آزمون ترانسفورماتور نقشی حیاتی در تضمین عملکرد مطمئن و افزایش عمر مفید این تجهیزات کلیدی در صنایع ماشین‌سازی دارد. از آزمایش‌های دورهای استاندارد گرفته تا تکنیک‌های پیشرفته‌ی عیب‌یابی و ارزیابی وضعیت، اجرای یک برنامه‌ی جامع آزمون به مهندسان کمک می‌کند تا نقایص احتمالی را شناسایی کرده، از بروز خرابی‌ها پیشگیری نموده و عملکرد ترانسفورماتور را بهینه‌سازی کنند.
این مقاله به انواع آزمون‌های ترانسفورماتور می‌پردازد، از جمله آزمایش‌های روتین (Routine Tests)، آزمایش‌های تیپ (Type Tests)، آزمایش‌های ویژه (Special Tests) و روش‌های پایش آنلاین (Online Monitoring Methods).
در این بررسی، به اهمیت هر آزمون، پارامترهای کلیدی اندازه‌گیری‌شده و نقش نتایج در حفظ سلامت و کارایی ترانسفورماتور در کاربردهای صنعتی پرداخته می‌شود. هدف آن است که نشان دهد چگونه اجرای منظم و دقیق این دسته از آزمون‌ها می‌تواند مانع بروز خرابی‌های پرهزینه شده و عملکرد مطمئن‌تر تجهیزات قدرت را تضمین کند.
اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ (Winding Resistance Measurement)
آزمون اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ برای تعیین مقاومت جریان مستقیم (DC Resistance) در سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور انجام می‌شود. این آزمون یکی از روش‌های اصلی برای بررسی سلامت الکتریکی و مکانیکی سیم‌پیچ‌ها است و می‌تواند مشکلاتی مانند شل بودن اتصالات، قطع‌شدن رشته‌های هادی (Broken Strands) یا وجود اتصالات با مقاومت بالا (High‑Resistance Joints) را شناسایی کند.
فرآیند آزمون در حالی انجام می‌شود که ترانسفورماتور کاملاً از مدار جدا و بی‌برق است (De‑energized and Isolated) و به کمک اهم‌متر با مقاومت پایین (Low‑Resistance Ohmmeter) یا پل کلوین (Kelvin Bridge) مقدار مقاومت هر سیم‌پیچ اندازه‌گیری می‌گردد.
دقت در اجرای این آزمون اهمیت زیادی دارد، زیرا تغییرات غیرعادی در مقاومت اندازه‌گیری‌شده می‌تواند نشان‌دهنده‌ی اتصال ناقص، آسیب مکانیکی یا فرسودگی در نواحی خاص سیم‌پیچ باشد و نیاز به بررسی عمیق‌تر را آشکار سازد.
آزمون نسبت دورها (Turns Ratio Test)
آزمون نسبت دورها برای اطمینان از صحت تعداد دورهای سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه و مطابقت آن‌ها با نسبت طراحی‌شده و مشخصات نامی ترانسفورماتور انجام می‌شود. در صورت وجود نسبت دورهای اشتباه (Incorrect Turns Ratio)، ممکن است مشکلاتی مانند اختلال در تنظیم ولتاژ (Voltage Regulation Issues) و افزایش دمای غیرعادی یا گرم‌شدن بیش از حد (Overheating) در عملکرد ترانسفورماتور رخ دهد.
این آزمون با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری نسبت دورها (Turns Ratio Meter) انجام می‌گیرد. روش کار به این صورت است که ولتاژی مشخص به سیم‌پیچ اولیه اعمال و مقدار ولتاژ القایی در سیم‌پیچ ثانویه اندازه‌گیری می‌شود. دستگاه سپس نسبت بین ولتاژهای دو سیم‌پیچ را محاسبه کرده و آن را با نسبت نامی طراحی مقایسه می‌کند.
تطابق دقیق بین مقدار اندازه‌گیری‌شده و نسبت نامی، نشان‌دهنده‌ی صحت ساخت سیم‌پیچ‌ها و عملکرد نرمال مغناطیسی هسته است، در حالی که هرگونه انحراف قابل توجه می‌تواند بیانگر اتصال کوتاه جزئی بین دورها، اشتباه در اتصال گروه برداری (Vector Group) یا خطا در مونتاژ سیم‌پیچ‌ها باشد.
آزمون مقاومت عایقی (Insulation Resistance Test)
آزمون مقاومت عایقی برای ارزیابی سلامت و یکپارچگی سیستم عایق ترانسفورماتور انجام می‌شود. این سیستم عایق شامل عایق سیم‌پیچ‌ها (Winding Insulation)، عایق بوشینگ‌ها (Bushing Insulation) و عایق روغن ترانسفورماتور (Oil Insulation) است. هدف از این آزمون، تشخیص وجود رطوبت، آلودگی یا تخریب (Deterioration) در مواد عایقی است که می‌تواند منجر به کاهش استقامت الکتریکی و بروز خطاهای عایقی شود.
در این روش از مگاهممتر (Megohmmeter) برای اعمال ولتاژ مستقیم (DC Voltage) با مقدار نسبتاً بالا بین سیم‌پیچ‌ها و زمین، و نیز بین سیم‌پیچ‌های مختلف (بین اولیه و ثانویه) استفاده می‌شود. سپس مقدار مقاومت الکتریکی عایق اندازه‌گیری می‌گردد.
کاهش محسوس در مقدار مقاومت عایقی نسبت به مقادیر مرجع گذشته، بیانگر وجود رطوبت در سیستم، آلودگی سطحی، یا فرسودگی مواد عایقی است. در مقابل، مقدار بالای مقاومت نشان‌دهنده‌ی خشک بودن و سلامت عایق‌ها محسوب می‌شود.
این آزمون یکی از روش‌های کلیدی پیشگیرانه در نگهداری ترانسفورماتور است که امکان شناسایی زودهنگام مشکلات عایقی پیش از وقوع خرابی جدی یا اتصال کوتاه داخلی را فراهم می‌کند.
آزمون استقامت دی‌الکتریک (Dielectric Strength Test)
آزمون استقامت دی‌الکتریک به منظور ارزیابی توانایی روغن عایق ترانسفورماتور در تحمل تنش‌های الکتریکی بالا بدون بروز شکست الکتریکی (Breakdown) انجام می‌شود. این آزمون یکی از شاخص‌ترین روش‌های سنجش کیفیت روغن عایق و وضعیت کلی سیستم عایقی ترانسفورماتور است.
در این روش، نمونه‌ای از روغن ترانسفورماتور درون سلول آزمون استاندارد قرار داده شده و به آن ولتاژ متناوب (AC Voltage) به‌تدریج افزایش‌یابنده اعمال می‌شود تا لحظه‌ای که شکست الکتریکی در روغن رخ دهد. در آن نقطه، ولتاژ شکست (Breakdown Voltage) ثبت می‌گردد.
ولتاژ پایین‌تر از حد استاندارد نشان‌دهنده‌ی وجود آلودگی، رطوبت، یا ذرات معلق فلزی و غیر فلزی در روغن است. این عوامل باعث تضعیف خاصیت عایقی روغن و در نتیجه افزایش احتمال تخلیه الکتریکی و خرابی ترانسفورماتور می‌شوند.
به طور معمول، برای اطمینان از دقت نتایج، چندین نمونه از روغن در دما و رطوبت کنترل‌شده آزمایش می‌شود و میانگین ولتاژ شکست آن‌ها به عنوان معیار ارزیابی سلامت روغن عایق در نظر گرفته می‌شود.
آزمون استقامت دی‌الکتریک نقش اساسی در پایش کیفیت، برنامه‌ریزی برای تصفیه یا تعویض روغن، و جلوگیری از حوادث الکتریکی در ترانسفورماتورهای قدرت دارد.
اندازه‌گیری تلفات بی‌باری و جریان مغناطیس‌شوندگی (No‑Load Loss and Excitation Current Measurement)
آزمون تلفات بی‌باری و جریان مغناطیس‌شوندگی برای تعیین مقدار تلفات توان (Power Losses) و جریان مغناطیس‌کننده (Excitation Current) در شرایطی انجام می‌شود که ترانسفورماتور تحت ولتاژ نامی قرار دارد اما هیچ باری به خروجی آن متصل نیست. این آزمون، رفتار مغناطیسی هسته و کیفیت ساخت آن را به‌طور دقیق نشان می‌دهد.
در این حالت، تنها هسته‌ی آهنی ترانسفورماتور باعث مصرف توان می‌شود و انرژی صرف مغناطیس کردن هسته و غلبه بر تلفات ناشی از هیسترزیس و جریان‌های گردابی (Eddy Currents) می‌گردد. بنابراین، اندازه‌گیری دقیق توان ورودی و جریان مغناطیس‌کنندگی در بی‌باری، تصویر روشنی از کیفیت مواد مغناطیسی و وضعیت فیزیکی هسته ارائه می‌دهد.
مقادیر غیرطبیعی تلفات بی‌باری یا افزایش جریان مغناطیس‌شوندگی معمولاً نشانه‌ای از اتصال کوتاه جزئی بین ورق‌های هسته (Shorted Laminations)، وجود حفره‌های هوایی در مسیر مغناطیسی (Air Gaps) یا اشکال در مونتاژ مکانیکی هسته است.
نتایج این آزمون، علاوه بر تشخیص عیوب، برای تطبیق عملکرد ترانسفورماتور با مشخصات طراحی و استانداردهای کارخانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد و یکی از آزمایش‌های روتین اصلی در کنترل کیفیت ترانسفورماتورهای قدرت به شمار می‌آید.
اندازه‌گیری تلفات بارداری و ولتاژ امپدانس (Load Loss and Impedance Voltage Measurement)
آزمون تلفات بارداری (Load Loss) و ولتاژ امپدانس (Impedance Voltage) با هدف ارزیابی عملکرد ترانسفورماتور در شرایط بارداری واقعی انجام می‌شود. این دو پارامتر نقش کلیدی در تعیین بازده (Efficiency)، توانایی تحمل جریان‌های خطا (Short‑Circuit Capability) و پایداری حرارتی و مکانیکی سیم‌پیچ‌ها دارند.
تلفات بارداری شامل توان تلف‌شده در سیم‌پیچ‌ها به علت مقاومت اهمی (I²R Losses) و نیز تلفات جریان‌های گردابی (Eddy Current Losses) است. این مقادیر هنگام عبور جریان نامی از سیم‌پیچ‌ها و در حالت اعمال بار شبیه‌سازی‌شده اندازه‌گیری می‌گردند.
ولتاژ امپدانس ولتاژی است که برای عبور جریان نامی در ثانویه لازم است، در حالی که اولیه اتصال کوتاه می‌شود. مقدار این ولتاژ، که معمولاً به صورت درصدی از ولتاژ نامی بیان می‌گردد، نشان‌دهنده‌ی میزان مقاومت و راکتانس نشتی ترانسفورماتور بوده و تعیین‌کننده‌ی محدوده جریان اتصال کوتاه (Fault Current Limitation) است.
مقادیر غیرعادی در تلفات بارداری یا ولتاژ امپدانس می‌تواند حاکی از افزایش مقاومت الکتریکی در اتصالات، تغییر در مسیرهای مغناطیسی، یا آسیب فیزیکی در سیم‌پیچ‌ها و هسته باشد.
نتایج حاصل از این آزمون، مبنای اصلی برای محاسبه بازده کلی ترانسفورماتور، ارزیابی عملکرد حرارتی تحت بار، و مقایسه با الزامات استانداردهای IEC و IEEE محسوب می‌شوند.
آزمون افزایش دما (Temperature Rise Test)
آزمون افزایش دما برای ارزیابی توانایی ترانسفورماتور در دفع حرارت تولیدشده حین کارکرد عادی انجام می‌شود. این آزمون یکی از مهم‌ترین آزمون‌های تیپ (Type Tests) به شمار می‌آید که مستقیماً بر طول عمر و پایداری عایق‌ها و روغن ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارد.
در این روش، ترانسفورماتور تا ظرفیت نامی (Rated Load) تحت بار قرار می‌گیرد و افزایش دمای بخش‌های مختلف از جمله سیم‌پیچ‌ها، هسته‌ی مغناطیسی، و روغن عایق به‌وسیله‌ی حسگرهای دما یا ترموکوپل‌ها به‌طور دقیق ثبت می‌شود.
هدف از آزمون، اطمینان از آن است که افزایش دما در هیچ قسمت از ترانسفورماتور از حدود مجاز تعیین‌شده در استانداردها (مانند IEC 60076 یا IEEE C57.12) تجاوز نکند.
این حدود معمولاً به تفکیک نوع عایق (کاغذ-روغن یا رزین اپوکسی) و کلاس حرارتی طراحی شده‌اند تا از پیری زودرس عایق (Premature Aging) و افزایش تلفات حرارتی غیرمجاز جلوگیری شود.
در صورت مشاهده‌ی افزایش دمای بیش از حد مجاز، علت می‌تواند ضعف در سیستم خنک‌کاری (Cooling System Malfunction)، تلفات اضافی در سیم‌پیچ‌ها (Excessive Copper Losses) یا جریان‌های گردابی غیرمعمول در هسته (Abnormal Eddy Currents) باشد.
نتیجه‌ی این آزمون پایه‌ای برای تعیین ظرفیت واقعی بهره‌برداری و طراحی سیستم خنک‌سازی (ONAN، ONAF، یا OFWF) محسوب می‌شود و از اهمیت ویژه‌ای در مرحله تأیید نهایی کارخانه و پذیرش پروژه‌های نیروگاهی یا صنعتی برخوردار است.
آزمون ولتاژ اعمالی (Applied Voltage Test)
آزمون ولتاژ اعمالی با هدف بررسی استحکام و یکپارچگی سیستم عایقی ترانسفورماتور انجام می‌شود. در این آزمون، ولتاژ متناوب (AC) با مقداری معمولاً برابر با دو برابر ولتاژ نامی ترانسفورماتور برای مدت زمان مشخصی بین سیم‌پیچ‌ها و زمین، و همچنین بین سیم‌پیچ‌های مختلف اعمال می‌گردد.
طی این آزمون، عایق باید قادر باشد بدون وقوع شکست الکتریکی (Breakdown) یا جرقه‌زدن سطحی (Flashover) در برابر این ولتاژ بالا مقاومت کند. موفقیت در آزمون به معنای آن است که سیستم عایقی، طراحی و ساخت مناسبی دارد و قادر است تنش‌های الکتریکی عملیاتی و گذرای شبکه را در شرایط بهره‌برداری عادی و غیرعادی تحمل نماید.
این آزمون از جمله آزمون‌های دی‌الکتریک روتین (Routine Dielectric Tests) محسوب می‌شود و طبق استانداردهای بین‌المللی مانند IEC 60076‑3 و IEEE C57.12.90 انجام می‌گیرد.
آزمون ولتاژ القایی (Induced Voltage Test)
آزمون ولتاژ القایی برای ارزیابی عملکرد سیستم عایقی ترانسفورماتور تحت تنش ولتاژ بالا و در فرکانسی بالاتر از مقدار نامی انجام می‌شود. در این روش، با اعمال ولتاژ متناوب (AC) با فرکانس افزایش‌یافته به سیم‌پیچ اولیه، در سیم‌پیچ‌های دیگر ولتاژ القایی بالا ایجاد می‌گردد.
هدف از این آزمون، آشکارسازی بخش‌های ضعیف، عیوب جزئی یا ناپایداری‌های موضعی در سیستم عایق است که ممکن است در آزمون ولتاژ اعمالی (Applied Voltage Test) قابل مشاهده نباشند.
ولتاژ آزمون معمولاً متناسب با نسبت تبدیل ترانسفورماتور تنظیم شده و به مدت زمان مشخص (معمولاً ۴۵ تا ۶۰ ثانیه) اعمال می‌شود. در طی آزمون، هیچ پدیده‌ای نظیر تخلیه جزئی (Partial Discharge) یا جرقه‌زدگی بین دورها و لایه‌های سیم‌پیچ نباید رخ دهد.
موفقیت در این آزمون بیانگر آن است که سیستم عایق سیم‌پیچی‌ها و بوشینگ‌ها در برابر تنش‌های الکتریکی القایی در حالت بهره‌برداری، ایمن و پایدار است. این آزمون نیز مطابق با الزامات استانداردهای IEC 60076‑3 و IEEE C57.12.90 اجرا می‌شود و جزء آزمون‌های دی‌الکتریک روتین (Routine Dielectric Tests) محسوب می‌گردد.
اندازه‌گیری تخلیه جزئی (Partial Discharge Measurement)
آزمون اندازه‌گیری تخلیه جزئی برای تشخیص وجود تخلیه‌های الکتریکی موضعی در داخل سیستم عایقی ترانسفورماتور انجام می‌شود. این تخلیه‌ها معمولاً در نقاطی از عایق که دارای ناخالصی، حفره‌های هوا یا ضعف‌های موضعی در میدان الکتریکی هستند رخ می‌دهند و در صورت تداوم، باعث تخریب تدریجی عایق و در نهایت شکست الکتریکی کامل (Breakdown) خواهند شد.
در این آزمون از دستگاه‌های اندازه‌گیری بسیار حساس استفاده می‌شود تا بتوانند تخلیه‌های جزئی با شدت‌های بسیار کم (در مقیاس پیکوکولن) را شناسایی، ثبت و از نظر موقعیت مکانی در داخل سیم‌پیچ یا بوشینگ‌ها ردیابی کنند.
تحلیل داده‌های حاصل از این آزمون امکان شناسایی زودهنگام نواحی آسیب‌پذیر را فراهم کرده و به واحد نگهداری کمک می‌کند تا اقدامات پیشگیرانه یا تعمیرات هدفمند انجام دهد، پیش از آنکه آسیب عایقی منجر به خرابی کامل ترانسفورماتور شود.
این آزمون مطابق الزامات استانداردهای بین‌المللی IEC 60270 و IEC 60076‑3 انجام می‌گیرد و یکی از روش‌های کلیدی در پایش وضعیت (Condition Monitoring) ترانسفورماتورهای قدرت محسوب می‌شود.
آزمون اندازه‌گیری سطح صدا (Noise Level Measurement)
آزمون اندازه‌گیری سطح صدا با هدف اطمینان از تطابق میزان نویز صوتی ترانسفورماتور با حدود مجاز تعیین‌شده در مشخصات فنی و استانداردها انجام می‌شود. صدای بیش از حد نرمال می‌تواند نشانه‌ای از عیوب مکانیکی یا الکترومغناطیسی نظیر لقی در ورقه‌های هسته (Loose Core Laminations)، پدیدهٔ مغناطراستریکشن (Magnetostriction) در هسته، یا اختلال در سیستم خنک‌کننده باشد.
در این آزمون، از صوت‌سنج‌های دقیق (Sound Level Meters) مطابق با استانداردهای IEC 60076‑10 یا ANSI C57.12.90 استفاده می‌شود. اندازه‌گیری‌ها در نقاط مختلف پیرامون ترانسفورماتور، معمولاً در فاصله‌ی یک متر از بدنه و در ارتفاع محور مرکزی انجام می‌گیرد تا توزیع صدای تولیدی از جهات مختلف ارزیابی شود.
نتایج آزمون با مقادیر مرجع مقایسه شده و در صورت تطابق، نشان می‌دهد که طراحی مکانیکی و مغناطیسی ترانسفورماتور به‌درستی انجام شده و عملیات مونتاژ و سیستم خنک‌کنندگی آن فاقد نقص‌های ارتعاشی یا نویزی است.
آزمون پایداری در برابر اتصال کوتاه (Short‑Circuit Withstand Test)
آزمون پایداری در برابر اتصال کوتاه به منظور بررسی توان ترانسفورماتور در تحمل تنش‌های مکانیکی و حرارتی ناشی از جریان‌های اتصال کوتاه انجام می‌شود. هنگام وقوع اتصال کوتاه در شبکه، جریان گذرنده از سیم‌پیچ‌ها می‌تواند چندین برابر جریان نامی باشد و منجر به نیروهای الکترودینامیکی شدید و افزایش دمای لحظه‌ای در هادی‌ها و بخش‌های فلزی شود.
در این آزمون، به یکی از سیم‌پیچ‌ها جریان اتصال کوتاه شبیه‌سازی‌شده برای مدت زمان مشخصی اعمال می‌شود تا شرایط واقعی خطای شدید بازآفرینی گردد. طی آزمون، تغییر شکل‌های مکانیکی، تغییر امپدانس، تلفات، صدای غیرعادی یا افت عایق مورد بررسی دقیق قرار می‌گیرد.
ترانسفورماتور باید پس از آزمون، سلامت مکانیکی و الکتریکی خود را حفظ کند؛ یعنی پارامترهای الکتریکی (مانند نسبت تبدیل و تلفات) در محدوده مجاز باقی بمانند و هیچ‌گونه آسیب فیزیکی یا تغییر دائمی در سیم‌پیچ‌ها و هسته مشاهده نگردد.
این آزمون از مهم‌ترین آزمون‌های نوعی (Type Tests) در ترانسفورماتورهای قدرت است و طبق الزامات استانداردهای IEC 60076‑5 و IEEE C57.12.90 انجام می‌شود. موفقیت در آن بیانگر استحکام طراحی الکترومکانیکی و کیفیت ساخت ترانسفورماتور در شرایط خطای شدید شبکه است.
جمع بندی
آزمون‌های ترانسفورماتور مجموعه‌ای جامع از ارزیابی‌های الکتریکی، مکانیکی و حرارتی هستند که هدف آن‌ها تضمین پایداری عملکرد، ایمنی و طول عمر مفید تجهیزات قدرت است. این آزمایش‌ها از مراحل طراحی و ساخت تا بهره‌برداری عملیاتی، نقش حیاتی در اطمینان از انطباق با استانداردهای بین‌المللی (IEC و IEEE) و حفظ قابلیت اطمینان شبکه‌های صنعتی و نیروگاهی ایفا می‌کنند.
در این مقاله مشاهده شد که هر آزمون، از اندازه‌گیری مقاومت سیم‌پیچ و نسبت دورها گرفته تا آزمون‌های دی‌الکتریک، حرارتی و مکانیکی، بخش خاصی از سلامت عملکرد ترانسفورماتور را بررسی می‌کند. آزمون‌های روتین، صحت ساخت و مونتاژ را تأیید می‌نمایند؛ آزمون‌های تیپ، کفایت طراحی را به اثبات می‌رسانند؛ و آزمون‌های ویژه و پایش‌های آنلاین، ضامن پایش مستمر وضعیت و پیشگیری از خرابی‌های پرهزینه هستند.
در نهایت، اجرای نظام‌مند و دقیق این آزمون‌ها نه تنها نشانه‌ی کیفیت طراحی و مهندسی ساخت ترانسفورماتور است، بلکه پایه‌گذار اعتمادپذیری بلندمدت سیستم‌های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی نیز به شمار می‌آید. بدین‌ترتیب، برنامه‌ی آزمون و نگهداری صحیح می‌تواند به‌طور چشمگیری هزینه‌های تعمیرات اضطراری را کاهش داده، ایمنی شبکه را ارتقا دهد و بهره‌وری انرژی را در سطح صنعتی و ملی افزایش دهد.
