Prüfung des Transformator-Übersetzungsverhältnisses: Verfahren, Berechnung und Ergebnisse

Veröffentlichungszeit: 29.08.2026

A Messung des Übersetzungsverhältnisses von Transformatoren überprüft, ob das gemessene Verhältnis zwischen den Wicklungen eines Transformators mit dessen Auslegung und der Schaltungskonfiguration auf dem Typenschild übereinstimmt. Ein Prüfgerät legt eine geregelte niedrige Wechselspannung an eine Wicklung an, misst die induzierte Spannung an einer anderen Wicklung und gibt das Verhältnis, die Phasenbeziehung und oft auch den Erregerstrom aus. Die Prüfung kann falsche Stufenschalterstellungen, Schaltfehler, Unterbrechungen und einige Wicklungsfehler aufdecken, kann jedoch nicht jedes interne Problem von sich aus diagnostizieren. Der Transformator muss von qualifiziertem Personal unter Verwendung des für das jeweilige Gerät zugelassenen Verfahrens isoliert, spannungsfrei geschaltet, entladen und geprüft werden.

Was ein Windungsverhältnis-Prüfgerät für Transformatoren überprüft

Das grundlegende Spannungsverhältnis eines idealen Transformators folgt dem Windungsverhältnis:

VH / VL = NH / NL

Hier ist V die Spannung und N die Windungsanzahl; H und L kennzeichnen die Ober- und Unterspannungswicklung. Ein Feldmessgerät zählt keine Windungen. Es misst das Spannungsverhältnis unter einer kleinen Prüferregung und vergleicht das Ergebnis mit dem Verhältnis, das sich aus den Typenschildspannungen, der Stufenstellung, der Wicklungsschaltung und der Vektorgruppe ergibt.

Der Test ist wertvoll bei der Werksabnahme, der Inbetriebnahme, der Inspektion nach dem Transport, der Fehlersuche und der zustandsorientierten Instandhaltung. Die Übersetzungsverhältnismessung kann dabei helfen, ein verändertes Wicklungsverhältnis zu erkennen, indem die Praxisergebnisse mit Typenschild-, Werks- und früheren Daten verglichen werden. Das Ergebnis sollte im Zusammenhang mit anderen Nachweisen interpretiert und nicht als alleiniges Urteil verwendet werden.

Technician reviewing transformer nameplate ratings before a turns ratio test
Erfassen Sie das vollständige Typenschild, die Schaltgruppe, die Nennspannungen und die Stufenschalterposition, bevor Sie ein gemessenes Übersetzungsverhältnis vergleichen.

Wenn Projektteams TTR-Tests verwenden

Ein vor dem Einschalten ermitteltes Ausgangsergebnis gibt dem Besitzer einen Referenzwert für zukünftige Vergleiche. Tests sind besonders nach der Lieferung nützlich, da Stöße, lose interne Anschlüsse oder ein falsches externes Wiederanschließen bei einer Sichtprüfung möglicherweise nicht offensichtlich sind. Sie werden außerdem häufig nach größeren Reparaturen, Stufenschalterarbeiten, Schutzauslösungen oder einem außergewöhnlichen Ereignis durchgeführt.

Für einen neuen Transformator sollte das Prüfprotokoll die Seriennummer, das Prüfgerät, den Kalibrierstatus, die Wicklungstemperatur oder die Umgebungsbedingungen, sofern relevant, die Prüfspannung, die Stufenschaltung, die Schaltgruppe bzw. die Schaltungsart, das gemessene Übersetzungsverhältnis, das erwartete Übersetzungsverhältnis, die Abweichung, den Erregerstrom sowie das Ergebnis für den Phasenwinkel oder die Schaltgruppe ausweisen. Dieses Protokoll ist nützlicher als eine einfache “Bestanden”-Aussage, da es den Trendvergleich und die technische Überprüfung unterstützt.

Projektphase Was der Quotiententest prüfen kann Was sollte dazu serviert werden
Werk oder vor dem Versand Entwurfsverhältnis, Wicklungsschaltung, Stufensequenz Routineprüfbericht und genehmigte Typenschilddaten
Inbetriebnahme der Anlage Lieferbedingung, Klemmenwiederanschluss, Stufenstellung Sichtprüfung, Isolationsprüfungen, Erdungs- und Schutzleiterprüfungen
Nach der Wartung Richtige Umschaltung und Stufenschalterarbeit Arbeitsumfang, vorherige Baseline, Herstelleranweisungen
Fehlerbehebung Abnormes Übersetzungsverhältnis, Phasenverhältnis oder Erregerstrommuster Isolierung, Wicklungswiderstand, Öl- oder thermische Nachweise, sofern zutreffend

Vor dem Anschließen des Testgeräts erforderliche Informationen

Beginnen Sie mit den freigegebenen Transformatordokumenten, anstatt von den Klemmenpositionen zu raten. Beschaffen Sie sich das Typenschildfoto, das einilige Schaltbild, das Wicklungsschema, die Schaltgruppe, die Bemessungs-Primär- und Sekundärspannungen, die Frequenz, die verfügbaren Anzapfungen, die Sternpunkt-Schaltung und den Hersteller-Prüfbericht. Bestätigen Sie, ob es sich bei dem Gerät um einen Zweiwicklungs-, Dreiwicklungs-, Spartransformator-, Einphasen- oder Dreiphasen-Transformator handelt.

Die Stufenposition ist wichtig. Ein Umspanner im spannungslosen Zustand oder unter Last ändert absichtlich das wirksame Windungsverhältnis. Ein Ergebnis, das mit einer falschen Stufenreferenz verglichen wird, kann fehlerhaft erscheinen, selbst wenn der Transformator in Ordnung ist. Erfassen Sie sowohl die mechanische Anzeige als auch die für das Prüfverfahren verfügbare elektrische Position.

Dreiphasenanschlüsse beeinflussen auch das Verhältnis zwischen Leiterspannung und Strangsspannung. Dreieck-, Stern-, Zickzackschaltung und Phasenverschiebung dürfen nicht ignoriert werden. Moderne dreiphasige Prüfgeräte können Phasen und Vektorbeziehungen automatisch auswerten, aber der Bediener muss dennoch die korrekte Konfiguration eingeben. Bezüglich der Klemmenkennzeichnung und der Anschlusskonventionen wird verwiesen auf IEEE C57.12.70. Der anwendbare Vertragsstandard und die Herstellerdaten maßgebend für die tatsächliche Abnahmeentscheidung.

Sicheres Prüfverfahren für das Übersetzungsverhältnis von Transformatoren

Diese Übersicht dient der Planung und Überprüfung und ist kein Ersatz für eine genehmigte Arbeitsanweisung. Die Prüfung sollte von qualifiziertem Personal im Rahmen des elektrischen Sicherheitsprogramms der Baustelle durchgeführt werden.

  1. Identifizieren Sie den Transformator und isolieren Sie ihn. Überprüfen Sie das korrekte Betriebsmittel und alle möglichen Quellen, einschließlich Rückeinspeisung von Sekundärsystemen, Tertiärwicklungen, Eigenbedarf, Generatoren und angeschlossenen Kabeln.
  2. Stellen Sie einen elektrisch sicheren Arbeitszustand her. Wenden Sie das Sperr-/Kennzeichnungsverfahren (Lockout/Tagout) der Anlage an, prüfen Sie die Spannungsfreiheit mit einem geeigneten Messgerät, bauen Sie gespeicherte Energie ab und bringen Sie Schutzerdungen an, wo dies das genehmigte Verfahren vorschreibt. Von OSHA Leitfaden zur Kontrolle gefährlicher Energien erklärt die Grundlagen von Lockout/Tagout-Programmen.
  3. Untersuchen und dokumentieren. Notieren Sie den Zustand der Anschlüsse, Verschmutzungen, Beschädigungen, Erdung, Stufenanzeige und Leistungsschildangaben. Nicht fortfahren, wenn die Gerätekennung oder der Anschluss unklar ist.
  4. Trennen Sie die Stromkreise bei Bedarf. Angeschlossene Kabel, Ableiter, Spannungswandler oder andere Komponenten können den Aufbau beeinflussen oder Betriebsmittel einer unbeabsichtigten Prüfspannung aussetzen. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers und des Prüfgeräts.
  5. Verbinden Sie die Anschlussdrähte mit den dafür vorgesehenen Wicklungen. Leitungen ordentlich, sicher und fern von geerdetem Metall halten. Phasenbezeichnungen vor dem Anlegen der Prüfspannung bestätigen.
  6. Wählen Sie die korrekte Prüfobjektkonfiguration aus. Geben Sie Bemessungsspannungen, Wicklungsschaltung, Schaltgruppe, Frequenz, Phasenanzahl und Stufenstellung ein. Eine falsche Konfiguration führt zu irreführenden Ergebnissen.
  7. Führen Sie die Sequenz bei jedem erforderlichen Tippen aus. Überwachen Sie Übersetzungsverhältnis, Abweichung, Erregerstrom und Phasenlage. Brechen Sie ab, wenn die Messwerte instabil oder nicht konsistent mit der erwarteten Schaltung sind.
  8. Save raw results and restore the transformer. Remove test leads, return temporary disconnections and taps to the approved state, perform an independent check, and update the commissioning record.
Electrical test equipment connected during transformer diagnostic testing
Ratio results should be reviewed with other transformer tests and the approved factory baseline.

How to calculate ratio deviation

Many instruments calculate deviation automatically. For an engineering check:

Deviation (%) = (Measured ratio − Expected ratio) / Expected ratio × 100

Suppose the expected ratio for the selected tap is 20.000 and the instrument reports 20.060. The deviation is (20.060 − 20.000) / 20.000 × 100 = 0.30%. This arithmetic does not by itself determine acceptance. The correct expected ratio must reflect the actual winding connection and tap position, and the result must be judged against the applicable standard, manufacturer limits, factory report, instrument uncertainty, and project specification.

The current edition of IEEE C57.152 describes field diagnostic testing of liquid-filled power transformers and stresses combined interpretation of diagnostic results. Dry-type and special transformers may be governed by different standards and manufacturer procedures.

Interpreting patterns instead of one number

Similar deviation on all phases

A consistent offset may point to the wrong expected ratio, incorrect tap reference, a data-entry error, or a systematic connection issue. Confirm the nameplate voltages and whether the software expects line-to-line or phase values before assuming an internal defect.

One phase differs from the others

A phase-specific difference deserves investigation. Possible causes include poor lead contact, mislabeled terminals, an open or damaged winding connection, tap-changer contact problems, or winding damage. Repeat the test only after checking the setup; do not repeatedly energize a questionable test circuit without understanding the abnormality.

Ratio changes irregularly across taps

A smooth, expected progression is normally anticipated across tap positions. A discontinuity may indicate an incorrect mechanical indication, connection problem, or tap-changer issue. Compare the sequence with factory data and the tap-changer diagram.

Abnormal excitation current

Excitation current is sensitive to test voltage, connection, core condition, residual magnetism, and instrument method. It can support diagnosis, but it should not be interpreted without phase comparison, previous readings, and the test-set guidance.

Häufige Testfehler

  • Comparing a field result with the nominal ratio instead of the expected ratio for the actual tap.
  • Entering the wrong vector group or winding connection.
  • Leaving external circuits connected without checking their effect.
  • Using poor, contaminated, or mislabeled lead connections.
  • Recording only a pass/fail label and losing phase-by-phase raw data.
  • Applying one universal tolerance to every transformer and test purpose.
  • Treating a satisfactory TTR result as proof that insulation, core, bushings, and all mechanical parts are healthy.

How TTR fits into transformer commissioning

Ratio testing is one part of a coordinated commissioning package. The final scope may include insulation resistance, winding resistance, excitation current, power factor or dissipation factor, core ground checks, fluid tests for liquid-filled units, functional checks of alarms and cooling, protection testing, and verification of grounding and phase rotation. The exact combination depends on transformer type, voltage class, contract, applicable standard, and manufacturer instructions.

Procurement teams can reduce site uncertainty by requesting factory ratio results for every tap and ensuring that nameplate, vector group, and terminal diagrams are approved before shipment. Shenheng’s guide to transformer nameplate ratings helps teams identify the information needed for comparison, while the article on Transformatorimpedanz und Parallelbetrieb explains a separate parameter that TTR does not verify.

For projects evaluating equipment, review Shenheng’s 35 kV oil-immersed transformer und 6–10 kV cast-resin dry-type transformer. Final test requirements must be agreed against the actual ordered design.

Educational video: transformer equivalent-circuit fundamentals

The following NPTEL IIT Delhi lecture explains the voltage and circuit relationships behind transformer measurements. It provides theory; it does not replace site safety rules or the test-set manual.

NPTEL IIT Delhi transformer equivalent circuit parameter determination

Transformer turns ratio test FAQ

Muss ein Transformatoren-Windungsverhältnis-Test (TTR-Test) bei spannungsfreiem Transformator durchgeführt werden?

Die herkömmliche Übersetzungsverhältnisprüfung (TTR-Prüfung) wird bei isoliertem und spannungsfreiem Transformator durchgeführt. Alle Quellen und möglichen Rückspeisungen müssen gemäß dem genehmigten Sicherheitsverfahren kontrolliert werden.

Kann eine Windungsübersetzungsprobe jeden Windungsschluss finden?

Nein. Sie kann Übersetzungsänderungen aufdecken, die mit Wicklungsproblemen zusammenhängen, aber die Empfindlichkeit hängt vom Defekt, dem Transformatordesign, der Schaltgruppe und der Methode ab. Die Ergebnisse sollten mit anderen Diagnoseergebnissen kombiniert werden.

Sollte jeder Wasserhahn getestet werden?

Programme zur Inbetriebnahme und nach Wartungsarbeiten erfordern häufig die vorgeschriebene Stufenschaltreihenfolge, da dadurch sowohl der Übersetzungsverlauf als auch die Anschlüsse des Stufenschalters überprüft werden. Befolgen Sie die Projekt- und Herstellervorgaben.

Ist das Spannungsverhältnis immer identisch mit dem physikalischen Windungsverhältnis?

The ideal relationship is proportional, but three-phase line/phase relationships, connection groups, taps, measurement method, and real losses must be handled correctly when calculating the expected field result.

Was sollte in einem TTR-Bericht enthalten sein?

Include asset identity, nameplate data, vector group, taps, instrument and calibration details, test voltage, phase-by-phase results, deviation, excitation current when measured, observations, acceptance basis, and reviewer approval.