Die 4 kritischen Transformatorentests für höchste Leistungseffizienz

Leistungstransformatoren sind die großen, leisen Arbeitspferde unserer elektrischen Welt. Sie heben oder senken die Spannung, damit wir den Strom vom Erzeuger zum Verbraucher bringen können. Aber ein Transformator ist nur dann gut, wenn er effizient und sicher ist. Ein Problem in einem einzigen Transformator kann zu großen Problemen in unseren Stromnetzen führen. Deshalb ist die Prüfung von Transformatoren so wichtig. In diesem Artikel werde ich die vier wichtigsten Tests zur Prüfung eines Leistungstransformators vorstellen. Dies ist nicht nur für große Ingenieure gedacht. Er ist für jeden gedacht, der verstehen will, wie wir unseren Strom am Laufen halten. Wir werden uns ansehen, was diese Tests bewirken und was sie uns über den Zustand und die Effizienz eines Transformators sagen.

Warum ist die Transformatorprüfung für einen Leistungstransformator so wichtig?

Wenn ein Stromtransformator ausfällt, ist das nicht schön. Deshalb nehmen wir einen neuen Transformator nicht einfach in Betrieb und hoffen auf das Beste. Wir testen ihn. Wir testen ihn ausgiebig. Transformatorentests sind eine Reihe von Prüfungen, mit denen wir sicherstellen, dass ein Leistungstransformator richtig funktioniert. Das Hauptziel besteht darin, einen Fehler zu vermeiden. Ein Fehler kann zu Stromausfällen führen und Geräte beschädigen. Eine gute Prüfung hilft uns, einen kleinen Fehler zu finden, bevor er zu einem großen Problem wird. Das macht das gesamte elektrische System sicherer und zuverlässiger.

Der Wirkungsgrad eines Transformators ist von großer Bedeutung. Ein ineffizienter Transformator verschwendet Strom, indem er ihn in Wärme umwandelt. Diese verschwendete Energie kostet Geld. Über die Lebensdauer eines großen Leistungstransformators kann das eine Menge Geld sein. Die von uns durchgeführten Tests helfen uns, den Wirkungsgrad des Transformators zu berechnen. Indem wir seine Leistung überprüfen, können wir sicher sein, dass er die Spezifikationen erfüllt, für die er gebaut wurde. Jeder Test liefert uns ein Stück des Puzzles über den Zustand des Transformators. Dies ist ein wichtiger Schritt, wenn wir einen neuen Transformator in Betrieb nehmen oder einen alten Transformator warten. Dies ist ein wichtiger Teil der Energieübertragung.

Test 1: Was ist die Messung des Wicklungswiderstands eines Transformators?

Eine der ersten Prüfungen, die wir durchführen, ist die Prüfung des Wicklungswiderstands. Das klingt vielleicht kompliziert, aber die Idee ist einfach. Jeder Transformator hat in seinem Inneren Drahtspulen, die sogenannten Wicklungen. Wir haben eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung. Durch diese Wicklungen fließt elektrischer Strom. Diese Drähte haben einen sehr geringen elektrischen Widerstand. Wir müssen diesen Widerstand messen, um sicherzustellen, dass er korrekt ist.

Für diese Messung wird ein Ingenieur ein spezielles Werkzeug verwenden. Wir leiten einen kleinen, sicheren Gleichstrom durch jede Wicklung des Transformators. Das Gerät misst dann den Spannungsabfall über derselben Wicklung. Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes (Widerstand = Spannung / Strom) kann das Gerät den Wicklungswiderstand sehr genau berechnen. Wir führen diese Prüfung an jeder Wicklung und an jeder Stufenschalterstellung durch. Mit einem Stufenschalter können wir kleine Änderungen am Spannungsverhältnis des Transformators vornehmen. Jede Anzapfung hat ihren eigenen Anschluss, und wir müssen sie alle prüfen. Ein Transformator hat viele Anschlüsse, die wir prüfen.

Wie hilft der Widerstandstest bei der Suche nach Problemen in einer Wicklung?

Warum messen wir also den Widerstand? Eine korrekte Messung des Wicklungswiderstands sagt uns viel. Erstens sagt sie uns, dass die Wicklung nicht unterbrochen ist. Wäre der Draht durchtrennt, wäre der Widerstand unendlich, und es würde kein Gleichstrom fließen. Dieser einfache Test bestätigt, dass der Stromkreis vollständig ist. Noch wichtiger ist jedoch, dass dieser Test uns hilft, schlechte Verbindungen zu finden. Ich habe schon Fälle gesehen, in denen eine Schraube an einer Klemme nicht fest genug angezogen war. Dadurch entsteht ein hoher Widerstand, der übermäßige Hitze verursacht. Diese Hitze kann die Isolierung des Transformators beschädigen.

Die Prüfung des Wicklungswiderstands kann Probleme in der Wicklung des Transformators aufdecken, die man nicht sehen kann. Wenn zum Beispiel einige Drähte in einer Wicklung während der Herstellung beschädigt wurden, kann der Widerstand höher sein als erwartet. Durch den Vergleich des gemessenen Wertes mit dem Wert aus dem Werksprüfbericht können wir ein Problem erkennen. Bei dreiphasigen Transformatoren vergleichen wir auch den Widerstand der Wicklungen in jeder Phase. Die Werte sollten sehr nahe beieinander liegen. Wenn eine Phase einen viel höheren Widerstand aufweist, ist das ein rotes Tuch für einen möglichen Defekt in dieser Transformatorwicklung. Dies ist ein einfacher, aber wirkungsvoller Test.

Test 2: Was ist der Turns Ratio Test?

Als Nächstes folgt die Prüfung des Windungsverhältnisses (TTR-Test). Dies ist ein weiterer grundlegender Test für jeden Transformator. Ein Transformator arbeitet mit einer unterschiedlichen Anzahl von Windungen auf der Primär- und Sekundärwicklung. Das Verhältnis dieser Windungen bestimmt das Spannungsverhältnis. Wenn die Primärwicklung beispielsweise 100 Windungen und die Sekundärwicklung 10 Windungen hat, beträgt das Windungsverhältnis 10 zu 1. Wenn Sie 100 Volt Wechselstrom in die Primärwicklung einspeisen, erhalten Sie 10 Volt Wechselstrom aus der Sekundärwicklung.

Der Windungsverhältnis-Test prüft dies genau. Dazu verwenden wir ein spezielles Gerät, einen sogenannten Windungsverhältnisprüfer. Der Techniker schließt das Gerät an die Hoch- und Niederspannungswicklung des Leistungstransformators an. Das Prüfgerät legt eine niedrige, sichere Wechselspannung an die eine Wicklung an und misst sorgfältig die Spannung, die es an der anderen Wicklung erhält. Anhand dieser Messung kann es das genaue Windungsverhältnis berechnen. Wir führen diese Prüfung für jede Anzapfung durch, da sich mit jeder Anzapfung die Anzahl der Windungen im Stromkreis ändert. Mit diesem Test wird die Kernfunktion des Transformators überprüft.

Warum prüfen wir das Windungsverhältnis eines Transformators?

Der Hauptgrund für die Prüfung des Windungsverhältnisses besteht darin, zu überprüfen, ob der Transformator die richtige Ausgangsspannung erzeugt. Wenn das Verhältnis nicht stimmt, sind die Spannungspegel im Stromnetz falsch. Dies kann bei den angeschlossenen Geräten zu allen möglichen Problemen führen. Diese Prüfung ist eine gute Möglichkeit, einen Herstellungsfehler oder einen Transportschaden zu erkennen. Ein schwerer mechanischer Stoß kann dazu führen, dass sich die Wicklung bewegt oder kurzgeschlossen wird.

Ein Kurzschluss zwischen den Windungen einer Wicklung ist ein sehr ernster Fehler. Er bedeutet, dass der Strom eine Abkürzung nimmt und einige Windungen überspringt. Dadurch würde sich das Windungsverhältnis ändern. Die Prüfung des Windungsverhältnisses ist sehr empfindlich und kann sogar einen Kurzschluss in einer einzelnen Windung erkennen. Wird dies frühzeitig erkannt, kann ein späterer katastrophaler Ausfall des Transformators verhindert werden. Wir vergleichen das gemessene Verhältnis für jede Phase und jede Anzapfung mit den Werten auf dem Typenschild. Nach internationalen Normen wie der IEC muss der gemessene Wert sehr nahe am erwarteten Wert liegen, normalerweise innerhalb von 0,5%. Dies ist ein wichtiger Integritätstest für den Transformator.

Test 3: Was sagt uns ein Isolationswiderstandstest?

In einem Leistungstransformator steckt eine Menge Hochspannung. Wir müssen dafür sorgen, dass diese Spannung dort bleibt, wo sie hingehört. Das ist die Aufgabe des Isoliersystems des Transformators. Bei der Isolierung handelt es sich in der Regel um spezielles Papier und Öl, das die Wicklung umgibt. Sie verhindert, dass die Hochspannung auf eine andere Wicklung oder auf den geerdeten Metalltank des Transformators überspringt. Wenn die Isolierung versagt, kommt es zu einem Kurzschluss, und das ist ein sehr unangenehmer Tag.

Mit der Isolationswiderstandsprüfung wird die Qualität dieser Isolierung überprüft. Eine gute Isolierung hat einen sehr hohen elektrischen Widerstand. Eine schlechte Isolierung, vielleicht aufgrund von Feuchtigkeit oder Alterung, weist einen geringeren Widerstand auf. Mit dieser Prüfung können wir feststellen, wie gut die Isolierung ist. Wir messen den Isolationswiderstand zwischen den verschiedenen Wicklungen und zwischen jeder Wicklung und der Erde. Diese Prüfung gibt uns ein Bild vom Zustand des gesamten Isolationssystems des Transformators. Sie ist eine der wichtigsten Sicherheits- und Zuverlässigkeitsprüfungen, die wir an einem Transformator durchführen.

Wie führen wir die Isolationswiderstandsprüfung durch?

Zur Durchführung einer Isolationswiderstandsprüfung verwendet ein Ingenieur ein Gerät, das oft Megger genannt wird. Dieses Gerät legt eine bestimmte Gleichspannung, z. B. 1000 oder 5000 Volt, für eine bestimmte Zeit an die Isolierung an, oft für eine Minute. Die Spannung ist hoch genug, um die Isolierung zu prüfen, aber nicht hoch genug, um einen gesunden Transformator zu beschädigen. Während die Spannung anliegt, misst das Gerät die geringe Strommenge, die fließt. Dieser Stromfluss wird als Ableitstrom bezeichnet.

Anhand des gemessenen Stroms errechnet das Gerät den Isolationswiderstand. Ein hoher Widerstandswert (in Millionen oder Milliarden von Ohm) ist gut. Er bedeutet, dass die Isolierung sauber und trocken ist und ihre Aufgabe erfüllt. Ein niedriger Isolationswiderstandswert ist ein Warnzeichen. Er bedeutet oft, dass Feuchtigkeit in das Transformatorenöl und das Papier eingedrungen ist, was ein großes Problem darstellt, das zum Ausfall führen kann. Wir zeichnen diesen Wert auf und verfolgen ihn über die Zeit. Wenn der Widerstand bei jeder Wartungsprüfung sinkt, wissen wir, dass die Isolierung des Transformators älter wird und möglicherweise gewartet werden muss. Diese Prüfung hilft, einen Fehler im Transformator zu vermeiden.

Test 4: Wie kann ein Kurzschlusstest den Transformatorverlust messen?

Lassen Sie uns nun über Effizienz und Verluste sprechen. Jeder Transformator hat gewisse Verluste. Wir können nicht 100% der Leistung herausholen, die wir hineinstecken. Ein Teil der Energie geht als Wärme verloren. Diese Verluste lassen sich in zwei Arten unterteilen: Leerlaufverluste und Lastverluste. Mit dem Kurzschlusstest messen wir die Lastverluste eines Transformators. Das sind die Verluste, die in der Wicklung auftreten, wenn der Transformator eine Last trägt.

Bei dieser Prüfung werden die Klemmen der Sekundärwicklung mit einer dicken, niederohmigen Verbindung kurzgeschlossen. Dann legen wir eine niedrige Wechselspannung an die Primärwicklung an. Wir erhöhen diese Versorgungsspannung langsam, bis der Nennstrom in den Wicklungen fließt. Da die Sekundärseite kurzgeschlossen ist, benötigen wir dazu nur eine geringe Spannung. Dann messen wir die Leistung, die in den Transformator fließt. Diese Leistung entspricht den Lastverlusten, die auch als Kupferverluste bezeichnet werden, weil sie in der Kupferwicklung auftreten. Mit dieser Prüfung lässt sich auch die Kurzschlussimpedanz ermitteln, ein wichtiger Parameter für den Systemschutz. Diese Impedanz steht im Zusammenhang mit der mechanischen Festigkeit der Wicklung.

Was sind Leerlauf- und Lastverluste?

Das Verständnis von Verlusten ist der Schlüssel zum Verständnis der Effizienz von Transformatoren. Wie wir gerade gesehen haben, messen wir die Lastverluste mit dem Kurzschlusstest. Sie werden durch den Widerstand der Wicklung verursacht. Je mehr elektrischer Strom durch den Transformator fließt, desto höher sind diese Verluste. Durch diese Verluste erwärmt sich die Wicklung des Transformators. Wir müssen auch einen Temperaturanstiegstest durchführen, um sicherzustellen, dass der Transformator mit dieser Wärme umgehen kann.

Die andere Art von Verlust ist der Leerlaufverlust, auch bekannt als Kernverlust. Dieser Verlust entsteht im Transformatorkern, dem magnetischen Teil des Transformators. Dieser Verlust wird durch den sich ändernden magnetischen Fluss im Kern verursacht. Er ist immer vorhanden, auch wenn der Transformator nicht belastet ist. Um dies zu messen, führen wir einen Leerlauftest (oder Leerlauftest) durch. Dabei wird an eine Wicklung die Nennspannung mit der Nennfrequenz angelegt, während die andere Wicklung offen bleibt. Die Leistung, die wir messen, ist der Leerlaufverlust. Ein guter Leistungstransformator ist so konstruiert, dass er sehr geringe Leerlauf- und Lastverluste hat, um einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen.

Gibt es weitere Tests wie einen Blitzimpulstest oder einen Überspannungstest?

Ja, es gibt noch viele andere Prüfungen für einen Leistungstransformator. Die vier, die wir besprochen haben, sind die häufigsten "Routine"-Tests, die wir vor Ort durchführen. Aber im Werk wird ein neuer Transformator noch weiteren Prüfungen unterzogen. Eine Blitzimpulsprüfung ist eine "Typenprüfung", die an einem neuen Transformator durchgeführt wird. Es handelt sich dabei um eine sehr spezielle Prüfung. Dabei wird die Isolierung des Transformators getestet, indem er mit einem sehr hohen Spannungsimpuls beschossen wird, der wie ein Blitzschlag geformt ist. Mit dieser Prüfung wird nachgewiesen, dass der Transformator ein Überspannungsereignis auf den Stromleitungen überstehen kann.

Eine weitere Prüfung ist die Prüfung der induzierten Überspannungsfestigkeit. Bei dieser Prüfung wird in der Wicklung eine höhere Wechselspannung mit einer höheren Frequenz als üblich induziert. Die höhere Frequenz wird verwendet, um zu verhindern, dass der magnetische Fluss im Kern zu hoch wird. Bei dieser Prüfung wird die Isolierung zwischen den Windungen und zwischen verschiedenen Teilen der Wicklung beansprucht, um sicherzustellen, dass sie vorübergehende Überspannungen ohne Fehler verkraften kann. Es gibt auch Tests zur Überprüfung der Phasenverschiebung bei Drehstromtransformatoren und Tests zur Überprüfung der mechanischen Funktion des Stufenschalters. All diese Prüfungen gewährleisten, dass ein Leistungstransformator für ein langes, zuverlässiges Leben gerüstet ist. Diese Art der gründlichen Transformatorprüfung ist Standard.

Zusammenfassung der wichtigsten Punkte

Hier sind die wichtigsten Dinge, die Sie bei der Prüfung eines Leistungstransformators beachten sollten:

• Testen ist entscheidend: Wir prüfen einen Leistungstransformator auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz. Die frühzeitige Erkennung eines kleinen Problems kann einen großen Ausfall verhindern.
• Prüfung des Wicklungswiderstands: Mit diesem Test wird geprüft, ob die elektrischen Verbindungen und Unterbrechungen in der Wicklung einwandfrei sind. Es handelt sich um eine einfache, aber wichtige Prüfung des Kupferkreises des Transformators.
• Test des Umdrehungsverhältnisses: Diese Prüfung bestätigt, dass der Transformator die richtige Spannung erzeugt. Es ist eine wichtige Prüfung, um Windungsschlüsse oder Herstellungsfehler in der Wicklung zu finden.
• Prüfung des Isolationswiderstands: Mit dieser wichtigen Prüfung wird der Zustand des Isolationssystems des Transformators gemessen, um gefährliche Kurzschlüsse zu verhindern. Sie ist eine wichtige Prüfung für einen Transformator.
• Kurzschluss- und Leerlauftests: Bei diesen Tests werden die Verluste des Transformators (Last- und Leerlaufverluste) gemessen, die Aufschluss über seine Energieeffizienz geben. Dies ist ein sehr wichtiger Test für die Effizienz des Transformators.