Wie funktioniert ein Transformator?
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17. April 2018
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Technik
Hätten Sie´s gewusst?
Jeder Transformator wird mit viel Handarbeit gefertigt. Er ist stets ein Unikat, das auf die individuellen Anforderungen an seinem Standort ausgelegt ist. Wir erklären Ihnen die einzelnen Komponenten und Funktionen eines Transformators.
Kühlung
Die Kühlanlage befindet sich außen am Kessel oder ist separat aufgestellt. Das Öl strömt infolge des Dichteunterschiedes zwischen warmem und kaltem Öl frei oder durch Pumpen erzwungen in die Kühlanlage. Hier wird die überschüssige Wärme an die Umwelt abgegeben.
Stufenschalter
Zur Anpassung der Spannungen ist meist eine Spule mit einem Schalter verbunden, mit dem Windungen während des Betriebes zu- bzw.weggeschaltet werden können. Dadurch kann das Spannungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspule variiert werden.
Eisenkern
Der Eisenkern erhöht die Effektivität der Umwandlung. Er besteht aus einer Packung isolierter, dünner Bleche von 0,2 und 0,3 mm. Die magnetischen Feldlinien der Eingangsspule durchsetzen mittels des Eisenkerns auch die Ausgangsspule. Spulen und Eisenkern bilden gemeinsam das „Aktivteil“.
Kessel
Das Aktivteil wird von einer Stahlkonstruktion, dem sogenannten Kessel, umgeben. Um die Wicklungen der Spulen zu isolieren und zu kühlen, wird der Kessel mit Öl gefüllt. Das Öl gibt die Wärme mit Hilfe von Rohren an die Kühlanlage ab.
Spulen
Jeder Transformator besteht aus zwei mit Papier isolierten Wicklungen aus Kupferdraht. Man nennt diese Eingangs- und Ausgangsspule. Die induzierte Spannung an der Ausgangsspule entspricht der Spannung an der Eingangsspule, wenn beide Spulen die gleiche Anzahl Windungen haben. Erhöht man die Anzahl der Windungen an der Ausgangsspule, erhöht sich die induzierte Spannung in der Ausgangsspule und umgekehrt.
Durchführungen
Auf dem Deckel oder an der Seite des Kessels sind „Durchführungen“ angebracht, welche aus Kondensatorwickel und Freiluftisolatoren bestehen. Sie verbinden das Aktivteil des Transformators mit dem Schaltfeldanschluss des jeweiligen Trafoschaltfelds.
Von allen Maschinen besitzt der Transformator den höchsten Wirkungsgrad: Dieser beträgt bei unseren Trafos über 99,7 Prozent!
Ein 300 MVA Standard-Trafo, der 380 kV und 110 kV-Netze verbindet, enthält bei einem Gesamtgewicht von ca. 425 Tonnen folgende Materialien:
ca. 3 t Papier zur Isolation der Wicklungen
ca. 1 t Holz zur Fixierung der einzelnen Bauteile
ca. 95 t Öl
ca. 125 t Kernblech
ca. 60 t Kupfer
ca. 80 t für die beiden Radiatoren-Kühlanlagen
Unsere derzeit größten und schwersten Transformatoren stehen im Umspannwerk Diele. Das Gesamtgewicht eines Querregeltransformators beträgt ca. 950 t.
07. September 2021
Hallo Herr Zobrist,
vielen Dank für Ihre Anfrage. Wir verstehen Ihre Fragestellung so, dass Sie gerne Aufschluss zu den verschiedenen Fällen auftretender Kurzschlussströme und den entsprechenden Verhältnissen untereinander erlangen möchten.
Das von Ihnen geschilderte Phänomen ist nicht ungewöhnlich, jedoch parallel dazu auch nicht mit einem Satz zu erklären. In Lehrbüchern gibt es hierzu ganze Kapitel. Deswegen legen wir Ihnen bereits vorab zum tieferen Einstieg in die Thematik folgendes Fachbuch ans Herz: "Gerd Balzer - Kurzschlussströme in Drehstromnetzen"
Beginnen wir bei der Betrachtung mit dem zweipoligen Kurzschluss (ohne Erdberührung). Der zweipolige Kurzschlussstrom IK2 ist stets im Verhältnis kleiner als der dreipolige Kurzschlussstrom IK3. Es handelt sich dabei um eine physikalische Gegebenheit. Komplexer wird der Sachverhalt bei der Betrachtung des einpoligen Kurzschlussstromes IK1 . Dieser kann in gleicher Größenordnung wie der IK3 vorliegen oder diesen sogar übersteigen, wenn der Kurzschluss in unmittelbarer Nähe des Transformators auftritt und eine reduzierte Nullimpedanz vorliegt (vgl. dazu auch die DIN-Norm DIN EN 60909-0). Damit einhergehend ist somit auch der Effekt, dass der IK2 kleiner ist als der IK1 im Einzelfall als plausibel zu erachten.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Abhängigkeiten, die zu solchen Effekten führen können und darum in konkrete Einzelbetrachtungen einfließen müssen.
Viele Grüße
TenneT Onlineredaktion
24. August 2021
Hallo Tennet
Wir befinden uns gerade in der Vorbereitung zum Eidg. dipl. Elektro Installateur. Dabei sind wir immer wieder auf folgendes Phänomen gestossen: Wieso ist der IK1 und der IK3 beim Trafo gleich gross? der IK2 sogar kleiner? Wir können uns das einfach nicht erklären....
Vielen Dank für ihre Erläuterungen
MFG Raphael Zobrist
02. Mai 2018
Hallo Herr Katzlinger,
vielen Dank für Ihre Frage.
Ihre Informationen zu den Trafos im Umspannwerk Simbach sind soweit zutreffend.
Für die Umstellung von 380/110kV auf 220/110kV (oder umgekehrt), werden in den technisch ausgelegten Transformatoren in der Regel im Trafokessel unterschiedliche elektrische Verbindungsbrücken eingebaut. Dies ist nicht zu verwechseln mit einer Stern-Dreieck-Umschaltung wie z.B. bei einem elektrischen Motor.
Beste Grüße
Ihr Team Ostbayernring
27. April 2018
hallo tennet, hätte eine technische frage :
habe in einer früheren aussendung mal gelesen, dass ihr im umspannwerk simbach einen trafo ( oder zwei ) installiert habt, die derzeit auf 220-->110kv betrieben werden.
diese trafos sollen nach umstellung der leitungen st.peter --> altheim / Isar / pleinting / ect.
auf 380kv auch mit dieser erhöhten spannung arbeiten.
wie wird das technisch bewerkstelligt ?
werden die trafos dann intern umgeschaltet ( stern / dreieck ) oder wie funktioniert das dann ?
mit der bitte um Aufklärung
mit spannenden grüßen