Een wikkelingstemperatuurdetector bepaalt de temperatuur van wikkelingen in onder meer transformatoren, motoren en generatoren. De term verwijst niet naar één vast apparaat. Afhankelijk van de apparatuur kan het gaan om een RTD-sensor, een transformator-wikkelingstemperatuurindicator (WTI) of een glasvezelprobe op een gekozen plek in de wikkeling.
Afhankelijk van de toepassing wordt de temperatuur rechtstreeks op een fysiek punt gemeten of indirect afgeleid uit andere thermische en elektrische grootheden. Maak daarom duidelijk of een waarde een gemeten punttemperatuur of een schatting is.
Wat is een wikkelingstemperatuurdetector?
Wikkelingen produceren warmte door elektrische verliezen. De stroom door de geleiders veroorzaakt weerstandsverliezen; het koelsysteem voert die warmte af. Temperatuurbewaking volgt de thermische toestand die daaruit ontstaat.
Een wikkelingstemperatuurdetector is de meet- of bewakingsopstelling die deze informatie levert. In de praktijk kan het gaan om een ingebouwde sensor, temperatuurindicator, thermische simulatie of directe optische probe. De term ‘detector’ duidt niet in elke toepassing op dezelfde hardware; lees een specificatie daarom samen met het apparaattype en het meetdoel.
Wikkelingstemperatuurdetector, sensor en indicator vergeleken
Deze drie termen worden soms door elkaar gebruikt, maar beschrijven verschillende onderdelen van de meetketen.
Wikkelingstemperatuurdetector
Dit is de ruimste term. Hij verwijst naar een meet- of bewakingsopstelling die de wikkelingstemperatuur detecteert of bepaalt. De opstelling kan bestaan uit een meetelement en instrument, of uit een apparaat dat de waarde uit andere invoergegevens berekent.
Wikkelingstemperatuursensor
Een wikkelingstemperatuursensor is doorgaans het daadwerkelijke meetelement, bijvoorbeeld een RTD, thermistor, thermokoppel of glasvezelprobe. De sensor levert een signaal dat afhangt van de temperatuur op de meetlocatie.
Wikkelingstemperatuurindicator
Een wikkelingstemperatuurindicator is meestal een instrument dat een temperatuurwaarde weergeeft, simuleert, berekent of verwerkt. Bij oliegevulde transformatoren combineert een WTI vaak de olietemperatuur bovenin met een belastingseffect of thermische simulatie. De sensor van een WTI zit dus niet per definitie in de wikkeling.
Sommige indicatoren hebben ook alarm- of besturingsuitgangen. De beschikbare functies hangen af van de gekozen indicator.
Waarom wordt de wikkelingstemperatuur bewaakt?
De wikkelingstemperatuur wordt beïnvloed door elektrische belasting en verliezen, koelprestaties, omgevingscondities en lokale thermische omstandigheden. Bewaking laat zien hoe die factoren tijdens bedrijf samen uitwerken.
De gegevens kunnen helpen thermische belasting van de isolatie te volgen, trends van oververhitting te signaleren, de koeling te beoordelen en het belastingsgedrag te begrijpen. Een temperatuurwaarde is op zichzelf geen oordeel. Toegestane waarden en alarmgrenzen hangen af van het apparaatontwerp, het isolatiesysteem en de toepasselijke specificatie; gebruik daarvoor de documentatie van de apparatuur in plaats van algemene richtwaarden.
RTD-detectoren voor wikkelingstemperatuur
RTD staat voor resistance temperature detector, oftewel weerstands-temperatuurdetector. Aanduidingen zoals PT100 en PT1000 verwijzen naar de nominale elementweerstand bij een referentietemperatuur. Door de voorspelbare weerstandsverandering kan een instrument de temperatuur berekenen.
Wanneer een RTD in of bij een wikkeling is gemonteerd, meet hij de temperatuur in de buurt van die locatie. RTD-sensoren worden veel gebruikt in statorwikkelingen van motoren en generatoren, en ook in droge elektrische apparatuur en bepaalde transformatoropstellingen. Ze zijn niet in iedere transformatorwikkeling aanwezig; ga daar niet zonder bevestiging van uit.
Voordelen en aandachtspunten bij de keuze
RTD’s bieden verschillende praktische voordelen:
- Directe meting op de montageplaats
- Beproefde industriële technologie
- Geschikt voor continue bewaking
- Eenvoudig te koppelen aan veel conventionele instrumenten
Omdat een RTD elektrisch is, moet ook de bedrading worden meegenomen in de keuze. Geleidende kabels vereisen aandacht voor elektrische isolatie, kabelroute, montageruimte en elektromagnetische omgeving. Bij hoogspanning moeten isolatie en bedrading zorgvuldig worden ontworpen. Dat sluit RTD’s niet uit; ze worden in veel hoogspanningsmachines succesvol gebruikt.
Transformator-wikkelingstemperatuurindicator (WTI)
Bij traditionele WTI-opstellingen voor oliegevulde transformatoren zit de sensor doorgaans niet in de wikkelingsgeleider. Het instrument meet de olietemperatuur bovenin en voegt een belastingsafhankelijke thermische simulatie toe, vaak afgeleid van de belastingsstroom, om de wikkelingstemperatuur of hotspot te benaderen.
WTI’s verschillen per fabrikant en transformatorontwerp. In algemene zin is de weergegeven waarde een berekende of gesimuleerde benadering op basis van gemeten invoer en modelaannames. Dat is een legitieme en veelgebruikte methode voor indicatie, alarmen en koelregeling bij transformatoren zonder interne wikkelingssensoren.
Meet een WTI de transformatorwikkelingstemperatuur rechtstreeks?
Niet altijd. Traditionele WTI-opstellingen leiden de wikkelingstemperatuur doorgaans indirect af uit de olietemperatuur bovenin en de belasting. Dat levert een bruikbare thermische indicatie op, maar geen meetwaarde van een sensor aan de wikkelingsgeleider.
Een volledige vergelijking van beide methoden staat in ons artikel over transformator-WTI versus glasvezeltemperatuursensor; daarom herhalen we die hier niet.
Glasvezeldetectoren voor wikkelingstemperatuur
De technologie van INNO gebruikt fluorescente glasvezel-puntmeting. De meettip wordt op een gekozen plek in de wikkeling geplaatst en meet daar de temperatuur. Een glasvezel transporteert het optische zend- en retoursignaal tussen meetpunt en compatibel instrument, dat het omzet in een temperatuurwaarde.
Bij oliegevulde transformatoren kan een glasvezeltemperatuursensor voor wikkelingen tijdens de fabricage in de transformator worden geïntegreerd om op gekozen plekken in de wikkeling rechtstreeks temperatuur te meten.
Grenzen van puntmeting
De meetmethode heeft duidelijke grenzen waarmee bij het vastleggen van de specificatie rekening moet worden gehouden:
- Eén probe meet op één vastgelegde fysieke locatie.
- Meerdere probes leveren meerdere onafhankelijke meetpunten in de wikkeling.
- De vezel transporteert het signaal, maar meet niet over zijn lengte. Dit is puntmeting en geen gedistribueerde temperatuurmeting.
- Eén probe bewaakt niet de volledige wikkeling.
- Het systeem spoort onbekende hotspots niet automatisch op. Plaats probes op gekozen of eerder vastgestelde thermisch kritieke locaties.
Kenmerken van glasvezelprobes
- Directe puntmeting bij de meettip
- Elektrische isolatie van het optische meetpad
- Hoge weerstand tegen elektromagnetische interferentie
- Compacte probeconstructie
- Meerpuntmeting met meerdere onafhankelijke probes
Dit zijn kenmerken van de meetmethode. Of een probe geschikt is voor een specifieke wikkeling hangt af van het ontwerp, de bereikbare meetlocaties en de mogelijkheid om de glasvezel uit de apparatuur te leiden.
RTD, WTI en glasvezelmeting van wikkelingstemperatuur vergelijken
De tabel vergelijkt de werking en gangbare toepassingen van de drie methoden. De kenmerken zijn algemeen en kunnen per product en installatie verschillen.
| Meetmethode | Meetprincipe | Rechtstreeks of indirect | Typische toepassing | Elektrisch signaal op de meetplek | Belangrijkste selectiepunt |
|---|---|---|---|---|---|
| RTD | Elektrische weerstand verandert met de temperatuur | Direct, op de montageplaats | Statorwikkelingen van motoren en generatoren, droge apparatuur en bepaalde transformatoropstellingen | Ja, geleidende bedrading loopt naar het meetelement | Bedrading, isolatie en route in de elektrische omgeving |
| Transformator-WTI | Olietemperatuur bovenin plus belastingsafhankelijke thermische simulatie | Indirect, berekend of gesimuleerd | Indicatie, alarm en regeling bij oliegevulde transformatoren | Niet van toepassing: bij traditionele WTI-opstellingen zit geen sensor aan de wikkelingsgeleider | Beoordeel of een berekende indicatie volstaat of dat meetgegevens uit de wikkeling nodig zijn |
| Glasvezelpuntprobe | Optisch signaal vanaf de sensortip, bijvoorbeeld fluorescentiegedrag | Direct, bij de meettip | Wikkelingen van transformatoren, motoren en generatoren, ook bij hoogspanning of sterke velden | Nee, het signaalpad op de meetplek is optisch | Plaatsing van probes, glasvezelroute en compatibele instrumentkanalen |
Directe en indirecte bepaling van wikkelingstemperatuur
Bij directe meting meet een sensor de temperatuur fysiek op een gekozen locatie. Een RTD of glasvezelprobe op die locatie is daarvan een voorbeeld. De waarde beschrijft die specifieke plek.
Bij indirecte bepaling wordt de wikkelingstemperatuur afgeleid uit andere grootheden, zoals de olietemperatuur bovenin, belastingsstroom, een thermisch model of simulatie. Een traditionele transformator-WTI is hiervan het bekende voorbeeld. De waarde is gebaseerd op een model.
Direct meten is niet automatisch in iedere toepassing de beste keuze. Indirecte methoden zijn beproefd en vereisen geen toegang tot de wikkeling; directe methoden leveren meetgegevens op gekozen locaties. Ze dienen verschillende doelen. De keuze hangt af van de informatie die het project nodig heeft. Wikkelingstemperatuur kan ook als absolute waarde of als temperatuurstijging ten opzichte van een passende referentie worden beoordeeld, zoals toegelicht in ons artikel over temperatuurstijging van transformatoren.
Wikkelingstemperatuurdetectoren in transformatoren
Bij oliegevulde transformatoren is de wikkeling na de fabricage moeilijk bereikbaar. Directe interne probes moeten daarom meestal al tijdens ontwerp en productie worden ingepland. WTI-opstellingen en olietemperatuurmetingen worden veel gebruikt voor externe bewaking, omdat daarvoor geen toegang tot de wikkeling nodig is.
Wanneer glasvezelprobes in de transformator worden ingebouwd, kunnen ze rechtstreeks op gekozen plekken in de wikkeling meten. Langdurige hoge wikkelingstemperaturen en hotspots dragen bij aan thermische belasting van de isolatie; dit verband wordt behandeld in ons artikel over transformatorveroudering.
Een overzicht van meetmethoden voor transformatoren staat op onze pagina over transformatorbewaking. De afzonderlijke methoden en hun toepassing worden vergeleken in het artikel over hoe de temperatuur van transformatorwikkelingen wordt gemeten.
Wikkelingstemperatuurdetectoren in motoren en generatoren
Bij motoren en generatoren wordt de statorwikkeling vaak op gekozen, ingebouwde meetpunten bewaakt. Lagertemperatuur wordt afzonderlijk gemeten en geeft andere informatie; die waarde mag niet worden verward met de toestand van de wikkeling.
RTD’s worden veel gebruikt voor bewaking van statorwikkelingen in motoren en generatoren. Glasvezelsensoren kunnen worden overwogen wanneer elektrische isolatie, sterke elektromagnetische velden, hoogspanning of bijzondere testomstandigheden optische meting wenselijk maken. In dat geval wordt een glasvezeltemperatuursonde voor motorwikkelingen met de meettip op de gekozen plek in de wikkeling gemonteerd.
Dit gedeelte beschrijft de toepassing van wikkelingstemperatuurmeting in motoren en generatoren. Een volledige vergelijking van alle motortypen sensoren valt buiten deze uitleg. Zie voor de bredere toepassing temperatuurmeting in motoren en generatoren.
Wikkelingstemperatuurindicator versus wikkelingstemperatuurdetector
Bij zoekopdrachten worden deze termen soms door elkaar gebruikt. Detector is de ruimere term en kan verwijzen naar de meetmethode: een sensor op een fysieke locatie of een berekening op basis van andere waarden. Indicator duidt meestal op het weergeven, verwerken of simuleren van een wikkelingstemperatuur.
Bij transformatoren heeft WTI een specifieke betekenis en verwijst het meestal naar de hierboven beschreven combinatie van olietemperatuur en belasting. Een wikkelingstemperatuurindicator is niet altijd alleen een display; sommige uitvoeringen hebben alarm- of besturingsfuncties. De beschikbare uitgangen hangen af van het product.
Waar wordt een wikkelingstemperatuurdetector gemonteerd?
Transformatorwikkelingen
Voor directe meting wordt de probe op een gekozen fysieke locatie in de wikkeling geplaatst. Die locaties worden tijdens ontwerp en fabricage vastgelegd, wanneer de wikkeling toegankelijk is. Iedere probe rapporteert uitsluitend de temperatuur op zijn eigen locatie.
Statorwikkelingen van motoren en generatoren
Ingebouwde sensoren kunnen tijdens het maken van de wikkeling worden geplaatst. De posities hangen af van het machineontwerp en het meetdoel.
Externe of indirecte opstellingen
Bij een WTI of olietemperatuuropstelling hoeft er geen sensor in de wikkeling te zitten. De temperatuur wordt in de olie gemeten en de wikkelingswaarde wordt daaruit afgeleid. Algemene regels voor exacte posities, laagnummers of afstanden bestaan niet; gebruik daarvoor het apparatuurontwerp en de engineeringgegevens.
Meerdere punten in de wikkelingstemperatuur bewaken
Voor bewaking van meerdere afzonderlijke locaties zijn meerdere meetpunten nodig. Bij fluorescente glasvezelpuntmeting hoort ieder punt bij één probe en één compatibel actief kanaal op het instrument.
Voor drie onafhankelijke punten zijn bijvoorbeeld doorgaans drie probes en ten minste drie compatibele actieve kanalen nodig. Dit is een voorbeeld, geen universele ontwerpregel. Het aantal punten hangt af van de apparatuur en het meetdoel. Meerdere probes leveren afzonderlijke puntmetingen, geen gedistribueerd temperatuurprofiel.
Een wikkelingstemperatuurdetector kiezen
Doorloop de volgende punten om de opties af te bakenen:
- Apparaattype: transformator, motor of generator.
- Meetdoel: waarvoor de temperatuurgegevens worden gebruikt.
- Directe meting of indicatie: zijn meetgegevens uit de wikkeling nodig of volstaat een berekende indicatie?
- Verwacht temperatuurbereik: controleer dit aan de hand van de documentatie van de sensor of het instrument.
- Elektrische spanningsomgeving: de vereiste isolatie bij het meetpunt.
- Elektromagnetische omgeving: de invloed van sterke velden op bedrading en signalen.
- Aantal meetpunten: elke afzonderlijke locatie heeft een eigen sensor nodig.
- Toegang voor montage: is de wikkeling bereikbaar tijdens fabricage of onderhoud?
- Beschikbare ruimte: is er plaats voor een sensor op het beoogde meetpunt?
- Kabel- of glasvezelroute: hoe wordt de verbinding uit de apparatuur geleid?
- Vereiste monitoringkanalen: zijn er voldoende compatibele kanalen voor alle meetpunten?
- Integratievereisten: welke interface heeft het bestaande bewakings- of besturingssysteem?
- Nieuwe apparatuur of retrofit: welke situatie is van toepassing?
Installatie in nieuwe apparatuur of retrofit
Bij een nieuwe transformator, motor of generator kunnen ingebouwde sensoren tijdens de productie worden gepland. Leg meetpunten vast met de ontwerper, plaats sensoren wanneer de wikkeling toegankelijk is en neem de kabel- of glasvezelroute op in de constructie.
Bij bestaande apparatuur kan toegang tot de wikkeling beperkt zijn. Ga er niet van uit dat interne glasvezelsensoren altijd achteraf kunnen worden gemonteerd. De haalbaarheid hangt af van fysieke toegang, apparatuurontwerp en onderhoudsomvang en moet per geval door engineering worden beoordeeld.
Grenzen van een wikkelingstemperatuurmeting
‘Een WTI meet de wikkeling altijd rechtstreeks.’
Niet noodzakelijk. Traditionele transformator-WTI’s leiden de wikkelingswaarde vaak af uit de olietemperatuur bovenin en de belasting. Het resultaat is berekend of gesimuleerd en komt niet van een sensor aan de geleider.
‘Eén detector meet de hele wikkeling.’
Puntsensoren meten alleen op de locaties waar ze zijn aangebracht. Voor dekking van meerdere delen van een wikkeling zijn voldoende sensoren op geschikte posities nodig.
‘De olietemperatuur bovenin is de wikkelingstemperatuur.’
Dit zijn verschillende meetgrootheden. Bij belasting is de wikkeling doorgaans warmer dan de omringende olie; het verschil verandert met belasting en koeling.
‘Meerdere glasvezelprobes vormen DTS.’
Nee. Meerdere probes leveren afzonderlijke puntmetingen op; er ontstaat geen doorlopend temperatuurprofiel langs de glasvezel.
‘Dezelfde detectoropstelling past bij iedere transformator en motor.’
Apparaatontwerp en meetdoel verschillen per toepassing. Stem de opstelling daarom af op het specifieke geval.
Conclusie
Een wikkelingstemperatuurdetector is niet één specifieke sensortechnologie. Afhankelijk van de apparatuur wordt de temperatuur rechtstreeks gemeten met bijvoorbeeld een RTD of glasvezelprobe, of indirect weergegeven met een transformator-WTI.
RTD’s zijn een beproefde methode voor directe elektrische meting op de montageplaats. Een WTI is een thermische indicatie- en simulatiemethode voor transformatoren. Glasvezelsensoren meten rechtstreeks op afzonderlijke punten via een optisch geïsoleerd meettraject. Geen van deze methoden is in alle situaties de beste.
De juiste methode hangt af van de apparatuur, meetlocatie, elektrische omgeving en de vraag of het project directe temperatuurgegevens of een indirecte thermische indicatie vereist.
Voor directe meting van wikkelingstemperatuur kan INNO de meetlocaties, probeconfiguratie, glasvezelroute en het aantal kanalen met u beoordelen.