Como equipamento central do sistema elétrico, a confiabilidade operacional do transformador está diretamente relacionada à segurança e estabilidade da rede elétrica. Entre os inúmeros parâmetros de um transformador, a Relação de Tensão (Relação de Espiras) e a Resistência Ôhmica (CC) são os dois indicadores mais fundamentais e intuitivos.
Eles não são apenas os dois primeiros itens realizados durante os Testes de Aceitação em Fábrica (FAT) e os Testes de Aceitação em Campo (SAT), mas também servem como base crítica para a instalação, comissionamento, manutenção e diagnóstico de falhas. A precisão desses dois parâmetros afeta diretamente todos os parâmetros subsequentes do transformador e possui significativa importância para avaliar o desempenho e identificar riscos latentes, tais como curtos-circuitos entre espiras e mau contato no comutador de derivações (tap changer).
I. Analysis of Core Concepts
1. Relação de tensão do transformador
A relação do transformador é essencialmente a relação do número de voltas entre os enrolamentos primários e secundários. Em condições sem carga, é aproximadamente igual à relação da tensão nominal primária à tensão nominal secundária, expressa pela fórmula:
onde N1e N2 representam o número de espiras dos enrolamentos primário e secundário, respectivamente, e U1n e U2n são as tensões nominais correspondentes. Com base na magnitude da relação, os transformadores são classificados em transformadores de aumento (elevadores), redução (abaixadores) e isolamento.
A precisão da relação determina diretamente a exatidão da transformação da tensão. Quando a relação se desvia do valor de projeto, pode levar a uma tensão de saída fora dos padrões ou até mesmo desencadear o superaquecimento do equipamento ou a atuação indevida da proteção devido a correntes circulantes excessivas. O objetivo central da medição precisa da relação é verificar a correção do número de espiras do enrolamento, garantir que a posição indicada no comutador de derivações (tap changer) corresponda à conexão real e identificar a presença de falhas, como curtos-circuitos entre espiras.
2. Resistência CC
A resistência CC refere-se ao valor de resistência apresentado pelo enrolamento do transformador quando uma corrente contínua é aplicada, seguindo a Lei de Ohm (R = U/I). Embora o transformador exiba características indutivas durante a operação AC, a resistência DC reflete o material de enrolamento, a área de secção transversal, a resistência de contato dos pontos de conexão e a qualidade da soldagem inter-viragem. Indica também se os contatos do trocador de torneira estão em boas condições, se há fios quebrados em ramos paralelos e serve como base auxiliar para julgar deformação de enrolamentoAlém disso, a simetria dos enrolamentos pode ser avaliada através do taxa de desequilíbrio de resistência trifásica.
Preparação pré-teste: A medição da relação deve ser realizada em condições sem carga. A tensão de excitação é normalmente necessária para não ser inferior a 1% da tensão nominal para garantir que o núcleo entre em um estado de excitação normal e evitar erros causados pela não linearidade da permeabilidade magnética. Para grandes transformadores, a tensão de teste não deve ser excessivamente alta para evitar que a saturação do núcleo cause distorção de corrente de excitação.
Desconecte a fonte de alimentação dos lados de alta e baixa tensão e descarregue completamente os enrolamentos.
Limpe a camada de óxido dos terminais de teste para garantir um bom contato.
Selecione um tester de proporção com uma precisão de não menos de 0,1% e pré-aqueça por 10 minutos para evitar o impacto de deriva de temperatura do instrumento.
Grave os parâmetros da placa e verifique a posição do trocador de torneira para garantir que ele está na torneira nominal. Se existir magnetismo residual, ele deve ser eliminado por operação sem carga antes da medição.
Operação de cablagem: Conecte a extremidade de alta tensão do testador aos terminais de enrolamento primário e a extremidade de baixa tensão aos terminais secundários. Distinguir estritamente polaridade (extremos de mesma polaridade) para evitar desvios de medição causados pela conexão inversa. Mantenha os fios de teste o mais curtos possível para reduzir a resistência ao chumbo e use cabos blindados, se necessário, para resistir à interferência eletromagnética. Para transformadores trifásicos, as linhas de tensão trifásicas devem ser conectadas corretamente de acordo com o grupo vetor (por exemplo, Yyn0, Dyn11). Fiação incorreta levará a falhas de medição ou desvios graves devido a diferenças de fase, mesmo que o valor da relação em si seja correto.
Medição e gravação: Inicie o testador, selecione o modo de medição correspondente e aplique uma tensão de teste estável (não inferior a 1/3 da tensão nominal do lado energizado). Registre o valor da relação quando a leitura se estabilizar. Medir cada posição da torneira do trocador de torneira individualmente, repetindo 2-3 vezes por torneira para obter a média. Registre sincronicamente a temperatura e a umidade ambientes para análise de erro posterior.
Garantia de precisão: A garantia mais crítica para a precisão reside na eliminação interferência inter-faseDevido ao acoplamento eletromagnético entre as fases de um transformador trifásico, a medição de fase única é facilmente afetada por outras fases. Testadores modernos de alta precisão adotam principalmente Tecnologia de medição simultânea em três fasesque pode compensar automaticamente os erros causados pela assimetria do circuito magnético, refletindo assim verdadeiramente a relação real de cada fase.
Preparação pré-teste: Corte todas as fontes de energia e descarregue os enrolamentos por pelo menos 5 minutos para evitar que cargas residuais danifiquem o instrumento. Selecione o equipamento apropriado: a Ponte Wheatstone para enrolamentos de alta tensão (R > 1Ω ) e a Ponte Kelvin (dupla) para enrolamentos de baixa tensão (R < 1Ω), ou use um testador automático de resistência CC de alta precisão. Registre a temperatura ambiente para posterior correção da temperatura de resistência.
Operação de cablagem: Adote o "Método de cablagem de quatro terminais" (Sensação Kelvin). Conecte os terminais de corrente ao lado externo dos terminais de enrolamento e tensão ao lado interno para eliminar a influência do chumbo e da resistência ao contato. Para enrolamentos Star (Y), medir a resistência de fase ou linha; para enrolamentos Delta (parapara) desconectar os pontos de conexão para medição ou converter a resistência da linha em resistência de fase através do cálculo para julgar com precisão a taxa de desequilíbrio e evitar erros de medição. Garantir conexões seguras e limpar a camada de óxido dos terminais.
Medição e gravação: Aplique uma corrente DC constante. A corrente de carregamento não deve ser muito pequena (incapaz de superar o magnetismo residual, causando deriva de leitura) nem muito grande (causando aquecimento de enrolamento, o que muda a resistência). Normalmente, 1%-10% da corrente nominal é selecionada, não excedendo 20A.
Registre o valor depois que o carregamento de indutância de enrolamento é concluído e a leitura é estável.
Medir enrolamentos trifásicos um por um e calcular a taxa de desequilíbrio: δ=(Rmax-Rmin) / Ravg×100%.
Para grandes transformadores trifásicos de cinco colunas onde o carregamento de enrolamento de baixa tensão é extremamente lento, o "Método de Assistência Magnética" (Método de Aumento)A ligação de enrolamentos de alta e baixa tensão em série para aplicar fluxo magnético co-direcional pode reduzir o tempo de carregamento de horas para minutos, reduzindo significativamente os erros da deriva de temperatura.
Correção da temperatura: A resistência ao enrolamento tem uma relação linear com a temperatura. Para enrolamentos de cobre, a resistência aumenta em aproximadamente 0,4% para cada aumento de 1 ° C. Portanto, a temperatura do enrolamento deve ser registrada com precisão e todos os valores medidos devem ser convertidos em uma temperatura de referência (geralmente 75°C ou 20°C). Para transformadores que acabaram de parar de funcionar, a temperatura do óleo e a temperatura real do enrolamento podem diferir; É necessário tempo suficiente para igualar a temperatura.
Tratamento de desmagnetização: O magnetismo residual no núcleo prolonga o tempo de estabilização da corrente de teste e introduz ruído de medição. Antes de cada medição, especialmente depois de trocar os trocadores de torneira, o magnetismo residual deve ser eliminado por carregamento/descarga de corrente inversa ou pelo programa de desmagnetização incorporado do instrumento para redefinir o estado magnético do núcleo para zero.
Requisitos do instrumento: A precisão do tester de relação deve ser ≥ 0,1%, e a resolução do tester de resistência CC deve ser ≥ 1μΩ. Calibre periodicamente os instrumentos usando transformadores padrão e resistências padrão (por exemplo, trimestralmente) para eliminar Erros sistêmicos.
Controle ambiental: Mantenha temperaturas ambientais estáveis (15-25°C). Mantenha-se longe de fortes fontes de interferência eletromagnética, como equipamentos de alta tensão ou conversores de frequência; Use cabos blindados se necessário. Use fios de teste com grandes secções transversais e baixa resistência e encurte o comprimento da fiação para minimizar a resistência ao contato.
Estabilização operacional: Descarregue completamente o transformador antes da medição. Garantir a polaridade correta para testes de relação e usar o método de quatro terminais para resistência CC. Depois de trocar o trocador de torneira, espere 3-5 minutos antes de medir para garantir que os contatos estejam estáveis. Repita as medições em cada ponto e tome a média para reduzir erros aleatórios.
Análise de dados: Após a medição, corrija a resistência CC com base na temperatura ambiente usando as fórmulas específicas para enrolamentos de cobre ou alumínio. Calcular desvios da relação; se excederem ±0,5%, investigue erros de cablagem, falhas de enrolamento ou problemas de trocador de torneira. Desequilíbrio de resistência DC trifásico deve cumprir com IEC 60076-1 requisitos (por exemplo, ≤ 2% para unidades acima de 1600kVA).
Superar os efeitos indutivos: O maior desafio na medição precisa da resistência DC é o efeito indutânciaDevido à indutância maciça dos enrolamentos do transformador, a corrente não atinge um estado estável imediatamente, mas aumenta exponencialmente. As leituras feitas antes da estabilização serão erroneamente altas. Portanto, as medições modernas de precisão utilizam fontes de corrente constante combinadas com técnicas de amostragem digital de alta velocidade ou desmagnetização para garantir que as leituras sejam tomadas apenas depois que o fluxo magnético se estabilizar.
Embora a medição da relação e da resistência CC sejam testes de rotina, sua precisão afeta diretamente o julgamento da condição do transformador. Na prática, os resultados de ambos requerem muitas vezes análise conjuntaPor exemplo, um contato ruim em um trocador de torneira não só fará com que a resistência CC exceda os limites, mas também pode causar flutuações na medição da relação devido à não linearidade da resistência de contato. Da mesma forma, um curto-circuito entre voltas causará uma queda significativa na resistência CC e causará que a relação se desvie do valor padrão.
Para alcançar a maior precisão, também deve-se notar: Em primeiro lugar, a rastreabilidade do instrumento deve garantir que a precisão seja melhor que 1/3 do erro permitido do equipamento testado. Em segundo lugar, a seleção da corrente de teste deve equilibrar os efeitos térmicos e a sensibilidade; para grandes transformadores, uma corrente ＞10 A é preferida para reduzir a dispersão. Em terceiro lugar, os registros de ensaio devem incluir metadados completos (temperatura ambiente/enrolamento, posição da torneira) para fornecer uma base para Comparação Histórica Longitudinal.
Kingrun Transformador Instrumento Co., Ltd.
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