Đo điện trở một chiều của cuộn dây biến áp hoặc cuộn dây động cơ là cách nhanh nhất để phát hiện các lỗi mà kiểm tra bằng mắt thường không thể phát hiện được. Thử nghiệm này cực kỳ đơn giản: cho dòng điện một chiều có cường độ đã biết chạy qua cuộn dây, đo sụt áp và tính tỷ lệ. Điều phân biệt giữa một kết quả đo có cơ sở khoa học và một con số gây hiểu lầm chính là tất cả các yếu tố xung quanh ba thao tác đó — cách nối dây đo, thời gian chờ, nhiệt độ của cuộn dây và đối tượng so sánh kết quả.
Hướng dẫn này trình bày quy trình đầy đủ cho cả cuộn dây máy biến áp và cuộn dây động cơ, bao gồm cả những phần mà hầu hết các tài liệu hướng dẫn thường bỏ qua: khi nào thực sự cần sử dụng đồng hồ đo bốn dây, cách hiệu chỉnh kết quả đo theo nhiệt độ tham chiếu, và cách đánh giá liệu kết quả đó có đạt yêu cầu hay cần kiểm tra thêm. Hướng dẫn này dành cho các công tác kiểm tra khi đưa vào vận hành và bảo dưỡng định kỳ kiểm tra máy biến áp trên các thiết bị loại khô và thiết bị điện áp thấp, không chỉ riêng các máy biến áp điện quy mô công nghiệp.
Điện trở cuộn dây đo trực tiếp đường dẫn của dây dẫn. Bất kỳ yếu tố nào làm tăng điện trở, loại bỏ một đường dẫn song song hoặc gây ngắn mạch giữa các vòng dây đều làm thay đổi giá trị này theo cách có thể dự đoán được. Ba phát hiện sau đây giải thích phần lớn giá trị của thử nghiệm cuộn dây.
Sự ngắn mạch giữa các vòng dây liền kề tạo ra một vòng lặp kín khiến dòng điện tuần hoàn, gây quá nhiệt cục bộ và làm giảm chiều dài dây dẫn trong mạch. Giá trị của pha bị ảnh hưởng sẽ thấp hơn một chút — thường chỉ chênh lệch một phần trăm nhỏ, đó là lý do tại sao việc so sánh cả pha và giá trị cơ sở đều rất quan trọng. Trong một máy biến áp nhỏ, chỉ cần một vòng dây bị ngắn mạch cũng có thể làm tăng tổn thất đủ để phá hủy lớp cách điện chỉ trong vài giờ.
Các điểm tiếp xúc, khối đầu nối và các mối nối bằng bu-lông đều được bố trí nối tiếp với cuộn dây. Một tiếp điểm bị mòn hoặc đầu nối bị oxy hóa sẽ hiển thị giá trị đo cao hơn tại một vị trí chốt hoặc một pha. Đây là hiện tượng thường gặp nhất trong thực tế và cũng là hiện tượng dễ khắc phục nhất — chính điều này khiến việc kiểm tra cuộn dây trở nên đáng thực hiện hơn là chỉ đơn thuần là chẩn đoán. Điện trở tăng đột ngột tại một chốt và trở lại bình thường tại chốt tiếp theo gần như chỉ ra trực tiếp rằng vấn đề nằm ở bộ chuyển chốt.
Các cuộn dây lớn sử dụng nhiều sợi song song; nếu một sợi bị đứt, cuộn dây vẫn dẫn điện qua lượng đồng ít hơn và điện trở tăng lên — điều này không thể phát hiện được qua kiểm tra tỷ số hoặc kiểm tra cách điện. Và ngay cả khi không có sự cố nào, kết quả đo đầu tiên vẫn có giá trị: sau khi được hiệu chỉnh về nhiệt độ chuẩn, nó sẽ trở thành giá trị tham chiếu để so sánh với mọi lần kiểm tra sau đó. Để biết cách bố trí cuộn dây và lõi, hãy tham khảo phần giải thích sau đây về Cấu tạo máy biến áp và cấu trúc lõi sắt.
Lời khuyên chung chung thường dẫn đến việc thiết kế quá mức cần thiết. Kết nối bốn cực (Kelvin) tách các dây dẫn mang dòng điện khỏi các dây dẫn cảm biến điện áp, do đó điện trở dây dẫn không bao giờ ảnh hưởng đến kết quả đo. Điều này là bắt buộc khi điện trở cuộn dây có cùng cấp độ với điện trở dây dẫn — trên các máy biến áp điện lưới, nơi điện trở pha có thể chỉ vài milliohm.
Các thiết bị loại khô cỡ nhỏ lại khác: điện trở cuộn dây 1 kVA thường dao động từ nửa ohm đến vài ohm, trong khi điện trở dây dẫn sạch chỉ chiếm từ 0,05 đến 0,1 Ω. Hãy đặt điện trở dây dẫn về 0 bằng chức năng đo tương đối của đồng hồ, đảm bảo kẹp chặt các đầu kẹp và kiểm tra lại giá trị 0 trước khi đo từng pha.
Dòng điện phải đủ lớn để đảm bảo sụt áp ổn định và đủ nhỏ để nhiệt sinh ra từ cuộn dây không làm thay đổi điện trở trong quá trình đo.
| Điện trở cuộn dây | Dòng điện thử nghiệm tiêu biểu | Lưu ý thực tế |
|---|---|---|
| Dưới 1 Ω | 10 A trở lên | Phải sử dụng hệ thống bốn dây; quá trình ổn định có thể mất vài phút |
| 1 – 10 Ω | 1 A đến 5 A | Dải công suất thông dụng của các máy biến áp loại khô cỡ nhỏ |
| 10 – 100 Ω | 0,1 A đến 1 A | Cuộn dây của máy biến áp điều khiển và máy biến áp đo lường |
| Trên 100 Ω | Dưới 0,1 A | Có thể sử dụng hệ thống hai dây với chức năng triệt tiêu tín hiệu dẫn |
Dòng điện càng cao thì tín hiệu càng mạnh, nhưng cuộn dây cũng nóng lên nhanh hơn. Đối với các thiết bị nhỏ, việc duy trì dòng điện trong khoảng từ 1 A đến 5 A là giải pháp tối ưu hơn. Để biết dòng điện định mức mà cuộn dây có thể chịu được trong quá trình vận hành, xem Tại sao máy biến áp lại được định mức bằng kVA?.
Về mặt vật lý thì hoàn toàn giống nhau, nhưng vấn đề nằm ở việc tiếp cận. Trên một động cơ ba pha, cách kết nối bên trong quyết định những thông số nào bạn có thể đo được mà không cần mở máy.
Cuộn dây động cơ sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn so với máy biến áp có kích thước khung tương tự, do đó các giá trị đo được thấp hơn và phương pháp đo bốn dây trở nên phù hợp hơn, trong khi độ tự cảm cao đồng nghĩa với thời gian ổn định lâu hơn. Sự mất cân bằng pha được đánh giá một cách linh hoạt hơn — nhiều chương trình chấp nhận khoảng 5%, mặc dù dung sai của nhà sản xuất vẫn là yếu tố quyết định. Điều này cũng không thể thay thế cho việc kiểm tra điện trở cách điện, vốn đo đường dẫn đến đất.
Điện trở của đồng tăng theo nhiệt độ với tốc độ khoảng 0,39% trên mỗi độ C, do đó giá trị đo được trên một cuộn dây nóng có thể cao hơn tới 15% so với cùng cuộn dây đó khi được đo ở trạng thái lạnh. Việc so sánh một giá trị chưa được hiệu chỉnh với giá trị do nhà sản xuất cung cấp (được đo ở nhiệt độ khác) sẽ dẫn đến kết quả lỗi giả — hoặc che giấu một lỗi thực sự. Hãy sử dụng công thức tiêu chuẩn về mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của đồng:
Rref = Rmeasured × (234,5 + Tref) ÷ (234,5 + Tmeasured)
Đối với cuộn dây nhôm, thay thế 234,5 bằng 225. Một cuộn dây có điện trở 2,40 Ω ở 32 °C, được hiệu chỉnh theo nhiệt độ tham chiếu 75 °C:
Việc hiệu chỉnh này làm tăng giá trị lên 16% — cao hơn rất nhiều so với giới hạn dung sai mà bạn đang kiểm tra. Hãy đo nhiệt độ càng gần cuộn dây càng tốt.
| So sánh | Giới hạn thường được áp dụng | Một thất bại cho thấy điều gì |
|---|---|---|
| Sự chênh lệch so với giá trị xuất xưởng hoặc giá trị cơ sở | Trong khoảng ±2% sau khi hiệu chỉnh | Biến dạng, đứt sợi, suy giảm chất lượng mối nối |
| Sự mất cân bằng giữa các pha | Trong phạm vi 2% đối với các đơn vị có quy mô lớn hơn; lên đến 4% đối với các đơn vị có quy mô nhỏ hơn | Sự cố một pha — tiếp điểm ngắt, đầu nối hoặc cuộn dây bị chập |
| Sự nhất quán giữa các vị trí vòi | Sự thay đổi đơn điệu, có thể dự đoán được | Một điểm gián đoạn xuất hiện tại bộ chuyển cấp |
| Sự ổn định theo thời gian | Ổn định chỉ sau vài giây kể từ khi lắng xuống | Các giá trị tăng dần cho thấy có sự cố ở mạch thử nghiệm, chứ không phải ở cuộn dây |
So sánh các yếu tố tương đương: giá trị đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ so với giá trị đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ, cùng vị trí đầu nối, cùng cặp đầu cuối. Trong trường hợp nhà sản xuất cung cấp dữ liệu từ nhà máy, dữ liệu đó sẽ được ưu tiên áp dụng so với các giới hạn chung.
Phương pháp đo điện trở một chiều (DC) chiếm vị trí quan trọng vì đây là phương pháp kiểm tra định kỳ duy nhất đánh giá trực tiếp đường dẫn điện. Các thử nghiệm tỷ số xác nhận số vòng dây; các thử nghiệm cách điện xác nhận khả năng cách ly. Cả hai phương pháp này đều không thể phát hiện ra rằng tiếp điểm nhánh đã bị ăn mòn hoặc sợi song song đã bị đứt. Một giá trị đo đã được hiệu chỉnh nhiệt độ, so sánh giữa các pha và so với giá trị cơ sở đã ghi lại, sẽ phát hiện ra những vấn đề đó khi thiết bị vẫn còn trên bàn thử nghiệm — và loại khô hoặc máy biến áp điều khiển Với một lịch sử hoạt động không có sự cố, việc chẩn đoán sau này sẽ dễ dàng hơn nhiều, bởi vì bạn đã biết tình trạng bình thường của cuộn dây đó trông như thế nào.
Nếu quý vị đang lựa chọn thiết bị mới và muốn có dữ liệu về điện trở tại nhà máy kèm theo chứng chỉ kiểm định, hãy truy cập trang Dòng sản phẩm máy biến áp tăng áp và giảm áp, hoặc xem xét một ví dụ cụ thể như Dòng STU từ 100 VA đến 2 kVA để xem các chỉ số đánh giá và thông tin kết nối mà bạn sẽ sử dụng.
Không có giá trị chung nào cả — điều này phụ thuộc vào công suất định mức, cấp điện áp và kích thước dây dẫn. Một máy biến áp loại khô nhỏ có công suất 1 kVA có thể cho giá trị đo từ nửa ohm đến vài ohm, trong khi một pha của máy biến áp điện lưới có thể cho giá trị đo vài milliohm. Tham chiếu có ý nghĩa là giá trị xuất xưởng do nhà sản xuất cung cấp hoặc giá trị tham chiếu riêng của bạn đối với cuộn dây đó.
Đúng vậy, đối với các cuộn dây có điện trở cao hơn, chẳng hạn như các biến áp điều khiển nhỏ — miễn là đồng hồ có độ phân giải đến 1 mΩ, bạn có thể khử điện trở dây dẫn bằng chức năng tương đối và giá trị đo được ổn định. Dưới mức khoảng 1 Ω, hãy sử dụng đồng hồ đo điện trở cuộn dây bốn dây.
Hoặc là cuộn dây vẫn còn nóng do dòng điện thử nghiệm, hoặc là có điểm nối kém trong mạch thử nghiệm. Hãy giảm cường độ dòng điện và thử lại, đồng thời kiểm tra xem các kẹp có sạch và được kẹp chặt hay không.
Cho đến khi giá trị hiển thị ngừng thay đổi. Đối với các cuộn dây biến áp nhỏ, thời gian này thường dưới một giây; đối với các cuộn dây biến áp công suất lớn, quá trình này có thể mất vài phút. Giá trị được ghi nhận trước khi hiện tượng quá độ suy giảm không phải là điện trở một chiều.
Nhiều chương trình bảo trì chấp nhận độ lệch pha-pha khoảng 5% trên các cuộn dây stato của động cơ sau khi hiệu chỉnh nhiệt độ — mức độ lỏng hơn so với khoảng 2% đến 4% thường được áp dụng cho các cuộn dây máy biến áp. Dung sai do nhà sản xuất động cơ quy định luôn được ưu tiên áp dụng.
