दाब, प्रतिरोध और फाइबर ऑप्टिक थर्मामीटर को समझना

किसी का विश्वसनीय संचालन तेल में डूबा ट्रांसफार्मर ट्रांसफार्मर का संचालन काफी हद तक इसके आंतरिक इन्सुलेटिंग तेल की स्थिरता और वाइंडिंग के तापमान पर निर्भर करता है। अत्यधिक ताप इन्सुलेशन के तेजी से खराब होने, प्रदर्शन में गिरावट और अंततः विफलताओं का एक प्रमुख कारण है। इसलिए, तापमान की निगरानी ट्रांसफार्मर के संचालन और रखरखाव का सबसे मूलभूत और महत्वपूर्ण पहलू है। पारंपरिक यांत्रिक डायल से लेकर आधुनिक बुद्धिमान फाइबर ऑप्टिक सिस्टम तक, थर्मामीटर के विकास का इतिहास ट्रांसफार्मर निगरानी प्रौद्योगिकी का निष्क्रिय अवलोकन से सक्रिय प्रारंभिक चेतावनी तक का विकास है।

 

यह लेख तेल में डूबे ट्रांसफार्मरों पर उपयोग किए जाने वाले थर्मामीटरों के सामान्य प्रकारों का व्यवस्थित रूप से वर्णन करेगा और उनके कार्य सिद्धांतों और अनुप्रयोग परिदृश्यों का गहन विश्लेषण प्रदान करेगा।

 

अध्याय 1: थर्मामीटरों का "वंशवृक्ष" – तीन मुख्य प्रकारों का विस्तृत अवलोकन

मापन सिद्धांतों और स्थापना स्थान के आधार पर, तेल में डूबे ट्रांसफार्मरों के लिए थर्मामीटरों को मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है। ये सभी मिलकर शीर्ष तेल तापमान से लेकर वाइंडिंग के गर्म स्थानों तक एक त्रि-आयामी निगरानी नेटवर्क बनाते हैं।

 

1. दबाव-प्रकार का थर्मामीटर (रिमोट रीडिंग थर्मामीटर)

कार्य सिद्धांत: यह तापीय विस्तार/संकुचन और द्रव/गैस दाब संचरण पर आधारित एक क्लासिक यांत्रिक उपकरण है। इस प्रणाली में तीन भाग होते हैं:

 

तापमान बल्ब (सेंसर): ट्रांसफार्मर टैंक के शीर्ष पर तेल में डाला जाता है, जो तापमान-संवेदनशील माध्यम (जैसे, तरल, गैस, या कम क्वथनांक वाला तरल) से भरा होता है।

 

केशिका नली: बल्ब को गेज हेड से जोड़ने वाली एक लंबी, पतली धातु की नली, जो दबाव संचारित करने वाले माध्यम से भरी होती है।

 

गेज हेड (सूचक): ट्रांसफार्मर टैंक की दीवार या कंट्रोल कैबिनेट पर लगा होता है, जो बल्ब से कुछ मीटर दूर हो सकता है। इसका कोर बॉर्डन ट्यूब होता है – एक घुमावदार, लचीली धातु की ट्यूब। बल्ब के गर्म होने पर, आंतरिक दबाव में परिवर्तन केशिका के माध्यम से बॉर्डन ट्यूब तक पहुंचता है, जिससे ट्यूब विकृत हो जाती है। इस विकृति के कारण एक लिंकेज तंत्र के माध्यम से एक पॉइंटर चलता है, जिससे तापमान प्रदर्शित होता है।

 

मुख्य विशेषताएं:

 

पूरी तरह से यांत्रिक, बाहरी शक्ति की आवश्यकता नहीं, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोधक क्षमता, बहुत उच्च विश्वसनीयता।

 

सुविधाजनक स्थानीय रीडिंग के लिए गेज हेड को दूर से भी लगाया जा सकता है।

 

आमतौर पर इसमें तापमान अधिक होने पर अलार्म और ट्रिप फंक्शन के लिए 1-2 एडजस्टेबल कॉन्टैक्ट लगे होते हैं।

 

इलेक्ट्रॉनिक प्रकारों की तुलना में सटीकता और प्रतिक्रिया गति अपेक्षाकृत धीमी होती है, और केशिका ट्यूब यांत्रिक क्षति के प्रति संवेदनशील होती है।

 

विशिष्ट अनुप्रयोग: यह ऊपरी तेल के तापमान की निगरानी और अलार्म देने वाला प्राथमिक उपकरण है, जो तेल में डूबे सभी ट्रांसफार्मरों में लगभग एक मानक विशेषता है।

 

2. प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (आरटीडी, उदाहरण के लिए, पीटी100)

कार्य सिद्धांत: यह इस गुण पर आधारित है कि चालक का प्रतिरोध तापमान के साथ बदलता है। सबसे आम संवेदन तत्व प्लैटिनम प्रतिरोध थर्मामीटर है, जिसमें PT100 का अर्थ 0°C ​​पर 100 ओम का प्रतिरोध है। इसका प्रतिरोध तापमान के साथ सटीक और रैखिक रूप से बदलता है।

 

सिस्टम के घटक:

 

प्लैटिनम आरटीडी प्रोब: ट्रांसफार्मर के शीर्ष पर स्थित थर्मामीटर वेल में स्थापित, तेल में डूबा हुआ।

 

मापन ब्रिज और ट्रांसमीटर: अक्सर एक बुद्धिमान नियंत्रण इकाई में एकीकृत होते हैं। सटीक परिपथ PT100 के प्रतिरोध को मापता है और इसे मानक 4-20mA करंट सिग्नल या डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करता है।

 

मुख्य विशेषताएं:

 

उच्च माप सटीकता, संकेतों को लंबी दूरी तक प्रसारित किया जा सकता है, शोर के प्रति अच्छी प्रतिरोधक क्षमता।

 

आउटपुट एक मानक विद्युत संकेत है, जिसे दूरस्थ केंद्रीकृत निगरानी के लिए SCADA (पर्यवेक्षी नियंत्रण और डेटा अधिग्रहण) और DCS (वितरित नियंत्रण प्रणाली) जैसे स्वचालन प्लेटफार्मों के साथ आसानी से एकीकृत किया जा सकता है।

 

इसे अक्सर प्रेशर-टाइप थर्मामीटर के साथ स्थापित किया जाता है, जो तेल के तापमान की दूरस्थ निगरानी और रिकॉर्डिंग के लिए एक अतिरिक्त या उच्च-सटीकता वाले साधन के रूप में कार्य करता है।

 

विशिष्ट अनुप्रयोग: इसका उपयोग ऊपरी तेल के तापमान के दूरस्थ संचरण और डिजिटल निगरानी के लिए किया जाता है, जो आधुनिक स्वचालित, मानवरहित सबस्टेशनों की आधारशिला है।

 

3. फाइबर ऑप्टिक वाइंडिंग तापमान मापन प्रणाली (अत्याधुनिक प्रत्यक्ष "हॉट-स्पॉट" मापन)

कार्य सिद्धांत: यह वर्तमान में वाइंडिंग तापमान की निगरानी के लिए सबसे प्रत्यक्ष और उन्नत तकनीक है। यह फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग के भौतिकी सिद्धांत पर आधारित है।

 

फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग (FBG) सेंसर: एक विशेष ऑप्टिकल फाइबर के एक खंड में लेजर का उपयोग करके अपवर्तनांक में आवधिक परिवर्तन (ग्रेटिंग) अंकित किया जाता है। इसकी प्रमुख विशेषता यह है कि एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य (ब्रैग तरंगदैर्ध्य) का प्रकाश परावर्तित होता है, और यह परावर्तित तरंगदैर्ध्य ग्रेटिंग के स्थान पर तापमान (या तनाव) में परिवर्तन के साथ रैखिक रूप से परिवर्तित होता है।

 

मापन प्रक्रिया: ट्रांसफार्मर निर्माण के दौरान, उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग की इन्सुलेशन परतों के बीच, अनुमानित सबसे गर्म स्थानों पर, कई FBG सेंसरों से युक्त एक लचीली फाइबर ऑप्टिक केबल को सीधे पहले से ही स्थापित किया जाता है। यह प्रणाली ब्रॉडबैंड प्रकाश उत्सर्जित करती है, और प्रत्येक ग्रेटिंग से परावर्तित विशिष्ट तरंगदैर्ध्य का विश्लेषण करके, वाइंडिंग के विभिन्न बिंदुओं पर सटीक और वास्तविक समय में पूर्ण तापमान प्राप्त किया जा सकता है।

 

मुख्य विशेषताएं:

 

वाइंडिंग के हॉट-स्पॉट तापमान का प्रत्यक्ष मापन, न कि अप्रत्यक्ष अनुमान। यह डेटा अत्यंत प्रामाणिक और विश्वसनीय है।

 

आंतरिक रूप से सुरक्षित: ऑप्टिकल फाइबर सिलिका से बना होता है, जो कुचालक, उच्च-वोल्टेज प्रतिरोधी और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से अप्रभावित होता है, और मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में भी स्थिर रूप से काम करता है।

 

वितरित मापन: एक ही फाइबर दर्जनों संवेदन बिंदुओं को समायोजित कर सकता है, जिससे वाइंडिंग का एक संपूर्ण थर्मल मानचित्र प्राप्त करना संभव हो जाता है।

 

ट्रांसफार्मर की "डायनामिक रेटिंग" और जीवनकाल मूल्यांकन के लिए प्रमुख सहायक कारक।

 

विशिष्ट अनुप्रयोग: बड़े, महत्वपूर्ण ट्रांसफार्मर (जैसे, ईएचवी, कनवर्टर ट्रांसफार्मर), लोड क्षमता प्रबंधन की आवश्यकता वाले स्मार्ट सबस्टेशन।

 

अध्याय 2: प्रमुख अवधारणाओं का स्पष्टीकरण – ऊपरी तेल का तापमान बनाम वाइंडिंग का तापमान

यह एक महत्वपूर्ण अवधारणा है और थर्मामीटर के प्रकार का चयन करने का प्रारंभिक बिंदु है।

 

टॉप-ऑयल तापमान: यह टैंक के ऊपरी भाग में तेल के तापमान को मापता है। यह ट्रांसफार्मर के समग्र तापीय भार को दर्शाता है, लेकिन इसमें तापीय विलंब होता है। भार में परिवर्तन होने पर, वाइंडिंग का तापमान सबसे तेज़ी से बदलता है, उसके बाद तेल का तापमान बदलता है। इसे मापने के लिए प्रेशर-टाइप और आरटीडी थर्मामीटर का उपयोग किया जाता है।

 

वाइंडिंग हॉट-स्पॉट तापमान: यह पूरे ट्रांसफार्मर में सबसे गर्म बिंदु को दर्शाता है, जो आमतौर पर लो-वोल्टेज वाइंडिंग के ऊपरी हिस्से में स्थित होता है। यह इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने की दर और भार वहन क्षमता निर्धारित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। पारंपरिक विधियाँ इसे सीधे माप नहीं सकतीं, बल्कि इसके बजाय वाइंडिंग तापमान संकेतक (WTI) पर निर्भर करती हैं जो "टॉप-ऑयल तापमान + करंट करेक्शन" का उपयोग करके इसका अनुकरण/अनुमान लगाता है। फाइबर ऑप्टिक मापन ही एकमात्र ऐसी तकनीक है जो इसे सीधे और सटीक रूप से माप सकती है।