Letztes Jahr habe ich einer Fabrik geholfen, einen Transformator auszutauschen. Der Verantwortliche sagte selbstbewusst: „Unsere Last ist nicht groß, 200 kVA sind genug.“ Zwei Monate später, an den heißesten Sommertagen, war das Transformatorgehäuse so heiß, dass man es nicht anfassen konnte, und die Öltemperaturanzeige überschritt die 85-Grad-Alarmgrenze. Wir haben es überprüft – im Laufe der Jahre wurden in aller Stille Geräte hinzugefügt, und die tatsächliche Last lag bereits deutlich über der Nennleistung des Transformators. Ein größeres Fundament zu bauen bedeutete, dass das alte Fundament nicht mehr funktionieren würde und die Bauarbeiten eine Menge Geld kosteten.
Die Dimensionierung eines Transformators klingt einfach, ist es aber nicht. Die meisten Menschen schauen nur auf die Kapazität und ignorieren Spannung, Verluste, Installationsart und das passende Zusatzgerät. Hier sind ein paar Dinge, die ich durch die Zeit vor Ort gelernt habe.
Bei der Nennkapazität gilt nicht „größer ist besser“, aber zu klein ist eine Katastrophe. Die Transformatorleistung wird in kVA und nicht in kW angegeben. Viele Menschen verwechseln Wirk- und Blindleistung. Ein 1000-kVA-Transformator mit einem Leistungsfaktor von 0,9 kann 900 kW liefern; bei einem Leistungsfaktor von 0,8 nur 800 kW. Bevor Sie eine Kapazität auswählen, ermitteln Sie die tatsächliche Last und fügen Sie dann eine Marge hinzu. Streben Sie normalerweise eine Auslastung von 65 % bis 75 % an. Lange Zeit unter 50 % verbrauchen Leerlaufverluste zu viel Strom; Über 85 % über längere Zeiträume ist der Überlastungsspielraum gering und die Sommerhitze kann zum Tod führen. Bei Industrieanlagen sollten Sie 20 bis 30 % für zukünftige Erweiterungen in den nächsten drei bis fünf Jahren hinzufügen.
Die Spannungsklasse hängt vom Versorgungsnetz und der Lastseite ab. Übliche Primärspannungen sind 10 kV, 35 kV, 110 kV; Sekundär beträgt normalerweise 0,4 kV (380 V/220 V). Ausländische Projekte verwenden manchmal 13,8 kV, 24 kV, 33 kV. Bestätigen Sie stets die Nennspannung und -frequenz des örtlichen Stromnetzes. China verwendet 50 Hz; Einige Länder verwenden 60 Hz – ein Transformator kann nicht beides verarbeiten. Überprüfen Sie auch den Klopfbereich. Laststufenschalter haben typischerweise ±2×2,5 %; Laststufenschalter bieten einen größeren Bereich. Wenn die Spannung stark schwankt, wählen Sie eine Stufenschaltung unter Last.
Verluste sind Leerlaufverluste und Lastverluste – hier liegen die langfristigen Kosten. Ein billiger Transformator könnte über einen Zeitraum von fünf Jahren viel mehr Strom verbrauchen als der Preisunterschied. Der Leerlaufverlust (Kernverlust) hängt vom Kernmaterial und der Konstruktion ab. Amorphe Metallkerne reduzieren die Leerlaufverluste im Vergleich zu Siliziumstahl um etwa 70 %, kosten aber mehr. Der Lastverlust (Kupferverlust) hängt vom Wicklungswiderstand ab. Kupferwicklungen verursachen geringere Verluste als Aluminiumwicklungen, sind aber schwerer. Nationale Normen fordern nun Transformatoren mit Tier-1- und Tier-2-Wirkungsgraden. Sie kosten im Vorfeld zwar mehr, aber die Stromeinsparungen amortisieren sich in der Regel innerhalb von drei Jahren. Wenn der Transformator die meiste Zeit unter hoher Belastung läuft, priorisieren Sie den Lastverlust. Wenn es die meiste Zeit über leicht belastet ist, priorisieren Sie den Leerlaufverlust.
Installationsart und Umgebung bestimmen die Konstruktion. Öltransformatoren (S11, S13, S20 usw.) sind günstiger, leiten Wärme gut ab und haben eine gute Überlastfähigkeit, benötigen aber einen Brandschutz und sind für Umspannwerke im Freien geeignet. Trockentransformatoren (SCB10, SCB12, SCB14 usw.) sind feuersicher und können in Werkstätten oder Elektroräumen eingesetzt werden, kosten aber mehr und sind lauter. Wählen Sie in Küstengebieten oder Chemieanlagen mit starker Korrosion Edelstahlgehäuse oder spezielle Beschichtungen. In großen Höhen (über 1000 m) reduzieren Sie die Leistung des Transformators um ca. 1-2 % pro zusätzliche 1000 m oder wählen Sie ein Gerät vom Typ „Plateau“.
Schutzgeräte müssen zusammen mit dem Transformator ausgewählt werden. Auf der Primärseite benötigen Sie Ausfallsicherungen oder einen Leistungsschalter. Die Dimensionierung von Ausfallsicherungen muss der Transformatorkapazität und dem Kurzschlussstrom entsprechen. Wählen Sie für Transformatoren unter 100 kVA einen Sicherungseinsatz, der für das 2- bis 3-fache des Volllaststroms ausgelegt ist. für 100 kVA und mehr das 1,5- bis 2-fache. Ein zu hoher Sicherungswert führt dazu, dass ein Sekundärfehler die Primärsicherung nicht durchbrennt – der Transformator kann durchbrennen. Zu niedrig, und der Einschaltstrom zerstört es bei jedem Einschalten. Auch auf der Primärseite benötigt man Überspannungsableiter zum Blitzschutz. Wählen Sie einen Metalloxid-Ableiter, der für die maximale Spannung des Systems ausgelegt ist, und stellen Sie sicher, dass der Erdungswiderstand gut ist. Typisch sind auf der Sekundärseite ein Kompaktleistungsschalter und ein Überspannungsschutz.
Kühlmethode und Schutzart hängen vom Standort ab. Beim Trockentyp in Innenräumen sorgt die forcierte Luftkühlung (AF) für eine höhere kurzfristige Überlastfähigkeit. Für den Außenbereich reicht normalerweise ölgefülltes Öl-natürliches Luft-natürliches Öl (ONAN) aus; Wenn die Last schwer ist, verwenden Sie Öl-Natürlich-Druckluft (ONAF). Schutzart: IP54 für den Außenbereich (Staub und Strahlwasser), IP20 oder IP30 für den Innenbereich. Der Kabeleingang/-ausgang kann oben, unten oder seitlich erfolgen. Bestätigen Sie dies vor der Bestellung, sonst erhalten Sie ein Gerät, das keine Verbindung herstellt.
Ein weiterer leicht zu übersehender Punkt: Impedanzspannung und Kurzschlussfestigkeit. Die Impedanzspannung (Uk%) beeinflusst den Kurzschlussstrom und die Spannungsregelung. Bei Verteiltransformatoren beträgt Uk% normalerweise 4 % oder 6 %. Wenn die Kurzschlusskapazität des Systems hoch ist, wählen Sie einen Transformator mit hoher Impedanz, um den Fehlerstrom zu begrenzen – andernfalls ist die nachgeschaltete Schaltanlage möglicherweise nicht in der Lage, ihn zu unterbrechen. Vergewissern Sie sich vor der Lieferung, dass die dynamischen und thermischen Widerstandswerte (Spitzenstromfestigkeit und Kurzzeitstromfestigkeit) den Systemanforderungen entsprechen.
Informationen zum Typenschild und Probleme beim Austausch. Beim Austausch eines alten Transformators ist es am schlimmsten, einen zu kaufen, der nicht passt. Messen Sie den Mittenabstand der Basisbolzen, die Position und Höhe der Primär-/Sekundärbuchsen sowie die Gesamtabmessungen. Senden Sie alle Nummern an den Hersteller und vergewissern Sie sich, dass es sich um einen direkten Ersatz handelt. Andernfalls müssen Sie das Fundament mit großem Kostenaufwand modifizieren. Überprüfen Sie auch die alten Ausfallsicherungen und Überspannungsableiter am Transformator – diese müssen möglicherweise gleichzeitig ausgetauscht werden. Wählen Sie am besten passende Produkte derselben Marke aus, damit die Abmessungen übereinstimmen.
Das Fazit lautet also: Bei der Dimensionierung eines Transformators geht es nicht nur um die Auswahl einer kVA-Zahl. Spannung, Verluste, Installationsart und die passenden Ausfallsicherungen und Überspannungsableiter – wenn einer davon ausgeschaltet ist, kommt es zu Problemen. Erfassen Sie die Netzparameter, das Lastprofil, die Umgebung, das Budget und die erwartete Lebensdauer des Standorts und übergeben Sie die Daten dann an einen professionellen Hersteller für Angebote und Vergleiche. So bekommen Sie das Richtige.