De 4 cruciale transformatortests voor optimale voedingsefficiëntie

Energietransformatoren zijn de grote, stille werkpaarden van onze elektrische wereld. Ze verhogen of verlagen de spanning zodat we stroom kunnen verplaatsen van waar het wordt gemaakt naar waar we het gebruiken. Maar een transformator is alleen goed als hij efficiënt en veilig is. Een probleem in één enkele energietransformator kan grote problemen veroorzaken voor onze elektriciteitssystemen. Daarom is het testen van transformatoren zo belangrijk. In dit artikel deel ik de vier belangrijkste tests om een energietransformator te controleren. Dit is niet alleen voor grote ingenieurs. Het is voor iedereen die wil begrijpen hoe we onze stroom op gang houden. We bekijken wat deze tests doen en wat ze ons vertellen over de gezondheid en efficiëntie van een transformator.

Waarom is het testen van transformatoren zo belangrijk?

Wanneer een energietransformator het begeeft, is dat geen pretje. Daarom nemen we niet zomaar een nieuwe transformator in gebruik en hopen we er het beste van. We testen hem. We testen hem vaak. Transformatortests zijn een reeks controles die we uitvoeren om er zeker van te zijn dat een energietransformator goed werkt. Het belangrijkste doel is om een storing te voorkomen. Een storing kan stroomuitval veroorzaken en apparatuur beschadigen. Goede tests helpen ons een klein defect te vinden voordat het een groot probleem wordt. Dit maakt het hele elektrische systeem veiliger en betrouwbaarder.

Het rendement van een transformator is van groot belang. Een inefficiënte transformator verspilt elektriciteit door deze om te zetten in warmte. Deze verspilde energie kost geld. Over de levensduur van een grote energietransformator kan dat veel geld zijn. De tests die we uitvoeren helpen ons het rendement van de transformator te berekenen. Door de prestaties te controleren, kunnen we er zeker van zijn dat de transformator voldoet aan de specificatie waarvoor hij is gebouwd. Elke test geeft ons een stukje van de puzzel over de gezondheid van de transformator. Het is een belangrijke stap wanneer we een nieuwe transformator in bedrijf stellen of onderhoud uitvoeren aan een oude. Dit is een essentieel onderdeel van stroomtransmissie.

Test 1. Wat is de meting van de wikkelingsweerstand van een transformator?

Een van de eerste tests die we uitvoeren is de test van de wikkelweerstand. Dit klinkt misschien ingewikkeld, maar het idee is eenvoudig. Elke transformator heeft spoelen van draad in zich die een wikkeling worden genoemd. We hebben een primaire wikkeling en een secundaire wikkeling. Door deze wikkelingen loopt elektrische stroom. Deze draden hebben een zeer lage elektrische weerstand. We moeten deze weerstand meten om er zeker van te zijn dat hij juist is.

Om deze meting uit te voeren, gebruikt een ingenieur een speciaal gereedschap. We laten een kleine, veilige gelijkstroom door elke wikkeling van de transformator lopen. Het apparaat meet vervolgens de spanningsval over diezelfde wikkeling. Met behulp van de wet van Ohm (weerstand = spanning / stroom) kan het instrument heel nauwkeurig de weerstand van de wikkeling berekenen. We voeren deze test uit op elke wikkeling en op elke positie van de tapwisselaar. Met een tapwisselaar kunnen we kleine wijzigingen aanbrengen in de spanningsverhouding van de transformator. Elke kraan heeft zijn eigen aansluiting en die moeten we allemaal testen. Een transformator heeft veel aansluitingen die we testen.

Hoe helpt de weerstandstest bij het vinden van problemen in een wikkeling?

Waarom meten we dan de weerstand? Een correcte meting van de wikkelweerstand vertelt ons veel. Ten eerste vertelt het ons dat de wikkeling niet kapot is. Als de draad doorgesneden zou zijn, zou de weerstand oneindig zijn en zou er geen gelijkstroom lopen. Deze eenvoudige test bevestigt dat het elektrische circuit compleet is. Nog belangrijker is dat deze test ons helpt om slechte verbindingen te vinden. Ik heb gevallen gezien waarbij een bout op een klem niet vast genoeg zat. Hierdoor ontstaat een hoge weerstand, wat overmatige hitte veroorzaakt. Die hitte kan de isolatie van de transformator beschadigen.

De weerstandstest van de wikkeling kan problemen in de wikkeling van de transformator opsporen die je niet kunt zien. Als bijvoorbeeld sommige draden in een wikkeling beschadigd zijn tijdens de fabricage, kan de weerstand hoger zijn dan verwacht. Door de gemeten waarde te vergelijken met de waarde uit het testrapport van de fabriek, kunnen we een probleem opsporen. Voor driefasige transformatoren vergelijken we ook de weerstand van de wikkeling in elke fase. De getallen moeten dicht bij elkaar liggen. Als één fase een veel hogere weerstand heeft, is dat een rode vlag voor een mogelijk defect in die transformatorwikkeling. Het is een eenvoudige maar krachtige test.

Test 2. Wat is de Turns Ratio Test?

De volgende test is de turn ratio test, of TTR test. Dit is een andere fundamentele test voor elke transformator. Een transformator heeft een verschillend aantal windingen op de primaire en secundaire wikkeling. De verhouding van deze windingen bepaalt de spanningsverhouding. Als de primaire wikkeling bijvoorbeeld 100 windingen heeft en de secundaire wikkeling 10 windingen, is de verhouding 10:1. Als je 100 volt wisselstroom in de primaire wikkeling stopt, krijg je 10 volt wisselstroom uit de secundaire wikkeling.

De omwentelingsverhoudingstest controleert dit precies. We gebruiken hiervoor een speciaal instrument dat we een turn ratio tester noemen. De technicus sluit het instrument aan op de hoogspannings- en laagspanningswikkeling van de transformator. De testset zet een lage, veilige wisselspanning op de ene wikkeling en meet zorgvuldig de spanning die hij op de andere wikkeling krijgt. Uit deze meting kan de exacte verhouding van de wikkelingen worden berekend. We voeren deze test uit voor elke positie van de aftakking omdat elke aftakking het aantal wikkelingen in het circuit verandert. Deze test controleert de kernfunctie van de transformator.

Waarom testen we de overbrengingsverhouding van een transformator?

De belangrijkste reden om een omwentelingverhoudingstest uit te voeren is om te controleren of de transformator de juiste uitgangsspanning produceert. Als de verhouding verkeerd is, zullen de spanningsniveaus in het voedingssysteem verkeerd zijn. Dit kan allerlei problemen veroorzaken voor de aangesloten apparatuur. Deze test is een goede manier om een fabricagefout of transportschade op te sporen. Een ernstige mechanische schok kan de wikkeling doen bewegen of kortsluiting veroorzaken.

Een kortsluiting tussen wikkelingen is een zeer ernstige fout. Het betekent dat de stroom een kortere weg neemt en enkele wikkelingen overslaat. Hierdoor verandert de verhouding tussen de windingen. De omwentelingsverhoudingstest is zeer gevoelig en kan zelfs een kortsluiting in een enkele wikkeling detecteren. Als dit in een vroeg stadium wordt ontdekt, kan later een catastrofale storing van de transformator worden voorkomen. We vergelijken de gemeten verhouding voor elke fase en elke aftakking met de nominale waarden. Volgens internationale normen zoals IEC moet de gemeten waarde zeer dicht bij de verwachte waarde liggen, meestal binnen 0,5%. Het is een essentiële integriteitstest voor de transformator.

Test 3. Wat vertelt een isolatieweerstandstest ons?

Een energietransformator heeft veel hoogspanning binnenin. We moeten ervoor zorgen dat die spanning blijft waar hij hoort. Dit is de taak van het isolatiesysteem van de transformator. De isolatie bestaat meestal uit speciaal papier en olie dat de wikkeling omgeeft. Het voorkomt dat de hoogspanning naar een andere wikkeling of naar de geaarde metalen tank van de transformator springt. Als de isolatie het begeeft, krijg je kortsluiting, en dat is een heel slechte dag.

De isolatieweerstandstest controleert de kwaliteit van deze isolatie. Goede isolatie heeft een zeer hoge elektrische weerstand. Slechte isolatie, misschien door vocht of veroudering, zal een lagere weerstand hebben. Met deze test kunnen we zien hoe goed de isolatie is. We meten de isolatieweerstand tussen de verschillende wikkelingen en tussen elke wikkeling en de aarde. Deze test geeft ons een beeld van de gezondheid van het hele isolatiesysteem van de transformator. Het is een van de belangrijkste veiligheids- en betrouwbaarheidstests die we op een transformator uitvoeren.

Hoe voeren we de isolatieweerstandstest uit?

Om een isolatieweerstandstest uit te voeren, gebruikt een ingenieur een instrument dat vaak een Megger wordt genoemd. Dit instrument zet gedurende een bepaalde tijd, vaak 1 minuut, een specifieke gelijkspanning, zoals 1000 of 5000 volt, op de isolatie. De spanning is hoog genoeg om de isolatie te testen, maar niet hoog genoeg om een gezonde transformator te beschadigen. Terwijl de spanning wordt aangelegd, meet het instrument de kleine hoeveelheid stroom die vloeit. Deze stroom wordt lekstroom genoemd.

Met behulp van deze gemeten stroom berekent het gereedschap de isolatieweerstand. Een hoge weerstandswaarde (in de miljoenen of miljarden ohm) is goed. Dit betekent dat de isolatie schoon en droog is en zijn werk doet. Een lage isolatieweerstand is een waarschuwingsteken. Dit betekent vaak dat er vocht in de transformatorolie en het papier terecht is gekomen, wat een groot probleem is dat kan leiden tot defecten. We registreren deze waarde en houden deze in de loop van de tijd bij. Als we zien dat de weerstand bij elke onderhoudstest daalt, weten we dat de isolatie van de transformator ouder wordt en mogelijk aandacht nodig heeft. Deze test helpt om een storing in de energietransformator te voorkomen.

Test 4. Hoe kan een kortsluittest het transformatorverlies meten?

Laten we het nu hebben over efficiëntie en verlies. Elke transformator heeft verlies. We kunnen er niet 100% van het vermogen uithalen dat we erin stoppen. Sommige energie gaat verloren in de vorm van warmte. We verdelen deze verliezen in twee soorten: nullastverliezen en belastingsverliezen. Met de kortsluittest meten we de belastingsverliezen van een transformator. Dit zijn de verliezen die optreden in de wikkeling wanneer de transformator een belasting draagt.

Tijdens deze test kortsluiten we de klemmen van de secundaire wikkeling met een dikke verbinding met lage weerstand. Vervolgens zetten we een lage wisselspanning op de primaire wikkeling. We verhogen deze voedingsspanning langzaam tot de nominale stroom in de wikkelingen vloeit. Omdat de secundaire kortgesloten is, hebben we maar een kleine spanning nodig om dit te doen. Vervolgens meten we het vermogen dat de transformator ingaat. Dit vermogen is gelijk aan de belastingsverliezen, die ook wel koperverliezen worden genoemd omdat ze in de koperen wikkeling optreden. Deze test helpt ons ook bij het vinden van de kortsluitimpedantie, een belangrijke parameter voor systeembeveiliging. Deze impedantie is gerelateerd aan de mechanische sterkte van de wikkeling.

Wat zijn nullast en belastingsverliezen?

Inzicht in verlies is de sleutel tot inzicht in transformatorrendement. Zoals we net zagen, zijn belastingsverliezen wat we meten met de kortsluittest. Ze worden veroorzaakt door de weerstand van de wikkeling. Naarmate er meer elektrische stroom door de transformator vloeit, nemen deze verliezen toe. Dit verlies warmt de wikkeling van de transformator op. We moeten ook een temperatuurstijgingstest uitvoeren om te controleren of de transformator deze warmte aankan.

Het andere type verlies is nullastverlies, ook wel kernverlies genoemd. Dit verlies treedt op in de transformatorkern, het magnetische deel van de transformator. Dit verlies wordt veroorzaakt door de veranderende magnetische flux in de kern. Het is altijd aanwezig, zelfs als de transformator niet belast wordt. Om dit te meten, doen we een nullasttest (of open-circuit test). We passen de nominale spanning bij de nominale frequentie toe op één wikkeling, terwijl de andere wikkeling open blijft. Het vermogen dat we meten is het nullastverlies. Een goede voedingstransformator is ontworpen om zeer lage nullast- en belastingsverliezen te hebben voor een beter rendement.

Zijn er nog andere tests, zoals een bliksemimpulstest of overspanningstest?

Ja, er zijn nog veel meer tests voor een stroomtransformator. De vier die we hebben besproken zijn de meest voorkomende "routine"-tests die we in het veld uitvoeren. Maar in de fabriek ondergaat een nieuwe transformator nog meer tests. Een bliksemimpulstest is een "type"-test die wordt uitgevoerd op een nieuw transformatorontwerp. Het is een zeer gespecialiseerde test. Het test de isolatie van de transformator door hem te raken met een zeer hoge spanningspuls die de vorm heeft van een blikseminslag. Deze test bewijst dat de transformator een overspanning op de elektriciteitsleidingen kan overleven.

Een andere test is de geïnduceerde overspanningstest. Bij deze test induceren we een hoger dan normale wisselspanning in de wikkeling bij een hogere frequentie. De hogere frequentie wordt gebruikt om te voorkomen dat de magnetische flux in de kern te hoog wordt. Deze test belast de isolatie tussen wikkelingen en tussen verschillende delen van de wikkeling om te controleren of deze tijdelijke overspanningen aankan zonder defect te raken. Er zijn ook tests om te controleren op faseverschuiving in driefasige transformatoren en tests om de mechanische werking van de tapwisselaar bij belasting te controleren. Al deze tests samen zorgen ervoor dat een energietransformator klaar is voor een lang, betrouwbaar leven. Dit soort grondige transformatortests is standaard.

Samenvatting van de belangrijkste punten

Hier zijn de belangrijkste dingen om te onthouden bij het testen van een voedingstransformator:

• Testen is cruciaal: We testen een stroomtransformator op veiligheid, betrouwbaarheid en efficiëntie. Een klein probleem in een vroeg stadium vinden kan een grote storing voorkomen.
• Test van de wikkelweerstand: Deze test controleert op goede elektrische verbindingen en breuken in de wikkeling. Het is een eenvoudige maar belangrijke controle van het koperen circuit van de transformator.
• Turns Ratio Test: Deze test bevestigt dat de transformator de juiste spanning produceert. Het is een belangrijke controle om kortgesloten wikkelingen of fabricagefouten in de wikkeling te vinden.
• Isolatieweerstandstest: Deze belangrijke test meet de gezondheid van het isolatiesysteem van de transformator om gevaarlijke kortsluitingen te voorkomen. Het is een belangrijke test voor een transformator.
• Kortsluit- en nullasttests: Deze tests meten de verliezen van de transformator (belastingsverlies en verlies bij nullast), die ons iets vertellen over zijn energie-efficiëntie. Dit is een zeer belangrijke test voor het rendement van de transformator.