MONITORING OF THE THERMAL STATE OF WINDINGS OF AC ELECTRICAL EQUIPMENT
Keywords:
winding thermal monitoring, temperature sensor, active resistance, reactive resistance, phase difference, synchronous detectionAbstract
The main causes of heating of electrical equipment windings are presented, and a review and analysis of methods and devices for monitoring the temperature of windings supplied with alternating current are carried out. A new method for monitoring the temperature of windings is described, according to which the phase difference between the voltage and current vectors is proposed as the physical quantity characterizing the heating level of the winding. This phase difference depends on the values of the active and inductive resistances of the winding. A functional diagram explaining the operating principle of the new method of thermal monitoring of windings is presented, and all measurement procedures performed during monitoring are described and analytically justified. It is shown that the proposed method improves the accuracy of monitoring winding heating directly during operation without removing the electrical equipment from service. Experimental verification of the developed thermal monitoring system using an induction motor demonstrated the effectiveness and sufficiently high accuracy of temperature measurement.
References
Юдаев И. В., Живописцев Е. Н. Электрический нагрев. – М.: Лань, 2021. – 196 с.
Козлов А.Н. Основы эксплуатации электрооборудования: учебное пособие. – Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2014. – 114 с.
Бодров М. В., Кузин В. Ю. Теплотехнические измерения и приборы: учеб. пособие. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2015. – 176 с
Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J., McGhee J. Temperature Measurement. New York, J. Wiley, 2002.
Nawrocki W. Measurement Systems and Sensors, Second Edition. Artech, 2015. 440 р.
Вихарева Н.А., Бродников А.Ф., Достовалов Н.Н. Метрологическое обеспечение теплотехнических измерений. Основы термометрии. – Новосибирск: СГУГиТ, 2020. – 51 с.
Martien D. et al. An Ultrasensitive Differential Capacitive Dilatometer, in IEEE Transactions on Magnetics, 2019, vol. 55, no. 2, pp. 1-4. doi: 10.1109/TMAG.2018.2866831.
Gu Y. et al. A temperature-modulated dilatometer by using a piezobender-based device. Review of Scientific Instruments, 2020, 91, 123901. DOI:10.48550/arXiv.2001.09450.
Pavese F. Manometric Thermometry. In book: Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook Edition: SecondChapter, CRC Press, Boca Raton, 2014, 75, Vol.1, pp.75-1. DOI:10.1201/b15474-83.
Nau M. Electrical Temperature Measurement with thermocouples and resistance thermometers. 2002, 163 р. ISBN: 3-935742-07-X.
Nau M. Electrical Temperature Measurement with thermocouples and resistance thermometers. Jumo, FAS, 2002. 161 рр.
Jha Ch. M. Thermal Sensors: Principles and Applications for Semiconductor Industries, Springer, 2015. 141 р.
Тумайкин Д., Тумайкин М. Прецизионный термометр для промышленного применения на основе термочувствительных кварцевых резонаторов // Компоненты и технологии, 2008, № 1. С. 72-73.
Xu J., Li X., Duan Jh. et al. High-precision low-power quartz tuning fork temperature sensor with optimized resonance excitation. Journal of Zhejiang University SCIENCE C. 2013, Vol. 14, 264–273 рр. https://doi.org/10.1631/jzus.C12MNT05.
Карачанов В., Карачанов Л., Ильин С. Методы тепловизионной термометрии гетерогенных систем. LAP Lambert Academic Publishing, 2012. – 296. ISBN 9783847329169
Jiang J., Ma G. Temperature Detection with Optical Methods, in Optical Sensing in Power Transformers, IEEE, 2021, pp.15-36, doi: 10.1002/9781119765325.ch2.
Ukiwe E.K., Adeshina S.A., Tsado, J. Techniques of infrared thermography for condition monitoring of electrical power equipment. Journal of Electrical Systems and Information Technol, 2023, Vol. 10, article 49. https://doi.org/10.1186/s43067-023-00115-z.
Bao Y., Bao Y., Wang Z. et al. A Machine Olfaction-Based Overheating Diagnosis Method for Electrical Equipment. IEEE Access, 2023, Vol. 11, р.р. 108804-108817 DOI:10.1109/ACCESS.2023.3320714.
Пушкарев М. Популярные контактные технологии термометрии // Компоненты и технологии, 2006, № 1. С. 140-146.
Бочкарев И.В.. Галбаев Ж.Т., Келебаев К.К. Диагностика теплового состояния электрических машин силового электрооборудования ТЭС // Известия КГТУ, 2017. – № 4 (44). – С. 64–72.
Albla A. A. H., Brkovic B. M., Ječmenica M. M., Laz-arevic Z. M. Online temperature monitoring of a grid connected induction motor. Engineering, 2017, p. 276-282.
Sabaghi M., Farahani H. F. Monitoring of induction motor temperature under unbalanced supplying by stator resistance estimation. Indian Journal of Science and Technology, 2012, Vol. 5, No 3, рр. 2354-2359. DOI:10.17485/ijst/2012/v5i3.6.
Lee J., Yoo J., Sul S.-K. Stator Resistance Estimation using DC Injection Robust to Inverter Nonlinearity in Induction Motors. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2020, pp.2425-2430. DOI:10.1109/ECCE44975.2020.9235816.32.
Yassin A., Elzalik M. Signal Injection Based Sensorless Online Monitoring of Induction Motor Temperature. 23rd International Middle East Power Systems Conference (MEPCON), 2022. DOI:10.1109/MEPCON55441.2022.10021694.
Брякин И.В., Бочкарев И.В., Багиев Х.Г., Келебаев К.К. Контроль температуры обмоток и защита от перегрева электрических машин переменного тока // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2019. – Т. 19, №1. – С.75–84. DOI: 10.14529/power190109.
Бочкарев И.В., Брякин И. В. Багиев Х.Г. Устройство для тепловой защиты электрической машины. Пат. Кыргызстана № 2189, опубл. 31.01.2020. Бюл. № 1.
Кобозев В. А. Электрические машины. Часть 2. Электрические машины переменного тока. – Ставрополь: Сервис школа, 2015. – 208 с.
Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование.–М.: Энергоатомиздат, 1985. – 438 с
Брякин И.В. Лыченко Н.М. Применение объектно-ориентированного подхода к проектированию информационно-измерительных систем//Доклады международной конференции «Проблемы управления и информационных технологий. – Бишкек: Илим, 2010 – С. 188 –192.
Брякин И.В., Лыченко Н.М. Методические рекомендации по применению аппаратного интерфейса PCI-1710HG для построения систем реального времени: научно-методическое пособие. Бишкек: изд. ИАИТ, 201762 с
Яблочников Е.И. Методологические основы построения АСТПП. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. – 84 с.
PCI-1710 Series. User’s Manual. Advantach Co.Ltd. 110 pp.
PCLD-8710 Series. User’s Manual. Advantach Co.Ltd. 8 pp.
Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. – М.: Радио и связь, 1985. – 312 с.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, А.Р. Сандыбаева, А.И. Абдуваитов
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
