Kurzschlussprüfung von Transformatoren

Messaufbau für die Kurzschlussprüfung von Transformatoren

Transformator-Prototypen werden vor der Produktion auf ihre Performance geprüft (Typprüfung). Nach der Herstellung werden Transformatoren vor der Inbetriebnahme geprüft, um die Einhaltung normativer und regulatorischer Anforderungen zu bestätigen (Abnahmeprüfung). Lastverlustprüfungen sind Teil der Routine- und Abnahmeprüfungen, die in der internationalen Norm IEC 60076 festgelegt sind.

Die Kurzschlussprüfung ermittelt die Kupferverluste eines Leistungstransformators im Kurzschluss bei Volllaststrom. Die Primärseite des Leistungstransformators wird (abgesehen von der Wechselstromquelle) mit dem Leistungsanalysator verbunden, während die Sekundärseite (alle Phasen) kurzgeschlossen wird. Ein Transformator mit hohen Kupferverlusten ist weniger effizient und verliert Energie in Form ungenutzter Wärme. Zudem besteht ein höheres Ausfallrisiko durch Überlastung und Überhitzung.

Die präzise Messung der Kupferverluste zeigt, ob ein Leistungstransformator bei Nennstrom die spezifizierten Werte einhält.

Leerlaufprüfung von Transformatoren ohne Last

Während Lastverluste nur auftreten, wenn ein Transformator unter Last betrieben wird, treten Leerlaufverluste immer dann auf, wenn er unter Spannung steht – unabhängig von der Last. Ergänzend zur Kurzschlussprüfung, mit der die Kupferverluste ermittelt werden, erfasst eine Leerlaufprüfung die Eisenverluste im lastfreien Betrieb. Der Leistungsanalysator wird an die Primär- bzw. Hochspannungsseite des Transformators angeschlossen, während die Sekundärseite offen und unbelastet bleibt.

Erfahren Sie mehr über die Leerlaufprüfung von Transformatoren

Kurzschlussprüfung zur Ermittlung der Lastverluste von Transformatoren

Kupferverluste treten immer auf, wenn die Transformatorwicklungen unter Last stehen. Ursache ist in erster Linie der Innenwiderstand, an dem der Laststrom Verluste erzeugt. Aus der Messung der gesamten Lastverluste (Kupferverluste) bei Nennstrom ergeben sich Wirkungsgrad und Energieverlust eines Transformators bei Volllast.

Die Mehrkanalprüfung erfasst in einem einzigen Messaufbau folgende Größen – für jede Phase und für das Gesamtsystem:

• Leistung: Messung der Kurzschlussleistung, je Phase und insgesamt, zur Bestimmung der Kupferverluste bei voller Nennlast
• Strom: Messung des angelegten Stroms je Phase, um zu bestätigen, wann der Nennstrom des Transformators erreicht ist
• Spannung: Messung der Betriebsspannung je Phase, während der Strom bis auf den Nennwert erhöht wird
• Impedanz: Messung der Impedanz je Phase sowie der Gesamtimpedanz über den gesamten Prüfbereich, um sowohl das Verhalten der einzelnen Phasen als auch des Gesamtsystems zu charakterisieren

Ursachen für Kupferverluste bei Transformatoren

Lastverluste lassen sich nicht vollständig vermeiden, doch das Transformatordesign kann optimiert werden, um den Wirkungsgrad zu maximieren und den Energieverlust zu minimieren.

Zu höheren Kupferverlusten führen:

• Widerstand des Leiters: Der Kupferleiter hat die Aufgabe, den elektrischen Strom zu leiten. Ein höherer spezifischer Widerstand des Wicklungsmaterials, ein kleinerer Leiterquerschnitt und eine größere Länge zählen zu den Faktoren, die Lastverluste erhöhen.
• Höhe des Laststroms: Da die Lastverluste proportional zum Quadrat der Last zunehmen, erhöht ein höherer Strom die Kupferverluste.
• Betriebstemperatur: Eine höhere Wicklungstemperatur erhöht den Widerstand und die Lastverluste.

Herausforderungen bei der Kurzschlussprüfung von Transformatoren

Hersteller verbessern ihre Designs kontinuierlich und setzen neue Werkstoffe ein, um noch zuverlässigere und verlustärmere Transformatoren zu bauen. Gleichzeitig werden Normen, Spezifikationen und Vorschriften immer anspruchsvoller. Effizientere Transformatoren sind für die globale Energiewende unverzichtbar – und stellen die Kurzschlussprüfung vor zahlreiche Herausforderungen:

• Erfassung einer breiten Palette elektrischer Parameter, darunter Leistung, Strom, Spannung und Frequenz, in einem einzigen Messaufbau
• Erfassung präziser Messwerte mit einem multifunktionalen Gerät für eine detaillierte Analyse im Zeit- und Frequenzbereich
• Einhaltung internationaler Normen wie IEC 60076
• Berechnung der korrigierten Kurzschlussverlustleistung bei Abweichungen von der festgelegten Referenz-Wicklungstemperatur
• Gleichzeitige Messung und Auswertung sowohl der phasenspezifischen als auch der Gesamtimpedanz
• Auditkonforme Testdokumentation
• Datenexport kompatibel mit Drittanbietersoftware

Unsere Lösung für die Kurzschlussprüfung von Transformatoren

Hersteller und Prüflabore setzen für präzise und umfassende Kurzschlussprüfungen auf den LMG671 Präzisions-Leistungsanalysator. Er ermöglicht flexible Mehrkanalmessungen und liefert standardkonforme Daten für eine präzise, umfassende und zeiteffiziente Prüfung von Leistungstransformatoren.

Hersteller und Prüflabore können mit einem einzigen Leistungsanalysator als einheitlicher Messplattform alle relevanten und vorgeschriebenen Daten erfassen, für die andernfalls mehrere herkömmliche Geräte wie ein Leistungsmesser, ein Oszilloskop, ein Digitalmultimeter und ein Datenlogger erforderlich wären.

• Bis zu sieben Leistungsmessmodule erfassen die Spannungen, Ströme und Leistungen aller Phasen für vollständige Konnektivität.
• Eine Prozesssignal-Schnittstelle (PSI) erfasst zusätzliche Daten zu den Umgebungsbedingungen der Prüfung, etwa Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Vibration.
• Die Messungen sind über eine große Strommessdynamik hinweg hochgenau.
• Vorkonfigurierbare Messmenüs für Leerlauf- und Kurzschlussprüfungen können geladen und vom Anwender angepasst werden, um die Testabläufe zu vereinfachen.
• Die optionale L6-OPT-SDC Software zur Stern-Dreieck-Umrechnung bestimmt die genauen phasenspezifischen Leistungswerte für verschiedene Transformator-Anschlusskonfigurationen.
• Die Testergebnisse sind standardisiert, zuverlässig und vergleichbar.