Welche Vorteile bieten Transformatoren in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen?

Vorteile der Verwendung von Transformatoren in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen

Transformatoren spielen eine entscheidende Rolle in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen und bieten mehrere Vorteile:

Spannungsumwandlung:

Aufschaltprozess: In Kraftwerken erhöhen Transformatoren die niedrige Spannung, die von Generatoren erzeugt wird, auf eine für die langstreckige Übertragung geeignete hohe Spannung. Dies reduziert Energieverluste während der Übertragung, da bei höherer Spannung der Strom niedriger ist und somit Leitungsausfälle minimiert werden.

Abbau: In Verteilungssystemen reduzieren Transformatoren die hohe Spannung auf eine für den Verbrauch durch Endgeräte geeignete niedrigere Spannung. Dies gewährleistet eine sichere und effiziente Stromverteilung.

Isolation:

Transformatoren bieten elektrische Isolation, verhindern direkte elektrische Verbindungen zwischen Primär- und Sekundarseite. Dies verbessert die System Sicherheit und reduziert das Risiko der Fehlerausbreitung.

Impedanzanpassung:

Transformatoren können Impedanzanpassungen durchführen, um optimale Impedanz zwischen der Stromquelle und dem Verbraucher zu gewährleisten, was die Effizienz und Stabilität des Systems verbessert.

Spannungsregelung:

Transformatoren können die Ausgangsspannung durch Anpassung des Wicklungsverhältnisses regeln, um eine stabile Spannung am Verbraucherende sicherzustellen, auch wenn sich die Last ändert.

Unterstützung für Mehrphasensysteme:

Transformatoren können in Drehstromsystemen verwendet werden, um ausgeglichene Drehstromspannungen bereitzustellen, was für industrielle Anwendungen essentiell ist.

Warum Gleichstrom in Übertragungs- und Verteilungssystemen nicht häufig verwendet wird

Obwohl Gleichstrom in bestimmten spezifischen Anwendungen (wie Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) seine Vorteile hat, wird er in traditionellen Stromübertragungs- und -verteilungssystemen seltener verwendet. Hier sind die Hauptgründe:

Einschränkungen von Transformatoren:

Transformatoren können nur mit Wechselstrom, nicht mit Gleichstrom, verwendet werden. Das Funktionsprinzip von Transformatoren basiert auf wechselnden magnetischen Feldern, die durch Gleichstrom nicht erzeugt werden können. Daher kann Gleichstrom nicht mit Transformatoren umgewandelt werden.

Gerätekosten und Komplexität:

Gleichstromübertragungssysteme erfordern zusätzliche Geräte wie Rektifier und Inverter, die die Komplexität und Kosten des Systems erhöhen. Im Gegensatz dazu können Wechselstromübertragungssysteme direkt Transformatoren zur Spannungsumwandlung verwenden, was sie einfacher und kostengünstiger macht.

Fehlerabsicherung:

In Gleichstromsystemen haben Fehlerströme keinen natürlichen Nullpunkt, was es schwieriger macht, Fehlerströme zu unterbrechen. Wechselstromsysteme können die natürlichen Nullpunkte des Stroms nutzen, um Bögen zu unterbrechen, was die Fehlerabsicherung erleichtert.

Verteilbarkeit:

Wechselstrom kann leicht mit Transformatoren in verschiedene Spannungsniveaus umgewandelt werden, um verschiedenen Nutzeranforderungen gerecht zu werden. Gleichstrom bietet diese Flexibilität in der Verteilung nicht und erfordert komplexe Umsetzungsgeräte, um unterschiedliche Spannungsniveaus zu bewältigen.

Bestehende Infrastruktur:

Die aktuellen Stromübertragungs- und -verteilungssysteme basieren weitgehend auf Wechselstrom, mit einer bereits vorhandenen umfangreichen Infrastruktur. Der Wechsel zu Gleichstrom würde erhebliche Modifikationen und Investitionen erfordern, was wirtschaftlich nicht machbar ist.

Zusammenfassung

Transformatoren bieten in Stromübertragungs- und -verteilungssystemen mehrere Vorteile, darunter Spannungsumwandlung, elektrische Isolation, Impedanzanpassung, Spannungsregelung und Unterstützung für Mehrphasensysteme. Gleichstrom wird in traditionellen Stromsystemen weniger häufig verwendet, aufgrund der Einschränkungen von Transformatoren, höheren Gerätekosten und Komplexität, Schwierigkeiten bei der Fehlerabsicherung, Mangel an Verteilbarkeit und der bestehenden Wechselstrom-basierten Infrastruktur. Allerdings gewinnen mit technologischen Fortschritten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen an Bedeutung in der langstreckigen Übertragung und in Unterseekabelanwendungen.