Einführung
Transformatoren werden zur Erhöhung oder Reduzierung der Spannung eingesetzt (bekannt als ‘Hochspannungstransformator’ und ‘Niederspannungstransformator’). Transformatoren lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen:
- Flüssigkeitsgekühlt - der Transformatorenkern und die Wicklungen sind in einem Tank untergebracht und in Isolierflüssigkeit (meistens Mineralöl) eingetaucht.
- Trocken - der Transformator hat keinen Tank und wird durch Luft gekühlt.
Es gibt heute viele verschiedene Typen von elektrischen Transformatoren im Einsatz, aber drei Bauarten sind sehr verbreitet; diese sind:
- Konservator - der Transformatorentank ist mit einem Ausdehnungsgefäß verbunden. Konservatortypen werden für hohe kVA-Leistungen verwendet.
- Hermetisch - der Transformatorentank ist hermetisch versiegelt (keine Verbindung zur Atmosphäre). Hermetische Transformatoren werden häufig für niedrigere kVA-Anwendungen eingesetzt.
Hermetischer Typ Transformator
- Trocken - verwendet für niedrig- bis mittelgroße kVA Anwendungen. Trockentransformatoren werden auch eingesetzt, wenn flüssigkeitsgekühlte Transformatoren ein zu großes Brandrisiko darstellen (das Mineralöl in flüssigkeitsgekühlten Transformatoren erhöht die Brandlast).
Funktionsweise von Flüssigkeitsisolierten Transformatoren
Das untenstehende Video ist ein Auszug aus unserem Einführung in Elektrische Transformatoren Online-Video-Kurs.
Transformatorenteile und Funktionen
3D-Modell Details
Dieses 3D-Modell zeigt alle Hauptkomponenten eines typischen flüssigkeitsisolierten elektrischen Transformators, dazu gehören:
- Silica-Gel-Kartusche
- Entlüfter
- Gasbetätigtes Relais
- Laststufenschalter (OLTC)
- Wicklungen
- Thermometer
- Durchführungen
- Magnetisches Ölmaß (MOG)
- Kern
- Tank
- OLTC-Steuerkasten
3D-Modell Anmerkungen
Niederspannungsdurchführung
Der externe Niederspannungskreis ist über einen zentralen Leiter in den Durchführungen mit den Transformatorwicklungen verbunden. Niederspannungsdurchführungen sind kürzer als Hochspannungsdurchführungen und haben größere Mittelleiter (höhere Stromtragfähigkeit erfordert einen dickeren Leiter).
Hochspannungsdurchführung
Der Hochspannungskreis ist über Durchführungen mit den Hochspannungswicklungen des Transformators verbunden. Durchführungen werden verwendet, um elektrische Leiter durch Trennwände/Barrieren zu führen, ohne das elektrische Potenzial der Trennwand/Barriere zu erhöhen. Durchführungsleiter werden normalerweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Das Äußere der Durchführung besteht normalerweise aus Porzellan oder Silikon.
Temperaturanzeige
Eine lokale Temperaturanzeige zeigt die Temperatur der Isolierflüssigkeit des Transformators an. Ein lokaler Sensor wird verwendet, um die Temperatur der Isolierflüssigkeit des Transformators an einen entfernten Ort zu übertragen. Lokale Anzeigen sollten groß genug sein, um ein einfaches Ablesen durch das Personal zu ermöglichen, idealerweise ohne das Transformatorengehäuse zu betreten (vorausgesetzt, der Transformator ist nicht in einem Schacht installiert).
Gasbetätigtes Relais
Ein gasbetätigtes Relais schützt den Transformator, falls innerhalb des Transformatortanks kleine oder große elektrische Fehler auftreten. Ein Buchholzrelais hat die zusätzliche Sicherheitsfunktion, den Transformator abzuschalten, falls ein niedriger Isolierflüssigkeitsstand auftritt.
Wärmetauscher / Kühler
Wenn ein Transformator elektrisch belastet wird, erzeugt er mehr Wärme. Kleinere Transformatoren werden luftgekühlt, während größere Einheiten flüssigkeitsgekühlt werden. Lüfter und Pumpen können verwendet werden, um die Kühlkapazität des Transformatorenkühlers weiter zu erhöhen. Transformatoren mit Pumpen und Lüftern werden zwangsgekühlt, während solche ohne Pumpen und Lüfter natürlich gekühlt werden.
Tank
Der Transformatorentank enthält die Wicklungen, den laminierten Kern und die Isolierflüssigkeit. Der Tank besteht normalerweise aus Stahl und ist außen mit korrosionsbeständiger Farbe beschichtet. Kleinere Transformatoren sind normalerweise hermetisch versiegelt, aber größere Einheiten sind ‘freiatmend’ (stoßen Luft aus und ziehen sie durch den Konservatortank ein).
Magnetisches Ölmaß (MOG)
Ein magnetisches Ölmaß (MOG) zeigt den Ölstand im Konservatortank an. Das Maß ist über eine magnetische Kupplung mit einem Schwimmer im Tank verbunden, sodass keine Durchdringungen durch den Konservatortank erforderlich sind.
Stufenschalter
Kleinere Transformatoren verwenden keinen Stufenschalter oder einen Laststufenschalter (LTC). Größere Einheiten verwenden Laststufenschalter (OLTC). Der Stufenschalter reguliert die Sekundärspannung um einen bestimmten Prozentsatz, jede Stufe entspricht einem bestimmten % der Gesamtausgangsspannung.
Entlüfter
Ein Entlüfter wird verwendet, um die Ausdehnung und Kontraktion der Isolierflüssigkeit aufgrund der unterschiedlichen Temperatur des Transformators zu ermöglichen. Der Entlüfter verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Partikeln in den Konservatortank; dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Isolierflüssigkeit kontaminiert wird. Silica-Gel ist das am häufigsten verwendete Trocknungsmittel, obwohl Alternativen verfügbar sind.
Kern
Der Transformatorenkern besteht aus dünnen laminierten Stahlplatten. Jede Platte wird mit Stahlbändern oder Klebstoff zusammengepresst und gehalten. Die Form des Kerns ist so gestaltet, dass das Magnetfeld fokussiert wird, um die Effizienz des Transformators zu maximieren. Platten werden verwendet (anstatt eines massiven Metallblocks), um Hysterese- und Wirbelstromverluste zu reduzieren.
Wicklungen
Ein Transformator benötigt Hoch- und Niederspannungswicklungen, um zu funktionieren; diese Wicklungen werden auch als Primär- und Sekundärwicklungen bezeichnet. Die Niederspannungswicklungen sind um jeden Schenkel des Kerns gewickelt, und die Hochspannungswicklungen sind um die Niederspannungswicklungen gewickelt.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Transformer_oil
https://electrical-engineering-portal.com/transformer-constructions
https://www.usbr.gov/tsc/techreferences/mands/mands-pdfs/Trnsfrmr.pdf