Riassunto: Con il continuo sviluppo dell'economia sociale, il sistema elettrico si sta muovendo verso l'alta tensione e l'alta capacità. Nuove tecnologie e apparecchiature del sistema elettrico emergono in un flusso infinito e la capacità di trasmissione di energia continua a migliorare. Tuttavia, il carico di energia ad alta tensione trasportato dalle apparecchiature elettriche ad alta tensione rende anche il proprio aumento di temperatura il colpevole che minaccia la stabilità della rete elettrica. La temperatura delle apparecchiature è diventata un parametro importante per il funzionamento stabile delle apparecchiature di trasmissione di energia nell'attuale rete elettrica. Sulla base delle cause dell'aumento di temperatura delle apparecchiature elettriche ad alta tensione, questo articolo analizza la struttura e l'applicazione del sistema di misurazione della temperatura wireless, analizza i vantaggi e gli svantaggi della sua applicazione e fornisce esempi applicativi per fornire un riferimento per il funzionamento stabile e lo sviluppo del sistema elettrico del nostro Paese.
Parola chiave: Sistema di misurazione della temperatura wireless; apparecchiature elettriche ad alta tensione; vantaggi e svantaggi
Le apparecchiature elettriche ad alta tensione presenti nel sistema elettrico del nostro Paese presentano diversi punti di collegamento, come giunti di commutazione isolati, nodi di sbarre collettrici, ecc. A causa di problemi di qualità nel processo di fabbricazione o di sicurezza, molti dispositivi presentano problemi di contatto scadenti e durante l'uso si genera un'elevata resistenza, con conseguenti problemi di aumento della temperatura.
1. Cause dell'aumento della temperatura delle apparecchiature elettriche ad alta tensione
L'applicazione del sistema di misurazione della temperatura è inseparabile dall'analisi della causa del problema di aumento della temperatura. Il primo riguarda i problemi di qualità e installazione delle apparecchiature elettriche ad alta tensione stesse, in particolare in corrispondenza dei giunti dei bulloni. La conformità dei punti di collegamento e la conformità della tenuta agli standard influiscono sulla resistenza. Molti collegamenti delle apparecchiature presenteranno problemi irregolari e ruvidi durante l'installazione. Una rettifica inadeguata comporterà inoltre un aumento della resistenza e un contatto scadente, che influiranno sull'uso delle apparecchiature e renderanno evidente il problema di aumento della temperatura. In secondo luogo, una protezione inadeguata durante il trasporto delle apparecchiature elettriche ad alta tensione causerà urti, con conseguente deformazione dei punti di collegamento o delle parti chiave, con conseguente contatto scadente. In terzo luogo, la superficie metallica delle apparecchiature elettriche ad alta tensione è soggetta a corrosione o reazioni di ossidazione e problemi sulla superficie dell'apparecchiatura influiranno anche sul contatto dell'apparecchiatura. Le cattive condizioni ambientali di alcune apparecchiature elettriche, come temperature elevate, pioggia, neve e vento forte, accelerano l'invecchiamento delle apparecchiature stesse, causando gravi problemi di aumento della temperatura. In quarto luogo, fattori esterni influiscono sul cattivo contatto in corrispondenza del collegamento delle apparecchiature. Molti siti operativi delle apparecchiature sono relativamente complessi e vari collegamenti, come l'installazione, l'uso e la manutenzione, sono anch'essi soggetti a errori, con conseguente cattivo contatto di molti connettori dei cavi e interruttori di isolamento e gravi problemi di aumento della temperatura. In quinto luogo, le apparecchiature sono sottoposte a carichi elevati per lungo tempo. Le apparecchiature elettriche ad alta tensione stesse trasportano e applicano elettricità ad alta tensione. Quando la corrente è troppo elevata e supera la capacità di carico dell'apparecchiatura, insieme all'effetto termico della corrente stessa, la temperatura dell'apparecchiatura aumenterà rapidamente.
Nel funzionamento effettivo delle apparecchiature, i cinque problemi sopra menzionati si verificano nei giunti di interruttori automatici, sezionatori, giunti di cavi, passanti e barre collettrici, ecc. Queste aree presentano numerosi guasti e sono soggette a problemi di aumento della temperatura. Durante l'ispezione e la manutenzione quotidiane, il personale dovrebbe concentrarsi su ispezione e manutenzione. Durante l'ispezione dell'apparecchiatura, la misurazione della temperatura del dispositivo non solo consente di comprendere lo stato del dispositivo durante l'uso, ma anche di rilevare tempestivamente il calore eccessivo generato da un contatto difettoso o da un carico eccessivo. In stato di carica, a causa dell'influenza della corrente e del calore, è normale che la temperatura interna sia superiore a quella esterna, ma la variazione di calore dovuta a un guasto dell'apparecchiatura stessa o a un carico eccessivo deve essere attentamente monitorata. Questo problema di aumento della temperatura aggraverà l'invecchiamento dell'apparecchiatura, riducendone la durata e potrebbe persino causarne la bruciatura. Pertanto, è assolutamente necessario applicare un sistema di misurazione della temperatura alle apparecchiature elettriche ad alta tensione.
In Cina, i metodi di misurazione della temperatura più utilizzati per le apparecchiature elettriche ad alta tensione sono il metodo di visualizzazione della temperatura tramite chip di cera, il metodo di misurazione della temperatura a infrarossi, il metodo di misurazione della temperatura in fibra ottica e il sistema di misurazione della temperatura wireless. Sia il metodo di visualizzazione della temperatura che il termometro a infrarossi sono azionati manualmente e i dati non possono essere raccolti in tempo reale. Attraverso la misurazione in fibra ottica, è possibile ottenere risultati di misurazione in tempo reale. Tuttavia, nel caso di alta e bassa tensione, non è possibile isolare completamente i fattori ambientali e non è possibile soddisfare i requisiti delle specifiche di strumentazione elettrica per gli strumenti ad alta tensione. Inoltre, l'installazione in armadio presenta notevoli ostacoli dovuti a problemi come la scarsa resistenza della fibra ottica alle alte temperature e la difficoltà di cablaggio. L'attuale tecnologia di misurazione della temperatura wireless si basa principalmente sull'attuale modalità di trasmissione wireless per superare i problemi di connessione e collegamento dei circuiti primario e secondario, migliorando così la sicurezza dell'uso dell'energia ad alta tensione.
2. Analisi della struttura del sistema di misurazione della temperatura wireless e dell'applicazione dell'apparecchiatura
La composizione del sistema di misurazione della temperatura wireless può essere suddivisa nella parte del sensore di temperatura e nella parte di visualizzazione e analisi dei risultati del monitoraggio della temperatura, nonché nell'hardware e nel software del sistema. La struttura del sistema di misurazione della temperatura wireless per apparecchiature di potenza ad alta tensione, come mostrato in Figura 1, è solitamente installata con sensori di temperatura in corrispondenza delle giunzioni di quadri elettrici, giunti di cavi, fusibili, ecc. Per garantire l'accuratezza della misurazione, il sensore si trova solitamente alla stessa posizione di tensione dell'oggetto in prova, quindi il segnale raccolto viene trasmesso e visualizzato tramite tecnologia wireless. Per garantire la sicurezza della misurazione della temperatura, le parti operative ad alta e bassa tensione sono isolate per prevenire perdite e altri incidenti. Solitamente, sulla superficie esterna dell'apparecchiatura operativa sono presenti più canali per il monitoraggio in tempo reale e l'elaborazione dei dati di più posizioni. I dati ricevuti dal ricevitore vengono quindi trasmessi al computer tramite la porta seriale o parallela e analizzati ed elaborati dal programma preimpostato.
Figura 1 Diagramma schematico della struttura del sistema di misurazione della temperatura wireless per apparecchiature di potenza ad alta tensione
2.1 Sensore di temperatura
La funzione del sensore di temperatura è convertire il segnale di temperatura in un segnale elettrico. Solitamente, si utilizza un misuratore di temperatura a termocoppia PT100, la cui precisione di misura può raggiungere 0,1 gradi Celsius. È possibile utilizzare anche un sensore di corrente in miniatura a flusso zero, che ha anch'esso un elevato valore applicativo. Tecnicamente parlando, il sensore magnetico sceglie Permalloy a bassa perdita come nucleo di ferro e utilizza una speciale tecnologia a pressione negativa e mezzi di protezione per realizzare una compensazione automatica per il nucleo di ferro, in modo che il nucleo di ferro sia nelle condizioni di lavoro ideali di flusso magnetico zero. Oltre al dispositivo di misurazione della temperatura, il sensore di temperatura wireless include anche un alimentatore, un circuito di misurazione, un circuito di controllo logico e un circuito di comunicazione radio a una frequenza specifica. Per adattarsi a condizioni di lavoro più elevate, è generalmente confezionato in un tubo termoretraibile ad alta temperatura e alta pressione e ha alcune proprietà impermeabili e antipolvere per garantire un utilizzo a lungo termine. Poiché l'area di lavoro dell'apparecchiatura di misurazione della temperatura wireless è solitamente piccola, le sue dimensioni dovrebbero essere ridotte il più possibile per soddisfare le condizioni di lavoro durante l'uso. Quando si utilizza un sensore di temperatura, è possibile utilizzare un filo di colla resistente al calore o una tecnologia di colla per combinare l'elemento sensibile al calore con la superficie dell'oggetto, ma è necessario prestare attenzione a mantenere i punti di contatto vicini per ridurre la misurazione. Errori. Il sensore di temperatura wireless dovrebbe avere un ampio intervallo di funzionamento lineare. Solitamente, si seleziona un elemento di rilevamento della temperatura compreso tra -55 e 130 gradi Celsius e il sensore di temperatura viene selezionato in base ai requisiti di precisione e di errore di misurazione in diverse condizioni di lavoro.
2.2 Rilevatore di temperatura wireless
Il sistema di rilevamento della temperatura wireless dispone di più canali di ricezione, in grado di elaborare e visualizzare diversi punti di misurazione in tempo reale. Il rilevatore di temperatura wireless è dotato di funzioni di valutazione e gestione degli errori. Il personale imposta in anticipo una zona di sicurezza e le informazioni raccolte vengono confrontate con la soglia impostata dal rilevatore di temperatura wireless. Se la temperatura supera la soglia, il sistema entra nel modulo di elaborazione degli errori e genera un testo di avviso, oltre a una serie di livelli alti e bassi per attivare il segnale di allarme e il suono. Oltre alle funzioni di base di rilevamento e allarme, il rilevatore di temperatura wireless è anche in grado di trasmettere informazioni. Può essere collegato a un computer tramite una linea dati o un chip di comunicazione seriale/parallela, consentendo al personale di monitorare più interruttori e contatti in tempo reale e di controllarne lo stato operativo, in modo da individuare tempestivamente eventuali problemi di sicurezza.
2.3 Sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale
Rispetto alle funzionalità hardware sopra menzionate, come sensori e rilevatori, il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale è più incline al sistema software nel sistema di misurazione della temperatura wireless. Il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale integra il funzionamento complessivo dell'hardware di misurazione della temperatura wireless, l'elaborazione dei dati, la raccolta dei segnali e altre funzioni. Comunica con il personale tramite l'interfaccia client e carica e invia istruzioni. Al fine di ridurre l'intensità di lavoro degli operatori, i tecnici hanno sviluppato un sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale che soddisfa la descrizione di cui sopra, in modo da analizzare ed elaborare i risultati della misurazione della temperatura della parte hardware. Il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale offre le seguenti funzioni: visualizzazione della temperatura, archiviazione dei dati, analisi e confronto dei dati storici, avviso di guasto, analisi dei guasti, analisi dello stato di funzionamento dell'apparecchiatura, ecc. e può integrare e completare le funzioni della parte hardware. Nella progettazione del sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale, è possibile utilizzare alcuni metodi di progettazione modulare per l'elaborazione ridondante dei dati; ogni unità modulare viene scomposta in base alla funzione e i dati vengono archiviati ed elaborati per categoria. Questo metodo di progettazione modulare può rendere il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale più applicabile e sicuro. Il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale può aiutare i tecnici a raccogliere, estrarre, confrontare e analizzare una grande quantità di dati e può segnalare varie condizioni anomale in tempo reale in base alle diverse temperature di diverse apparecchiature, per garantire il normale funzionamento di vari dispositivi. Allo stesso tempo, il sistema di monitoraggio della temperatura in tempo reale offre anche buone prestazioni matematiche e di visualizzazione, che possono visualizzare i dati di un determinato periodo sotto forma di grafico e contrassegnarli per facilitarne la manutenzione successiva.
3. Vantaggi e svantaggi del sistema di misurazione della temperatura wireless applicato alle apparecchiature elettriche ad alta tensione
3.1 Vantaggi tecnici del sistema di misurazione della temperatura wireless applicato alle apparecchiature elettriche
Con il progresso della scienza e della tecnologia, il sistema di misurazione della temperatura wireless ha subito numerosi aggiornamenti e miglioramenti, le sue prestazioni sono diventate sempre più potenti e il monitoraggio della temperatura è diventato sempre più accurato. L'attuale costruzione di energia richiede che il sistema di misurazione della temperatura wireless sia sempre più preciso e in tempo reale, soprattutto per le apparecchiature elettriche ad alta tensione. Il sistema di misurazione della temperatura wireless viene inoltre costantemente adattato all'applicazione di apparecchiature elettriche ad alta tensione. In termini di ricezione del segnale, il sistema di misurazione della temperatura wireless estende una frequenza del segnale più elevata basata sulle caratteristiche delle apparecchiature elettriche ad alta tensione, che hanno una buona stabilità e non sono facilmente disturbate da fattori esterni. La tecnologia di comunicazione wireless viene utilizzata nella trasmissione del segnale, che è relativamente semplice, a basso consumo energetico e costo, e può essere analizzata ed elaborata in base ai dati ricevuti, e lo stato di funzionamento dello strumento può essere monitorato in tempo reale senza essere influenzato dalle restrizioni meteorologiche. La temperatura dello strumento può essere monitorata in tempo reale per evitare rilevamenti mancati. Allo stesso tempo, l'allarme di sovratemperatura del dispositivo può essere impostato in base alle esigenze dell'utente e l'operatore può essere avvisato della posizione specifica dell'apparecchiatura tramite suono e segnale.
3.2 Applicazione insufficiente del sistema di misurazione della temperatura wireless nelle apparecchiature elettriche
La misurazione della temperatura delle apparecchiature elettriche ad alta tensione tramite il sistema di misurazione della temperatura wireless riduce l'intensità del lavoro di ispezione degli operatori delle sottostazioni e migliora al contempo le prestazioni di sicurezza delle apparecchiature. Tuttavia, il sistema di misurazione della temperatura wireless presenta anche alcune carenze nell'uso effettivo. Innanzitutto, il sistema di misurazione della temperatura wireless è una tecnologia attiva, che richiede una batteria integrata per l'alimentazione. Quando la batteria è scarica, il sistema di misurazione della temperatura wireless si spegne automaticamente e il personale non può visualizzare la temperatura del dispositivo, ma può ripristinare la connessione solo scollegando la linea per sostituire la batteria. Di conseguenza, il numero di operazioni di commutazione e interruzioni di corrente impreviste nella sottostazione aumenta notevolmente. Per risolvere questo problema, possiamo migliorare la tecnologia, sostituire la batteria integrata con un alimentatore passivo e utilizzare l'onda elettromagnetica generata dalla corrente a punto fisso come fonte di energia, in modo da migliorare l'affidabilità dell'intero sistema. In secondo luogo, alcuni indicatori di controllo della temperatura del dispositivo di alimentazione spesso falliscono nelle applicazioni pratiche. Si ritiene in via preliminare che la batteria del sensore di temperatura wireless sia insufficiente. Dopo un'interruzione di corrente e la sostituzione del sensore di temperatura wireless, questo fenomeno persiste. In questo caso, è necessario individuare il sito, eseguire il debug dell'installazione del ricevitore, ridurre la distanza tra il punto di misurazione della temperatura e il sistema di misurazione della temperatura wireless ed evitare questa situazione. Inoltre, il sensore di temperatura wireless con la sua tecnologia attiva non può sostituire la batteria. Se rileva che la batteria non è sufficiente, è necessario sostituire il sensore wireless. Ciò non solo aumenterà i costi di manutenzione dello strumento, ma causerà anche un consumo di risorse dell'apparecchiatura.
4. Esempi di applicazione del sistema di misurazione della temperatura wireless
Rispetto alla tecnologia estera dei sistemi di misurazione della temperatura wireless, lo sviluppo della tecnologia di misurazione della temperatura domestica è relativamente in ritardo, ma grazie alla continua attenzione dell'industria nazionale negli ultimi anni, gli investimenti, la manodopera e le risorse materiali in questo campo sono stati migliorati. Nel settore energetico, sono presenti molti dispositivi ausiliari, in particolare apparecchiature di monitoraggio per il funzionamento dell'alimentazione. Ciò significa che quando la linea raggiunge un determinato carico o una temperatura elevata, il dispositivo interrompe automaticamente l'alimentazione per evitare incidenti. Questi nuovi prodotti pratici sono utilizzati principalmente in apparecchiature elettriche ad alta tensione e le loro interfacce sono preinstallate e non possono essere sostituite. Sebbene riducano in una certa misura la generazione di resistenza, è facile che si verifichino guasti dovuti a un utilizzo prolungato, che aumenterà la resistenza del dispositivo stesso e aumenterà il calore durante il funzionamento. Pertanto, per lungo tempo, è facile causare incidenti di sicurezza, mettendo a repentaglio la salute delle persone e dei beni. In risposta a questa situazione, alcune aziende nazionali hanno applicato la tecnologia di misurazione wireless della temperatura alla produzione di energia. Grazie alla popolarità di questa tecnologia, ora è ampiamente utilizzata non solo nel settore energetico, ma anche in altri settori con problemi di aumento della temperatura.
5. Scenari applicativi
Il misuratore di temperatura online per contatti elettrici è adatto al monitoraggio della temperatura di giunzioni di cavi in quadri elettrici ad alta e bassa tensione, contatti di interruttori automatici, sezionatori, terminali intermedi di cavi ad alta tensione, trasformatori a secco e apparecchiature a bassa e alta tensione. Può prevenire potenziali rischi per la sicurezza causati da un'eccessiva resistenza di contatto e dal riscaldamento dovuto a ossidazione, allentamento, polvere e altri fattori durante il funzionamento, migliorando così la sicurezza delle apparecchiature, riflettendone in modo tempestivo, continuo e accurato lo stato operativo e riducendo il tasso di incidenti.
Figura 7 Misurazione elettrica del sistema CC e della batteria
6. Configurazione hardware del sistema
Il sistema di monitoraggio online della temperatura è composto principalmente da un sensore di temperatura e da un'unità di acquisizione/visualizzazione della temperatura a livello di apparecchiatura, da un gateway di edge computing a livello di comunicazione e da un host del sistema di misurazione della temperatura a livello di controllo della stazione per realizzare il monitoraggio online della temperatura delle parti elettriche chiave del sistema di trasformazione e distribuzione dell'energia.
7. Conclusion
Grazie al continuo sviluppo di sensori, comunicazione dati wireless, data mining e altre tecnologie, il sistema di monitoraggio in tempo reale della temperatura elettrica ad alta tensione diventerà sempre più scientifico. Con l'applicazione e la diffusione del sistema di misurazione della temperatura wireless, anche il settore energetico del nostro Paese è diventato più stabile e sicuro, e il suo progresso tecnologico ha contribuito allo sviluppo del Paese.
Riferimenti:
[1] Manuale di progettazione e applicazione della microrete Acrel Enterprise. Versione 2022.05
Data di pubblicazione: 02-05-2025
















