Fehlersuche und Prüfung eines Transformators

Transformatoren spielen in elektrischen Geräten eine wichtige Rolle. Diese Geräte folgen dem Prinzip der Impedanzanpassung, um die Leistung effizient von einem Schaltkreis zum anderen zu übertragen und gleichzeitig die Verluste zu reduzieren. Ein Fehler in diesen Transformatoren kann jedoch zu kritischen Problemen für den Betrieb des Systems führen. Um derartige Risiken einer Beschädigung oder Fehlfunktion zu vermeiden, wird eine ordnungsgemäße Einhaltung des Wartungsplans empfohlen. In diesem Artikel wird die richtige Vorgehensweise bei der Fehlersuche und Prüfung von Transformatoren beschrieben.

Inhaltsübersicht

• Ursachen für Qualitätsprobleme bei Transformatoren
• wie man einen Transformator prüft
• Verstehen der Transformatorparameter
• Prüfung des Temperaturanstiegs bei Transformatoren
• Andere Transformatorprüfungen
• FAQs

Ursachen für Qualitätsprobleme bei Transformatoren

Mehrere Faktoren können dazu führen, dass ein Transformator defekt wird. Um zu überprüfen, ob ein Transformator defekt ist, ist es wichtig, die üblichen Symptome eines Transformatorausfalls zu kennen, wie Überhitzung, Isolationsdurchbruch und Brummgeräusche. Um einen Transformator zu prüfen, sollten die häufigsten Probleme und ihre Ursachen ermittelt werden. Dann kann die richtige Reparaturlösung umgesetzt werden. Im Folgenden werden einige häufige Transformatorprobleme und ihre Ursachen aufgeführt, die bei der Fehlersuche oder dem Austausch eines Transformators zu beachten sind:

Überhitzung

• Ausfall der Isolierung: Hohe Temperaturen können zu einem Zusammenbruch der Isolierung führen, was wiederum ein Versagen der Isolierung zur Folge hat. Außerdem kann es zu Lichtbögen kommen, die Stecker und Adern beschädigen. Ein elektrischer Lichtbogen entsteht, wenn ein Teil eines Leiters schmilzt und verdampft. Wenn der Leiter abkühlt, zieht er sich zusammen und erzeugt einen Lichtbogen. Überhitzung kann auftreten, wenn hohe Spannungen durch Drähte oder Leiter fließen - wie bei Transformatoren im Falle eines Kurzschlusses oder Erdschlusses.

• Elektromagnetische Störungen: Die durch den Lichtbogen verursachte stärkere Erwärmung führt zu einem Anstieg der elektromagnetischen Störungen und der elektrostatischen Spannungen im Transformator. Elektromagnetische Störungen können durch das Schalten von hochfrequenten Strömen verursacht werden, die den Kern des Transformators erregen. Die Störung führt zu einer Unterbrechung des elektromagnetischen Feldes und wird oft von elektrostatischen Spannungen begleitet.

• Ausfall einer Transformator-Komponente: Wenn ein Transformator überhitzt, kann der Kern spröde werden, das Isolieröl kann austrocknen und reißen, und die Wicklungen können übermäßige Ströme führen und schmelzen. Darüber hinaus ist die Betriebsspannung höher als üblich. Dies verursacht hohe Strombelastungen, die zu einem frühzeitigen Ausfall von Komponenten wie Durchführungen und Klemmen führen. Lesen Sie unseren Artikel über elektrische Transformatoren, um mehr über die verschiedenen Arten von Transformatorenkernen zu erfahren.

Oberschwingungen

Oberschwingungen sind gleichzeitige Störungen der Primär- und Sekundärwicklungen. Lichtbögen im Magnetkreis können elektromagnetische Störungen und elektrostatische Spannungen verursachen. Sie treten hauptsächlich aufgrund von Fehlern in der Impedanzanpassungsschaltung auf, die zum Verlust von Primär- und Sekundärströmen führen (entweder durch einen aktiven oder einen Kurzschlussfehler). Eine Impedanzanpassungsschaltung ist eine elektronische Schaltung, die Änderungen des ohmschen, induktiven und kapazitiven Blindwiderstands des Transformators erkennt und ausgleicht. Außerdem werden Verluste durch elektromagnetische Störungen minimiert und durch Oberschwingungen verursachte Spitzenströme reduziert.

Überlastung

Überlastung kann zu Stromausfällen führen. Die durch Überlastung entstehenden Spannungs- und Stromstärken können zu einer übermäßigen Erwärmung des Transformators führen. Eine Überlastung liegt vor, wenn die Stromversorgung nicht genügend Kapazität bietet, um den erforderlichen Strom durch einen Transformator zu leiten. Um sicherzustellen, dass ein Transformator nicht überlastet wird, sollte die erforderliche Transformatorleistung berechnet werden. Die durch Überlastung verursachten Verluste können die Versorgungsspannung erhöhen, was die Effizienz des Systems verringert und zu Überhitzung führt. Lesen Sie unseren Artikel über die Dimensionierung von Transformatoren und den Transformatorrechner, um weitere Informationen über die Berechnung der Nennleistung und Kapazität eines Transformators zu erhalten.

Ungleichgewicht

Ein Transformator kann unter zwei Bedingungen unsymmetrisch sein:

• Überlasteter Transformator: Eine Überlastung liegt vor, wenn der Strom in einem Transformatorabschnitt viel höher ist als in anderen Bereichen. Dies kann zu hohen Temperaturen und übermäßigen Verlusten in der Isolierung, den Klemmen und den Wicklungen führen. Wenn der Transformator überlastet ist, kann er elektromagnetische Störungen und elektrostatische Spannungen erzeugen.
• Unterlasteter Transformator: Bei einem unterbelasteten Transformator besteht die Gefahr eines Ausfalls aufgrund unzureichender Ruheleistung oder eines Leistungsverlusts bei hohen Lasten. Ein Transformator ist unterlastet, wenn die Last zu klein wird, um die vom Gerät benötigte Energiemenge zu erhalten. In einigen Fällen können die Wicklungen und Spulen vor Beschädigungen geschützt werden.

wie man einen Transformator prüft

Ob bei der Fehlersuche oder beim Austausch eines Transformators, das Wissen um die Prüfung eines Transformators ist ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses. Die drei wichtigsten Prüfungen zur Bestimmung des Zustands eines Transformators sind die Leerlaufprüfung, die Kurzschlussprüfung und die Messung des Wicklungswiderstands.

Prüfung auf offenen Stromkreis

Der Anschlussaufbau für die Leerlaufprüfung an einem Transformator ist in Abbildung 2 dargestellt. Die verschiedenen verwendeten Komponenten sind:

• B: Autotransformer
• V: Spannungsmesser
• W: Wattmeter
• A: Strommessgerät
• T : Zu prüfender Transformator

Ein Spartransformator ist ein spezieller Transformator mit einer einzigen Wicklung, der sehr effektiv eine geregelte Spannung erzeugt. Der Ausgang eines Spartransformators kann an verschiedenen Stellen abgegriffen werden, um unterschiedliche Spannungen zu erzeugen. Der Spartransformator wird an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der Ausgang des Spartransformators wird abgegriffen und an die Enden eines Voltmeters angeschlossen. Führen Sie dann die folgenden Schritte aus:

1. Die Sekundärseite des zu prüfenden Transformators muss unterbrochen sein.
2. Erhöhen Sie die angelegte Spannung auf der Primärseite langsam, bis sie die Nennspannung des Transformators erreicht. Kontrollieren Sie während dieser Phase immer wieder das Voltmeter.
3. Sobald die Nennspannung erreicht ist (wie auf dem Etikett des Transformators angegeben), notieren Sie die Messwerte aller drei Instrumente, d. h. des Voltmeters, des Amperemeters und des Wattzählers.

Das Amperemeter zeigt den Wert des Leerlaufstroms an (da die Sekundärseite offen ist). Die Anzeige des Voltmeters entspricht der Spannung, die auf der Sekundärseite des Transformators induziert wird. Der Messwert des Wattmeters gibt den Wert der Eingangsleistung während des Tests an. Da der Transformator einen offenen Stromkreis hat, fließt auf der Sekundärseite kein Strom. Das Wattmeter zeigt also die Höhe der Kern- und Kupferverluste im Transformator an. Der Leerlaufstrom ist im Vergleich zum Volllaststrom des Transformators sehr viel geringer; daher können die Kupferverluste aufgrund des Leerlaufstroms vernachlässigt werden. Daher gibt eine Leerlaufprüfung Aufschluss über die Höhe der Kernverluste im Transformator. Anhand des Kernverlusts lässt sich feststellen, ob es Probleme im Magnetkern des Transformators gibt.

Kurzschlusstest

Der Anschlussaufbau für einen Kurzschlusstest ist in Abbildung 3 dargestellt. Die verschiedenen verwendeten Komponenten sind:

• B: Autotransformer
• V: Spannungsmesser
• W: Wattmeter
• A: Strommessgerät
• T : Zu prüfender Transformator

Führen Sie die folgenden Schritte durch, um den Transformator zu testen:

1. Schließen Sie die Sekundärseite des Transformators kurz.
2. Legen Sie mit Hilfe eines Spartransformators eine Niederspannung von 7-10 % der Nennspannung des Transformators an die Primärseite an (Abbildung 3 mit der Bezeichnung B). Der Ausgang eines Spartransformators kann an verschiedenen Stellen angezapft werden, um unterschiedliche Spannungen zu erhalten.
3. Erhöhen Sie langsam die angelegte Spannung, bis das Amperemeter (Abbildung 3 mit der Bezeichnung A) und das Wattmeter (Abbildung 3 mit der Bezeichnung W) einen Wert anzeigen, der dem Nennstrom des Transformators entspricht.
4. Notieren Sie die Messwerte des Volt-, Strom- und Wattmessers.

Der Messwert des Amperemeters gibt das primärseitige Äquivalent des Volllaststroms des Transformators an. Da die angelegte Spannung im Vergleich zur Nennspannung des Transformators sehr gering ist, können die Kernverluste als vernachlässigbar angesehen werden. Deshalb misst ein Kurzschlusstest den Kupferverlust in einem Transformator. Der Wert des Kupferverlustes kann verwendet werden, um festzustellen, ob es ein Problem mit den Transformatorwicklungen gibt.

Messung des Widerstands

Die Messung des Wicklungswiderstands eines Transformators ist für die Berechnung der ^I2R-Verluste im Transformator unerlässlich. Der Widerstandswert kann auch als Maß für die Diagnose möglicher Schäden verwendet werden.

Eine einfache Methode zur Messung des Transformatorwiderstands ist in Abbildung 4 dargestellt:

• T : Zu prüfender Transformator. Er hat eine effektive Induktivität und einen Widerstandswert (der während der Prüfung zu berechnen ist)
• R: Ein externer Widerstand mit bekanntem Wert
• V: Spannungsmesser
• A: Strommessgerät
• DC: Gleichspannungsquelle

Ein bekannter Gleichstromwert wird an den Stromkreis angelegt, wodurch ein Stromfluss ausgelöst wird. Der Spannungsabfall und der Prüfstrom werden gemessen, und der Widerstand wird berechnet. Lesen Sie unseren Artikel über Niederspannungstransformatoren, um zu erfahren, wie Sie einen Transformator mit einem Multimeter prüfen können.

Verstehen der Transformatorparameter

Bevor Sie die Parameter eines Transformators messen können, müssen Sie zunächst feststellen, was Sie messen müssen. Hier sind einige Begriffe, die Ihnen begegnen werden:

Primärstrom

Der Primärstrom ist der direkte Ausgang der Primärwicklungen und zeigt normalerweise an, wie gut der Transformator funktioniert. Eine Erhöhung bedeutet, dass mehr Leistung durch die Sekundärwicklung übertragen wird, und zeigt einen geeigneten Transformator an. Ein Rückgang des Primärstroms kann auch bedeuten, dass eine fehlerhafte oder schlecht konfigurierte Impedanzanpassungsschaltung im Spiel ist.

Sekundäre Spannung

Die Sekundärspannung ist der Ausgang der Sekundärwicklung und gibt in der Regel Aufschluss über den Zustand der Verkabelung und der Isolierung des Sekundärkreises. Ein niedriger Wert deutet u. a. auf eine schlecht konfigurierte Impedanzanpassungsschaltung hin. Ein hoher Wert kann unter anderem auf eine Verschmutzung durch Lichtbögen oder einen Kurzschluss durch Blockaden oder Kurzschlüsse hinweisen.

Streuinduktivität

Die Streuinduktivität ist die Menge an Strom, die in der Wicklung fließen kann, wenn keine Spannung anliegt. Eine hohe Streuinduktivität kann dazu führen, dass der Transformator bei hohen Frequenzen kurzgeschlossen ist. Solche Transformatoren werden hauptsächlich in Kurzschlussanwendungen eingesetzt, um schnellere Zündimpulse zu erzeugen, wie z. B. bei kontrollierten Detonationsvorrichtungen (CDDs) und kapazitiven Effekten.

Kapazität der Wicklung

Die Wickelkapazität bezieht sich auf die Strom- und Spannungsmenge, die zum Laden und Entladen der Sekundärseite durch den Stromkreis benötigt wird. Die zusätzliche Strom- und Spannungsmenge, die zur Aufrechterhaltung der Wicklung erforderlich ist, hängt davon ab, ob der Stromkreis einen erheblichen Widerstand aufweist. Ein hoher Kapazitätswert kann dazu führen, dass Ihr Transformator bei höheren Frequenzen arbeitet und bei niedrigeren Spannungen in die Sättigung geht.

Prüfung des Temperaturanstiegs bei Transformatoren

Der am häufigsten zu prüfende Parameter bei der Prüfung eines Transformators ist der Ausgangsleistungsfaktor. Der Ausgangsleistungsfaktor ist ein Verhältnis von Eingangs- und Ausgangsspannung, das die von der Last aufgenommene Wirkleistung bewertet. So lässt sich feststellen, wie gut ein Transformator funktioniert und ob er entsprechend den Spezifikationen des Herstellers effizient arbeitet.

Methode für die tatsächliche Belastung

Dieser Test funktioniert am besten bei Transformatoren mit geringer Kapazität. Er misst den Leistungsfaktor am tatsächlichen Lastwert. Die Last muss eine hohe Impedanz und eine sehr niedrige Reaktanz haben, damit dieser Test genau funktioniert.

Rücklade-Methode

Mit diesem Test lässt sich der Leistungsfaktor bei Leerlaufwerten messen. Sie bietet eine gute Annäherung an Transformatoren mit hoher Kapazität und ist zuverlässiger als die Methode der tatsächlichen Belastung.

Verfahren der äquivalenten Belastung

Mit diesem Test kann der Temperaturanstieg der Wicklungen in einem Transformator gemessen werden. Es verwendet einen berechneten Kurzschlussstrom zur Messung des Leistungsfaktors bei gleichem Leistungsbedarf. Die Prüfung von Transformatoren, die in industriellen Anwendungen eingesetzt werden, wo die Wechselspannung sehr hoch sein kann, ist unerlässlich.

Andere Transformatorprüfungen

Es gibt eine Vielzahl von Prüfmethoden für Transformatoren, um den Widerstand eines Transformators zu messen und Fehler oder Probleme zu diagnostizieren. Diese Prüfungen werden nicht als spezifische Prüfungen durch einen Techniker angesehen, sondern sind meist Teil des allgemeinen Wartungs- und Prüfprogramms des Transformators. Dazu gehört die Leerlaufverlustprüfung (NLTL), bei der die Leistung des Transformators bei Leerlaufwerten geprüft wird. Kein anderer Test prüft die Höhe der Verlustleistung eines Transformators genauer als diese Methode.

FAQs

Wofür werden Transformatoren verwendet?

Transformatoren werden zur Spannungs- und Stromumwandlung verwendet, je nach der in den Stromnetzen verwendeten Elektrizität. Sie können als Trenntransformatoren, Spartransformatoren, Abwärtstransformatoren und Aufwärtstransformatoren eingesetzt werden.

Wodurch brennt ein Transformator durch?

Transformatoren brennen aufgrund von Überhitzung durch zu hohen Stromfluss oder Kurzschlüsse durch. Diese Zustände können u. a. durch schlechte Anschlüsse und lose Verbindungen im Stromkreis entstehen.

Was sollten Sie tun, wenn ein Transformator brennt?

Bitte halten Sie sich davon fern, denn sie könnte explodieren. Entfernen Sie alle brennbaren Materialien in der Nähe und warten Sie dann auf die Feuerwehr, um die Flammen zu löschen.