Bei der Auswahl eines Masttransformators für Energieversorgungsunternehmen, Systemintegratoren und den technischen Einkauf sind neben den elektrischen Kenndaten auch der Schutz gegenüber Umwelteinflüssen, die Sicherheitsausstattung, die Installationsanforderungen und die einschlägigen Netzstandards zu berücksichtigen.
Der einphasige Masttransformator von TPS Elektronik ist für Freileitungs-Verteilnetze gemäß den relevanten ANSI/IEEE-Anforderungen ausgelegt. Die vollständig gekapselte, ölgefüllte Ausführung ist mit Nennleistungen von 10 kVA bis 333 kVA erhältlich und deckt damit unterschiedliche Anwendungen in Versorgungsnetzen und gewerblichen Verteilanlagen ab.
Die Primärspannung kann bis 34,5 kV konfiguriert werden, während auf der Sekundärseite Spannungen ab 120 V verfügbar sind. Der Transformator ist mit Kupferwicklungen ausgeführt und kann für den Einsatz in Freiluft-Verteilnetzen mit Schutzkomponenten wie Überspannungsableitern und einem Druckentlastungsventil ausgestattet werden.
1. Vollständig gekapselte und ölgefüllte Bauweise
Der Transformator verfügt über einen vollständig gekapselten Tank, der die internen Komponenten und das Isolieröl von der Umgebungsluft trennt. Dadurch lässt sich das Eindringen von Feuchtigkeit, Staub und anderen Verunreinigungen begrenzen, die langfristig die Eigenschaften des Isolieröls und der internen Isolation beeinträchtigen können.
Das Isolieröl übernimmt sowohl die elektrische Isolation als auch den Wärmetransport. Die in Kern und Wicklungen entstehende Wärme wird über das Öl an den Transformatorkessel übertragen und dort unter normalen Betriebsbedingungen an die Umgebung abgegeben.
Für Anwendungen mit einem anderen Installationskonzept, beispielsweise bodenmontierte Verteiltransformatoren, können andere Transformatorbauformen geeigneter sein.
2. Elektrische Kenndaten und Konfigurationsmöglichkeiten
Der Transformator lässt sich an unterschiedliche Anforderungen von Verteilnetzen anpassen. Typische Kenndaten sind:
- Nennleistung: 10–333 kVA
- Primärspannung (HV): typischerweise 7,2–34,5 kV
- Sekundärspannung (LV): typischerweise 120–600 V
- Wicklungsmaterial: standardmäßig Kupfer
Kupferwicklungen bieten eine hohe elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit. Der Magnetkern besteht aus Siliziumstahl-Lamellen, einer bei Verteiltransformatoren üblichen Konstruktion zur Begrenzung der Kernverluste.
Die tatsächlichen Wirkungsgrad- und Verlustwerte hängen von der gewählten Nennleistung, der Spannungskonfiguration und den Betriebsbedingungen ab. Grundsätzlich gilt:
- Leerlaufverluste werden vor allem durch die Kernauslegung und die Nennleistung des Transformators bestimmt.
- Lastverluste variieren mit dem Strom und dem jeweiligen Belastungszustand.
Steht die galvanische Trennung und nicht die Spannungsverteilung im Vordergrund der Anwendung, kann stattdessen ein dafür ausgelegter Trenntransformator in Betracht gezogen werden.
3. Sicherheits- und Schutzkomponenten
Der Transformator kann mit Schutz- und Sicherheitseinrichtungen ausgestattet werden, wie sie in Freileitungs-Verteilnetzen üblich sind:
- Überspannungsableiter (optional): Können dazu beitragen, transiente Überspannungen infolge von Blitzeinwirkungen oder Schaltvorgängen zu begrenzen.
- Druckentlastungsventil: Ermöglicht unter definierten Fehlerbedingungen den Abbau eines übermäßigen Innendrucks.
- Abgedichtete Deckelkonstruktion: Unterstützt den Schutz des Isolieröls und der internen Komponenten vor Umgebungseinflüssen.
Die erforderliche Schutzausstattung sollte entsprechend den Vorgaben des Energieversorgers, der Netzauslegung und den Umgebungsbedingungen am Installationsort festgelegt werden.
4. Installation und Handhabung
Für die Installation und den elektrischen Anschluss in mastmontierten Verteilnetzen stehen verschiedene mechanische und elektrische Komponenten zur Verfügung:
- Hebeösen: Dienen als definierte Anschlagpunkte für Transport und Installation.
- HV- und LV-Durchführungen: Stellen isolierte Anschlusspunkte für Primär- und Sekundärleiter bereit.
- Erdungsanschluss: Ermöglicht die Einbindung in das Erdungskonzept der Anlage.
- Typenschild: Dient der Identifikation des Transformators und enthält die wesentlichen elektrischen und technischen Kenndaten.
Die konkreten Installationsverfahren, erforderlichen Abstände, Erdungsmaßnahmen, Leiteranschlüsse und Schutzmaßnahmen sind entsprechend den anwendbaren Normen, den Vorgaben des Energieversorgers und den Bedingungen am Installationsort festzulegen.
5. Typische Anwendungen
Einphasige Masttransformatoren werden auf der Verteilungsebene eingesetzt, um Mittelspannung auf die für Verbraucher beziehungsweise nachgelagerte Verteilnetze erforderliche Spannung herunterzutransformieren. Typische Einsatzbereiche sind:
- Städtische Verteilnetze: Versorgung von Wohngebieten und kleineren gewerblichen Verbrauchern.
- Ländliche Elektrifizierung: Versorgung räumlich verteilter Verbraucher über Freileitungs-Verteilnetze.
- Temporäre Stromverteilung: Versorgung geeigneter Baustellen oder temporärer Installationen, bei denen eine mastmontierte Verteilung erforderlich ist.
Die Konstruktion basiert auf relevanten ANSI/IEEE-Anforderungen für Freileitungs-Verteiltransformatoren und ist für Anwendungen mit entsprechenden Netz- und Installationskonzepten vorgesehen. Die endgültige Eignung hängt von der spezifizierten Transformatorkonfiguration und den jeweiligen Projektanforderungen ab.
6. RFQ-Checkliste für die Transformatorbeschaffung
Eine technisch vollständige Angebotsanfrage erleichtert dem Lieferanten die Bewertung der erforderlichen Transformatorkonfiguration und die Erstellung eines passenden Angebots. Für eine RFQ sollten typischerweise folgende Angaben vorliegen:
- Nennleistung in kVA
- Primärspannung
- Sekundärspannung
- Frequenz, sofern in der Projektspezifikation gefordert
- Wirkungsgrad- oder Verlustanforderungen, sofern spezifiziert
- Gefordertes Wicklungsmaterial
- Erforderliches Zubehör, beispielsweise Überspannungsableiter, Durchführungen oder Ventile
- Anwendbare ANSI/IEEE-Standards
- Versorgerspezifische oder projektspezifische Anforderungen
Die Angabe dieser Parameter bereits bei der Angebotsanfrage kann die technische Bewertung vereinfachen und den Bedarf an nachträglichen Rückfragen reduzieren.
7. Häufig gestellte Fragen
Welche Vorteile bietet eine vollständig gekapselte Transformatorbauweise?
Eine vollständig gekapselte Bauweise begrenzt den direkten Kontakt des Isolieröls und der internen Komponenten mit der Umgebungsluft. Dadurch kann das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen reduziert und die Aufrechterhaltung stabiler Isolationsbedingungen über die Betriebsdauer unterstützt werden.
Warum werden Kupferwicklungen eingesetzt?
Kupfer verbindet eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit guter mechanischer Festigkeit. Diese Eigenschaften sind für Transformatorwicklungen relevant, bei denen elektrische Verluste, thermisches Verhalten und mechanische Beanspruchungen berücksichtigt werden müssen.
Welche Funktion hat ein Überspannungsableiter?
Ein Überspannungsableiter stellt einen Ableitpfad für transiente Überspannungen gegen Erde bereit. Dadurch kann die Spannungsbeanspruchung der Transformatorisolation und angeschlossener Betriebsmittel begrenzt werden.
Kann der Transformator für unterschiedliche Spannungsebenen konfiguriert werden?
Ja. Primär- und Sekundärspannung können innerhalb der angegebenen Bereiche an die Anforderungen des jeweiligen Verteilnetzes und der Anwendung angepasst werden.
Entspricht der Transformator ANSI/IEEE-Standards?
Die Konstruktion basiert auf relevanten ANSI/IEEE-Anforderungen für Freileitungs-Verteiltransformatoren. Die für ein konkretes Projekt anzuwendenden Standards und Konformitätsanforderungen sollten projektspezifisch festgelegt werden, da die endgültige Ausführung von den spezifizierten elektrischen Kenndaten, dem Zubehör und den Anforderungen des Energieversorgers abhängt.
