قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي: الطرق وأجهزة الاستشعار

• قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي يتطلب ذلك وجود مستشعر وطريقة قياس يمكنهما العمل بأمان في بيئة تتواجد فيها مجالات كهربائية ومجالات مغناطيسية قوية وفروق كبيرة في الجهد الكهربائي.
• مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية وهي مناسبة بشكل خاص للقياس المباشر داخل المحولات والمولدات وغيرها من معدات الجهد العالي، لأن نقطة الاستشعار يمكن أن تكون غير نشطة كهربائيًا ومحصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي.
• أجهزة قياس درجة الحرارة الجاهزة للاستخدام (RTD) والمزدوجات الحرارية لا تزال تستخدم على نطاق واسع عندما يكون من الممكن التحكم بشكل كافٍ في العزل الكهربائي، والأسلاك، والتداخل الكهرومغناطيسي.
• التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء وهو مفيد لفحص درجة حرارة الأسطح دون ملامسة، لكنه لا يستطيع عادةً قياس النقاط الساخنة في اللفات الداخلية التي يتعذر الوصول إليها بشكل مباشر.
• الأفضل مستشعر درجة الحرارة للتيار العالي يعتمد ذلك على ما إذا كان القياس داخليًا أم خارجيًّا، ومستندًا إلى نقطة أم مساحة، ودائمًا أم مؤقتًا، وعلى ما إذا كان العزل الكهربائي المباشر مطلوبًا أم لا.
• بالنسبة للمعدات الحيوية، يمكن أن يوفر الجمع بين الاستشعار المباشر لدرجة الحرارة والنماذج الحرارية ومعلومات الحمل ومراقبة الحالة صورة حرارية أكثر شمولاً مقارنة بالاعتماد على قياس واحد فقط.

قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي وهو يختلف اختلافاً جوهرياً عن القياس الصناعي العادي لدرجة الحرارة. قد لا يكون قياس درجة الحرارة بحد ذاته أمراً صعباً، لكن البيئة الكهربائية المحيطة بالمستشعر قد تجعل من الصعب تركيب طرق القياس التقليدية أو عزلها أو صيانتها.

يمكن أن تعمل لفات المحولات، ولفات المولدات، والمفاعلات، والمفاتيح الكهربائية، وقضبان التوصيل، ومعدات الاختبار عالية الجهد في مجالات كهرومغناطيسية قوية وعند مستويات جهد كهربائي تجعل المستشعرات المعدنية والأسلاك التقليدية غير مناسبة لبعض مواقع القياس. ولذلك، يتعين على المهندسين تقييم ليس فقط نطاق درجة الحرارة والدقة، بل أيضًا العزل الكهربائي، ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي، وموقع المستشعر، وإمكانية الوصول للتركيب، وتكامل النظام.

يقارن هذا الدليل الطرق الرئيسية المستخدمة لقياس درجة الحرارة في معدات الجهد العالي، ويشرح متى مراقبة درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية, ، ينبغي النظر في استخدام مستشعرات التلامس الكهربائية، أو القياس بالأشعة تحت الحمراء، أو المراقبة الحرارية الحسابية.

جدول المحتويات

• 1. ما المقصود بقياس درجة الحرارة في الجهد العالي؟
• 2. لماذا يصعب قياس درجة الحرارة في المعدات عالية الجهد؟
• 3. طرق قياس درجة الحرارة في الجهد العالي
• 4. مقارنة مستشعرات درجة الحرارة للتيار العالي
• 5. مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية لقياس الجهد العالي
• 6. تطبيقات قياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي
• 7. اختيار مستشعر درجة الحرارة للتيار العالي
• 8. وضع المستشعر وتركيبه
• 9. المعايير والأدلة الهندسية المنشورة
• 10. بنية نظام مراقبة درجة الحرارة في دوائر الجهد العالي
• 11. أمثلة على تكوينات مراقبة درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي
• 12. الأخطاء الشائعة في قياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي
• 13. الأسئلة الشائعة
• 14. الخاتمة

1. ما المقصود بقياس درجة الحرارة في الجهد العالي؟

1.1 تعريف قياس درجة الحرارة في الجهد العالي

قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي يشير إلى قياس درجة الحرارة على سطح المعدات الكهربائية أو داخلها، حيث تؤثر الجهد الكهربائي العالي، والمجالات الكهربائية القوية، والمجالات المغناطيسية، أو اضطرابات التبديل على اختيار المستشعر وتركيبه.

قد يكون الهدف بسيطًا مثل فحص درجة حرارة وصلة خارجية، أو معقدًا مثل قياس درجة حرارة موصل مدمج داخل لفّ محوّل موصّل بالتيار.

تتطلب هاتان الحالتان تقنيات مختلفة تمامًا لقياس درجة الحرارة.

1.2 ما هي درجات الحرارة التي يتم قياسها في معدات الجهد العالي؟

تشمل أهداف القياس النموذجية ما يلي:

• النقاط الساخنة في لفات المحولات
• درجة حرارة زيت المحول
• درجة حرارة ملفات المولد والمحرك
• درجة حرارة القضبان الموصلة والتوصيلات الكهربائية
• درجة حرارة نقاط التلامس في المفاتيح الكهربائية ونهايات الكابلات
• درجة حرارة ملفات المفاعل
• درجة حرارة الوحدة الإلكترونية للطاقة
• درجة حرارة العينة قيد الاختبار في المختبر تحت الجهد العالي
• درجة حرارة مدخل ومخرج نظام التبريد

يعتمد اختيار المستشعر المناسب بشكل كبير على ما إذا كانت درجة الحرارة المطلوب قياسها موجودة على سطح يمكن الوصول إليه أم في أعماق الجهاز.

1.3 القياس المباشر مقابل القياس غير المباشر لدرجة الحرارة في الجهد العالي

A القياس المباشر لدرجة الحرارة يتم وضع عنصر الاستشعار في الموقع الفعلي المطلوب أو بالقرب الشديد منه. ويُعد مستشعر اللف المدمج مثالاً جيدًا على ذلك.

تقوم الطريقة غير المباشرة بتقدير أو استنتاج الحالة الحرارية استنادًا إلى معلمة أخرى. على سبيل المثال، يمكن تقدير درجة حرارة النقاط الساخنة في لفائف المحول باستخدام الحمل ودرجة حرارة الزيت ونموذج حراري.

يمكن أن يكون كلا النهجين مفيدين. فالتحسس المباشر يوفر قراءة درجة الحرارة في الموقع الفعلي للمستشعر، في حين أن النماذج الحرارية يمكنها تقدير الظروف بشكل مستمر في المواقع التي يتعذر فيها تركيب مستشعر.

2. لماذا يصعب قياس درجة الحرارة في المعدات عالية الجهد؟

2.1 العزل الكهربائي في قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي

يحتوي جهاز قياس درجة الحرارة الجاهز (RTD) التقليدي أو المزدوج الحراري على مواد موصلة ويتطلب توصيلات كهربائية. وعندما تكون نقطة الاستشعار قريبة من موصل ذي جهد عالٍ، يجب تصميم دائرة القياس بالكامل بحيث يحافظ المستشعر والكابل ومُعدِّل الإشارة ومعدات جمع البيانات على العزل الكهربائي المناسب.

وهذا لا يعني أنه لا يمكن استخدام أجهزة قياس المقاومة الحرارية (RTD) أو المزدوجات الحرارية في المعدات عالية الجهد. فهي تُستخدم على نطاق واسع في المواقع المناسبة. والسؤال المهم هو ما إذا كان عنصر الاستشعار المعدني وأسلاك التوصيل الكهربائية متوافقين مع موقع القياس المحدد.

2.2 التداخل الكهرومغناطيسي وأجهزة استشعار درجة الحرارة

يمكن للمحولات والمولدات والمحولات الكهربائية والموصلات ذات التيار العالي أن تولد مجالات كهرومغناطيسية قوية. كما يمكن لمعدات التبديل وإلكترونيات الطاقة أن تسبب ضوضاء كهربائية إضافية.

وبالتالي، قد تتطلب إشارات درجة الحرارة الكهربائية توفير الحماية والتأريض والعزل وتوجيه الكابلات بعناية.

و مستشعر درجة الحرارة المقاوم للتداخل الكهرومغناطيسي يمكن للنظام القائم على النقل الضوئي أن يتجنب العديد من مشاكل تداخل الإشارات هذه، لأن معلومات درجة الحرارة تُنقل عبر الألياف الضوئية بدلاً من دائرة القياس الكهربائية التقليدية.

2.3 قياس درجة الحرارة الداخلية للجهد العالي

بعض درجات الحرارة الأكثر أهمية هي أيضًا الأصعب في الوصول إليها.

فمثلاً، قد توجد نقطة سخونة في ملف المحول داخل هياكل العزل والملف التي يصعب الوصول إليها بعد التصنيع. ولا يمكن للفحص السطحي بالأشعة تحت الحمراء أن يخترق خزان المحول والزيت لقياس هذا الموقع الداخلي.

ولهذا السبب، يتعين عادةً التخطيط للرصد الداخلي المباشر أثناء تصميم المعدات أو تصنيعها. المدمجة مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية لملفات المحولات تُعد خيارًا واحدًا لهذا النوع من القياس.

3. طرق قياس درجة الحرارة في الجهد العالي

3.1 قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية

قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية يستخدم إشارات ضوئية بدلاً من الإشارات الكهربائية عند نقطة الاستشعار. ووفقًا لتقنية الاستشعار المستخدمة، يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على عمر الفلورة، أو الطول الموجي المنعكس، أو التشتت الضوئي، أو أي خاصية ضوئية أخرى.

بالنسبة لعمليات القياس النقطي للجهد العالي، يُعد الاستشعار القائم على الفلورة مفيدًا بشكل خاص، حيث يمكن تركيب مسبار صغير لقياس درجة الحرارة في موقع محدد، بينما يظل جهاز الاستجواب الإلكتروني بعيدًا عن نقطة الاستشعار ذات الجهد العالي.

كامل نظام قياس درجة الحرارة متعدد القنوات باستخدام الألياف الضوئية يمكنه جمع قراءات درجات حرارة مباشرة متعددة من جهاز واحد أو من عدة مناطق خاضعة للمراقبة.

3.2 قياس درجة الحرارة باستخدام مقاييس المقاومة (RTD) في معدات الجهد العالي

تقيس أجهزة استشعار درجة الحرارة المقاومية درجة الحرارة من خلال التغير المتوقع في المقاومة الكهربائية لمادة الاستشعار، والتي عادةً ما تكون البلاتين.

تُستخدم أجهزة قياس درجة الحرارة الجاهزة (RTDs) على نطاق واسع لأنها توفر قياسًا صناعيًا مستقرًا لدرجة الحرارة. وهي مناسبة للعديد من قياسات زيت المحولات، وعلب الأجهزة، والمحركات، وعمليات التصنيع، حيث يمكن دمج المستشعر والأسلاك بأمان.

ومع ذلك، عندما يتعين تركيب جهاز RTD مباشرةً داخل منطقة ذات جهد كهربائي مرتفع جدًّا، يصبح العزل الكهربائي والأسلاك الموصلة من الاعتبارات الهندسية المهمة.

3.3 قياس درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية

تقيس المزدوجات الحرارية درجة الحرارة باستخدام جهد كهروحراري ينشأ عن موصلات مختلفة.

فهي متينة، ومتوفرة على نطاق واسع، ومناسبة للعديد من نطاقات درجات الحرارة الصناعية. وتظل مفيدة في الاختبارات المعملية، وعلى أسطح المعدات، وفي الأماكن التي يُسمح فيها بتركيب أجهزة استشعار كهربائية.

ومع ذلك، فإن المزدوجات الحرارية، شأنها شأن أجهزة قياس درجة الحرارة الجاهزة (RTDs)، تتمتع بخاصية التوصيل الكهربائي. لذا، يجب مراعاة سلامة الإشارة والتأريض والعزل عند إجراء القياسات بالقرب من الموصلات ذات الجهد العالي.

3.4 التصوير بالأشعة تحت الحمراء والتصوير الحراري لمعدات الجهد العالي

يُعد التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء إحدى أكثر الطرق غير التلامسية فائدةً لفحص الجهد العالي.

ومن بين الأهداف النموذجية ما يلي:

• وصلات القضبان الموصلة
• المطاريف الكهربائية
• توصيلات أجهزة التوزيع الكهربائية
• البطانات
• نهايات الكابلات
• أسطح المحولات التي يمكن الوصول إليها

وتتمثل الميزة الرئيسية في أنه يمكن في كثير من الأحيان إجراء الفحص دون توصيل جهاز استشعار فعليًّا بالموصل المكهرب.

ويُعد هذا القيد مهمًّا بنفس القدر: فالأنظمة التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء تراقب في المقام الأول الأسطح التي يمكن الوصول إليها. كما يمكن أن تتأثر النتائج بمعامل الانبعاث وزاوية الرؤية والمسافة والانعكاسات والظروف البيئية.

وبالتالي، فإن الفحص بالأشعة تحت الحمراء يُكمل نظام استشعار درجة الحرارة المدمج ولا يحل محله عندما تكون النقطة الحرارية الفعلية موجودة داخل الجهاز.

3.5 مراقبة درجة الحرارة الحسابية والقائمة على النماذج

توفر النماذج الحرارية طريقة بديلة عندما يتعذر إجراء القياس المباشر.

في تطبيقات المحولات، يمكن استخدام معلمات مثل الحمل، والظروف المحيطة، ودرجة حرارة الزيت، وتدرجات الملفات، وحالة التبريد لتقدير الظروف الحرارية الداخلية.

ويشكل هذا النهج جزءًا مهمًا من مراقبة درجة حرارة المحول ويمكن دمجها مع أجهزة استشعار مباشرة لمقارنة سلوك درجة الحرارة المتوقعة والمقاسة.

4. مقارنة مستشعرات درجة الحرارة للتيار العالي

طريقة القياس	بالاتصال / بدون اتصال	الإشارة الكهربائية عند المستشعر	مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي	القياس الداخلي	تطبيق نموذجي للجهد العالي
مستشعر الألياف البصرية الفلوري	الاتصال	لا توجد إشارة كهربائية تقليدية عند نقطة الاستشعار	ممتاز	مناسب لقياس النقاط المدمجة	ملفات المحولات والمولدات، ومعدات اختبار الجهد العالي
مستشعر الألياف الضوئية FBG	الاتصال	لا توجد إشارة كهربائية تقليدية عند نقطة الاستشعار	ممتاز	مناسب مع التغليف المناسب للمستشعر	الاستشعار متعدد النقاط لدرجة الحرارة والهيكل
RTD	الاتصال	نعم	يعتمد على التثبيت	يمكن ذلك إذا سمح التصميم الكهربائي بذلك	القياسات النفطية، والسطحية، وداخل الأغلفة، والقياسات الصناعية التقليدية
المزدوج الحراري	الاتصال	نعم	يعتمد على التثبيت	يمكن ذلك إذا سمح التصميم الكهربائي بذلك	الاختبار وقياس درجات الحرارة في المجال الصناعي
التصوير بالأشعة تحت الحمراء / التصوير الحراري	بدون تلامس	مستشعر عدم التلامس	لا يعتمد على إشارة المستشعر الكهربائي	عادةً ما يكون على السطح فقط	الوصلات، وقضبان التوصيل، والمطاريف، والأسطح التي يمكن الوصول إليها
النموذج الحراري	محسوب	لا حاجة إلى مستشعر مباشر عند النقطة المحسوبة	لا ينطبق على الحساب نفسه	تقديرية وليست مقاسة مباشرةً	تقييم النقاط الساخنة في المحولات وتقييم الأحمال

يوضح الجدول سبب عدم وجود خيار “أفضل” واحد” مستشعر درجة الحرارة للتيار العالي. تعتمد الطريقة الصحيحة على ما يجب قياسه فعليًّا.

5. مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية لقياس الجهد العالي

5.1 لماذا تعمل مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية في البيئات ذات الجهد العالي

الميزة الرئيسية لـ مستشعر درجة الحرارة بالألياف الضوئية للجهد العالي هو الفاصل بين نقطة الاستشعار البصري والأجهزة الإلكترونية التقليدية.

يمكن تصميم المسبار والألياف باستخدام مواد عازلة للكهرباء، بينما تنقل الإشارات الضوئية معلومات القياس إلى جهاز استجواب موجود خارج المنطقة الحرجة ذات الجهد العالي.

وهذا يمنح أجهزة الاستشعار التي تعمل بالألياف الضوئية عدة خصائص عملية:

• مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي في مسار الاستشعار البصري
• لا يوجد تيار كهربائي قياسي عند نقطة الاستشعار
• ملاءمتها للاستخدام في بيئات ذات مجالات كهربائية ومغناطيسية قوية
• مجسات صغيرة لإجراء قياسات مدمجة
• تركيب الأجهزة الإلكترونية عن بُعد
• مراقبة درجة الحرارة في نقاط متعددة عبر قنوات متعددة

5.2 مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية الفلورية

تتمثل تقنية قياس درجة الحرارة الأساسية التي تعتمد على الألياف الضوئية من شركة INNO في الاستشعار النقطي القائم على الفلورة.

توجد مادة استشعار فلورية في طرف المجس. يتم إثارتها ضوئيًا، وبعد ذلك يتلاشى استجابتها الفلورية. يتغير زمن التلاشي مع تغير درجة الحرارة، مما يسمح لجهاز الاستجواب بتحويل الاستجابة الضوئية إلى قيمة لدرجة الحرارة.

تقيس هذه الطريقة نقطة محددة، ولا ينبغي الخلط بينها وبين تقنية استشعار درجة الحرارة الموزعة.

بالنسبة للتركيبات التي تتطلب مجسات فردية، انظر مجسات استشعار درجة الحرارة الفلورية التي تعمل بالألياف الضوئية.

5.3 الاستشعار بالألياف الضوئية النقطي مقابل الاستشعار الموزع لدرجة الحرارة

يحل قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية المركزة والموزعة مشاكل مختلفة.

السمة	مستشعر الألياف الضوئية النقطي	DTS
نتيجة القياس	درجة الحرارة في مواقع أجهزة الاستشعار المحددة	توزيع درجة الحرارة على طول الألياف المستشعرة
المسافة المعتادة	نقاط قياس محلية محددة	المسارات الطويلة المتفرعة
تطبيق نموذجي	النقاط الساخنة في لفات المحولات، والمولدات، والمكونات عالية الجهد	الكابلات والأنفاق وخطوط الأنابيب والبنى التحتية الطويلة
INNO Focus	الاستشعار النقطي القائم على الفلورة	ليست التكنولوجيا الرئيسية التي نناقشها هنا

بالنسبة لملف محول كهربائي، قد يكون معرفة درجة حرارة عدة نقاط ساخنة مختارة بعناية أكثر فائدة من الحصول على منحنى درجة حرارة موزع طويل.

5.4 قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية متعددة القنوات

غالبًا ما تحتوي معدات الجهد العالي على أكثر من نقطة حرجة من الناحية الحرارية.

قد يتطلب المحول استخدام عدة مجسات لقياس درجة حرارة اللفات. وقد يتطلب المولد مراقبة عبر عدة فتحات أو أطوار في الجزء الثابت. وقد يحتاج نظام مختبري إلى إجراء قياسات متزامنة عند عدة جهد كهربائي معزول.

تقدم شركة INNO أنظمة تتراوح بين وحدات الاستشعار المدمجة والمنصات ذات العدد الأكبر من القنوات، بما في ذلك جهاز إرسال درجة الحرارة ذو 3 قنوات يعمل بالألياف الضوئية وـ نظام قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية الفلورية ذو 64 قناة.

ينبغي تحديد العدد المطلوب من القنوات بناءً على الهدف من القياس الحراري، بدلاً من الاكتفاء بزيادة عدد أجهزة الاستشعار إلى أقصى حد.

6. تطبيقات قياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي

6.1 قياس درجة حرارة لفائف المحولات عالية الجهد

تُعد لفات المحولات أحد أوضح الأمثلة على أهمية الاستشعار البصري لدرجة الحرارة.

يمكن أن توجد نقطة التسخين في اللفات داخل هيكل العزل عند جهد كهربائي مرتفع وفي بيئة كهرومغناطيسية قوية. ولا يمكن لقياس السطح الخارجي رصد هذا الموقع بشكل مباشر.

مُدمج مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية لمراقبة النقاط الساخنة في لفائف المحولات يمكنها قياس درجة الحرارة مباشرةً عند نقاط داخلية محددة.

للاطلاع على تصميم التطبيق بالكامل، انظر مراقبة النقاط الساخنة في لفات المحولات و مراقبة المحولات المغمورة بالزيت.

6.2 قياس درجة حرارة المحولات المغمورة بالزيت

يحتوي المحول المغمور بالزيت على عدة كمية حرارية مختلفة لا ينبغي اعتبارها قياسًا واحدًا:

• درجة الحرارة المحيطة
• درجة حرارة الزيت في القاع
• أقصى درجة حرارة للزيت
• متوسط درجة حرارة اللف
• نقطة التسخين المحسوبة في الملف
• درجة حرارة اللف المباشر عند مواقع المستشعرات المدمجة

يمكن استخدام نظام الألياف الضوئية لإجراء قياسات مباشرة للملفات، بينما تتولى الأجهزة التقليدية مراقبة حالة الزيت وحالات أخرى تتعلق بالمحولات.

ولإجراء رصد أوسع نطاقاً، فإن نظام مراقبة درجة حرارة زيت المحولات ومستواه وضغطه يمكن أن تُستكمل بها تقنية استشعار اللفات المدمجة.

6.3 قياس درجة حرارة المحولات الجافة

تتطلب المحولات الجافة أيضًا مراقبة درجة الحرارة، لكن بنية نظام المراقبة قد تختلف اختلافًا جوهريًّا عن تلك المستخدمة في المعدات المغمورة بالسائل.

تُستخدم أجهزة التحكم في درجة الحرارة التقليدية على نطاق واسع لقياس درجة حرارة اللفات، والتحكم في المراوح، وإصدار الإنذارات. وتوفر شركة INNO أنظمة مثل: جهاز مراقبة درجة حرارة المحولات من النوع الجاف IB-S201 وجهاز التحكم فيها.

كما يمكن اللجوء إلى القياس بالألياف الضوئية عندما يتطلب الأمر إجراء استشعار مباشر في المواقع المعرضة لمجالات كهرومغناطيسية قوية أو التي تخضع لقيود العزل الكهربائي.

انظر مراقبة درجة حرارة المحولات من النوع الجاف لبنية مراقبة مستوى التطبيق.

6.4 قياس درجة حرارة لفات المولد والمحرك

تجمع المولدات والمحركات الكبيرة بين التيارات العالية والمجالات المغناطيسية القوية وهياكل اللفات المتراصة. وتجعل هذه الخصائص منها مجالًا مهمًا آخر لتطبيقات الاستشعار المعزول كهربائيًا.

يمكن وضع مجسات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية في مواقع محددة من اللفات أثناء تصنيع المعدات، حيث تتطلب القياسات المدمجة المباشرة.

يُعتبر هذا التطبيق ذا أهمية خاصة في توليد الطاقة, ، حيث يمكن أن تؤثر الحالة الحرارية للمولد على قرارات التحميل والصيانة الخاصة بالمعدات.

6.5 مراقبة درجة حرارة المحطات الفرعية ومعدات الجهد العالي

تحتوي المحطات الفرعية على العديد من المكونات الحساسة من الناحية الحرارية، بما في ذلك المحولات، وأجهزة التبديل الكهربائية، والوصلات، وقضبان التوزيع، ونهايات الكابلات، وغيرها من المجموعات عالية الجهد.

لا توجد تقنية مستشعرات واحدة مثالية لجميع هذه الاستخدامات.

قد يكون الفحص بالأشعة تحت الحمراء فعالاً بالنسبة للأسطح التي يمكن الوصول إليها، في حين أن أجهزة الاستشعار ذات التلامس الدائم قد تكون أكثر ملاءمة للنقاط المغلقة أو التي تخضع لمراقبة مستمرة. وتكتسب أجهزة الاستشعار المدمجة التي تعمل بالألياف الضوئية أهميتها عندما يتعين عزل القياس كهربائيًا أو وضعه داخل معدات الجهد العالي.

اطلع على الصورة الأوسع تطبيق مراقبة المحطات الفرعية لسياق المراقبة على مستوى النظام.

6.6 اختبار الجهد العالي والقياسات المختبرية

غالبًا ما تحتاج مختبرات الجهد العالي إلى قياس درجات الحرارة أثناء تزويد جسم الاختبار بالطاقة أو تعريضه لمجالات كهرومغناطيسية قوية.

يمكن أن يؤثر كابل المستشعر المعدني على إعداد التجربة، أو يتسبب في تكوين مسارات كهربائية غير مرغوب فيها، أو يؤدي إلى حدوث تشويش في القياس، وذلك حسب طبيعة التجربة.

يتيح المستشعر البصري بقاء عنصر استشعار درجة الحرارة معزولاً عن نظام جمع البيانات الكهربائي التقليدي، مما يجعل قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية مفيداً في اختبارات العزل الكهربائي، وتجارب المجالات الكهربائية العالية، والمكونات العائمة كهربائياً.

7. اختيار مستشعر درجة الحرارة للتيار العالي

7.1 اختيار المستشعر حسب موقع القياس

لا ينبغي أن يكون السؤال الأول هو: “أي مستشعر درجة حرارة يتمتع بأفضل المواصفات؟”

ينبغي أن يكون السؤال الأول هو:

أين تقع درجة الحرارة التي يجب قياسها فعليًّا؟

على سبيل المثال:

• سطح قضيب التوصيل الكهربائي الذي يمكن الوصول إليه → قد يكون الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء أو الاستشعار التلامسي مناسبًا.
• قد يكون قياس درجة حرارة الزيت العلوي للمحول → مقارنةً بالزيت التقليدي هو الطريقة المناسبة.
• قد يكون من الأفضل استخدام لفائف المحول الداخلية → أجهزة الاستشعار بالألياف الضوئية المدمجة.
• مسار كابل الطاقة الطويل → قد يكون الاستشعار الموزع أكثر ملاءمة.
• جسم الاختبار العائم عالي الجهد → قد يسهّل الاستشعار البصري غير النشط كهربائيًا عملية العزل.

7.2 تقييم الجهد الكهربائي والتداخل الكهرومغناطيسي

إذا كان موقع الاستشعار قريبًا كهربائيًا من جهد الأرض، وكانت التداخلات الكهرومغناطيسية (EMI) قابلة للتحكم، فقد يكون المستشعر الصناعي التقليدي مناسبًا تمامًا.

إذا كانت نقطة الاستشعار تقع مباشرةً داخل ملف عالي الجهد أو هيكل معزول كهربائيًا، فإن عازلًا كهربائيًا مستشعر درجة الحرارة للتيار العالي يصبح الأمر أكثر جاذبية بكثير.

7.3 التمييز بين القياس أحادي النقطة والقياس متعدد النقاط

يكفي استخدام نظام قياس أحادي القناة عندما تكون هناك نقطة حرجة واحدة فقط تتطلب المراقبة. توفر INNO نظامًا وحدة استشعار درجة الحرارة ذات القناة الواحدة التي تعمل بالألياف الضوئية بالنسبة لتكوينات القياس النقطي المدمجة.

قد تتطلب المعدات التي تحتوي على مراحل متعددة أو لفات أو مناطق حرارية نظامًا متعدد القنوات.

يجب أن يستند عدد المستشعرات إلى:

• عدد المناطق الحرجة من الناحية الحرارية
• ترتيب المراحل
• التكرار المطلوب
• التحركات المتوقعة في المناطق الساخنة
• نتائج النموذج الحراري
• هدف الرصد

7.4 التحقق من نطاق درجة الحرارة ومتطلبات الدقة والاستجابة

لا ينبغي أن يكون نطاق درجة الحرارة وحده هو العامل المحدد لاختيار المستشعر.

يجب أن تشمل المتطلبات الهندسية ما يلي:

• نطاق درجة الحرارة المطلوب للتشغيل
• عدم اليقين في القياس أو الهدف المحدد للدقة
• التكرار المطلوب
• متطلبات زمن الاستجابة
• استقرار المعايرة على المدى الطويل
• أبعاد المستشعر
• طول الألياف
• الحماية الميكانيكية
• التوافق البيئي

يجب التأكد من القيم الدقيقة بالرجوع إلى ورقة البيانات الخاصة بالمستشعر المحدد وتكوين جهاز الاستجواب.

7.5 التحقق من متطلبات الاتصالات والتحكم

غالبًا ما يتطلب قياس درجة الحرارة الربط بنظام مراقبة أو تحكم أكبر.

اعتمادًا على طراز INNO المحدد وتكوينه، قد يشمل التكامل واجهات صناعية مثل RS485 وModbus والإشارات التناظرية أو مخرجات المرحلات.

A نظام مراقبة درجة الحرارة والتحكم بها باستخدام الألياف الضوئية الفلورية يمكنها الجمع بين قياس درجة الحرارة ووظائف المراقبة والتحكم عند الحاجة.

8. تحديد مواقع مستشعرات درجة الحرارة للتيار العالي وتركيبها

8.1 قد يكون موقع المستشعر أكثر أهمية من دقة المستشعر

يمكن أن يوفر جهاز استشعار عالي الدقة موجود في المكان الخاطئ معلومات أقل فائدة من جهاز استشعار أقل دقة بقليل، لكنه موضوع في النقطة الحرارية الحقيقية محل الاهتمام.

ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في اللفات، لأن درجة الحرارة لا تتوزع بشكل متساوٍ.

يقوم المستشعر البصري بتسجيل درجة الحرارة في الموقع الفعلي الذي يوجد فيه. ولا يمكنه تحديد ما إذا كان هناك موقع آخر غير مزود بأجهزة قياس في مكان آخر من الملف يكون أكثر سخونة أم لا.

8.2 استخدام التحليل الحراري لاختيار نقاط القياس

بالنسبة للمعدات الحساسة ذات الجهد العالي، يمكن دعم وضع المجس من خلال:

• حساب الخسائر الكهرومغناطيسية
• نمذجة الشبكات الحرارية
• ديناميكا الموائع الحسابية
• اختبارات ارتفاع درجة الحرارة السابقة
• خبرة في تصميم الملفات
• مسارات تدفق التبريد المعروفة

يُعد هذا النهج أكثر موثوقية من تركيب أجهزة الاستشعار على مسافات متساوية دون مراعاة التصميم الحراري الفعلي.

8.3 حماية مستشعرات الألياف الضوئية أثناء التركيب

قد يكون مبدأ الاستشعار البصري محصنًا ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، لكن الألياف الضوئية نفسها لا تزال تتطلب تركيبًا ميكانيكيًا صحيحًا.

يجب أن تشمل فحوصات التركيب ما يلي:

• نصف قطر الانحناء الأدنى
• الحماية من السحق
• طريقة تثبيت المسبار
• توجيه كابلات الألياف الضوئية
• نظافة الموصل
• توافق العزل
• تحديد القناة
• التحقق من الاستمرارية قبل التجميع النهائي

بالنسبة لتركيبات المحولات التي تتطلب متطلبات ميكانيكية عالية، فإن مستشعر درجة الحرارة المصفح ذو الألياف الضوئية لملفات المحولات المغمورة بالزيت يمكن النظر في ذلك.

9. معايير قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي والأدلة الهندسية

9.1 دليل قياس درجة الحرارة IEEE C57.165-2024

IEEE C57.165-2024، دليل قياسات درجة الحرارة للمحولات والمفاعلات المغمورة بالسائل, ، ويتناول على وجه التحديد قياس درجة الحرارة في المحولات والمفاعلات المغمورة بالسائل.

يُقر الدليل بأن درجة حرارة اللفات تُعد عاملاً أساسياً في الأداء الحراري للمحولات، ويناقش قياس درجة الحرارة في اللفات وغيرها من مكونات المحولات.

وهذا أمر مهم في مراقبة درجات الحرارة في أنظمة الجهد العالي لأنه يعزز مبدأً هندسيًّا أساسيًّا، وهو أن موثوقية التحكم الحراري والتحليل الحراري تعتمدان في المقام الأول على الحصول على معلومات مفيدة عن درجة الحرارة من المعدات.

9.2 المعيار الدولي IEC 60076-7 وقياس درجة حرارة محولات الألياف الضوئية

IEC 60076-7:2018 هو دليل التحميل الخاص بمحولات الطاقة المغمورة بالزيت المعدني. ويتناول هذا الدليل درجات حرارة التشغيل، والشيخوخة الحرارية، والنماذج الحرارية للمحولات.

تتضمن نسخة عام 2018 أيضًا إرشادات تتعلق بعدد أجهزة الاستشعار الليفية الضوئية المستخدمة في اختبار ارتفاع درجة الحرارة، مما يثبت أن القياس البصري المدمج لدرجة الحرارة يُعد تقنية راسخة في التقييم الحراري للمحولات.

9.3 معيار IEEE C57.91-2025: حمل المحولات ودرجة حرارتها

IEEE C57.91-2025 هو الدليل الحالي الصادر عن IEEE بشأن تحميل المحولات المغمورة بالزيت المعدني ومنظمات الجهد المتدرجة.

ويتناول هذا الموضوع التحميل الذي يتجاوز القيمة الاسمية، وظروف البيئة المحيطة، وتقنيات التبريد، ومعايير درجة حرارة المحولات، وطرق حساب درجة الحرارة.

فيما يتعلق بالمراقبة عبر الإنترنت، يوفر هذا سياقًا يوضح سبب ضرورة تقييم الحمل وحالة التبريد ودرجة الحرارة المقاسة معًا.

9.4 محول بقدرة 20 ميجا فولت أمبير مزود بـ 12 نقطة قياس بالألياف الضوئية

أظهرت دراسة نُشرت في مجلة «IEEE Sensors Journal» شبكة استشعار متعددة النقاط تعمل بالألياف الضوئية ومُدمجة في محول كهربائي بقدرة 20 ميغا فولت أمبير.

النظام المستخدم 12 نقطة استشعار درجة الحرارة الداخلية موزعة عبر أجزاء مختلفة تشمل اللفات، والعزل السليلوزي، والدائرة المغناطيسية، ومناطق زيت التبريد.

لا تكمن أهمية هذا المثال في أن كل محول يحتاج إلى 12 مستشعرًا، بل في أنه يوضح أن تقنية القياس البصري لدرجة الحرارة متعدد النقاط قد تم دمجها فعليًّا في هياكل محولات الطاقة الكبيرة من أجل المراقبة الحرارية الداخلية المستمرة.

9.5 مثال على نظام مراقبة محولات الجهد 110 كيلوفولت باستخدام الألياف الضوئية

ووصفت ورقة بحثية أخرى نُشرت في مؤتمر IEEE نظام مراقبة درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية الذي طُبق على... محول مغمور بالزيت بجهد 110 كيلوفولت.

وقد عمل النظام المذكور لمدة تقارب 10 أشهر, ، مما يُظهر القياس البصري المباشر للدرجة الحرارة الداخلية في ظل ظروف التشغيل الفعلية للمحول.

استخدم هذا المثال تقنية FBG بدلاً من الاستشعار بالفلورة، لكنه يظل دليلاً مفيداً على الجدوى الهندسية الأوسع نطاقاً لاستخدام أجهزة الاستشعار الضوئية داخل محولات الجهد العالي.

9.6 دراسة شملت 20 مستشعرًا توضح أهمية وضع المجس

قامت دراسة نُشرت في مجلة «IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement» لعام 2023 بتقييم الأداء الحراري للمحولات باستخدام 20 مستشعرًا من الألياف الضوئية إلى جانب ديناميكا الموائع الحسابية.

وقد توصلت الدراسة إلى أن قياس درجة الحرارة في نقطة معينة لا يمثل بالضرورة أعلى درجة حرارة حرجة في أي مكان آخر من لفائف المحول. فقد أثر ترتيب اللفائف وتوزيع تدفق الزيت على النمط الحراري، وبالتالي على المواقع المثلى لتركيب أجهزة الاستشعار.

وهذا يؤكد قاعدة مهمة تتعلق بـ قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي:

يجب تصميم تكنولوجيا أجهزة الاستشعار ومواقع تركيبها بشكل متكامل.

10. بنية نظام مراقبة درجة الحرارة في دوائر الجهد العالي

يمكن تمثيل بنية المراقبة البصرية الدائمة النموذجية على النحو التالي:

مسبار درجة الحرارة → الألياف الضوئية → جهاز استجواب الألياف الضوئية → معالجة درجة الحرارة → منطق الإنذار → PLC / SCADA / منصة المراقبة

10.1 مستشعر درجة الحرارة للجهد العالي

يتم تركيب المجس في موقع قياس درجة الحرارة. ويعتمد تصميمه على الاستخدام، وبيئة العزل، والحماية الميكانيكية المطلوبة.

10.2 الألياف الضوئية وكابل التمديد

تنقل الألياف الضوئية إشارة الاستشعار من المجس إلى وحدة المراقبة الإلكترونية.

عندما تكون هناك حاجة إلى طول مسار إضافي أو مرونة أكبر في الاتصال، فإن كابل تمديد لمستشعر درجة الحرارة الذي يعمل بالألياف الضوئية يمكن أن تشكل جزءًا من التركيب.

10.3 جهاز استقصاء درجة الحرارة عبر الألياف الضوئية

يقوم جهاز الاستجواب بتوليد الإثارة الضوئية، ويستشعر الإشارة الضوئية المرتدة، ويحسب درجة الحرارة.

يمكن لمختلف التطبيقات استخدام وحدات مدمجة مثل وحدة استشعار درجة الحرارة بالألياف الضوئية ذات 3 قنوات من طراز IF-G3 أو أجهزة متعددة القنوات أكبر حجمًا.

10.4 العرض المحلي والمراقبة عن بُعد

في الحالات التي يحتاج فيها المشغلون إلى عرض قراءة درجة الحرارة المحلية، يمكن أن تشتمل الأنظمة على جهاز قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية المزود بشاشة LCD.

بالنسبة لمراقبة الحالة عن بُعد، يمكن دمج قيم درجة الحرارة في أنظمة التحكم أو في منصات مراقبة المحولات ذات المستوى الأعلى.

11. أمثلة على تكوينات مراقبة درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي

11.1 مثال: مراقبة لفات المحولات ثلاثية الأطوار

لنتخذ مثالاً توضيحيًّا لمحول ثلاثي الأطوار تُعتبر فيه كل من لفات الجهد العالي والجهد المنخفض ذات أهمية حرارية.

عنصر التصميم	تكوين توضيحي
المراحل	3
عدد اللفات الخاضعة للمراقبة لكل طور	الجهد العالي + الجهد المنخفض
نقاط درجة الحرارة لكل لفة	موقعان مختاران
إجمالي نقاط القياس	3 × 2 × 2 = 12
طريقة القياس	استشعار الألياف الضوئية بالنقاط المدمجة
هدف الرصد	مقارنة اتجاهات درجات الحرارة في المراحل والملفات ونقاط التسخين

هذا مثال توضيحي للتكوين، وليس شرطًا إلزاميًا. يجب أن يتوافق العدد الفعلي للمستشعرات مع التصميم الحراري للمحول ومع الهدف من المراقبة.

11.2 مثال: نقطة قياس واحدة حاسمة للجهد العالي

بعض التطبيقات لا تحتاج إلى نظام مراقبة كبير.

قد لا يتطلب جهاز الاختبار المختبري أو المكون المعزول كهربائيًا سوى نقطة درجة حرارة حاسمة واحدة. وفي هذه الحالة، قد تكون وحدة القياس البصرية المدمجة أحادية القناة خيارًا أبسط وأكثر اقتصادية من تركيب منصة كبيرة متعددة القنوات.

11.3 مثال: مراقبة درجة الحرارة باستخدام عدد كبير من القنوات

قد تتطلب منصة الأبحاث، أو المحولات الكبيرة، أو المولدات، أو الاختبارات الحرارية الصناعية، عشرات نقاط قياس درجة الحرارة في وقت واحد.

تتيح المنصة المكونة من 64 قناة لبنية المراقبة جمع خريطة درجات حرارة أكثر كثافة، لكن إضافة أجهزة الاستشعار لا تكون مفيدة إلا عندما يكون لمواقع القياس الإضافية غرض هندسي واضح.

وينبغي أن يكون الهدف هو معلومات حرارية أفضل, ، وليس مجرد زيادة عدد القنوات.

12. الأخطاء الشائعة في قياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي

12.1 اختيار المستشعر بناءً على الدقة فقط

الدقة أمر مهم، لكنها ليست سوى جزء واحد من عملية اختيار مستشعرات الجهد العالي. فالعزل الكهربائي، ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي، والتركيب الميكانيكي، والموقع الفعلي للمسبار، كلها عوامل يمكن أن تؤثر بشكل أكبر على مدى فائدة القياس.

12.2 افتراض أن القياس بالأشعة تحت الحمراء يمكنه رصد النقاط الساخنة الداخلية

تُعد الكاميرات الحرارية أدوات تشخيصية فعالة، لكنها تقيس عمومًا الأسطح التي يمكن الوصول إليها. ولا تتطابق درجة حرارة سطح خزان المحول مع درجة حرارة موصل اللفات الداخلية.

12.3 بافتراض أن أجهزة الاستشعار الليفية البصرية تحدد تلقائيًا النقطة الأكثر سخونة

يقوم مستشعر الألياف الضوئية بقياس درجة الحرارة في الموقع الذي تم تركيبه فيه مباشرةً. ولا يقوم تلقائيًا بتحديد درجة الحرارة القصوى الفعلية في أي مكان آخر داخل الجهاز.

ينبغي أن تسترشد عملية تحديد مواقع أجهزة الاستشعار بالنمذجة الحرارية والمعرفة الهندسية.

12.4 تجاهل الحماية الميكانيكية للألياف

إن الحصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) لا تعني الحصانة الميكانيكية. فما زال من الممكن أن تتلف الألياف بسبب الانحناء المفرط أو السحق أو الشد أو سوء التوجيه.

12.5 استخدام عدد قليل جدًّا من نقاط قياس درجة الحرارة

قد لا تمثل نقطة قياس واحدة نظامًا ثلاثي الأطوار معقدًا من الناحية الحرارية.

عندما يتفاوت توزيع درجة الحرارة بشكل كبير حسب المرحلة أو اللفات أو منطقة التبريد، ينبغي النظر في استخدام نظام المراقبة متعدد النقاط.

12.6 تركيب عدد كبير جدًّا من أجهزة الاستشعار دون وضع خطة حرارية

كما تحدث المشكلة المعاكسة أيضًا. فقد يؤدي تركيب عشرات المجسات دون فهم النقاط الساخنة المحتملة إلى توليد كميات كبيرة من البيانات دون تحسين القيمة التشخيصية.

يجب أن ترتبط نقاط القياس بمخاطر حرارية يمكن تحديدها.

12.7 اعتبار درجة الحرارة المؤشر الوحيد للحالة

تعد درجة الحرارة عاملاً مهمًا، لكن المعدات عالية الجهد قد تتعرض لمشاكل كهربائية وعزلية وميكانيكية لا تعكسها درجة الحرارة وحدها بشكل كامل.

بالنسبة للمحولات، فإن النطاق الأوسع مراقبة المحولات قد تجمع بين المعلومات الحرارية و تحليل الغازات المذابة, مراقبة التفريغ الجزئي, مراقبة البطانات و مراقبة OLTC.

13. الأسئلة الشائعة حول قياس درجة الحرارة في الجهد العالي

13.1 ما المقصود بقياس درجة الحرارة في الظروف ذات الجهد العالي؟

يُقصد بقياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي قياس درجة الحرارة على سطح المعدات أو داخلها، وهي تعمل في بيئات ذات جهد كهربائي عالٍ أو بيئات كهرومغناطيسية قوية. ولذلك، يجب أن يأخذ اختيار المستشعر في الاعتبار العزل الكهربائي والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، بالإضافة إلى المواصفات العادية المتعلقة بدرجة الحرارة.

13.2 ما هو مستشعر درجة الحرارة الأنسب للمعدات ذات الجهد العالي؟

لا يوجد مستشعر واحد يُعتبر الأفضل على الإطلاق. فمستشعرات الألياف الضوئية مناسبة بشكل خاص لإجراء قياسات مباشرة معزولة كهربائيًا، بينما تظل مستشعرات المقاومة الحرارية (RTD) والمزدوجات الحرارية مفيدة في المواقع الكهربائية المناسبة، وتُعد أنظمة الأشعة تحت الحمراء فعالة في فحص الأسطح التي يمكن الوصول إليها.

13.3 لماذا تُستخدم مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية في المعدات عالية الجهد؟

تنقل مستشعرات الألياف الضوئية معلومات القياس بصريًّا ويمكنها استخدام مجسات استشعار غير نشطة كهربائيًّا. وهذا يجعلها مناسبة للاستخدام في المجالات الكهرومغناطيسية القوية والمواقع التي تشكل فيها أسلاك المستشعرات الكهربائية التقليدية تحديات تتعلق بالعزل.

13.4 هل مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي؟

يتميز مسار الاستشعار والنقل البصري بمقاومة طبيعية للتداخل الكهرومغناطيسي، لأن إشارة القياس تنتقل عبر الضوء وليس عبر التيار الكهربائي. ومع ذلك، لا يزال نظام المراقبة بأكمله يتطلب التركيب الصحيح والتصميم السليم للمعدات الإلكترونية.

13.5 هل يمكن لأجهزة الاستشعار التي تعمل بالألياف الضوئية قياس درجة حرارة لفات المحولات مباشرةً؟

نعم. يقوم مستشعر الألياف الضوئية المدمج، عند تركيبه بشكل صحيح، بقياس درجة الحرارة مباشرةً في موقعه الفعلي داخل لفائف المحول. انظر القسم المخصص نظام قياس درجة الحرارة بالألياف الضوئية للمحولات المغمورة بالزيت.

13.6 هل يمكن للكاميرات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء قياس النقاط الساخنة في لفات المحولات؟

عادةً لا يتم الفحص مباشرةً داخل محول مغطى بالزيت ومغلق. حيث تراقب أنظمة الأشعة تحت الحمراء الإشعاع السطحي الذي يمكن الوصول إليه، في حين أن النقطة الساخنة في اللفات تقع داخل المحول. ويظل الفحص بالأشعة تحت الحمراء مفيدًا في فحص العوازل والوصلات والمطاريف والأسطح الخارجية.

13.7 ما الفرق بين مستشعر درجة الحرارة الذي يعمل بالألياف الضوئية ومستشعر RTD؟

يقوم مستشعر الألياف الضوئية بقياس درجة الحرارة باستخدام استجابة ضوئية، ويقوم بنقل القراءة ضوئيًا. أما جهاز RTD فيقيس التغير في المقاومة الكهربائية لعنصر الاستشعار. وكلاهما قادر على توفير قياس دقيق لدرجة الحرارة، لكن خصائصهما الكهربائية ومتطلبات تركيبهما تختلف.

13.8 ما هو العدد المطلوب من مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية؟

تعتمد الكمية على الشكل الهندسي للمعدات، والمراحل، وتصميم اللفات، ونقاط التسخين المتوقعة، والتكرار المطلوب، وأهداف المراقبة. ولا يوجد رقم موحد ينطبق على كل محول أو نظام جهد عالي.

13.9 هل يمكن توصيل مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية بأنظمة PLC أو SCADA؟

نعم، شريطة أن يوفر جهاز الاستجواب المحدد واجهة الاتصال الصناعية المطلوبة. ووفقًا للطراز والتكوين، قد توفر الأنظمة واجهة RS485 أو Modbus أو مخرجات تناظرية أو مخرجات ترحيل أو خيارات تكامل أخرى.

13.10 هل قياس درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية هو نفسه تقنية DTS؟

لا. إن تقنية استشعار درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية القائمة على الفلورة، والمستخدمة في مراقبة المحولات ونقاط الحرارة المرتفعة في الدوائر عالية الجهد، تُعد عادةً تقنية قياس نقطي. أما تقنية DTS فتقيس توزيع درجة الحرارة على طول الألياف المستشعرة.

13.11 هل يمكن تركيب مستشعرات درجة الحرارة ذات الجهد العالي لاحقًا؟

يعتمد ذلك على موقع القياس. غالبًا ما يمكن تركيب أجهزة الاستشعار الخارجية أو التي يمكن الوصول إليها لاحقًا. أما جهاز الاستشعار الذي يجب تثبيته في عمق لفائف المحول، فعادةً ما يكون تركيبه أسهل أثناء التصنيع أو عند إجراء تجديدات كبيرة.

13.12 ما هي البيانات التي ينبغي رصدها إلى جانب درجة حرارة الجهد العالي؟

اعتمادًا على المعدات، يمكن أن تشمل البيانات الداعمة المفيدة تيار الحمل، ودرجة الحرارة المحيطة، وحالة نظام التبريد، ودرجة حرارة الزيت، والإنذارات، ومعلمات مراقبة الحالة مثل تحليل غازات الغاز (DGA) أو التفريغ الجزئي. ويوفر الجمع بين هذه القياسات سياقًا تشغيليًّا أفضل مقارنةً بدرجة الحرارة وحدها.

14. الخلاصة: قياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي واختيار أجهزة الاستشعار

قياس درجة الحرارة في ظروف الجهد العالي لا يقتصر الأمر على مجرد اختيار مستشعر بنطاق درجة حرارة مناسب. بل يجب على المهندسين مراعاة الجهد الكهربائي، والتداخل الكهرومغناطيسي، وموقع القياس، وتركيب المستشعر، والحماية الميكانيكية، وبنية نظام المراقبة.

تظل مقاومات قياس درجة الحرارة (RTDs) والمزدوجات الحرارية من أجهزة استشعار درجة الحرارة التقليدية الفعالة في الحالات التي يمكن فيها دمج الأسلاك الكهربائية بأمان. وتوفر التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء فحصًا قيّمًا بدون تلامس للأسطح عالية الجهد التي يمكن الوصول إليها. أما النماذج الحرارية فتوفر تقديرات لدرجات الحرارة الداخلية عندما يتعذر إجراء القياس المباشر.

لقياس درجة الحرارة مباشرةً داخل بيئات عالية الجهد، أو ذات مغناطيسية قوية، أو معزولة كهربائيًا،, مستشعرات درجة الحرارة التي تعمل بالألياف الضوئية توفر بديلاً مهمًا. ويُعد الاستشعار النقطي القائم على الفلورة مناسبًا بشكل خاص عندما يتعين قياس درجة الحرارة في نقاط ساخنة محددة في لفات المحولات أو لفات المولدات أو معدات الجهد العالي.

الدراسات المنشورة حول المحولات باستخدام 12 نقطة استشعار ضوئية داخلية في محول بقدرة 20 ميجا فولت أمبير, ، الاستشعار البصري في محول 110 كيلوفولت, ، والتجارب التي تستخدم 20 مجسًّا ضوئيًّا مقترنةً بتحليل CFD كما توضح الأسباب التي تجعل كلًا من تقنية الاستشعار البصري وتحديد موضع المجس أمرين مهمين في أنظمة القياس الحراري الفعلية.

لاختيار النظام، اطلع على منتجات INNO حلول مراقبة درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية, أنظمة قياس درجة الحرارة متعددة القنوات التي تعمل بالألياف الضوئية و تطبيقات مراقبة محولات الطاقة.

موارد ذات صلة بقياس درجة الحرارة في أنظمة الجهد العالي

• مراقبة درجة الحرارة باستخدام الألياف الضوئية
• مراقبة درجة حرارة المحولات
• مراقبة النقاط الساخنة في لفات المحولات
• مستشعر درجة الحرارة من ألياف البوليميد الضوئية لملفات المحولات
• مستشعر درجة الحرارة المُدرع ذو الألياف الضوئية لملفات المحولات المغمورة بالزيت
• مستشعر درجة الحرارة بالألياف الضوئية لمراقبة النقاط الساخنة في لفات المحولات
• نظام قياس ومراقبة درجة الحرارة متعدد القنوات باستخدام الألياف الضوئية
• مراقبة محولات الطاقة

المراجع الفنية

• IEEE C57.165-2024 — دليل IEEE لقياس درجات الحرارة للمحولات والمفاعلات المغمورة بالسائل.
• IEC 60076-7:2018 — محولات الطاقة – الجزء 7: دليل التحميل لمحولات الطاقة المغمورة بالزيت المعدني.
• IEEE C57.91-2025 — دليل IEEE لتحميل المحولات المغمورة بالزيت المعدني ومنظمات الجهد المتدرجة.
• مجلة IEEE Sensors Journal، 2008 — شبكة استشعار النقاط الساخنة متعددة النقاط باستخدام الألياف الضوئية، مدمجة في محول عالي الطاقة من أجل المراقبة المستمرة.
• المؤتمر الصيني الدولي لتوزيع الكهرباء، 2014 — المراقبة الفورية لدرجة الحرارة عبر الإنترنت باستخدام أجهزة استشعار الألياف الضوئية في محول مغمور بالزيت بجهد 110 كيلوفولت.
• مجلة «IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement»، 2023 — تقييم الأداء الحراري لمحولات الطاقة وتحديد مواقع أجهزة الاستشعار الضوئية باستخدام محاكاة الديناميكا الحسابية للسوائل (CFD) واختبار ارتفاع درجة الحرارة.