Leitfaden für Trockentransformatoren

Ein modernes Energiesystem muss sicher, zuverlässig, kompakt und einfach zu warten sein. Da Gebäude höher werden, Lasten empfindlicher werden und Sicherheitsvorschriften strenger werden, wenden sich immer mehr Ingenieure von ölgefüllten Transformatoren ab und hin zu solchen Trockentransformator für die Mittelspannungsverteilung innerhalb von Gebäuden und kompakten Umspannwerken. Diese Transformatoren sind darauf ausgelegt, eine stabile Leistung zu liefern und gleichzeitig das Brandrisiko zu verringern, die Installation zu vereinfachen und die Wartung über die gesamte Lebensdauer zu minimieren. 

Ein Trockentransformator ist ein luftgekühlter, ölfreier Transformator, der eine feste Isolierung und natürliche oder erzwungene Luftzirkulation anstelle von flüssigem Öl verwendet. In diesem Handbuch wird erklärt, was es ist, wo man ihn verwendet, wie man ihn auswählt und wie man ihn für einen langfristig sicheren Betrieb installiert und wartet.

In der Praxis sieht ein Trocken-Leistungstransformator von außen einfach aus, doch im Inneren integriert er fortschrittliche Materialien, konstruierte Kühlpfade und präzise laminierte Kerne, um geringe Verluste, geringe Geräuschentwicklung und hohe Kurzschlussfestigkeit zu erreichen. Moderne Designs verwenden in der Regel aus Epoxidharz gegossene Wicklungen, orientierte Siliziumstahlkerne und Gehäuse der Schutzart IP23, damit sie in rauen oder beengten Umgebungen wie U-Bahnen, Tunneln, Krankenhäusern und Hochhäusern zuverlässig funktionieren können.

Für Berater, EPC-Auftragnehmer, Facility Manager und Industrieanwender ist das Verständnis des Trockenleistungstransformators von entscheidender Bedeutung, wenn sie ihn mit ölgeschützten Einheiten vergleichen, technische Spezifikationen erstellen oder Nachrüstungen in bestehenden Umspannwerken und Elektroräumen planen. In den folgenden Abschnitten werden wir Definitionen, wichtige Anwendungsbereiche, Auswahlkriterien und praktische Tipps für Installation und Wartung durchgehen und dabei Daten und technische Konzepte verwenden, die von realen Mittelspannungs- Trockentransformatorprodukten im Bereich von 6–35 kV stammen. 

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist ein Trockentransformator?

2. Branchen, die Trockentransformatoren verwenden

3. Wann sollte man sich für einen Trockentransformator entscheiden?

4. Tipps zur Installation von Trockentransformatoren

5. Wichtige Punkte bei der Wartung von Trockentransformatoren

Was ist ein Trockentransformator?

Ein Trockentransformator ist ein Mittelspannungstransformator, bei dem der Kern und die Wicklungen mit festen Materialien wie Epoxidharz isoliert und mit Luft (natürlich oder erzwungen) anstelle von flüssigem Isolieröl gekühlt werden.

Bei einem Trocken-Leistungstransformator besteht der Magnetkern normalerweise aus orientierten Siliziumstahlblechen, die stufenförmig laminiert sind, um Leerlaufverluste und Geräusche zu reduzieren. Um diesen Kern werden Hoch- und Niederspannungswicklungen aus Kupfer- oder Aluminiumleitern gewickelt und anschließend mittels Vakuum-Epoxidharz oder Vakuum-Druck-Imprägnierung isoliert. Da der Trocken-Leistungstransformator eine solide Isolierung und Luftkühlung verwendet, gibt es kein brennbares oder umweltschädliches Öl, was das Brand- und Umweltrisiko im Vergleich zu herkömmlichen Öltransformatoren drastisch reduziert. 

Aus Sicht der Nennleistung deckt ein typischer Trockentransformator auf dem Markt Leistungskapazitäten von etwa 30 kVA bis zu mehreren MVA ab, mit Primärspannungen im Bereich von 6–35 kV und Sekundärspannungen üblicherweise bei 400 V oder 690 V für die Niederspannungsverteilung. Konstruktionsdaten realer Produkte zeigen, dass dreiphasige Trockentransformatoreinheiten der SC(B)10-Serie eine Kurzschlussimpedanz von etwa 4–8 Prozent und sehr niedrige Leerlaufströme (oft unter 2,5 Prozent) bieten, was dazu beiträgt, Systemverluste und Einschaltströme unter Kontrolle zu halten. 

Das Isolationssystem eines Trocken-Leistungstransformators ist typischerweise für Klasse F oder höher (bis zu 155 °C) ausgelegt und wird durch Epoxidharzsysteme und Hochleistungsgummis und -stähle erreicht, die großen Temperaturschwankungen und hoher Luftfeuchtigkeit standhalten. Viele Designs sind in Gehäusen mit Schutzart IP23 untergebracht, sodass der Trockenleistungstransformator in staubigen oder feuchten Bereichen wie Tunneln, U-Bahn-Stationen oder Küstenanlagen betrieben werden kann. Bei Bedarf können Zwangsluftkühlventilatoren hinzugefügt werden, um die Ladekapazität um etwa 30–40 Prozent zu erhöhen, ohne die Stellfläche zu vergrößern, was in Räumen mit begrenztem Platzangebot attraktiv ist. 

Um den klar Trocken-Leistungstransformator gegenüber der herkömmlichen Technologie zu positionieren, ist es sinnvoll, ihn mit ölgetauchten Einheiten zu vergleichen:

Dieser Vergleich verdeutlicht, warum der Trocken-Leistungstransformator zur bevorzugten Wahl in Umgebungen geworden ist, in denen Sicherheit, Sauberkeit und Installationsflexibilität wichtiger sind als der absolut niedrigste Kaufpreis.

Branchen, die Trockentransformatoren verwenden

Ein Trockentransformator wird häufig in gewerblichen Gebäuden, in der Verkehrsinfrastruktur, im Gesundheitswesen, in Rechenzentren, in Industrieanlagen und bei Projekten für erneuerbare Energien eingesetzt, bei denen eine sichere, wartungsarme und raumfreundliche Stromverteilung erforderlich ist.

Da ein Trockentransformator kein Öl enthält und in kompakten IP23-Gehäusen geliefert werden kann, ist er ideal für Gebäudetechnik und Gewerbeimmobilien. Typische Anwendungsfälle sind Bürohochhäuser, Einkaufszentren, Hotels und Geschäftszentren, in denen Transformatoren im Keller oder in elektrischen Räumen auf mittlerer Ebene in der Nähe der Mieterlasten installiert werden. Hier reduziert der Trocken-Leistungstransformator die Kabellänge, verbessert die Spannungsregelung und hält den Geräuschpegel niedrig genug für Büros und Wohngebiete, oft unter etwa 65 dB bei Nennlast. 

Die Verkehrsinfrastruktur ist ein weiterer Schlüsselsektor für den Trockenleistungstransformator . In U-Bahnlinien, Tunneln, U-Bahn-Stationen, Flughäfen und Häfen gelten häufig strenge Brandschutzvorschriften, die den Einsatz ölgefüllter Geräte innerhalb von Bauwerken oder unter der Erde einschränken oder verbieten. Trockengusskonstruktionen aus Gießharz bieten eine hohe Kurzschlussfestigkeit und tolerieren Vibrationen sowie häufige Lastwechsel. Dadurch eignet sich der Trockenleistungstransformator für Bahnumspannwerke, Hilfsversorgungen für Beleuchtung und HVAC sowie für die Stromversorgung von Signalanlagen in Bahn- und U-Bahn-Systemen. Projektreferenzen von echten Herstellern zeigen 10-kV-/0,4-kV-Gießharztransformatoren, die bei der Elektrifizierung von städtischen Metropolen mit einer Leistung von etwa 1600 kVA pro Einheit eingesetzt werden. 

Krankenhäuser, Kliniken und Gesundheitseinrichtungen sind auf kontinuierlichen, sauberen Strom angewiesen. Hier bietet der Trockenleistungstransformator eine Kombination aus geringem Geräuschpegel, keinem Öldampf und hoher Zuverlässigkeit, die perfekt zu medizinischen Umgebungen passt. Transformatoren können im Krankenhausgebäude untergebracht werden und medizinische Bildgebungsgeräte, Operationssäle und lebenserhaltende Systeme versorgen. Da der Trockenleistungstransformator schadstofffrei und wartungsarm ist, unterstützt er die Anforderungen der Infektionskontrolle und verringert das Risiko ungeplanter Ausfälle aufgrund von Öllecks oder Brandvorfällen. 

Auch die Industrie und der Bereich der erneuerbaren Energien verlassen sich stark auf Trockentransformatoren . In Fabriken versorgen diese Transformatoren Produktionslinien, Motoren, Antriebe und Prozesslasten und respektieren dabei die Sicherheitsstandards für Inneninstallationen. Bei Wind- und Solarprojekten kann ein Trockentransformator für Aufwärts- oder Abwärtsfunktionen in kompakten Umspannwerken verwendet werden, bei denen eine breite Spannungsanpassungsfähigkeit (z. B. 6,6–35 kV) und Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und korrosive Luft wichtig sind. Diese Vielseitigkeit erklärt, warum der Trockenleistungstransformator in so vielen Branchen eingesetzt wird.

Um die Vielfalt der Anwendungen zusammenzufassen:

Wann sollte man sich für einen Trockentransformator entscheiden?

Sie sollten sich für einen Trockentransformator entscheiden, wenn Ihr Projekt einen hohen Brandschutz, Flexibilität bei der Installation in Innenräumen, geringen Wartungsaufwand und einen umweltfreundlichen Betrieb erfordert, auch wenn die Anschaffungskosten höher sind als bei einem in Öl getauchten Gerät.

Der erste und wichtigste Auslöser für die Auswahl eines Trockentransformators ist die Sicherheit. Wenn sich der Transformator in einem Gebäude, unter der Erde, in einem Tunnel, auf einer Zwischengeschossplattform oder in der Nähe von Aufenthaltsbereichen befindet, ist die Reduzierung des Brand- und Explosionsrisikos von entscheidender Bedeutung. Da ein Trockentransformator kein brennbares Öl enthält und eine flammhemmende Feststoffisolierung verwendet, wird er typischerweise von Feuerwehrleuten und Versicherern in Hochrisikogebäuden wie Krankenhäusern, Theatern, U-Bahn-Stationen, Flughäfen und dichten städtischen Stromnetzen bevorzugt.

Auch die Umgebungsbedingungen tragen dazu bei, festzustellen, ob ein Trockentransformator die beste Option ist. An Standorten mit hoher Luftfeuchtigkeit, korrosiven Gasen oder staubiger Atmosphäre leistet ein Gießharz -Trockentransformator mit IP23- oder ähnlichem Gehäuse gute Dienste, ohne dass das Risiko einer Ölverschmutzung besteht. Typische Designs können bei einer Luftfeuchtigkeit von bis zu etwa 95 Prozent und bei Umgebungstemperaturen von etwa –25 °C bis +40 °C betrieben werden, während die Isolationsleistung und mechanische Festigkeit stabil bleiben. Dies macht einen Trockentransformator für Küstenanlagen, Industrieanlagen mit chemischen Dämpfen und stark frequentierte Verkehrsknotenpunkte attraktiv. 

Unter dem Gesichtspunkt der Gesamtbetriebskosten überzeugt der Trockenleistungstransformator oft über die gesamte Lebensdauer, selbst wenn der Anschaffungspreis höher ist. Ohne Öl, das geprüft, gefiltert oder ausgetauscht werden muss, und mit weniger beweglichen Teilen kann der Trocken-Leistungstransformator laut Herstellerangaben die Betriebs- und Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer um mehr als die Hälfte im Vergleich zu herkömmlichen, in Öl getauchten Äquivalenten senken. Gleichzeitig tragen niedrige Leerlauf- und Lastverluste zu niedrigeren Energiekosten über die typische Nutzungsdauer von 25 bis 30 Jahren bei. Für Eigentümer, die große Gebäudeportfolios oder kritische Anlagen betreiben, rechtfertigen diese Einsparungen und Risikominderungen die Wahl eines Trockentransformators. 

Die Entscheidung zwischen Transformatortypen kann als einfache Szenariotabelle strukturiert werden:

Kurz gesagt: Wann immer die Installation in Innenräumen, in der Nähe von Menschen oder in anspruchsvollen Umgebungen erfolgt, in denen der Umgang mit Öl unerwünscht ist, ist der Trockentransformator in der Regel die sicherere und zukunftssicherere Wahl.

Tipps zur Installation von Trockentransformatoren

Um einen Trockentransformator korrekt zu installieren, müssen Sie für ausreichende Belüftung sorgen, elektrische Abstände einhalten, Vibrationen und Geräusche kontrollieren und die Richtlinien des Herstellers für Positionierung, Kabelanschluss und Schutzeinstellungen befolgen.

Im Gegensatz zu einer ölgefüllten Einheit, die normalerweise im Freien auf einer Betonplatte aufgestellt wird, wird ein Trockentransformator oft in einem speziellen Innenraum oder einer kompakten Umspannstation installiert. Eine gute Belüftung ist unerlässlich. Der Raum sollte kühle Luft unten einströmen lassen und warme Luft oben ausströmen lassen, um sicherzustellen, dass Trockentransformatoren können ihre Verluste ohne Überhitzung abführen. Wenn das Lastprofil hoch ist oder die Umgebungstemperaturen hoch sind, können Zwangsbelüftung oder zusätzliche Kühlventilatoren für den Trocken-Leistungstransformator in der Konstruktion vorgesehen werden. 

Ein weiterer wichtiger Faktor sind Freiräume und Zugangswege. Der Trocken-Leistungstransformator muss so positioniert werden, dass die im Datenblatt empfohlenen Mindestabstände zu Wänden und anderen Geräten eingehalten werden, sowohl für die elektrische Sicherheit als auch für die Luftzirkulation. Gleichzeitig benötigen Techniker Platz für den Zugriff auf Klemmen, Schutzrelais und das Gehäuse für regelmäßige Inspektionen und Reinigungen. Viele moderne Trockentransformator- Designs werden in kompakten Gehäusen mit vorderem oder seitlichem Zugang zu den Anschlüssen geliefert, was den Kabelanschluss und die Inspektion in kleinen Räumen vereinfacht. 

Vibrations- und Lärmschutz sollten nicht vernachlässigt werden, insbesondere wenn der Trockentransformator unter Büros, Wohnungen oder Hotelzimmern installiert wird. Der Magnetkern und das Klemmsystem eines hochwertigen Trockentransformators sind bereits darauf ausgelegt, Vibrationen zu minimieren. An geräuschempfindlichen Orten können jedoch Bodenisolationspolster, Antivibrationshalterungen und eine akustische Behandlung des Raums dennoch erforderlich sein. Typische Zielschallpegel für einen Trockentransformator in solchen Anwendungen liegen unter etwa 65 dB. 

Für Projektteams ist es hilfreich, die Installation von Trockentransformatoren als schrittweisen Prozess zu betrachten:

1. Definieren Sie die Transformatornennwerte.
   Wählen Sie die kVA-Nennleistung, die HV/LV-Spannungen, den Kühlmodus und den Gehäusetyp für den Trockenleistungstransformator basierend auf Laststudien und Systemdesign aus.

2. Planen Sie die Raumaufteilung und Belüftung.
   Bemessen Sie den Raum, die Lufteinlässe und -auslässe sowie den Wartungszugang rund um den Trockentransformator.

3. Bereiten Sie zivile und strukturelle Stützen vor.
   Sorgen Sie für ein ebenes Fundament und Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung, die dem Gewicht und der Geräuschentwicklung des Trockenleistungstransformators angemessen sind.

4. Installieren und ausrichten Sie den Transformator.
   Positionieren Sie den Trockentransformator , überprüfen Sie die Abstände und befestigen Sie ihn gemäß dem Verankerungsplan.

5. Schließen Sie Kabel und Schutzgeräte an.
   Schließen Sie Stromkabel, Erdungen und Hilfseinspeisungen an den Trockentransformator an und überprüfen Sie die Relaiseinstellungen.

6. Führen Sie Prüfungen vor dem Einschalten durch.
   Überprüfen Sie den Isolationswiderstand, die Dichtheit der Verbindungen und den korrekten Betrieb von Lüftern oder Temperatursensoren, bevor Sie den Trockentransformator mit Strom versorgen.

Die Einhaltung dieser Reihenfolge verringert die Risiken bei der Inbetriebnahme und trägt dazu bei, dass der Trockenleistungstransformator vom ersten Tag an seine erwartete Lebensdauer erreicht.

Wichtige Punkte bei der Wartung von Trockentransformatoren

Ein trockener Leistungstransformator erfordert hauptsächlich eine visuelle Inspektion, Reinigung, Temperatur- und Geräuschüberwachung sowie regelmäßige Überprüfungen von Anschlüssen und Schutzvorrichtungen und nicht die Ölprobenentnahme und -filterung, die bei Öltransformatoren üblich sind.

Eines der stärksten Verkaufsargumente des Trocken-Leistungstransformators ist sein geringer Wartungsaufwand. Da kein Öl vorhanden ist, entfallen Ölprobenentnahmen, dielektrische Tests und Filtervorgänge. Stattdessen liegt der Schwerpunkt darauf, den Trockenleistungstransformator sauber und gut gekühlt zu halten. Staubansammlungen auf Wicklungen und Lüftungswegen können die Hot-Spot-Temperaturen erhöhen und die Lebensdauer der Isolierung verkürzen. Daher ist ein regelmäßiges Staubsaugen oder eine sanfte chemische Reinigung des Trocken-Leistungstransformators wichtig, insbesondere in staubigen Industrieumgebungen.

Das thermische und akustische Verhalten sind wichtige Zustandsindikatoren für einen Trockentransformator . Moderne Designs umfassen häufig in die Wicklungen eingebettete Temperatursensoren und elektronische Temperaturregler, die Warnalarme, Auslösekontakte oder Kühlventilatoren steuern können. Bediener sollten diese Messwerte überwachen und ungewöhnliche Temperaturanstiege oder plötzliche Geräuschänderungen untersuchen, die auf Überlastung, Kühlfehler oder mechanische Probleme im Inneren des Trockentransformators hinweisen können . In kritischen Anlagen kann die Hinzufügung einer Online-Überwachung von Teilentladungen oder Vibrationen eine frühzeitige Warnung vor Isolations- oder mechanischen Problemen liefern. 

Auch die mechanische Integrität und die elektrischen Verbindungen müssen gewahrt bleiben. Im Laufe der Zeit können sich durch Temperaturwechsel Verbindungen und Befestigungselemente lösen. Ein Wartungsprogramm für den Trockenleistungstransformator sollte regelmäßige Drehmomentprüfungen an Primär- und Sekundäranschlüssen, eine Inspektion der Kernklemmteile und die Bestätigung, dass Schutzrelais und Temperaturalarme ordnungsgemäß funktionieren, umfassen. Da sich der Trockentransformator normalerweise im Innenbereich befindet, ist die Korrosion weniger schwerwiegend als bei ölgefüllten Außengeräten, es sind jedoch weiterhin Sichtprüfungen der Gehäuse und Stützstrukturen erforderlich. 

Ein praktischer Wartungsplan für einen Trocken-Leistungstransformator könnte wie folgt aussehen:

Im Vergleich zu einer in Öl getauchten Einheit ist dieses Wartungssystem einfacher und weniger aufwändig, was zu geringeren Lebenszykluskosten des Trocken-Leistungstransformators beiträgt und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit für geschäftskritische Anwendungen bietet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich der Trockentransformator zu einer Schlüsseltechnologie für die sichere, effiziente und umweltfreundliche Energieverteilung in modernen Infrastrukturen entwickelt hat. Indem sie verstehen, was ein Trockentransformator ist, wo er den größten Nutzen bringt, wie man ihn anderen Technologien vorzieht und wie man ihn richtig installiert und wartet, können B2B-Käufer und Ingenieure sichere Entscheidungen treffen, die sowohl aktuelle Betriebsanforderungen als auch langfristige Nachhaltigkeitsziele unterstützen.