Hallo! Als Lieferant von 138-kV- und 132-kV-Leistungstransformatoren beschäftige ich mich seit Jahren intensiv mit diesen erstaunlichen Geräten. Heute werde ich für Sie die Hauptkomponenten eines 132-kV-Leistungstransformators aufschlüsseln.
Lassen Sie uns zunächst über den Kern sprechen. Der Kern ist wie das Herz des Transformators. Es besteht normalerweise aus hochwertigen Siliziumstahllamellen. Diese Lamellen werden so gestapelt, dass sie einen geschlossenen Magnetkreis bilden. Warum Siliziumstahl? Nun, es hat einen geringen Hystereseverlust, was bedeutet, dass es die Energieverschwendung reduzieren kann, da sich das Magnetfeld im Kern ständig ändert. Der Kern stellt einen Weg für den magnetischen Fluss bereit, der für das Funktionsprinzip des Transformators entscheidend ist. Wenn ein Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er im Kern ein sich änderndes Magnetfeld, und dieses Magnetfeld induziert dann eine Spannung in der Sekundärwicklung.
Als nächstes sind die Wicklungen dran. Ein 132-kV-Leistungstransformator hat normalerweise zwei Wicklungen: die Primärwicklung und die Sekundärwicklung. Die Primärwicklung ist mit der Hochspannungsseite verbunden, die in diesem Fall 132 kV beträgt. Es ist für den Hochspannungseingang ausgelegt. Die Sekundärwicklung hingegen ist lastseitig angeschlossen und weist je nach erforderlicher Ausgangsspannung eine unterschiedliche Windungszahl auf. Das Verhältnis der Windungszahlen der Primärwicklung zur Windungszahl der Sekundärwicklung bestimmt das Spannungswandlungsverhältnis. Wenn Sie beispielsweise die Spannung von 132 kV auf einen niedrigeren Wert heruntertransformieren möchten, hat die Sekundärwicklung weniger Windungen als die Primärwicklung. Diese Wicklungen bestehen aus hochleitfähigen Kupfer- oder Aluminiumleitern. Kupfer wird wegen seiner besseren Leitfähigkeit oft bevorzugt, aber auch Aluminium wird aufgrund seiner geringeren Kosten und seines geringeren Gewichts verwendet.
Jetzt ist das Isolationssystem super wichtig. Da es sich hier um hohe Spannungen handelt, ist eine ordnungsgemäße Isolierung ein Muss, um einen Stromausfall zu verhindern. Bei einem 132-kV-Leistungstransformator gibt es zwei Hauptarten der Isolierung: Feststoffisolierung und Flüssigkeitsisolierung. Um die Wicklungen untereinander und vom Kern zu isolieren, werden feste Isolationsmaterialien wie Papier und Pressspan verwendet. Sie werden um die Leiter gewickelt, um eine elektrische Isolierung zu gewährleisten. Zum Befüllen des Transformatorkessels wird eine flüssige Isolierung, in der Regel Transformatorenöl, verwendet. Das Öl dient nicht nur der Isolierung, sondern trägt auch zur Kühlung des Transformators bei. Es verfügt über gute dielektrische Eigenschaften und kann die beim Betrieb des Transformators entstehende Wärme ableiten. Sie können sich unsere ansehenÖltransformatorWeitere Informationen zur Funktionsweise dieser Art der Isolierung in der Praxis finden Sie hier.
Der Transformatorkessel ist eine weitere Schlüsselkomponente. Es handelt sich um einen großen, stabilen Behälter, der den Kern, die Wicklungen und das Isolieröl enthält. Der Tank besteht aus Stahl und ist auslaufsicher konstruiert. Außerdem muss es dem Innendruck und den mechanischen Belastungen während des Betriebs des Transformators standhalten. Es gibt verschiedene Arten von Tankkonstruktionen, das Hauptziel besteht jedoch darin, die internen Komponenten vor der äußeren Umgebung zu schützen und den sicheren und effizienten Betrieb des Transformators zu gewährleisten.
Dann haben wir das Kühlsystem. Wie ich bereits erwähnt habe, erzeugen Transformatoren während des Betriebs Wärme, und wenn diese Wärme nicht abgeführt wird, kann es zu Schäden an den Komponenten kommen. Es stehen verschiedene Kühlmethoden zur Verfügung. Eine gängige Methode ist die ölgekühlte Selbstkühlung (ONAN). Bei dieser Methode wird die Wärme von den Wicklungen und dem Kern auf das Transformatoröl übertragen, und dann überträgt das Öl die Wärme auf die Tankoberfläche, die sie an die Umgebungsluft abstrahlt. Eine weitere Methode ist die ölgekühlte Zwangsluftkühlung (ONAF). In diesem Fall werden Lüfter verwendet, die Luft über die Kühler blasen, um die Kühleffizienz zu erhöhen. Für größere Transformatoren mit höheren Anforderungen an die Wärmeableitung gibt es auch ölgekühlte, erzwungene, ölgekühlte (OFAF) und ölgekühlte, wassergekühlte (OFWF) Transformatoren.
Der Stufenschalter ist auch ein wichtiger Bestandteil eines 132-kV-Leistungstransformators. Es ermöglicht die Anpassung des Spannungsverhältnisses. Manchmal kann die Eingangsspannung variieren oder die Lastanforderungen können sich ändern. Der Stufenschalter kann die Anzahl der Windungen in der Wicklung ändern, was wiederum die Ausgangsspannung ändert. Es gibt zwei Arten von Stufenschaltern: Laststufenschalter (OLTC) und Laststufenschalter (OLTC). Laststufenschalter können Änderungen vornehmen, während der Transformator in Betrieb ist, was sehr nützlich ist, um unter wechselnden Bedingungen eine stabile Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.
Der Ausdehnungsgefäß ist ein kleiner Tank, der mit dem Haupttransformatortank verbunden ist. Es dient als Reservoir für das Transformatorenöl. Da sich die Temperatur des Öls während des Betriebs des Transformators ändert, ändert sich auch das Volumen des Öls. Durch das Ausdehnungsgefäß kann sich das Öl ausdehnen und zusammenziehen, ohne dass Luft in den Haupttank gelangt. Dadurch wird eine Oxidation des Öls verhindert und die Isoliereigenschaften des Öls bleiben erhalten.
Durchführungen werden verwendet, um die Hochspannungs- und Niederspannungsleiter aus dem Transformatorkessel herauszuführen. Sie sorgen für elektrische Isolierung und mechanische Unterstützung der Leiter. Durchführungen bestehen aus isolierenden Materialien wie Porzellan oder Verbundwerkstoffen. Sie müssen den hohen Spannungen und Umgebungsbedingungen außerhalb des Tanks standhalten.
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Referenzen
- „Power System Analysis and Design“ von J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma und Thomas J. Overbye
- Roger C. Dugan, Mark F.