Typprüfungen, Sonderprüfungen und Zusatzprüfungen für Transformatoren | Vollständiger Leitfaden
Typprüfungen
Typprüfungen sind eine Reihe von Verifizierungsprüfungen, die an repräsentativen Transformator-Einheiten durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass Konstruktion, Bauart, Fertigungsprozess und Leistungsmerkmale des Transformators den Anforderungen entsprechender nationaler und internationaler Normen entsprechen.
Diese Prüfungen werden hauptsächlich durchgeführt während:
der Entwicklung neuer Transformator-Konstruktionen;
größerer Änderungen an Produktstrukturen oder wesentlichen Parametern;
Produktzertifizierungsverfahren;
der Verifizierung einer Transformator-Serie oder einer Produktfamilie.
Zu den wichtigsten Typprüfungen für Leistungstransformatoren gehören:
Temperaturanstiegsprüfung
Die Temperaturanstiegsprüfung dient zur Überprüfung der thermischen Leistungsfähigkeit eines Transformators unter Nennbetriebsbedingungen.
Während der Prüfung wird der Transformator mit Nennlast betrieben, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist. Der Temperaturanstieg der Wicklungen, des oberen Öls, des Tanks und der strukturellen Komponenten wird gemessen, um zu bestätigen, ob die durch die Gesamtverluste – also Leerlauf- und Lastverluste – erzeugte Wärme vom Kühlsystem wirksam abgeführt werden kann.
Ziel der Temperaturanstiegsprüfung ist es,
- die Wirksamkeit des Transformator-Kühlsystems (z. B. ONAN, ONAF, OFAF usw.) zu verifizieren;
- zu bestätigen, dass der Wicklungstemperaturanstieg innerhalb der zulässigen Grenzwerte gemäß den Normen bleibt;
- mögliche lokale Überhitzung im Tank, in Klammern, magnetischen Abschirmungen oder anderen strukturellen Komponenten zu identifizieren;
- die langfristige Betriebssicherheit des Transformators zu bewerten.
Durchschlagsfestigkeits-Typprüfungen
Durchschlagsfestigkeits-Typprüfungen dienen zur Verifizierung der Isolationsfestigkeit und Zuverlässigkeit des Transformator-Isolationssystems unter verschiedenen Überspannungsbedingungen.
Diese Prüfungen simulieren elektrische Belastungen, die während des tatsächlichen Betriebs im Stromversorgungsnetz auftreten können, darunter Blitzstoßspannungen, Schaltüberspannungen und Dauerüberspannungen bei Netzfrequenz.
Zu den wichtigsten Durchschlagsfestigkeitsprüfungen gehören:
- Blitzstoßspannungs-Durchhalteprüfung
- Spannungsfestigkeitsprüfung mit angelegter Spannung
- Spannungsfestigkeitsprüfung mit induzierter Spannung
Diese Prüfungen stellen sicher, dass Transformator-Wicklungen, Durchführungen, Leitungen und innere Isolationsstrukturen über ausreichende elektrische Festigkeit und Betriebssicherheitsmargen verfügen.
Sonderprüfungen
Sonderprüfungen sind zusätzliche Prüfungen, die gemäß spezifischer Vereinbarungen zwischen dem Transformator-Hersteller und dem Kunden durchgeführt werden.
Im Gegensatz zu Routine- und Typprüfungen werden Sonderprüfungen normalerweise für bestimmte Projekte, besondere Betriebsumgebungen oder besondere technische Anforderungen angefordert.
Einige Sonderprüfungen erfordern hochentwickelte Prüfeinrichtungen, aufwändige Verfahren und erhebliche Ressourcen; daher werden sie nicht an jedem Transformator durchgeführt.
Häufige Sonderprüfungen umfassen:
Sonder-Durchschlagsfestigkeitsprüfungen
Sonder-Durchschlagsfestigkeitsprüfungen dienen der weiteren Verifizierung der Isolationsleistung von Transformatoren unter besonderen Spannungsbedingungen oder erhöhten Isolationsanforderungen.
Diese Prüfungen werden üblicherweise bei Transformatoren angewendet, die in speziellen Netzbereichen oder bei Projekten mit strengen Anforderungen an die Isolationskoordination eingesetzt werden.
Messung der Kapazität zwischen Wicklungen sowie zwischen Wicklungen und Erde
Bei dieser Prüfung werden die Kapazitätswerte zwischen den Transformator-Wicklungen sowie zwischen Wicklungen und Erdpotential gemessen.
Die gemessenen Daten werden verwendet für:
- die Analyse der Isolationskoordination;
- Untersuchungen zu Überspannungen;
- die Auslegung des Schutzes im Stromversorgungsnetz.
Messung der transienten Spannungsübertragungscharakteristik
Diese Prüfung bewertet die transiente Spannungsübertragungscharakteristik zwischen Hochspannungs- und Niederspannungswicklung bei Auftreten transienter Überspannungen.
Die Prüfergebnisse unterstützen Ingenieure dabei,
- die innere Spannungsverteilung zu analysieren;
- das Isolationsdesign zu optimieren;
- geeignete Strategien zum Überspannungsschutz zu entwickeln.
Messung der Nullsequenzimpedanz von Dreiphasentransformatoren
Die Nullsequenzimpedanz bezeichnet die Impedanz, die ein Dreiphasentransformator bei Nullsequenzstromverhältnissen aufweist.
Dieser Parameter ist wichtig für:
- Kurzschlussberechnungen;
- Erdfehleranalyse;
- Einstellung von Schutzrelais.
Eine genaue Messung der Nullsequenzimpedanz ermöglicht es den Anwendern, Schutzsysteme korrekt zu konfigurieren und die Sicherheit sowie Zuverlässigkeit des Netzes zu verbessern.
Kurzschlussfestigkeitsprüfung
Die Kurzschlussfestigkeitsprüfung überprüft die Fähigkeit des Transformators, schweren Kurzschlussbedingungen standzuhalten, wie sie in elektrischen Energiesystemen auftreten.
Während der Prüfung wird der Transformator hohen Kurzschlussströmen ausgesetzt, um die durch Fehlerzustände erzeugten mechanischen und thermischen Spannungen zu bewerten.
Die Prüfung überprüft:
- Mechanische Festigkeit der Transformatorwicklungen;
- Zuverlässigkeit der Kernklemmstrukturen;
- Stabilität der Leitungen und Verbindungssysteme;
- Kurzschlussfestigkeit von Durchführungen und Laststelltransformatoren.
Diese Prüfung gehört zu den wichtigsten Bewertungen der Transformatorzuverlässigkeit, insbesondere bei Großleistungstransformatoren.
Schallpegelmessung
Die Schallpegelmessung wird durchgeführt, um das während des Betriebs eines Transformators erzeugte Geräusch zu bestimmen.
Die gemessenen Ergebnisse dienen zur Überprüfung der Einhaltung:
- Umgebungsgeräuschvorgaben;
- Kundenspezifischer technischer Spezifikationen;
- Installationsanforderungen in städtischen, industriellen oder Wohngebieten.
Harmonische Messung des Leerlaufstroms
Bei dieser Prüfung werden die harmonischen Anteile des Erregungsstroms des Transformators im Leerlaufzustand analysiert.
Sie dient hauptsächlich der Bewertung:
- Der Auslegung der magnetischen Flussdichte im Kern;
- Der Sättigungseigenschaften des Kerns;
- Der Zweckmäßigkeit der Transformatorauslegung.
Die Ergebnisse tragen zur Optimierung der Transformatorverluste, der Erregungsleistung und des Wirkungsgrads im Betrieb bei.
Messung des Leistungsverbrauchs der Kühlvorrichtungen
Bei Transformatoren mit erzwungener Kühlung misst diese Prüfung den tatsächlichen Leistungsverbrauch der Kühlvorrichtungen, z. B.: Kühlventilatoren; Ölpumpen.
Die gemessenen Daten werden verwendet für:
- Berechnung des Hilfsleistungsverbrauchs;
- Bewertung der Betriebswirtschaftlichkeit;
- Planung der Leistungskapazität des Energiesystems.
Zusätzliche Prüfungen
Neben den standardmäßigen Routineprüfungen, Typprüfungen und Sonderprüfungen können Kunden oder Projektinhaber je nach spezifischen technischen Anforderungen zusätzliche Prüfungen verlangen.
Diese Prüfungen dienen normalerweise einer weitergehenden Bewertung des Betriebszustands, der strukturellen Integrität und besonderer Leistungsmerkmale des Transformators.
Zu den gängigen zusätzlichen Prüfungen zählen:
Frequenzganganalyse (FRA) – Wicklungsverformungsprüfung
Die Frequenzganganalyse dient zum Nachweis mechanischer Veränderungen an den Transformatorwicklungen.
Sie wird üblicherweise angewendet, um festzustellen, ob:
- Die Wicklungen während des Transports verschoben wurden;
- Die Wicklungen nach Kurzschlussereignissen mechanisch beschädigt wurden;
- Strukturelle Veränderungen während des Langzeitbetriebs aufgetreten sind.
Langzeit-Leerlaufprüfung
Diese Prüfung bewertet das Transformatorverhalten während eines längeren Leerlaufbetriebs.
Sie dient zur Überwachung:
- Des Temperaturanstiegs im Kern;
- Der Stabilität der Leerlaufverluste;
- Von Veränderungen der Isolationsleistung.
Überstromprüfung
Die Überstromprüfung überprüft die Fähigkeit des Transformators, vorübergehende Überstrombedingungen standzuhalten, die durch einen fehlerhaften Betrieb oder kurzzeitige Überlastungen verursacht werden.
Prüfung der Funkstörspannung
Bei dieser Prüfung wird die während des Betriebs eines Transformators entstehende Funkstörung gemessen.
Sie kommt vor allem bei Hochspannungstransformatoren zum Einsatz, bei denen strenge Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit gestellt werden.
Messung der Leerlauf-Erregungskennlinie
Dieser Test misst den Zusammenhang zwischen Erregerspannung und Erregerstrom unter Leerlaufbedingungen.
Er dient zur Analyse:
- Magnetisierungseigenschaften des Kerns;
- Sättigungsverhalten;
- Konstruktions-Sicherheitsabstände.
Niederspannungs-Leerlauftest
Dieser Test bewertet die Erregereigenschaften des Transformators und die Kernleistung unter reduzierten Spannungsbedingungen.
Niederspannungs-Lasttest
Dieser Test misst die Lasteigenschaften des Transformators unter Niederspannungsbedingungen, einschließlich: Lastverluste; Impedanzeigenschaften; thermische Leistung.
Schalttransienten-Wellenformtest
Dieser Test analysiert transiente Spannungsänderungen, die während des Betriebs von: Lastschaltenden Stufenschaltern (OLTC); stromlos schaltenden Stufenschaltern entstehen.
Er dient zur Verifizierung der Schaltstabilität und zur Bewertung des transienten Spannungsverhaltens während der Stufenumstellung.