Auswahl von Verteilungstransformatoren zur Stromversorgung von Niederspannungsnetzen

Die charakteristischen Daten von Verteilungstransformatoren werden durch die Anforderungen des Netzes bestimmt. Die ermittelte Wirkleistung muss mit dem Leistungsfaktor cosφ multipliziert werden, um die Nennleistung Srt zu erhalten. In Verteilungsnetzen wird in der Regel ein Wert von uk = 6% bevorzugt.

Auswahl von Verteilungstransformatoren zur Versorgung von Niederspannungsnetzen

Transformatorverluste bestehen aus Leerlaufverlusten und Kurzschlussverlusten. Leerlaufverluste resultieren aus der ständigen Umkehrung der Magnetisierung im Eisenkern und bleiben im Wesentlichen konstant, unabhängig von der Last. Kurzschlussverluste umfassen ohmsche Verluste in den Wicklungen und Verluste, die durch Streufelder entstehen, und sie sind proportional zum Quadrat des Lastniveaus.

Transformatorverluste setzen sich zusammen aus Leerlaufverlusten und Kurzschlussverlusten. Leerlaufverluste entstehen durch die ständige Umkehrung der Magnetisierung im Eisenkern. Diese Verluste sind im Wesentlichen konstant und unbeeinflusst durch die Last.

Kurzschlussverluste hingegen bestehen aus ohmschen Verlusten in den Wicklungen und Verlusten, die durch Streufelder verursacht werden. Sie sind proportional zum Quadrat der Lastgröße.

In diesem technischen Artikel werden die wesentlichen Kriterien für die Auswahl von Verteilungstransformatoren im Leistungsbereich von 50 - 2500 kVA zur Versorgung von Niederspannungsnetzen diskutiert.

1. Betriebssicherheitsanforderungen

• Routineprüfungen: Diese umfassen Punkte wie Verluste, Kurzschlussspannung \(u_{k}\) und Spannungsprüfungen.

• Typenprüfungen: Hierzu gehören Prüfungen wie Erwärmungsprüfungen und Überspannungsprüfungen.

• Spezielle Prüfungen: Dies beinhaltet Prüfungen wie Kurzschlussfestigkeitsprüfungen und Geräuschprüfungen.

2. Elektrische Bedingungen

• Kurzschlussspannung: Beachten Sie deren spezifische Werte und Eigenschaften.

• Anschlussbezeichnung / Vektordiagramm: Informieren Sie sich über relevante Informationen bezüglich Anschlussbezeichnungen und Vektordiagramme ( [Erfahren Sie mehr](fügen Sie hier den entsprechenden Link ein, falls es einen im Originaltext gibt) ).

• Übertragungsverhältnis: Bestimmen Sie die Parameter des Übertragungsverhältnisses.

3. Installationsbedingungen

• Innen- und Außenaufstellung: Berücksichtigen Sie die Installationszenarien der Transformatoren, ob innen oder außen.

• Besondere Ortsbedingungen: Beachten Sie den Einfluss besonderer Ortsbedingungen.

• Umweltschutzbedingungen: Erfüllen Sie die entsprechenden Umweltschutzanforderungen.

• Konstruktionen: Wählen Sie zwischen ölgefüllten oder Harzgegossenen Trockentransformatoren.

4. Betriebsbedingungen

• Belastbarkeit: Für ölgefüllte oder Harzgegossene Trockentransformatoren berücksichtigen Sie ihre Belastbarkeit.

• Lastschwankungen: Achten Sie auf die Situation der Lastschwankungen.

• Betriebsstunden: Berücksichtigen Sie die Betriebsdauer der Transformatoren.

• Wirkungsgrad: Fokussieren Sie sich auf den Wirkungsgrad von ölgefüllten oder Harzgegossenen Trockentransformatoren.

• Spannungsregelung: Legen Sie Wert auf die Spannungsregelungsfähigkeiten.

• Parallelbetrieb von Transformatoren: Informieren Sie sich über die relevanten Situationen des Parallelbetriebs von Transformatoren ( [Erfahren Sie mehr](fügen Sie hier den entsprechenden Link ein, falls es einen im Originaltext gibt) ).

5. Transformatorcharakteristikdaten mit Beispielen

• Nennleistung:SrT = 1000kVA

• Nennspannung: UrOS=20 kV

• Unterseite-Spannung:  UrUS=0.4 kV

• Nennblitzimpulsfestigkeit: UrB=125 kV

• Verlustkombination

• Leerlaufverluste: P0=1700 W

• Kurzschlussverluste: Pk=13000 W

• Schallleistung: LWA=73 dB

• Kurzschlussspannung: uk=6%

• Übertragungsverhältnis: PV/SV=20 kV/0.4 kV

• Anschlussbezeichnung: Dyn5

• Anschlussarten: Zum Beispiel Flachsysteme an der Niederspannungs- und Hochspannungsseite

• Installationsort: Ob innen oder außen

• a) Mit weniger als 1000 Litern flüssigem Isolierstoff

• b) Mit mehr als 1000 Litern flüssigem Isolierstoff

Erklärung

• a. Kabelschacht

• b. Zinkierte Flachstahlrost

• c. Ausstoßöffnung mit Schutzgitter

• d. Abgeschraubter Rohrleitung mit Pumpe

• e. Rampe

• f. Luftzuführöffnung mit Schutzgitter

• g. Kies- oder Splitterschicht

• h. Sims

Die Installation von Transformatoren sollte vor Grundwasser und Überschwemmungen geschützt sein. Das Kühlungssystem muss vor Sonneneinstrahlung geschützt sein. Brandschutzmaßnahmen und Umweltverträglichkeit müssen ebenfalls gewährleistet sein. Abbildung 1 zeigt einen Transformator mit einem Ölgehalt von weniger als 1000 Litern. In diesem Fall reicht eine undurchlässige Bodenfläche aus.

Für einen Ölgehalt von mehr als 1000 Litern sind Ölsammelgruben oder -sickergruben zwingend erforderlich.

Die Größe der Ausstoßöffnung ist in Abbildung 2 ohne Gitter für eine Raumheizung von 15 K dargestellt.

PV=P0+k×Pk75 [kW]

Symboldefinitionen:

• A: Luftaustrieß- und -zuführöffnungen

• P{V: Transformatorverlustleistung

• k = 1.06 für ölgefüllte Transformatoren

• k = 1.2 für Harzgegossene Transformatoren

• Po: Leerlaufverluste

• Pk75: Kurzschlussverluste bei (75^{\circ}\) Celsius, in Kilowatt

• h: Höhendifferenz, in Metern

Die während des Betriebs eines Transformators erzeugten Wärmeverluste (Abbildung 4) müssen abgeführt werden. Wenn natürliche Lüftung aufgrund der Installationsbedingungen nicht möglich ist, ist die Installation eines Gebläses notwendig. Die maximale zulässige Gesamttemperatur des Transformators beträgt 40°C.

Gesamtverluste in einem Transformatorraum

Die gesamten Verluste in einem Transformatorraum werden wie folgt berechnet: Die Gesamtverluste im Transformatorraum ergeben sich aus ∑Ploss, wobei:

Ploss=P0+1.2×Pk75×(SAF/SAN)2

Wärmeabführwege für Gesamtverluste

Gesamtverluste werden abgeführt durch Qv=Qloss1+Qloss2+Qloss3

Berechnung der Wärmeabführung für jedes Teil

Durch natürliche Luftkonvektion abgeführte Wärme: Qloss1=0.098×A1.2×sqrtHΔuL3

Durch gezwungene Luftkonvektion abgeführte Wärme (siehe Abbildung 3): Qloss3=VL×CpL×ρ

Durch Wände und Decke abgeführte Wärme (siehe Abbildung 4):Qloss2=0.7×AW×KW×ΔuW+AD×KD×ΔuD

Erklärung der Symbolbedeutungen

• Pv: Transformatorverlustleistung in kW

• Qv: Gesamtwärmeverlust in kW

• QW,D: Wärmeabführung durch Wände und Decke in kW

• AW,D: Fläche der Wände und Decke in \(m^2\)

• KW,D: Wärmeübertragungskoeffizient in \(kW/m^2K\)

• SAF: Leistung für Kühltyp AF in kVA

• SAN: Leistung für Kühltyp AN in kVA

• VL: Luftvolumenstrom in \(m^3/s\) oder \(m^3/h\)

• Qv1: Anteil der durch natürliche Luftkonvektion abgeführten Wärme in kW

• Qv2: Anteil der durch Wände und Decke abgeführten Wärme in kW

• Qv3: Anteil der durch gezwungene Luftkonvektion abgeführten Wärme in kW

Abbildung 5 zeigt die Lärmmesswerte verschiedener Transformatoren gemäß IEC-Publikation 551. Magnetisches Geräusch entsteht durch die Oszillationen des Eisenkerns (die induktionsabhängig sind) und hängt von den Materialeigenschaften der Kernbleche ab.

Die Schalleistung (Abbildung 6) ist ein Maß für das Lärmniveau, das von einer akustischen Quelle erzeugt wird.