Postupy pro testování transformátorů v souladu se standardy IEEE C57 a GB 1094

1. Základy zkoušení transformátorů

1.1 Přehled
Transformátory patří mezi nejdůležitější zařízení pro přenos elektrické energie. Jejich kvalita a spolehlivost přímo ovlivňují bezpečný a spolehlivý dodávku elektřiny. Poškození transformátorů generátorů nebo klíčových transformátorů v rozvodnách může narušit přenos elektrické energie a oprava nebo doprava takových velkých jednotek často trvá několik měsíců.

Během této doby je dodávka elektrické energie ohrožena, což negativně ovlivňuje průmyslovou a zemědělskou výrobu i spotřebu elektřiny v domácnostech – a má za následek významné ekonomické ztráty.

Protože požadavky na bezpečný a spolehlivý provoz transformátorů stále rostou, technologie zkoušení transformátorů se v posledních dvou desetiletích výrazně vyvíjely. Mezi významné pokroky patří:

• Zkoušky nakrátko u velkých transformátorů při jmenovitém napětí,

• Měření a lokalizace částečných výbojů,

• Použití přenosových funkcí pro detekci poruch od impulsů,

• Použití digitální techniky pro měření ztrát,

• Zavedení metod intenzity zvuku při měření hluku,

• Spektrální analýza pro diagnostiku deformací vinutí a

• Stále širší použití analýzy rozpuštěných plynů (DGA) v transformátorovém oleji.

1.2 Normy pro zkoušení transformátorů
Pro zajištění, že transformátory splňují požadované normy pro kvalitu a spolehlivost přenosu elektrické energie, byly stanoveny národní normy jak pro transformátory, tak pro postupy jejich zkoušení:

• GB 1094.1–1996: Silové transformátory – Část 1: Obecně

• GB 1094.2–1996: Silové transformátory – Část 2: Teplotní přírůstky

• GB 1094.3–1985: Silové transformátory – Část 3: Úrovně izolace, dielektrické zkoušky a vnější vzduchové mezery

• GB 1094.5–1985: Silové transformátory – Část 5: Odolnost proti zkratu

• GB 6450–1986: Suché silové transformátory

1.3 Zkoušky transformátorů

1.3.1 Běžné zkoušky

• Měření odporu vinutí

• Měření převodu napětí a ztrát v zatížení

• Měření impedance nakrátko a ztrát v zatížení

• Měření proudu naprázdno a ztrát naprázdno

• Měření izolačního odporu mezi vinutími a uzemněním

• Běžné dielektrické zkoušky — viz Tabulka 1-3 pro běžné izolační zkoušky v továrně

• Zkoušky spínaných odpíjecích pod zatížením

1.3.2 Typové zkoušky

• Zkouška teplotního přírůstku.

• Typové izolační zkoušky (viz Tabulka 1).

1.3.3 Speciální testy

• Měření nulové sekvence impedancí pro třífázové transformátory.

• Test odolnosti proti krátkodobým přetížením.

• Měření hladiny hluku.

• Měření harmonických složek v prázdném proudě.

2. Měření napěťového poměru a ověření označení spojovací skupiny

2.1 Přehled
Měření napěťového poměru je běžným testem pro transformátory. Provádí se nejen v továrně během výroby, ale také na místě před uvedením transformátoru do provozu.

2.1.1 Účel měření napěťového poměru

• Zajištění, aby napěťové poměry ve všech polohách čepu byly v rámci tolerancí stanovených normami nebo smluvními technickými požadavky.

• Ověření, že paralelně spojené cívky nebo části cívek (např. čepech) mají stejný počet závitů.

• Potvrzení správného připojení vedlejších vodičů a připojení k čepovému přepínači.

Napěťový poměr je klíčovým parametrem výkonu transformátoru. Protože tento test používá nízké napětí a je jednoduchý, provádí se několikrát během výroby, aby bylo zajištěno soulad s návrhovými specifikacemi.

3. Měření DC odporu cívek

3.1 Účel a požadavky
Podle GB 1094.1–1996 „Transformátory elektrické – Část 1: Obecné požadavky,“ měření DC odpornosti je zařazeno mezi běžné testy. Proto musí každý transformátor projít tímto testem jak během, tak po výrobě.

Hlavní účely měření DC odpornosti jsou kontrola následujících aspektů:

• Kvalita svařování nebo mechanických spojů mezi vodiči cívek – kontrola špatných spojů;

• Integrita spojů mezi vodiči a terminály a mezi vodiči a čepovým přepínačem;

• Spolehlivost svarů nebo mechanických spojů mezi vedlejšími vodiči;

• Zda rozměry a odpor vodičů splňují specifikace;

• Rovnováha odpornosti mezi fázemi;

• Výpočet teplotního stoupání cívek, který vyžaduje měření chladného stavu odpornosti před teplotním testem a horkého stavu odpornosti okamžitě po odpojení napájecího napětí během testu.

3.2 Metody měření
Podle JB/T 501–91 „Průvodce testováním elektrických transformátorů,“ existují dvě standardní metody měření DC odpornosti cívek transformátoru:

• Mostová metoda (např. Kelvinův dvojitý most)

• Metoda volt-ampér (V-A)

4. Test bez zatížení

4.1 Přehled
Měření ztrát bez zatížení a prázdného proudu je běžným testem transformátoru. Kompletní magnetizační charakteristiky transformátoru jsou určeny prostřednictvím testu bez zatížení.

Cílem tohoto testu je:

• Měření ztrát bez zatížení a prázdného proudu;

• Ověření, zda návrh a výroba jádra splňují příslušné normy a technické specifikace;

• Detekce potenciálních vad jádra, jako jsou lokální přetopení nebo oslabení izolace.

4.2 Ztráty bez zatížení
Ztráty bez zatížení se primárně skládají z hysteretických a vířivých ztrát v elektrické oceli. Zahrnují také další ztráty, jako jsou vedlejší ztráty způsobené unikajícím magnetickým polem.

4.3 Prázdný proud
Velikost prázdného proudu je hlavně určena B–H (magnetizační) křivkou elektrické oceli použité v jádře.

5. Ztráty při zatížení a měření krátkozavěrové impedancie

5.1 Přehled testu zatížení
Měření ztrát při zatížení a krátkozavěrové impedancie je běžným testem.

Výrobci tento test provádějí, aby:

• Určili hodnoty ztrát při zatížení a krátkozavěrové impedancie;

• Ověřte shodu se standardy a technickými dohodami;

• Zjistěte potenciální vady v cívkách.

Během testu se na jednu cívku aplikuje napětí, zatímco druhá je krátko spojená. Podle bilancí amperových otáček, když proud v napájené cívce dosáhne své nominální hodnoty, nese i krátko spojená cívka nominální proud.

I když je během tohoto testu hlavní magnetický tok v jádru velmi malý, vysoký proud generuje významný únikový tok. Tento únikový tok způsobuje:

• vznik vířivých ztrát v vodičích cívky;

• ztráty kolísavých proudů v paralelních vodičích;

• dodatečné ztráty v uzavíracích strukturách, stěnách nádrže, elektromagnetických štítách, rámech jádra a spojkových deskách.

Všechny tyto ztráty jsou závislé na proudu a jsou kolektivně klasifikovány jako zatížení ztrát.

6. Test odolnosti proti střídavému napětí

6.1 Přehled
Aby byly transformátory bezpečné a spolehlivé pro provoz síťového systému, musí jejich izolace splňovat nejen výkonnostní standardy, ale také požadovanou dielektrickou pevnost. Dielektrická pevnost určuje, zda může transformátor snést normální provozní napětí, stejně jako neobvyklé podmínky, jako jsou kmitočtové vlny nebo přepnutí nadnapětí.

Pouze po úspěšném složení testů, včetně krátkodobého výkonového střídavého napětí, impulsního napětí a měření částečných výbojků, lze považovat transformátor za připravený k připojení k síti.

Test odolnosti proti střídavému napětí primárně hodnotí hlavní izolační pevnost mezi cívkami a zemí, a mezi cívkami.

• Pro plně izolované transformátory tento test plně ověří hlavní izolaci.

• Pro transformátory s stupňovanou izolací hodnotí pouze koncovou cívkovou izolaci blízko tělesa a izolaci určitých částí vedení k zemi. Nelze ho použít k hodnocení celkové izolační pevnosti cívky k zemi nebo mezi cívkami.

Pro transformátory s stupňovanou izolací je vyžadován indukovaný napěťový test, aby byla komplexně posouzena izolační pevnost mezi cívkami, k zemi a souvisejícími vedeními.

7. Test odolnosti proti indukovanému nadnapětí

7.1 Přehled
Test odolnosti proti indukovanému nadnapětí je další klíčový dielektrický test následující po testu střídavého napětí.

• Pro plně izolované transformátory kontroluje test střídavého napětí pouze hlavní izolaci, zatímco longitudinální izolace (mezi závitky, vrstvami a částmi) je ověřena testem indukovaného napětí.

• Pro transformátory s stupňovanou izolací ověřuje test střídavého napětí pouze izolaci neutrálního bodu. Indukovaný napěťový test je nezbytný k hodnocení:

• longitudinální izolace (mezi závitky, vrstvami a částmi);

• izolace mezi cívkami a zemí;

• izolace mezi cívkami a fázemi.

Tedy, test indukovaného napětí je důležitou metodou k hodnocení integrity jak hlavní, tak longitudinální izolace.

7.2 Požadavky na test
Test indukovaného napětí se obvykle provádí aplikací dvakrát nominálního napětí na terminály nízkonapěťové cívky, zatímco všechny ostatní cívky jsou neuzavřené. Aplikovaný tvar napětí by měl být co nejblíže čistému sinusovému vlně.