Welke proeven doe je om er voor te zorgen dat de transformator 50 jaar goed blijft functioneren

1 Inleiding

Je wilt weten of een product niet te duur is in het gebruik, of het wel tegen een stootje kan en hoe lang het eigenlijk wel mee gaat. Een transformator krijgt daarom een ook afnamekeuring, ook wel “Factory Acceptance Test” ( F.A.T. ) genoemd. Die F.A.T. bestaat uit een groot aantal proeven en elke proef omvat meerdere metingen. Je controleert dan of de transformator aan de internationale normen voldoet en aan de eisen van de klant. De aanname is dat deze transformator dan geschikt is voor 50 jaar “normaal” bedrijf, maar dat is geen 100% zekerheid.
Een aantal proeven is mede interessant vanuit historisch perspectief. Ter illustratie zal ik een vergelijking maken tussen de auto en een transformator. Dat doen we dan op drie punten.

1. Als eerste : Hoeveel geld kost het als je de auto/transformator gebruikt.
2. Ten tweede : Blijft de auto/transformator het nog doen als er plotseling een “incident” is.
3. Ten derde : Hoe hard slijt de auto/transformator bij “normaal” gebruik en hoe lang gaat hij mee.

Eerst iets algemeens over proeven doen. Iedereen kan een getal aflezen van een meetapparaat en dat opschrijven, maar je moet jezelf steeds kritische vragen stellen zoals: Wat betekent het, klopt het wel met mijn verwachting, zijn er verstoringen die de resultaten beïnvloeden, ben ik iets vergeten. Ja, meten is een VAK.
Meten is weten, maar weet wel wat je meet. Het is een wat filosofische opmerking, maar beproeven houdt in dat je altijd heel kritisch naar de resultaten moet kijken. Ter illustratie het volgende praktijk voorbeeld.

Hoe kan dat?? Het uitgangspunt van alle meters is dat de stroom mooi sinusvormig is, maar die is dat nu niet meer. De ene meet de topwaarde en deelt het getal door √2. De ander meet de gemiddelde waarde en vermenigvuldigt dat met 1,1. Weer een ander meet alleen het deel van de stroom wat groter is dan nul en vermenigvuldigt dat met 2. De stroomwet van Kirchhoff klopt nog steeds, dus helaas geen Nobelprijs.
Een beproeving van een transformator ( maar ook een auto ) moet zo goed mogelijk de werkelijkheid nabootsen, maar ook praktisch uitvoerbaar zijn. Dat klinkt simpel, maar is het niet.
Elk meetresultaat bevat een zekere mate van onzekerheid. Als je meetresultaten gaat extrapoleren, via natuurkundige wetten, worden de onzekerheden nog groter. Dit is het best te illustreren met 2 voorbeeldjes.
-
Je meet de doorslagspanning van papier na 10 minuten ( zeg 20,0 kV of is het 20,1 kV ) en na 100 minuten ( zeg 19,0 kV of is het 18,9 kV ). Is de doorslagspanning bij 30 jaar dan zeker 3,0 kV of toch maar 2,5 kV.
-
De weersvoorspelling is ook een vorm van extrapoleren. Hoe verder weg, hoe groter de onzekerheid.

Proeven kun je onderverdelen in drie categorieën, zowel bij een transformator als een auto. Je moet daarbij wel in het achterhoofd houden realiseren dat de auto een serieproduct is en de vermogenstransformator op klantenspecificatie gebouwd wordt.

Lees meer

Het beproeven van grote transformatoren (en spoelen) - de verliezen

1. Het meten van de elektrische verliezen van een transformator.

Hoe kun je iets nauwkeurig meten. Als voorbeeldje gaan we bepalen hoeveel bier er in een bierpul zit.

Als je in een café alleen het bier hoeft te betalen en niet het schuim, dan zal er anders getapt gaan worden. In het rechter glas hoef je niet veel te betalen, maar aan de bar moeten ze wel hetzelfde doen als bij het linker glas. Het glas spoelen, tappen, serveren en afrekenen. Dit is maar een simpel voorbeeldje, maar dat moeten we vertalen naar de elektrische energietechniek. Het bier noemen we het actief vermogen en daarvoor moet je betalen. Het schuim noemen we het blind vermogen en daar hoef je niet voor te betalen. De energieleverancier stelt dus eisen aan jouw installatie, die mag niet teveel blindvermogen vragen.
Als je een wisselspanning op een spoel ( dan wel transformator ) zet, dan gaat er een stroom lopen. Er wordt dan vermogen aan de spoel geleverd. Dat bestaat uit een klein beetje actief vermogen (dat komt door de verliezen ) en heel veel inductief blindvermogen (dat komt door het magnetische veld ). Het meten van de verliezen wordt dan net als het meten van de hoeveelheid bier in het rechter glas.

De verliezen van een transformator bestaat uit twee delen. Het nullast (of ijzer) verlies ( zie hfdst. 2 ) wat voor het grootste deel in de kern zit. Het kortsluit ( of koper) verlies ( zie hfdst 3 ) zit voor een groot deel in het koper van de wikkelingen, maar ook in allerlei metalen constructiedelen zoals kern, kast en aandrukconstructie.
Als je verliezen wilt garanderen, dan moeten ze ook te meten zijn. Je wilt weten of de garantie overeenkomt met de werkelijkheid. In 1930 was al discussie over de indeling van de verliezen. ( Zie periodieke mededelingen No 30 “Indeelen en garandeeren der verliezen in Transformatoren” ). Er is toen afgesproken om te verwijzen naar de meetmethodes van de verliezen. We spreken over “nullastverlies” en “kortsluitverlies”. Het nullastverlies zit grotendeels in de ijzeren kern ( maar je spreekt niet over “ijzerverlies” ) en het kortsluitverlies zit voor een groot deel in het koper van de wikkelingen ( maar je spreekt niet over “koperverlies” ).
Zie ook: De verliezen van de transformator (willemsmithistorie.nl)

Men neemt nu aan dat deze twee verliezen onafhankelijk van elkaar zijn en dus apart gemeten kunnen worden. We tellen ze gewoon bij elkaar op om het totale verlies te krijgen. Metingen aan “kleine” transformatoren hebben aangetoond dat deze aanname redelijk goed is. Een meting van beide verliezen tegelijk is niet zo eenvoudig en vereist bovendien een meetopstelling met 2 identieke transformatoren ( zie paragraaf 4 ). Het kortsluitverlies is temperatuurafhankelijk. Je meet dus de omgevingstemperatuur en het kortsluitverlies bij die omgevingstemperatuur, die in de winter uiteraard anders is dan in de zomer. Je moet dus een referentie temperatuur afspreken om verliezen onderling te kunnen vergelijken. Smit was voorstander van een referentietemperatuur van 15 oC. Die ligt het dichtst bij de temperatuur die je normaal al hebt tijdens de meting. De referentie-temperatuur van 75 oC is internationaal afgesproken, dit is de temperatuur van de transformator bij nominaal bedrijf.

Lees meer

Giethars transformatoren

De droge vermogens transformator

Dit begrip is ook typische vaktaal uit de wereld van de elektrische energietechniek. Men is helemaal gewend aan transformatoren gevuld met olie. Geen olie, dat was in die wereld, was dus iets bijzonders. De meeste transformatoren, zoals in allerlei huishoudelijke apparatuur, bevatten geen vloeistof en zijn echt droog.
De elektrische isolatie van vermogens transformatoren was altijd gebaseerd op olie en papier. De uitvinding van giethars maakte een transformator mogelijk zonder olie; een droge transformator dus. Dit is vooral belangrijk op plaatsen waar je geen brand of lekkages wilt, zoals in de kelder van een kantoorflat of ziekenhuis, bij een chemische fabriek of op schepen. Er is er ook geen speciale lekbak onder de transformator meer nodig.
Elk voordeel heeft zijn nadeel. De prijs is wat hoger en de spanning was toen beperkt tot 24 kV. De elektrische isolatie tussen de laag- en hoogspanningswikkeling bestaat ook uit lucht en dat is nu eenmaal de zwakste schakel. De olie heeft ook een koelende functie en lucht koelt nu eenmaal veel slechter dan olie. Het vermogen van een droge transformator was toen ook beperkt tot zo’n 2 MVA. 

 
Giethars werd in eerste instantie gebruikt bij de fabricage van meettransformatoren in Ede en dat was Smit Ede. Het was dan ook een logische stap om de ontwikkeling en fabricage van gietharstransformatoren in Ede te concentreren. Daar zat de kennis en kunde van het werken met giethars. De laagspanningswikkeling werd gewikkeld van koperfolie. De isolatie tussen de windingen bestond uit papier wat voorzien was van een laklaag en werd mee gewikkeld met het koperfolie. Het geheel werd in een mal gemonteerd en dan onder vacuüm ingegoten met giethars.

De hoogspanningswikkeling werd gewikkeld van ronde gelakte koperdraad. Tussen de draden zat voldoende open ruimte, want de giethars moest overal kunnen komen bij het gietproces. Je wilt geen holtes in het giethars. Holtes kunnen leiden tot ontladingen en dus falen van de transformator. De regelwikkeling werd over de hoogspanningswikkeling gewikkeld en tegelijk mee ingegoten.
Nettransformatoren waren al gestandaardiseerd in vermogen en spanning. De variatie in transformator types was in de zestiger jaren dus al beperkt. Je hebt dus maar een beperkt aantal dure gietmallen nodig om de hele range in spanning en vermogen te kunnen maken. 
De laag- en hoogspanningswikkeling zijn nu “gewoon” twee cilinders die je over elkaar heen monteert. Het bouwen van de transformator lijkt veel op het werken met Lego, alleen de gewichten zijn een stuk groter.

De transformatoren werden verkocht onder de naam Resitra®. De droge transformator sluit goed aan bij de systemen die Hazemeyer en Coq leverden. Na de fusie tussen Smit en Holec liepen de klantcontacten dan ook veel meer via die bedrijven. 

Lees meer

Fritz Tauber - een verhaal over een Joods technisch tekenaar die door door de directie van Smit Transformatoren uit Kamp Westerbork werd gehaald (1942).

Fritz Tauber (1906-2004) was een legale Joodse emigrant die in 1938 vanuit Oostenrijk naar Nederland vluchtte vanwege het opkomende Nationaal Socialisme. Hij vond werk bij Smit Transformatoren (tekenaar/constructeur) en werd op 18 november 1942 opgepakt door de Nazi's en samen met zijn vrouw naar kamp Westerbork gestuurd. De directeur van Willem Smit & Co (Rosskopf) deed verwoede pogingen om hem weer vrij te krijgen middels briefcorrespondentie en steeds maar weer inpraten op de Duitse leiding. Men stelde : "Zonder Frits kunnen we geen Transformatoren maken, hij is een essentiële schakel in het proces". Uiteindelijk resulteerde dit in de vrijlating van Tauber en zijn vrouw op 21 november 1942. Enkele maanden later doken zij onder. Na 2 jaar ondergedoken gezeten te hebben in Friesland volgde op 17 April 1945 de bevrijding. Na de bevrijding ging hij weer werken bij Smit Transformatoren, het bedrijf dat zo belangrijk voor hem en zijn vrouw was geweest.

Opmerkelijk is dat er dus 2 boeken zijn uitgegeven van de belevenissen van oud medewerkers van Smit Transformatoren tijdens WO II. Het andere boek is onlangs in Nederland uitgegeven "Dansen in schuilkelders" van Johanna Wycoff-de Wilde. Mochten er nog meer oorlogsboeken zijn uitgegeven die zich afspeelden bij Smit Transformatoren dan hoor ik dat graag. 

Hieronder het verhaal van Fritz Tauber:

Vlucht uit Oostenrijk / aan de slag bij Smit  (1938)
In 1938 kwam de Oostenrijker Fritz Tauber met zijn vrouw aan in Nederland, letterlijk uit zijn huis/land verjaagd omdat hij van Joodse afkomst was. Nederland was in WO I neutraal gebleven en hij had goede hoop dat wanneer het tot een oorlog zou komen Nederland weer neutraal zou zijn. Hij dacht in Nederland veilig te zijn, maar dat bleek een illusie.

Fritz Tauber had jaren gewerkt bij Siemens Schuckert en Elin A.G. in Wenen, als constructeur/technisch tekenaar. Bij Elin hield hij zich tot 1938 bezig met de constructie van de 150 kV regelschakelaars en dat was zeer interessant voor Smit die toen nog niet zover waren. Door contacten tussen de directie van Smit en Elin kwam Rosskopf erachter dat de constructeur Fritz Tauber - die hen zo goed had geholpen met een Regeltransformator - zijn baan kwijt zou raken vanwege zijn Joodse afkomst, daarnaast werd het voor Fritz veel te gevaarlijk in Oostenrijk. Er werd een contract getekend en Fritz Tauber kreeg een werkvergunning in Nederland. Hij emigreerde zo snel hij kon met zijn vrouw naar Nederland met 25 Gulden en een passer op zak. 

Siemens Schuckert en Elin waren in die tijd technisch een voorloper op het gebied van de Regeltransformatoren en daarbij kwam zijn kennis zeer goed van pas. Er werd een huis geregeld voor de familie Tauber midden in Nijmegen.

In een bovenwoning aan de Mariënburg 70 werden zij ondergebracht. Anno 2020 zien we dat deze bovenwoning in het monumentaal pand nog steeds bestaat en gelegen is rechts naast café restaurant Toon en boven café Faber dat nog steeds huisnummer 70 heeft. De exacte locatie komen we binnenkort te weten.

Tekenkamer Smit Transformatoren 1949. Bron: Personeelsblad Smit Transformatoren. Foto: Onbekend, bedrijfsfotograaf.

Lees meer