Auswahl an Verteiltransformatoren

Kenndaten eines Transformators

Ein Transformator wird zum Teil durch seine elektrischen Kenndaten charakterisiert, jedoch auch durch seine Technologie und seine Anwendungsbedingungen.

Elektrische Kenndaten

• Bemessungsleistung (P_n): Die konventionelle Scheinleistung in kVA, auf der andere Parameter und der Transformatoraufbau basieren. Herstellungstests und Gewährleistungen beziehen sich auf diesen Bemessungswert.
• Frequenz: Für die in diesem Planungskompendium beschriebenen Energieverteilungssysteme beträgt die Frequenz 50 Hz oder 60 Hz.
• Primär- und Sekundärbemessungsspannungen: Für eine Primärwicklung, die bei mehr als einem Spannungswert betrieben werden kann, muss ein Bemessungswert (kVA) für jeden Spannungswert angegeben werden. Die Sekundärbemessungsspannung entspricht dem Leerlaufwert.
• Bemessungsisolationspegel: Dieser Pegel wird durch in Prüfungen zur Bestimmung der Überspannungsfestigkeit bei Netzfrequenz und in HS-Stoßspannungstests (Blitzentladungssimulation) erlangte Werte bestimmt. Bei den in diesem Planungskompendium beschriebenen Spannungswerten sind die durch HS-Schaltvorgänge verursachten Überspannungen im Allgemeinen weniger schwerwiegend als die durch Blitz entstehenden Überspannungen, so dass keine separaten Schaltstoßspannungsprüfungen durchgeführt werden.
• Mit einem Umsteller kann man im Allgemeinen einen Wert von bis ± 2,5 % oder ± 5 % der Bemessungsspannung der Oberspannungswicklung wählen. Der Transformator muss ausgeschaltet werden, bevor dieser Schalter betätigt wird.
• Wicklungskonfigurationen werden schematisch mit Hilfe von Standardsymbolen für Stern-, Dreieck- und Zick-Zack-Schaltungen (und für entsprechende Kombinationen für Spezialanwendungen, z.B. sechs- oder zwölfphasige Gleichrichtertransformatoren usw.) und mit einem in den IEC-Normen und VDE-Bestimmungen empfohlenen alphanumerischen Code dargestellt. Dieser Code wird von links nach rechts gelesen, wobei sich der erste Buchstabe auf die Oberspannungswicklung bezieht und der zweite Buchstabe auf die nächsthöchste Spannungswicklung usw.:

• Großbuchstaben dienen zur Schaltungskennzeichnung der Oberspannungswicklung:

D = Dreieckschaltung
Y = Sternschaltung
Z = Zick-Zack-Schaltung
N = Anschluss mit herausgeführtem Sternpunkt

• Kleinbuchstaben werden für Tertiär- und Sekundärwicklungen verwendet:

d = Dreieckschaltung
y = Sternschaltung
z = Zick-Zack-Schaltung
n = Anschluss mit herausgeführtem Sternpunkt

• Eine Ziffer zwischen 0 und 11 (genau wie bei einem Ziffernblatt einer Uhr, wobei „0“ anstelle von „12“ verwendet wird) steht hinter jedem Buchstabenpaar und zeigt die Phasenverschiebung zwischen Ober- und Unterspannung an. Eine häufige Wicklungskonfiguration für Verteiltransformatoren ist die eines Dyn 5-Transformators mit einer HS-Wicklung in Dreieckschaltung und einer Sekundärwicklung in Sternschaltung mit herausgeführtem Sternpunkt.

Der Phasenwechsel durch den Transformator beträgt 5 x 30° = 150°, d.h. Phase 1 der Sekundärspannung eilt der Primärspannung um 150° nach (Sie liegt bei „5 Uhr”, wenn die Primärspannung bei „12 Uhr” liegt.) (siehe auch im Abschnitt Übliche Schaltgruppen, (Abbildung B31 für einen Dyn 11-Transformator).

Alle Kombinationen von Dreieck-, Stern- und Zick-Zack-Schaltungen erzeugen eine Phasenverschiebung, die (wenn ≠ 0) entweder 30° oder ein Vielfaches von 30° beträgt. Die IEC 60076-4-1 (VDE 0532-76-4) beschreibt diesen Code nach dem Prinzip des Ziffernblattes einer Uhr genauer.

Technologie- und anwendungsspezifische Kenndaten des Transformators

Typische Kenndaten sind:

• Wahl der Technologie
  • Das Isoliermedium ist:
  • flüssig (Mineralöl, Silikonöl oder Pflanzenöl) oder
  • fest (Epoxidharz).
  • Für Innenraum- oder Freiluftaufstellung
  • Aufstellungshöhe (Standard: ≤ 1000 m)
• Umgebungstemperatur (IEC 60076-2 (VDE 0532-76-2))
  • Höchstwert: ± 40 °C
  • Maximales Tagesmittel: ± 30 °C
  • Maximales Jahresmittel: ± 20 °C

Informationen über abweichende Betriebsbedingungen finden Sie im Abschnitt Einfluss von Umgebungstemperatur und Aufstellungshöhe auf den Bemessungsstrom und sind zwischen Betreiber und Hersteller separat zu vereinbaren.

Beschreibung von Isoliertechniken

Derzeit sind zwei grundlegende Verteiltransformatorausführungen erhältlich:

• Trockentransformatoren (Gießharz-Transformatoren)
• Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren (Öltransformatoren)

Trockentransformatoren

Die Wicklungen dieser Transformatoren werden in einem patentierten Verfahren unter Vakuum mit Gießharz isoliert.

Es wird empfohlen, den Transformator gemäß IEC 60076-11 (VDE 0532-76-11) nach folgenden Kriterien auszuwählen:

Umgebungsklassen

Die Umgebungsbedingungen für Trockentransformatoren werden im Hinblick auf Feuchtigkeit, Kondensation, Verschmutzung und Umgebungstemperatur ermittelt. Das Abtropfen von Wasser oder anderen leitfähigen Substanzen auf die Oberfläche der Spulen und aktiven Teile ist während der Lagerung und des Betriebs zu verhindern. In Bezug auf Feuchtigkeit, Kondensation und Verschmutzung werden verschiedene Umgebungsklassen für Trockentransformatoren ohne besondere äußere Schutzmaßnahmen definiert:

• Klasse E0

Kondensation tritt am Transformator nicht auf, die Verschmutzung ist vernachlässigbar. Diese Bedingung wird üblicherweise bei Aufstellung in einem staubfreien und trockenen Innenraum erreicht. Für diese Klasse ist kein Prüfnachweis erforderlich.

• Klasse E1

Gelegentliche Kondensation kann am Transformator auftreten (z.B. wenn der Transformator abgeschaltet ist). Verschmutzung in begrenztem Umfang ist möglich. Als Prüfnachweis erfolgt eine Feuchteniederschlagsprüfung.

• Klasse E2

Häufige Kondensation oder starke Verschmutzung oder Kombination beider Einflüsse. Als Prüfnachweis erfolgt neben der Feuchteniederschlagsprüfung eine Feuchteeindringprüfung.

• Klasse E3

Häufige Kondensation oder starke Verschmutzung oder Kombination beider Einflüsse. Als Prüfnachweis erfolgt neben der Feuchteniederschlagsprüfung eine Feuchteeindringprüfung.

• Klasse E4

Häufige Kondensation oder starke Verschmutzung oder Kombination beider Einflüsse. Als Prüfnachweis erfolgt neben der Feuchteniederschlagsprüfung eine Feuchteeindringprüfung.

Die Vorgaben für die Prüfnachweise in den verschiedenen Klassen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Klasse	Bereich elektrischer Leitfähigkeit von Wasser	Luftfeuchtigkeit für Feuchteniederschlagsprüfung	Feuchteeindringungsprüfung (144 Stunden)
E1	0,1 – 0,3 S/m	> 93%	Nein
E2	0,5 – 1,5 S/m	> 93%	Ja
E3	3,6 – 4,0 S/m	> 95%	Ja
E4	5,6 – 6,0 S/m	> 95%	Ja

Abb. B30 – Umgebungsklassen

Nach den Feuchteniederschlags- und Feuchteeindringungsprüfungen wird eine Spannung angelegt. Dabei darf kein Zusammenbruch der Spannung und kein Überschlag auftreten. So wird zusätzlich nachgewiesen, dass kein Schaden durch in den Transformator allmählich eindringende Feuchtigkeit verursacht wird. Außerdem dürfen bei der Sichtprüfung keine schwerwiegenden Spuren zu erkennen sein. Dazu gehören verkohlte Stellen oder Erosionsspuren, die nicht durch wischen auf der Isolationsoberfläche entfernt werden können.

Die Trihal Gießharz-Transformatoren von Schneider Electric sind auf E4-Niveau zertifiziert.

Klimaklassen

Die Klimaklasse legt fest, bei welchen Minimaltemperaturen der Trafo transportiert, gelagert und betrieben werden kann. Durch Temperaturwechsel (z.B. vom ausgeschalteten Zustand in den Nennbetrieb) kann die Gießharzisolierung bei falscher Bemessung Risse infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Leitermaterial und Gießharz bekommen.

Es werden folgende Klimaklassen unterschieden:

Klasse	Niedrigste Umgebungstemperatur bei Lagerung / Transport	Niedrigste Umgebungstemperatur im Betrieb
C1	-25°C	-5°C
C2	-25°C	-25°C
C3	-40°C	-25°C
C4	-50°C	-40°C
C4	-60°C	-50°C

Abb. B31 – Klimaklassen

Die Trihal Gießharz-Transformatoren von Schneider Electric sind auf C4-Niveau zertifiziert, dass heißt sie können ihre höchste Leistung auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen erbringen. Im Betrieb wurde der Trihal sogar bei -50°C getestet, was dem C5-Niveau im Betrieb entspricht. Außerdem sind die Trihal Transformatoren beständig gegen Thermoschocks, weisen eine verlängerte Lebensdauer in rauen Umgebungen auf und haben ein überlegenes Verhalten bei Laständerungen.

Brandklassen

Die Brandklasse gibt Aufschluss über die Brandlast bei einem Feuer in der Umgebung des Transformators und die Entwicklung von giftigen und sichtbehindernden Rauchgasen.

Zwei Brandklassen sind festgelegt:

• Klasse F0

Es ist kein bestimmtes Brandrisiko zu berücksichtigen. Mit Ausnahme der durch die Bauart des Transformators vorhandenen Eigenschaften müssen zur Begrenzung der Brandgefahr keine besonderen Maßnahmen vorgesehen werden. Dennoch muss die Abgabe toxischer Stoffe und sichtbehindernden Rauchs auf ein Mindestmaß herabgesetzt sein.

• Klasse F1

Transformatoren, die bei von Bränden ausgehenden Gefahren in Betracht zu ziehen sind. Eine Begrenzung der Brandgefahr ist erforderlich. Die Abgabe giftiger Stoffe und sichtbehindernden Rauchs muss auf ein Mindestmaß herabgesetzt sein. Dies gelingt durch:

• Eine eingeschränkte Entflammbarkeit des Transformators
• Eine begrenzte Bildung von Dämpfen
• Einen limitierten Beitrag zur Temperatur des Brandherdes
• Einen selbstlöschenden Transformatorbrand

Typischerweise sollte man aus den vorstehenden Klassen folgende sinnvolle Kombination wählen:

• Umgebungsklasse E2 (häufige Kondensation und/oder starke Verschmutzung)
• Klimaklasse C2 (Verwendung, Transport und Lagerung bis -25 °C)
• Transformatoren-Feuerbeständigkeit nach Brandklasse F1 (Transformatoren an feuergefährdeten Orten sind schwer entflammbar und innerhalb einer bestimmten Zeit selbstverlöschend).

Die Trihal-Trockentransformatoren von Schneider Electric enthalten Aluminiumoxid-Trihydrat in der Harzformel, was das Brandrisiko auf drei Arten reduziert:

• es erzeugt einen lichtbrechenden Schild aus Aluminiumoxid
• es erzeugt eine Barriere aus Wasserdampf
• es hält die Oberflächentemperatur unterhalb des Zündpunktes

Als Ergebnis dieser drei Eigenschaften sind die Trihal-Transformatoren selbstlöschend. Mit einem Nettoheizwert von weniger als 10 Megajoule/Kilogramm (MJ/kg) im Vergleich zu 30 MJ/kg oder mehr für das Öl, das zur Isolierung von Flüssigkeitstransformatoren verwendet wird, eignet sich Trihal am besten für die Installation in Innenräumen ohne besondere Brandschutzvorkehrungen. Um die für die Installation in Innenräumen erforderlichen F1-Brandklassifizierungen festzulegen, werden Transformatoren nach der IEC-Norm IEC 60076-11 mit der neuesten Richtlinie in IEC 2018 geprüft.

Die eingeschränkte Entflammbarkeit des Transformators wird durch eine spezielle Gießharzbeimischung sichergestellt. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Prozess, der von einem in diesem Bereich führenden europäischen Hersteller entwickelt wurde.

Die Gießharzbeimischung besteht aus drei Komponenten:

• Epoxidharz auf der Basis von Biphenol A mit einer Viskosität, die eine ausgezeichnete Imprägnierung der Wicklungen garantiert.
• Anhydridhärter, der mit einem Flexibilisator gemischt ist. Der Flexibilisator verleiht der Gießharzmischung die erforderliche Elastizität zur Verhinderung von Rissbildung während der bei Normalbetrieb auftretenden Temperaturzyklen.
• Feinpulveriger Aktivfüllstoff aus dreifach hydratisierter Tonerde (Al(OH)3) und Quarzmehl. Die Kieselerde verstärkt die mechanische und thermische Qualität des Vergusses und trägt wirksam zur Wärmeabgabe bei.

Diese Gießharzmischung verleiht dem Transformator die Isolationsklasse F (∆θ = 100 K) mit einer hervorragenden Feuerfestigkeit und sofortiger Selbstverlöschung. Diese Transformatoren werden somit als nicht entflammbar eingestuft.

Das Vergusssystem der Wicklungen enthält keine halogenhaltigen Komponenten (Chlor, Brom usw.) oder andere korrosive oder giftige Schmutzstoffe erzeugenden Komponenten. Somit ist maximale Sicherheit für das Personal in Notfallsituationen, besonders im Brandfall, gewährleistet.

Ebenso ist die Leistungsfähigkeit auch unter schwierigen industriellen Bedingungen (Staub, Feuchtigkeit usw.) besonders hoch (siehe Abb. B32).

Abb. B32 – Trockentransformator

Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren

Die am häufigsten in Transformatoren verwendete Isolier-/Kühlflüssigkeit ist Mineralöl. Mineralöle werden in der IEC 60296 (VDE 0370-1) spezifiziert. Da diese Öle brennbar sind, sind in vielen Ländern bestimmte Sicherheitsmaßnahmen, besonders für Innenraum-Netzstationen, obligatorisch. Die Erfassungseinheit (Gas-, Druck- und Temperaturerfassung) gewährleistet den Schutz von Öltransformatoren. Bei Auftreten einer Abweichung führt die Erfassungseinheit zum sehr schnellen Abschalten der MS-Versorgung des Transformators, bevor es zu einer Gefahrensituation kommen kann.

Mineralöl ist biologisch abbaubar und enthält kein PCB (polychloriertes Biphenyl), welches zum Verbot von Askarelen, d.h. Pyralene, Pyrolio, Pyrolin usw. führte. Auf Anfrage kann Mineralöl durch eine andere Isolierflüssigkeit ersetzt werden. Dazu muss der Transformator wie erforderlich umgebaut werden und es müssen ggf. entsprechende Vorkehrungen durchgeführt werden.

Die Isolierflüssigkeit wirkt gleichzeitig als Kühlmedium. Sie dehnt sich bei Ansteigen der Last und/oder der Umgebungstemperatur aus, so dass alle flüssigkeitsgefüllten Transformatoren so ausgelegt sein müssen, dass sie das zusätzliche Flüssigkeitsvolumen aufnehmen können, ohne dass der Kesseldruck zu hoch wird.

Diese Druckbegrenzung wird im Allgemeinen auf zwei Arten erreicht:

• Hermetisch verschlossener Kessel

Dieser wurde von einem führenden französischen Hersteller im Jahr 1963 entwickelt. Diese Methode wurde vom nationalen Netzbetreiber im Jahr 1972 übernommen und wird heute weltweit eingesetzt (siehe Abb. B33).

Die Kessel werden mit flexiblen gewellten Wänden (Rippen) ausgestattet, wodurch eine ausreichende Abkühlung des Transformators ermöglicht wird und Veränderungen des Flüssigkeitsvolumens während des Betriebes ausgeglichen werden. Die Technik „ohne Ölausdehnungsgefäß“ bietet zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Methoden:

• Keine Oxydation der dielektrischen Flüssigkeit (mit Luftsauerstoff).
• Kein Luftentfeuchter und somit keine Wartung (Prüfen und Austauschen des Trockenmittels) notwendig.
• Für mindestens 10 Jahre ist kein Durchschlagfestigkeitstest der Flüssigkeit nötig.
• Vereinfachter Schutz gegen interne Fehler mit Hilfe einer Erfassungseinheit möglich.
• Einfache Installation: geringere Abmessungen (als Kessel mit Ausdehnungsgefäß) und freier Zugang zu den HS- und NS-Anschlussklemmen.
• Sofortige Erfassung (kleinster) undichter Stellen. Kein Wassereintritt in den Kessel.

• Kessel mit Ausdehnungsgefäß

Abb. B33 – Hermetisch verschlossener Kessel

Durch die Ausdehnung der Isolierflüssigkeit steigt der Flüssigkeitsstand in einem Ausdehnungsgefäß, das über dem Hauptkessel des Transformators montiert ist (siehe Abb. B34).

Abb. B34 – Leistungstransformator mit Ausdehnungsgefäß

Der Raum über der Flüssigkeit im Ausdehnungsgefäß kann mit Luft aufgefüllt werden, die bei sinkendem Flüssigkeitsstand eingesaugt wird. Sie wird bei ansteigendem Flüssigkeitsstand teilweise wieder ausgestoßen. Wenn die Luft aus der Umgebung eingesaugt wird, strömt sie durch eine Öldichtung und daraufhin durch einen Luftentfeuchter (im Allgemeinen mit Silikatgelkristallen) in das Ausdehnungsgefäß. In einigen größeren Transformatoren befindet sich im Raum über dem Öl ein undurchlässiges Luftkissen, so dass die Isolierflüssigkeit niemals in Kontakt mit der Umgebungsluft kommt. Die Luft tritt durch das verformbare Kissen, eine Öldichtung und einen Luftentfeuchter ein und aus (siehe obige Beschreibung).

Wahl der Technologie

Wie zuvor beschrieben, kann man zwischen flüssigkeitsgefüllten und Trockentransformatoren wählen. Bei flüssigkeitsgefüllten Mittelleistungstransformatoren sind auch teilweise Lösungen mit und ohne Ausdehnungsgefäß verfügbar, die Anforderungen im Projekt definieren die bestmögliche Wahl.

Die Wahl zwischen diesen Transformatoren hängt von einigen Faktoren ab, z.B.:

• Sicherheit von Personen in der Nähe des Transformators. Es sind die örtlichen Vorschriften und offiziellen Empfehlungen zu beachten.
• Wirtschaftliche Gesichtspunkte unter Berücksichtigung der jeweiligen Vorteile jeder Technik.

Es gelten folgende Vorschriften:

• Trockentransformator:
  • In einigen Ländern ist in Hochhäusern ein Trockentransformator obligatorisch.
  • Trockentransformatoren sind sonst uneingeschränkt einsetzbar.
• Transformatoren mit flüssigem Isoliermedium:
  • Diese Transformatorausführung ist im Allgemeinen in Hochhäusern verboten.
  • Bei verschiedenen Arten von Isolierflüssigkeiten verändern sich die Einbaubeschränkungen bzw. der Mindestbrandschutz entsprechend der verwendeten Isolationsklasse.
  • Einige Länder, in denen die Verwendung von dielektrischen Flüssigkeiten weit verbreitet ist, teilen die verschiedenen Flüssigkeitskategorien entsprechend deren Brandverhalten ein. Dieses wird nach zwei Kriterien bewertet: Flammpunkttemperatur und Mindestheizwert. Die wichtigsten Kategorien werden in Abb. B35 angezeigt (zur Vereinfachung werden Codes angezeigt).

Klasse	Dielektrische Flüssigkeit	Flammpunkt (°C)	Mindestheizwert (MJ/kg)
O1	Mineralöl	< 300	-
K1	Kohlenwasserstoffe hoher Dichte	> 300	48
K2	Ester	> 300	34-37
K3	Silikone	> 300	27-28
L3	Isolierende halogenhaltige Flüssigkeiten	-	12

Abb. B35 – Klassen dielektrischer Flüssigkeiten

Gesetzliche Bestimmungen legen fest, welche Maßnahmen für den Personen- und Sachschutz mindestens zum Schutz gegen Brandausbreitung vorzunehmen sind.

Die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen sind in Abb. B36 enthalten.

• Für dielektrische Flüssigkeiten der Klasse L3 sind keine speziellen Maßnahmen durchzuführen.
• Für dielektrische Flüssigkeiten der Klassen O1 und K1 sind die angegebenen Maßnahmen nur dann durchzuführen, wenn sich mehr als 25 l dielektrische Flüssigkeit im Transformator befinden.
• Für dielektrische Flüssigkeiten der Klassen K2 und K3 sind die angegebenen Maßnahmen nur dann durchzuführen, wenn sich mehr als 50 l dielektrische Flüssigkeit im Transformator befinden.

Klasse der dielek-trischen Flüssigkeit	Literanzahl, ab der Maß-nahmen notwendig sind	Einsatzorte
		Raum oder geschlossener Bereich, der nur für qualifiziertes und befugtes Personal zugänglich ist und zu jedem anderen Gebäude einen Abstand D hat			Zugang nur für geschultes Personal Trennung von Arbeitsbereichen durch feuerfeste Wände (Feuerfest. 2 Std.)		+Andere Räume oder Orte
		D > 8 m	4 m < D < 8	D < 4 m zu bewohnten Bereichen	Keine Öffnungen	Mit Öffnung(en)
O1 K1	25	Keine speziellen Maßnahmen	Einfügen einer feuerfesten Abschirmung (Feuerfest. 1 Std.)	Feuerfeste Wand (Feuerfest. 2 Std.) zu angrenzenden Gebäuden	Maßnahmen (1 + 2) oder 3 oder 4	Maßnahmen (1 + 2 + 5) oder 3 oder (4 + 5)	Maßnahmen (1A + 2 + 4) oder 3
K2 K3	50	Keine speziellen Maßnahmen		Einfügen einer feuerfesten Abschirmung (Feuerfest. 1 Std.)	Keine speziellen Maßnahmen	Maßnahmen 1A oder 3 oder 4	Maßnahmen 1 oder 3 oder 4
L3		Keine speziellen Maßnahmen

Hinweise:
[a]  Eine feuerfeste Tür (Feuerfestigkeit 2 Std.) wird nicht als Öffnung betrachtet.
[b]  Transformatorraum angrenzend an eine Werkstatt und von dieser durch Wände getrennt, deren Feuerfestigkeit nicht 2 Std. entspricht. Bereiche in der Mitte von Werkstätten, wobei sich die Geräte in einem Schutzbehälter befinden (oder nicht).
[c]  Es ist unerlässlich, dass sich die Geräte in einem abgeschlossenen Raum mit festen Wänden befinden, dessen einzige Öffnungen die Lüftungsöffnungen sind.
Maßnahme 1: Der Transformator ist so anzuordnen, dass das Dielektrikum bei Austritt aus dem Transformator vollständig aufgefangen wird (in einer Wanne, durch Schwellen um den Transformator und durch Sperren von Kabelkanälen, -schächten usw.).
Maßnahme 1A: Zusätzlich zu Maßnahme 1 ist bei Entzündung der Flüssigkeit eine Ausbreitung des Feuers zu verhindern (brennbare Werkstoffe müssen mindestens einen Abstand von 4 m zum Transformator haben oder mindestens einen Abstand von 2 m, wenn eine feuerfeste Abschirmung [Feuerfestigkeit 1 Std.] eingefügt wurde).
Maßnahme 2: Es sind Vorkehrungen zu treffen, dass brennende Flüssigkeit schnell und selbstständig wieder erlischt (durch Kugelhaufen in der Auffangwanne).
Maßnahme 3: Eine automatische Erfassungseinheit (Gas-, Druck- und thermisches Relais oder Buchholzrelais) zur Unterbrechung der Primärspannungsversorgung und zur Auslösung eines Alarms bei Auftreten von Gas im Transformatorkessel.
Maßnahme 4: Automatische Brandmeldeanlagen in direkter Nähe des Transformators zur Unterbrechung der Primärspannungsversorgung und zur Auslösung eines Alarms.
Maßnahme 5: Automatisches Schließen aller Öffnungen (Lüftungsklappen usw.) durch feuerfeste Abschirmungen (min. Feuerfestigkeit 1/2 Std.) in den Wänden und Decken des Netzstationsraums.

Abb. B36 – Empfohlene Sicherheitsmaßnahmen in elektrischen Anlagen mit dielektrischen Flüssigkeiten der Klassen 01, K1, K2 oder K3

Bestimmung der optimalen Leistung

Überdimensionierung eines Transformators

Die Überdimensionierung eines Transformators führt zu:

• hohen Kosten und unnötig hohen Verlusten bei Leerlaufbetrieb, aber auch zu
• niedrigeren Verlusten bei Lastbetrieb.

Unterdimensionierung eines Transformators

Die Unterdimensionierung eines Transformators führt zu:

• einem niedrigeren Wirkungsgrad bei Volllast (den höchsten Wirkungsgrad erhält man bei 50 % - 70 % der Volllast), so dass der optimale Lastbetrieb nicht erreicht wird;
• langandauernden Überlasten mit ernsten Auswirkungen für
  • den Transformator durch die hohe Belastung. Dies führt zur vorzeitigen Abnutzung der Wicklungsisolierung. In extremen Fällen führt dies zu einem Isolationsfehler und zur Zerstörung des Transformators,
  • die Anlage, wenn eine Überhitzung des Transformators zum Auslösen des Leistungsschalters durch die Schutzrelais führt.

Bestimmen der optimalen Leistung

Um die optimale Bemessungsleistung (kVA) für einen Transformator zu bestimmen, müssen die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

• Auflisten der Leistung der installierten Verbraucher (s. Gesamtleistungsaufnahme einer Anlage Beschreibung in Kapitel A).
• Wählen des Verwendungsfaktors für jeden einzelnen Verbraucher.
• Bestimmen des Lastzyklus’ der Anlage, Notieren der Last- und Überlastzeiten.
• Gegebenenfalls Blindleistungskompensation einrichten, um:
  • zusätzliche Entgelte bei Tarifen zu reduzieren, die auf dem maximalen Scheinleistungsbedarf (kVA) basieren,
  • den Wert der bestellten Last zu reduzieren (P(kVA) = P (kW)/cos φ).
• Auswählen eines Leistungswertes aus den verfügbaren Bemessungsleistungen der Standardtransformatoren. Dabei sind alle möglichen zukünftigen Anlagenerweiterungen zu berücksichtigen.

Eine ausreichende Kühlung des Transformators ist grundsätzlich sicherzustellen.

Belüftung von Netzstationen

Im Allgemeinen geschieht die Kühlung über die natürliche Luftzirkulation, wobei durch natürliche Konvektion die Wärme im Raum (durch die Transformatorverluste) verdrängt wird.

Ein gutes Lüftungssystem ermöglicht den Eintritt kühler Luft durch eine Öffnung mit dem Querschnitt S auf Fußbodenhöhe und den Austritt der Luft aus dem Raum durch eine Öffnung mit Querschnitt S’, an der der Luftaustrittsstelle gegenüberliegenden Wand und auf einer Höhe H über der Lufteintrittsöffnung (siehe Abb. B37).

Abb. B37 – Natürliche Belüftung

Hinweis: Sobald eine ausreichende Luftzirkulation nicht mehr gegeben ist, führt dies zu einer Verringerung der verfügbaren Transformatorleistung, wenn der Bemessungstemperaturgrenzwert nicht überschritten werden soll.

Natürliche Belüftung

Die Formeln zur Querschnittsberechnung der Lüftungsöffnungen lauten wie folgt:

[math]\displaystyle{ \mbox{S}=\frac{0,18\mbox{P}}{\sqrt{\mbox{H}}} }[/math]  und   [math]\displaystyle{ \mbox{S}^{'}={1,1\, S} }[/math]

wobei gilt:

P = Summe der Verluste bei Leerlauf und der Verluste bei Volllast in kW
S = Nettoquerschnitt der Lufteintrittsöffnung (abzüglich der Klappen- oder Gitterfläche) in mm²
S’ = Nettoquerschnitt der Luftaustrittsöffnung (abzüglich der Klappen- oder Gitterfläche) in mm²
H = Höhe (Mitte-Mitte) der Luftaustrittsöffnung über der Lufteintrittsöffnung in m.

Die Formeln sind gültig bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 20 °C und bei einer Aufstellungshöhe von bis zu 1000 m.

Zwangsbelüftung

Eine Zwangsbelüftung (d.h. mit Hilfe eines elektrischen Lüfters) des Raumes ist notwendig, wenn die Umgebungstemperatur 20 °C überschreitet oder wenn der Raum schlecht belüftet ist. Sie ist außerdem notwendig, um bei vorübergehenden Überlasten ein Überhitzen der Wicklungen auszuschließen.

In der Schutzart IP 00 kann für Leistungen über 630 kVA eine Zwangsbelüftung vorgesehen werden, um ohne spezielle Änderungen eine vorübergehende Leistungserhöhnung von 25 % zu erreichen. In allen anderen Fällen kann diese vorübergehende Erhöhung von 25 % erreicht und sogar bis auf 40 % erhöht werden, sofern dies bei der Bestellung angegeben wurde. Wenn aber eine Leistungserhöhung verlangt ist, sind die entsprechenden Auswirkungen bei folgenden Punkten zu beachten:

• Querschnitt der Kabel und der Energieverteilsysteme,
• Nennstrom des Trafoschutzschalters,
• Größe der Lufteintritts- und -austrittsöffnungen des Transformatorraums,
• die Lebensdauer der Ventilatoren, welche im Vergleich zu der Lebensdauer des Transformators erheblich geringer ausfällt (3,5 Jahre gegenüber 30 Jahren).

Der Lüfter kann durch einen Thermostat gesteuert werden.

Empfohlener Luftstrom in Kubikmetern pro Sekunde bei 20 °C:

• Transformator ohne Ölausdehnungsgefäß: 0,081 P
• Trockentransformator Klasse F: 0,1 P

wobei gilt:

P = Gesamtverluste in kW.