Postopki preskuševanja transformatorjev v skladu s standardi IEEE C57 in GB 1094

1. Osnove preizkušanja transformatorjev

1.1 Pregled
Transformatorji so med najpomembnejšo opremo za prenos električne energije. Njihova kakovost in zanesljivost neposredno vplivata na varno in zanesljivo dostavo električne energije. Škoda generatorjev transformatorjev ali ključnih transformatorjev v podstanicah lahko moti prenos električne energije, popravilo ali prevoz takšnih velikih enot pogosto traja nekaj mesecev.

Med tem časom je oskrba s strujom kompromitirana, kar negativno vpliva na industrijsko in kmetijsko proizvodnjo ter prebivalstveno porabo električne energije - kar povzroča znatne gospodarske izgube.

Ko se zahtevi za varno in zanesljivo delovanje transformatorjev nadalje povečujejo, so tehnologije za preizkušanje transformatorjev v zadnjih dveh desetletjih napredovale zelo pomembno. Značilni razvoji vključujejo:

• Kratkoporočne preizkuse na velikih transformatorjih pri imenovani napetosti,

• Merjenje in lokacijo delnih razbožij,

• Uporabo prenosnih funkcij za zaznavanje impulznih napak,

• Uporabo digitalne tehnologije za merjenje izgub,

• Uvedbo metod intenzitete zvoka za merjenje hrupa,

• Spektralno analizo za diagnosticiranje deformacij ovitev, in

• Vse bolj široko uporabo analize raztopljenih plinov (DGA) v transformatorskem olju.

1.2 Standardi za preizkušanje transformatorjev
Za zagotavljanje, da transformatorji ustrezajo zahtevam glede kakovosti in zanesljivosti prenosa električne energije, so bili uvedeni nacionalni standardi za transformatorje in njihove preizkusne postopke:

• GB 1094.1–1996: Močni transformatorji – Del 1: Splošno

• GB 1094.2–1996: Močni transformatorji – Del 2: Temperaturni naraščaji

• GB 1094.3–1985: Močni transformatorji – Del 3: Stopnje izolacije, dielektrični preizkusi in zunanje razmaki v zraku

• GB 1094.5–1985: Močni transformatorji – Del 5: Zmožnost odporu na kratkoporočje

• GB 6450–1986: Suhi močni transformatorji

1.3 Predmeti preizkušanja transformatorjev

1.3.1 Redni preizkusi

• Merjenje upornosti ovitev

• Merjenje omrežnega razmerja in merjenje izgub ob opterečenosti

• Merjenje kratkoporočnega upora in izgub ob opterečenosti

• Merjenje prazninskega toka in prazninskih izgub

• Merjenje upornosti izolacije med ovitvami in talom

• Redni dielektrični preizkusi – glej Tabelo 1-3 za predmete rednih preizkusov izolacije v proizvodnji

• Preizkusi na opterečeno preklapljanje

1.3.2 Vrstni preizkusi

• Preizkus temperaturnega naraščanja.

• Vrstni preizkusi izolacije (glej Tabelo 1).

1.3.3 Posebni preskusi

• Meritve ničelnega zaporednega impedanca za trifazne transformatorje.

• Preskus odpornosti proti kratkemu stiku.

• Meritve ravni zvočnega tlaka.

• Meritve harmonskih komponent v toku pri prostem teku.

2. Merjenje napetostnega razmerja in preverjanje oznake povezavne skupine

2.1 Pregled
Merjenje napetostnega razmerja je redni preskus za transformatorje. Izvaja se ne le v tovarni med proizvodnjo, temveč tudi na lokaciji pred predajo transformatorja v obratovanje.

2.1.1 Namen merjenja napetostnega razmerja

• Z zagotovitvijo, da napetostna razmerja na vseh položajih dirk padajo znotraj dovoljenega odstopanja, določenega s standardi ali pogodbenimi tehničnimi zahtevami.

• Preveriti, da imajo vzporedno povezani navitji ali deli navitij (npr. dirkani deli) enako število ovojev.

• Potrditi, da so odvodi dirk in priključki na preklapalnik dirk pravilno povezani.

Napetostno razmerje je pomemben parametrov zmogljivosti transformatorja. Ker ta preskus uporablja nizko napetost in je enostaven za izvedbo, se izvaja večkrat med proizvodnjo, da bi zagotovili skladnost s projektorskimi specifikacijami.

3. Merjenje enosmernega upora navitij

3.1 Namen in zahteve
Glede na GB 1094.1–1996 „Transformatorji – 1. del: Splošno“ se merjenje enosmernega upora uvršča med redne preskuse. Zato mora vsak transformator prestati ta preskus tako med kot po končani proizvodnji.

Glavni nameni merjenja enosmernega upora so pregled naslednjih vidikov:

• Kakovost zvarjenih ali mehanskih priključkov med prevodniki navitij – preverjanje slabih spojev;

• Celovitost priključkov med odvodi in bušingi ter med odvodi in preklapalnikom dirk;

• Zanesljivost zvarov ali mehanskih spojev med pripojnimi žicami;

• Ali dimenzije prevodnika in specifični upor ustrezata specifikacijam;

• Ravnovesje upora med fazami;

• Izračun segrevanja navitja, kar zahteva meritve hladnega upora pred preskusom segrevanja in vročega upora takoj po izklopu napajanja med preskusom.

3.2 Metode merjenja
Po JB/T 501–91 „Navodila za preskušanje močnih transformatorjev“ obstajata dve standardni metodi za merjenje enosmernega upora navitij transformatorja:

• Mostična metoda (npr. Kelvinov dvojni most)

• Voltampermetrska (V-A) metoda

4. Preskus pri prostem teku

4.1 Pregled
Meritve izgube pri prostem teku in toka pri prostem teku sta redna preskusa transformatorja. Popolne magnetizacijske karakteristike transformatorja se določijo s preskusom pri prostem teku.

Cilji tega preskusa so:

• Merjenje izgube pri prostem teku in toka pri prostem teku;

• Preveriti, ali projekt in postopek izdelave jedra ustrezata veljavnim standardom in tehničnim specifikacijam;

• Odkriti morebitne napake na jedru, kot so lokalno pregrevanje ali slabe izolacije.

4.2 Izguba pri prostem teku
Izguba pri prostem teku se sestavlja predvsem iz histereznih in vrtinastih tokovnih izgub v listih električnega jekla. Vključuje tudi dodatne izgube, kot so razpršene izgube, povzročene s puščanjem magnetnega pretoka.

4.3 Tok pri prostem teku
Velikost toka pri prostem teku je predvsem odvisna od B–H (magnetizacijske) krivulje električnega jekla, uporabljenega v jedru.

5. Merjenje izgube ob obremenitvi in kratkostičnega upora

5.1 Pregled preskusa obremenitve
Merjenje izgube ob obremenitvi in kratkostičnega upora je redni preskus.

Proizvajalci izvedejo ta preskus za:

• Določitev vrednosti izgube ob obremenitvi in kratkostičnega upora;

Preverjanje skladnosti s standardi in tehničnimi sporazumi;

• Odkrivanje možnih defektov v navojih.

Med testom se na en navoj uporabi napetost, medtem ko je drugi navoj zaključen. Po amperskem obroču ravnotežja, ko tok v napajanem navoju doseže njegovo imenovano vrednost, tudi zaključeni navoj prenaša imenovani tok.

Čeprav je glavni magnetni tok v jedru med tem testom zelo majhen, je zaradi visokih tokov generiran značilen iztečni tok. Ta iztečni tok povzroča:

• Vrtinčne izgube v vodnikih navojev;

• Izgube cirkulirajočega toka v vzporednih vodnikih;

• Dodatne izgube v zategovalnih strukturah, stenah rezervoara, elektromagnetskih ščitnih ogradih, okvirjih jedra in povezovalnih tabličkah.

Vse te izgube so odvisne od toka in skupaj klasificirane kot izgube opterebljenosti.

6. Test uporabljenega AC-trajanja napetosti

6.1 Pregled
Za zagotavljanje varnosti in zanesljivosti transformatorjev pri delovanju v omrežju mora njihova izolacija zadoščati ne le standardom zmogljivosti, ampak tudi zahtevanemu dielektričnemu trdotu. Dielektrični trdot določa, ali lahko transformator izdrži normalne delovne napetosti in tudi nenormalne stanje, kot so udarni nalozi ali preklopninske pretokove.

Samo po uspešnem opravljanju testov, vključno s kratkotrajnim testom izdržljivosti napetosti strmice, testom izdržljivosti impulznih napetosti in meritvami delnih razbojk, se transformator lahko smatra pripravljenim za povezavo v omrežje.

Test uporabljenega AC-trajanja predvsem ovrednoti glavno izolacijsko trdoto med navoji in zemljo ter med navoji.

• Za popolnoma izolirane transformatorje ta test popolnoma potrjuje glavno izolacijo.

• Za transformatorje z odstopenjsko izolacijo preverja le izolacijo končnih navojev blizu yoka in izolacijo določenih vodil do zemlje. Ne more oceniti celotne izolacijske trdote med navoji in zemljo ali med navoji.

Za transformatorje z odstopenjsko izolacijo je potreben namesto tega test inducirane napetosti, da bi celovito ovrednotili izolacijsko trdoto med navoji, do zemlje in za pripadajoče vodile.

7. Test izdržljivosti inducirane prekomerne napetosti

7.1 Pregled
Test izdržljivosti inducirane napetosti je drug ključni dielektrični test, ki sledi testu uporabljenega AC.

• Za popolnoma izolirane transformatorje test uporabljenega AC preverja le glavno izolacijo, medtem ko test inducirane napetosti preverja izolacijo med vrtilci, sloji in odseki.

• Za transformatorje z odstopenjsko izolacijo test uporabljenega AC preverja le izolacijo neutralne točke. Test inducirane napetosti je bistven za oceno:

• Dolžinska izolacija (med vrtilci, sloji in odseki);

• Izolacija med navoji in zemljo;

• Izolacija med navoji in faza do faze.

Tako je test inducirane napetosti ključna metoda za ovrednotenje celovitega stanja glavne in dolžinske izolacije.

7.2 Zahteve za test
Test inducirane napetosti se običajno izvaja z uporabo dvakrat višje imenovane napetosti na terminalih navoja nizke napetosti, medtem ko so vsi ostali navoji odprti. Uporabljeni valovni oblik napetosti naj bo čim bolj podoben čistemu sinusnemu valovu.