. | |
 | ASD320/ ASD300 | Marco de superficie 237,5*177,5*15,3 mm, profundidad 67 mm; diámetro del orificio 220*165 mm; Fuente de alimentación CA 85-265 V o CC 100-300 V; Interfaz RS485 de enlace ascendente unidireccional, protocolo Modbus; Reciba 12 piezas ATE100/200/300/400; Coincidencia ATC200/300/450 | |
| Instrumento inteligente de inspección de temperatura |  | ARTM-8 | Diámetro del orificio 88*88 mm instalación empotrada; Fuente de alimentación CA 85-265 V o CC 100-300 V; Interfaz RS485 de enlace ascendente unidireccional, protocolo Modbus; Se puede conectar a sensores PT100 de 8 vías, adecuados para la medición de temperatura de contactos eléctricos de interruptores de bajo voltaje, bobinados de transformadores, bobinados de clic, etc.; |
 | ARTM-24 | Instalación en riel DIN de 35 mm; Fuente de alimentación CA 85-265 V o CC 100-300 V; Interfaz RS485 de enlace ascendente unidireccional, protocolo Modbus; 24 canales de NTC o PT100, 1 canal de medición de temperatura y humedad, 2 canales de salida de alarma de relé, utilizados para la medición de temperatura de contactos eléctricos de bajo voltaje, devanados de transformadores, devanados de clic y otros lugares; | |
| Transceptor inalámbrico |  | ATC450-C | Recibir datos de 60 sensores ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P |
 | ATC600 | ATC600 tiene dos especificaciones: ATC600-C puede recibir los datos de 240 piezas ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ Sensor ATE100P/ATE200P. El ATC600-Z retransmite transmisión transparente. | |
| Sensor de temperatura inalámbrico tipo batería |  | ATE100M | Funciona con pilas, vida útil ≥ 5 años; -50 °C ~ +125 °C; precisión ± 1 °C; 470 MHz, distancia abierta 150 metros; 32,4 x 32,4 x 16 mm (largo x ancho x alto) |
 | ATE200 | Alimentado por batería, vida útil ≥ 5 años; -50 ° C ~ + 125 ° C; precisión ± 1 ° C; 470 MHz, distancia abierta 150 metros; 35 * 35 * 17 mm, L = 330 mm (largo * ancho * alto, correa de tres colores). | |
 | ATE200P | Alimentado por batería, vida útil ≥ 5 años; -50 ° C ~ + 125 ° C; precisión ± 1 ° C; 470 MHz, distancia abierta 150 metros, clase de protección IP68; 35 * 35 * 17 mm, L = 330 mm (largo * ancho * alto, correa de tres colores). | |
| Sensor de temperatura inalámbrico con toma de corriente CT |  | ATE400 | Fuente de alimentación de inducción CT, corriente de arranque ≥5A; -50℃~+125℃; precisión ±1℃; 470MHz, distancia abierta 150 metros; lámina de aleación fija, fuente de alimentación; carcasa tricolor; 25,82*20,42*12,8 mm (largo*ancho*alto). |
| Sensor de temperatura con cable |  | PT100 | Cuando se utiliza para la medición de temperatura de contacto de bajo voltaje, comuníquese con el proveedor para obtener información sobre el paquete específico, la precisión, el sistema de cables, el material del cable y la longitud del cable; Cuando se utiliza para medir la temperatura de los devanados del transformador y del motor, se recomienda preincorporar un Pt100 dentro del transformador o del motor. |
 | NTC | Cuando se utiliza para la medición de temperatura de contacto de bajo voltaje, comuníquese con el proveedor para obtener información sobre el paquete específico, la precisión, el sistema de cables, el material del cable y la longitud del cable; Cuando se utiliza para medir la temperatura del devanado del transformador y del motor, se recomienda que el transformador o el motor estén preintegrados |
7. Conclusión
Gracias al continuo desarrollo de sensores, comunicación inalámbrica de datos, minería de datos y otras tecnologías, el sistema de monitoreo en tiempo real de la temperatura eléctrica de alto voltaje se volverá más científico. Con la aplicación y popularización del sistema inalámbrico de medición de temperatura, la industria eléctrica de nuestro país también es más estable y segura, y su progreso tecnológico ha contribuido al desarrollo del país.
Referencias:
[1] Manual de diseño y aplicación de microrredes empresariales de Acrel. Versión 2022.05
Hora de publicación: 02-05-2025