Probleemoplossing en het testen van een transformator

Transformatoren spelen een belangrijke rol in elektrische apparaten. Deze toestellen volgen het principe van impedantie aanpassing om het vermogen efficiënt van het ene circuit naar het andere over te brengen en tegelijk de verliezen te beperken. Een defect in transformatoren kan echter leiden tot kritieke problemen voor de werking van het systeem. Om dergelijke risico's op schade of storingen te voorkomen, wordt aanbevolen het onderhoudsschema goed op te volgen. Dit artikel illustreert de juiste procedure voor het opsporen en testen van transformatoren.

Inhoudsopgave

• Oorzaken van kwaliteitsproblemen met transformatoren
• Hoe een transformator te testen
• Inzicht in transformatorparameters
• Testen van de temperatuurstijging van transformatoren
• Andere transformatortests
• FAQs

Oorzaken van kwaliteitsproblemen met transformatoren

Verschillende factoren kunnen ervoor zorgen dat een transformator slecht wordt. Om te controleren of een transformator slecht is, is het belangrijk bekend te zijn met veel voorkomende storingsverschijnselen van transformatoren, zoals oververhitting, isolatiebreuk en brommende geluiden. Om een transformator te testen, moeten de meest voorkomende problemen en hun hoofdoorzaken worden vastgesteld. Dan kan de juiste reparatieoplossing worden toegepast. Hier volgen enkele veel voorkomende transformatorproblemen en hun oorzaken, waarmee rekening moet worden gehouden bij het oplossen van problemen of het vervangen van een transformator:

Oververhitting

• Isolatiedefect: Hoge temperaturen kunnen een isolatiedefect veroorzaken, waardoor de isolatie het begeeft. Het kan ook leiden tot vonkoverslag waardoor connectoren beschadigd raken. Een elektrische vlamboog ontstaat wanneer een deel van een geleider smelt en verdampt. Als de geleider afkoelt, trekt hij samen en ontstaat er een vlamboog. Oververhitting kan zich voordoen wanneer hoge spanningen door draden of geleiders stromen - zoals gebeurt bij transformatoren met kortsluiting of een aardlek.

• Elektromagnetische interferentie: De hogere verwarming door de vonkvorming zal de elektromagnetische interferentie en de elektrostatische spanningen in de transformator doen toenemen. Elektromagnetische interferentie kan worden veroorzaakt door het schakelen van hoogfrequente stromen, waardoor de kern van de transformator wordt geladen. De interferentie leidt tot een verstoring van het elektromagnetische veld en gaat vaak gepaard met elektrostatische spanningen.

• Defect transformatorcomponent: Wanneer een transformator oververhit raakt, kan de kern broos worden, kan de isolatieolie uitdrogen en barsten, en kunnen de wikkelingen te hoge stromen dragen en smelten. Bovendien is de bedrijfsspanning hoger dan normaal. Dit veroorzaakt hoge stroomspanningen, die leiden tot het vroegtijdig falen van componenten zoals bussen en aansluitblokken. Lees ons artikel over elektrische transformatoren voor meer informatie over de verschillende soorten transformatorkernen.

Harmonischen

Harmonischen zijn gelijktijdige storingen van de primaire en secundaire wikkelingen. Boogvorming in het magnetische circuit kan elektromagnetische interferentie en elektrostatische spanningen veroorzaken. Zij treden voornamelijk op als gevolg van fouten in de impedantieaanpassingskring, die leiden tot het verlies van zowel primaire als secundaire stromen (als gevolg van een actieve of kortsluitingsfout). Een impedantieaanpassingsschakeling is een elektronische schakeling die de veranderingen in de weerstand, inductie en capacitieve reactantie van de transformator detecteert en compenseert. Ook worden verliezen als gevolg van elektromagnetische interferentie tot een minimum beperkt en kunnen door harmonischen veroorzaakte piekstromen worden gereduceerd.

Overbelasting

Overbelasting kan leiden tot elektrische storingen. De spannings- en stroomniveaus die door overbelasting worden gecreëerd, kunnen leiden tot overmatige verhitting in een transformator. Overbelasting treedt op wanneer de stroomvoorziening niet voldoende capaciteit heeft om de vereiste stroom door een transformator te leiden. Om ervoor te zorgen dat een transformator niet overbelast raakt, moet de vereiste transformatorcapaciteit worden berekend. De door overbelasting veroorzaakte verliezen kunnen de voedingsspanning verhogen, waardoor het systeem minder efficiënt wordt en oververhitting optreedt. Lees ons artikel over de dimensionering en berekening van transformatoren voor meer informatie over de berekening van de nominale waarde en capaciteit van een transformator.

Onbalans

Een transformator kan onder twee omstandigheden uit balans zijn:

• Overbelaste transformator: Overbelasting treedt op wanneer de stroom in één transformatorgedeelte veel hoger is dan in andere gedeelten. Dit kan leiden tot hoge temperaturen en buitensporige verliezen in de isolatie, aansluitklemmen en wikkelingen. Wanneer de transformator overbelast is, kan hij elektromagnetische interferentie en elektrostatische spanningen opwekken.
• Onderbelaste transformator: Een onderbelaste transformator zal waarschijnlijk defect raken door onvoldoende rustvermogen of vermogensverlies bij hoge belasting. Een transformator is onderbelast wanneer de belasting te klein wordt om de hoeveelheid energie te handhaven die de eenheid nodig heeft. In sommige gevallen kunnen de wikkelingen en spoelen worden beschermd tegen beschadiging.

Hoe een transformator te testen

Of het nu gaat om het oplossen van problemen met een transformator of het vervangen ervan, weten hoe een transformator moet worden getest is een integraal onderdeel van het proces. De drie belangrijkste tests die worden gebruikt om de toestand van een transformator te bepalen, zijn de open-circuit test, de kortsluitingstest en metingen van de wikkelingsweerstand.

Open-circuit test

De aansluitopstelling voor de open-circuittest van een transformator is afgebeeld in figuur 2. De verschillende gebruikte componenten zijn:

• B: Autotransformator
• V: Voltmeter
• W: Wattmeter
• A: Ampèremeter
• T: Transformator onder test

Een spaartransformator is een speciaal type transformator met een enkele wikkeling en is zeer doeltreffend in het produceren van een gereguleerde spanning. De uitgang van een spaartransformator kan op verschillende punten worden afgetakt om uiteenlopende spanningen te produceren. De spaartransformator is aangesloten op een wisselspanningsbron, zoals te zien is in figuur 2. De uitgang van de spaartransformator wordt afgetapt en verbonden met de uiteinden van een voltmeter. Voer dan de volgende stappen uit:

1. Houd de secundaire zijde van de te testen transformator opengesloten.
2. Verhoog langzaam de toegepaste spanning aan primaire zijde tot deze de nominale spanning van de transformator bereikt. Blijf de voltmeter tijdens deze fase controleren.
3. Zodra de nominale spanning is bereikt (zoals aangegeven op het etiket van de transformator), noteert u de aflezingen van de drie instrumenten, namelijk de voltmeter, de ampèremeter en de wattmeter.

De ampèremeter geeft de waarde van de nullaststroom (aangezien de secundaire zijde open is gelaten). De aflezing van de voltmeter is gelijk aan de spanning die wordt geïnduceerd aan de secundaire zijde van de transformator. De wattmeter geeft de waarde van het ingangsvermogen tijdens de test. Aangezien de transformator open geschakeld is, vloeit er geen stroom aan de secundaire zijde. De wattmeter geeft dus de omvang van de kernverliezen en de koperverliezen in de transformator aan. De nullaststroom is veel minder dan de vollaststroom van de transformator; vandaar dat het koperverlies door de nullaststroom kan worden verwaarloosd. Daarom geeft een open-circuit test de grootte van de kernverliezen in de transformator. De grootte van het kernverlies kan worden gebruikt om vast te stellen of er problemen zijn binnen de magnetische kern van de transformator.

Kortsluitingstest

De aansluitopstelling voor een kortsluitproef wordt gegeven in figuur 3. De verschillende gebruikte componenten zijn:

• B: Autotransformator
• V: Voltmeter
• W: Wattmeter
• A: Ampèremeter
• T: Transformator onder test

Voer de volgende stappen uit om de transformator te testen:

1. Kortsluiting aan de secundaire zijde van de transformator.
2. Zet een lage spanning van 7-10 % van de nominale spanning van de transformator aan de primaire zijde met behulp van een spaartransformator (figuur 3 met opschrift B). De uitgang van een spaartransformator kan op verschillende punten worden afgetakt om verschillende spanningen te verkrijgen.
3. Verhoog langzaam de aangelegde spanning tot de ampèremeter (figuur 3 met het opschrift A) en de wattmeter (figuur 3 met het opschrift W) een waarde aangeven die gelijk is aan de nominale stroom van de transformator.
4. Noteer de waarden op de voltmeter, ampèremeter en wattmeter.

De aflezing van de ampèremeter geeft het equivalent aan primaire zijde van de vollaststroom van de transformator. Aangezien de aangelegde spanning zeer klein is in vergelijking met de nominale spanning van de transformator, kunnen kernverliezen als verwaarloosbaar worden beschouwd. Daarom meet een kortsluitproef het koperverlies in een transformator. De waarde van het koperverlies kan worden gebruikt om vast te stellen of er een probleem is met de transformatorwikkelingen.

Weerstandsmeting

De meting van de wikkelingsweerstand van een transformator is essentieel om de I²R-verliezen in de transformator te berekenen. De weerstandswaarde kan ook worden gebruikt als maatstaf voor het diagnosticeren van eventuele beschadigingen.

Een eenvoudige methode om de weerstand van de transformator te meten is afgebeeld in figuur 4:

• T: Transformator onder test. Hij heeft een effectieve inductie en een weerstandswaarde (te berekenen tijdens de test)
• R: Een externe weerstand van bekende waarde
• V: Voltmeter
• A: Ampèremeter
• DC: DC-spanningsbron

Een bekende gelijkstroomwaarde wordt op de stroomkring aangebracht, waardoor een stroom op gang komt. Het spanningsverlies en de teststroom worden gemeten, en de weerstand wordt berekend. Lees ons artikel over laagspanningstransformatoren om te weten hoe u een transformator kunt testen met een multimeter.

Inzicht in transformatorparameters

Alvorens de parameters van een transformator te meten, moet u eerst bepalen wat u moet meten. Hier zijn enkele termen die u zult tegenkomen:

Primaire stroom

De primaire stroom is de directe output van de primaire wikkelingen en geeft gewoonlijk aan hoe goed de transformator presteert. Een toename betekent dat er meer vermogen door de secundaire wikkeling wordt overgedragen en wijst op een geschikte transformator. Een afname van de primaire stroom kan ook betekenen dat er een defect of slecht geconfigureerd impedantie-afstemmingscircuit in het spel is.

Secundaire spanning

De secundaire spanning is de uitgang van de secundaire wikkeling en is gewoonlijk een aanwijzing voor de toestand van de bedrading en de isolatie van het secundaire circuit. Een lage waarde wijst o.a. op een slecht geconfigureerd impedantie bijpassend circuit. Een hoge waarde kan wijzen op vervuiling door o.a. vonkvorming of kortsluiting door blokkades of kortsluitingen.

Lekinductie

De lekinductie is de hoeveelheid stroom die in de wikkeling kan vloeien wanneer er geen spanning op staat. Een hoge lekinductie kan tot gevolg hebben dat de transformator bij hoge frequenties kort gaat werken. Dergelijke transformatoren werken hoofdzakelijk in kortsluitingen om snellere afvuurpulsen te geven, zoals gecontroleerde detonatievoorzieningen (CDD's) en capacitieve effecten.

Wikkelcapaciteit

De wikkelcapaciteit heeft betrekking op de hoeveelheid stroom en spanning die nodig is om de secundaire door de stroomkring te laden en te ontladen. De extra hoeveelheid stroom en spanning die nodig is om de wikkeling in stand te houden, hangt af van de vraag of het circuit een aanzienlijke weerstand heeft. Een hoge capaciteitswaarde kan ertoe leiden dat uw transformator bij hogere frequenties werkt en bij lagere spanningen verzadiging bereikt.

Testen van transformatortemperatuurstijging

De meest gebruikelijke parameter om te controleren is de uitgangsvermogensfactor bij het testen van een transformator. De uitgangsvermogensfactor is een verhouding tussen ingangs- en uitgangsspanning die het door de belasting opgenomen werkelijke vermogen beoordeelt. Het helpt te bepalen hoe goed een transformator presteert en of hij efficiënt werkt volgens de specificaties van de fabrikant.

Werkelijke belastingsmethode

Deze test werkt het best op transformatoren met een lage capaciteit. Hij meet de vermogensfactor bij de werkelijke belastingswaarde. De belasting moet een hoge impedantie en een zeer lage reactantie hebben om deze test nauwkeurig te laten werken.

Laad-terug-methode

Met deze test kan de vermogensfactor bij nullast worden gemeten. Deze methode geeft een goede benadering van transformatoren met hoge capaciteit en is betrouwbaarder dan de methode van de werkelijke belasting.

Methode van de gelijkwaardige belasting

Met deze test kan de temperatuurstijging van de wikkelingen in een transformator worden gemeten. Hij gebruikt een berekende kortgesloten stroom om de vermogensfactor te meten bij gelijkwaardige vermogensbehoeften. Het is van essentieel belang om transformatoren te testen die worden gebruikt in industriële toepassingen waar de wisselspanning vrij hoog kan zijn.

Andere transformatortests

Er zijn tal van testmethoden voor transformatoren om de weerstand van een transformator te meten en fouten of problemen te diagnosticeren. Deze tests worden niet beschouwd als specifieke tests door een technicus, maar maken meestal deel uit van het algemene onderhouds- en testprogramma van de transformator. Daartoe behoren de nullast-loss tests (NLTL), waarbij het uitgangsvermogen van de transformator bij nullast wordt gecontroleerd. Geen enkele andere test controleert de hoeveelheid vermogensverlies in een transformator nauwkeuriger dan deze methode.

FAQs

Wat zijn de toepassingen van transformatoren?

Transformatoren worden gebruikt voor spannings- en stroomtransformatie, afhankelijk van de elektriciteit die in de energiesystemen wordt gebruikt. Zij kunnen werken als scheidingstransformatoren, autotransformatoren, step-downers en step-up transformatoren.

Waardoor kan een transformator doorbranden?

Transformatoren branden door als gevolg van oververhitting, veroorzaakt door overmatige stroom of kortsluiting. Deze toestanden kunnen onder meer het gevolg zijn van slechte verbindingen en losse aansluitingen in het circuit.

Wat moet je doen als een transformator brandt?

Blijf uit de buurt, want het kan ontploffen. Verwijder alle brandbare materialen in de buurt en wacht dan tot de brandweer komt om de vlam te doven.