Leistungstransformatoren: Bemessungsbetriebsarten und -werte

Nominelle Betriebsart

Der Nennbetriebsmodus des Transformators ist der Modus, für den der Transformator vom Hersteller ausgelegt ist. Bestimmende Bedingungen für die Nennbetriebsart des Transformators sind: die auf dem Typenschild angegebenen Nennspannungen, Leistungen, Ströme und Frequenzen sowie die Nennbedingungen des Kühlmediums.

Nennspannung der Wicklungen

Die Nennspannungen der Transformatorwicklungen sind diejenigen Spannungen, für die sie für den Normalbetrieb ausgelegt sind. Bei Abwärtstransformatoren entsprechen die Nennspannungen der Primärwicklungen den Nennspannungen der entsprechenden Stromnetze, d. h. elektrische Empfänger.

Bei Aufwärts- und Abwärtstransformatoren, die direkt an die Sammelschienen oder Klemmen des Generators angeschlossen sind, sind die Nennspannungen der Primärwicklungen um 5 % höher als die Nennspannungen des entsprechenden Netzes.Bei Sekundärwicklungen ist die Nennspannung die Phasenspannung, die an den Anschlüssen der Sekundärwicklungen des Transformators anliegt, wenn dieser unbelastet ist und wenn die Nennprimärspannung an den Anschlüssen der Primärwicklung anliegt.

Die an den Klemmen des Hauptausgangs oder eines Zweigs der Primärwicklung angelegte Spannung darf nicht mehr als + 5 % der auf dem Typenschild des Transformators für den Hauptausgang oder diesen Zweig angegebenen Spannung überschreiten.

Bewertete Stärke

Die Nennleistung eines Transformators ist die Leistung, mit der der Transformator während seiner gesamten Lebensdauer kontinuierlich belastet werden kann. Normalerweise wird ein Wert in der Größenordnung von 20 bis 25 Jahren angenommen.

Die Nennleistung des Transformators hängt von den Temperaturbedingungen ab, das heißt, sie hängt von der zulässigen Heiztemperatur seiner Wicklungen, von den Kühlbedingungen des Transformators usw. ab. Machen wir uns mit diesen Temperaturbedingungen genauer vertraut.

Die meisten Transformatoren sind ölgekühlt („Öl“-Transformatoren). Bei solchen Transformatoren befinden sich die Magnetkerne mit Wicklungen in Stahltanks, die mit Transformatoröl gefüllt sind, einem mineralischen Isolieröl, das aus Erdöl gewonnen wird. Die während des Betriebs in den Wicklungen und im Magnetkern des Transformators freigesetzte Wärme wird mit Hilfe von Öl auf das den Transformator kühlende Medium – Luft (Luftkühlung) oder Wasser (Wasserkühlung) – übertragen.

Bei luftgekühlten Öltransformatoren, die in Bereichen installiert sind, in denen die höchste Lufttemperatur + 35 ° C erreicht, sollte der durchschnittliche Temperaturanstieg der Wicklungen über die Lufttemperatur + 70 ° C nicht überschreiten (gemessen nach der Widerstandsmethode).Bei Haushaltstransformatoren entspricht der Temperaturanstieg der Wicklungen von + 70 ° C ihrer Nennlast. Bei einer Lufttemperatur von + 35 °C beträgt die durchschnittliche Erwärmungstemperatur der Transformatorwicklungen 70 ° + 35 ° = 105 ° C.

Wenn während des Betriebs die Heiztemperatur der Transformatorwicklungen konstant bei + 105 ° C gehalten wird, wird die Lebensdauer, wie Herstellerstudien zeigen, mehrere Jahre nicht überschreiten. Bei der Nennlast des Transformators ist die Heiztemperatur der Wicklungen jedoch nur dann konstant + 105 ° C, wenn die Lufttemperatur konstant ist und + 35 ° C entspricht.

In Wirklichkeit ist die Umgebungslufttemperatur nie konstant, sondern ändert sich sowohl im Tagesverlauf als auch im Laufe des Jahres, weshalb die Heiztemperatur der Transformatorwicklungen im Bereich von + 105 °C bis zu einem niedrigeren Wert schwankt. Dadurch verlängert sich natürlich die Lebensdauer des Transformators. Daher ist die oben genannte maximale Wicklungstemperatur + 105 °C als Obergrenze der durchschnittlichen Temperatur, gemessen am Widerstand, zu verstehen, die für einen sicheren Betrieb des Transformators über mehrere Stunden am Tag an den relativ wenigen Tagen mit Umgebungstemperatur zulässig ist erreicht maximal +35°C.

Bei Transformatoren ohne Zwangsölumlauf sollte die größte Temperaturerhöhung der oberen Ölschichten (am Deckel) über die Umgebungstemperatur 60 °C nicht überschreiten. Bei einer Umgebungstemperatur von + 35 °C entspricht dies der höchsten beobachtete (mittels Thermometer) Öltemperatur + 95 °C.Bei Transformatoren mit Zwangsölumlauf, beispielsweise mit Öl-Wasser-Kühlung, darf die Öltemperatur am Eingang des Ölkühlers nicht höher als 70 °C sein. Bei Transformatoren mit Öl-Luft-Kühlung ergibt sich die maximal zulässige Öltemperatur aus der Hersteller.

Unter der Nennleistung des Transformators ist dabei die Leistung zu verstehen, bis zu der ein im Freien aufgestellter Transformator unter Nenntemperaturbedingungen des Kühlmediums bei Luftkühlung, definiert als die sich ändernde Temperatur der Luft, dauerhaft belastet werden kann natürlich im Laufe des Jahres. Bei anderen Kühlarten werden die Nenntemperaturbedingungen des Kühlmediums von den Transformatorherstellern festgelegt.

Beachten Sie, dass bisher die Nennleistung von im Freien aufgestellten Transformatoren in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Jahrestemperatur der Kühlluft neu berechnet wurde. Als Ergebnis der Neuberechnung erhöht sich bei einer durchschnittlichen Jahresumgebungstemperatur von weniger als + 5 °C die Nennleistung des Transformators, bei einer durchschnittlichen Jahrestemperatur über + 5 °C hingegen verringert sie sich.

Untersuchungen zum Einfluss der Ölviskosität auf die Kühlung von Transformatoren zeigen, dass eine solche Neuberechnung nicht erforderlich ist, da bei niedriger Lufttemperatur die Viskosität des Öls zunimmt, wodurch sich die Wärmeübertragung von den Wicklungen verschlechtert und bei erhöhter Lufttemperatur Im Gegenteil, die Viskosität des Öls nimmt ab und die Wärmeübertragung von den Transformatorwicklungen nimmt zu.

Zusätzlich zur Installation im Freien werden luftgekühlte Transformatoren häufig in geschlossenen, unbeheizten Räumen aufgestellt – Kammern, in denen normalerweise eine natürliche Belüftung durch Zufuhr kalter Luft und Abfuhr erwärmter Luft durch spezielle Belüftungslöcher im unteren und oberen Teil gewährleistet ist die Kammer bzw. Trotz der Belüftung sind die Kühlbedingungen der Transformatoren in den Kammern immer noch schlechter als bei Außenaufstellungen, was ihre Lebensdauer etwas verkürzt. Allerdings können Transformatoren, die in Kammern mit natürlicher Belüftung installiert sind, bei durchschnittlichen jährlichen Kammerlufttemperaturen von bis zu 20 °C kontinuierlich mit ihrer Nennleistung aufgeladen werden.

Als Nennströme der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators werden Ströme bezeichnet, die durch die Nennleistungen der jeweiligen Wicklungen bestimmt werden.

Unter Nennlast versteht man die Belastung gleich dem Nennstrom.

Im Betriebsmodus des Transformators ohne Überlastung bei jeder Stellung des Schalters sowie bei allen Werten der der Primärwicklung zugeführten Spannung (jedoch nicht höher als + 5 % des Spannungswertes dieser Anzapfung), Die Sekundärwicklung des Transformators darf maximal mit dem Nennstrom belastet werden.