Leistungstransformatoren 101: Einschaltstrom Einstellverhältnis und mehr

Welche Arten von Starkstromtransformern gibt es und was sind ihre Hauptkomponenten?

Starkstromtransformer sind in verschiedenen Typen verfügbar, um den sich ständig ändernden Anforderungen der Stromversorgungssysteme gerecht zu werden. Sie können nach der Phasenkonfiguration als Einphasen- oder Dreiphasentransformer; nach dem relativen Arrangement der Wicklungen und des Kerns als Kern- oder Schalentransformer; und nach den Kühlmethoden als trockengekühlt, luftgekühlt, mit erzwungener Ölkreislauf-Luftkühlung oder wassergekühlt klassifiziert werden. Hinsichtlich der Neutralpunktisolierung werden Transformer als vollständig isoliert oder teilweise isoliert eingeteilt. Darüber hinaus werden die Isolierklassen der Wicklungen basierend auf dem Materialtyp als A, E, B, F und H bezeichnet. Jeder Transformertyp hat spezifische Betriebsanforderungen. Die Hauptkomponenten eines Starkstromtransformers umfassen den Kern, die Wicklungen, die Buchsen, den Ölbehälter, den Konservator (Ölkissen), den Kühler und zugehörige Zubehörteile.

Was ist Einschaltstrom in Transformern und was verursacht ihn?

Einschaltstrom bezieht sich auf den zeitweiligen Strom, der in den Transformwicklungen fließt, wenn Spannung anfangs angelegt wird. Er tritt auf, wenn der Restmagnetfluss im Kern mit dem durch die angelegte Spannung erzeugten Magnetfluss zusammenfällt, wodurch der Gesamtfluss das Sättigungslevel des Kerns überschreitet. Dies führt zu einem großen Einschaltstrom, der bis zu 6 bis 8 Mal den Nennstrom erreichen kann. Die Höhe des Einschaltstroms hängt von Faktoren wie dem Spannungsphasenwinkel bei der Energispeicherung, der Menge des Restflusses im Kern und dem Quellensystemimpedanz ab. Der Spitzen-Einschaltstrom tritt normalerweise auf, wenn die Spannung am Nullübergang liegt (entsprechend dem maximalen Fluss). Der Einschaltstrom enthält Gleichstrom- und höhere harmonische Komponenten und verringert sich über die Zeit aufgrund des Widerstands und der Reaktanz im Schaltkreis - typischerweise innerhalb von 5-10 Sekunden für große Transformer und etwa 0,2 Sekunden für kleinere Einheiten.

Welche Methoden der Spannungsregelung gibt es in Transformern?

Es gibt zwei primäre Methoden der Spannungsregelung: Lastabnehmer-Spannungswahl (OLTC) und Lastentnahmespannungswahl (DETC).Die Lastabnehmer-Spannungswahl ermöglicht die Anpassung der Tapposition während der Transformer unter Spannung steht und betrieben wird, was eine kontinuierliche Spannungsregelung durch Änderung des Wicklungsverhältnisses ermöglicht. Gebräuchliche Konfigurationen umfassen Endleiter-Tap und Neutralpunkttap. Die Neutralpunkttap bietet reduzierte Isolationsanforderungen, erfordert jedoch, dass der Neutralpunkt während des Betriebs massiv geerdet ist.
Die Lastentnahmespannungswahl beinhaltet die Änderung der Tapposition nur, wenn der Transformer nicht unter Spannung steht oder während der Wartung.

Was ist ein vollständig isolierter Transformer und was ist ein teilweise isolierter Transformer?

Ein vollständig isolierter Transformer (auch gleichmäßig isoliert genannt) hat konsistente Isolierstufen durch die gesamte Wicklung. Im Gegensatz dazu hat ein teilweise isolierter Transformer (oder graduierte Isolation) reduzierte Isolierstufen in der Nähe des Neutralpunkts im Vergleich zu den Leitenden.

Was ist der Unterschied in den Betriebsprinzipien zwischen Spannungstransformern und Stromtransformern?

Spannungstransformer (VTs) werden hauptsächlich zur Spannungsmessung verwendet, während Stromtransformer (CTs) zur Strommessung eingesetzt werden. Wesentliche betriebliche Unterschiede sind:

• Die Sekundärseite eines CTs darf niemals offen liegen, kann aber kurzgeschlossen werden. Im Gegensatz dazu darf die Sekundärseite eines VTs niemals kurzgeschlossen, aber offen liegen.

• Ein VT hat sehr geringe Primärwiderstände im Verhältnis zur Sekundärlast, sodass er sich wie eine Spannungsquelle verhält. Im Gegensatz dazu hat ein CT hohe Primärwiderstände und fungiert als Stromquelle mit effektiv unendlichem internem Widerstand.

• Während des normalen Betriebs arbeitet ein VT mit einer magnetischen Flussdichte nahe der Sättigung, die bei Systemfehlern aufgrund des Spannungsabfalls abnehmen kann. Ein CT arbeitet dagegen bei niedriger Flussdichte unter normalen Bedingungen. Bei Kurzschlüssen kann der erhöhte Primärstrom den Kern in tiefe Sättigung treiben, was Messfehler erhöht. Daher wird empfohlen, CTs mit hoher Sättigungswiderstandsfähigkeit auszuwählen.