Trockentransformator

Trockentransformatoren werden alle Transformatoren genannt, die keine flüssigen Isolierstoffe enthalten. Das Abführen der Verlustwärme erfolgt durch Eigenkühlung oder durch zusätzliche Lüfter und Kühlgeräte.

Ein Trafo besteht aus einem magnetischen Kreis, dieser wird als Kern bezeichnet, und besitzt mindestens zwei Strom durchfließende Wicklungen mit einer festgelegten Anzahl von Windungen. Die der elektrischen Spannung (Netzspannung) zugewandte Windungen wird als Primärseite (Primärspule) bezeichnet, die Seite mit dem Verbraucher und der elektrischen Last wird als Sekundärseite (Sekundärspule) bezeichnet. Die Fertigungstechnik für den Kern und die verwendete Qualität des Trafokerns wirkt sich auf den magnetischen Kreis aus. Der magnetische Kreis (Magnetfeld) sollte idealerweise geringe Wirbelstromverluste erzeugen und geringe Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) besitzen.

Ein weiterer Aspekt sind die Widerstände in der Wicklung. Nur mit lagenweise und geordneten Windungen auf der Primärspule und der Sekundärspule und dem besten Wicklungsmetall kann man die Wicklungsverluste reduzieren. Mit Anzahl der Windungen auf der Spule wird die Spannung geregelt. Die Stromstärke bestimmt den Durchmesser des Wicklungsmetalls.

Kupfer hat bis auf Silber den besten Leitwert mit γ = 56. Aluminium dagegen hat nur γ = 36. Aluminium folgt also mit etwa 35 Prozent Abstand. So ist Kupfer das beste Metall und Aluminium «nur» das zweitbeste der technisch und wirtschaftlich verwertbaren Leiterwerkstoffe für die elektrische Energie. Alle anderen Metalle kommen als Stromleiter nicht in Betracht, und Legierungen haben generell eine erheblich niedrigere Leitfähigkeit als reine Metalle. Silber oder Gold scheiden wegen des hohen Preises ganz aus.

Der Kern bestehend aus beidseitig isolierten Elektroblechen, die übereinandergeschichtet werden. Die Isolierung der Spule zum Kern wird durch ausreichenden Luftabstand gewährleistet. Die Isolierung zwischen der Ober- und Unterspannung wird durch Isoliermaterial oder/und durch großen Luftabstand gewährleistet. Ein vertikaler Luftstrom entlang der Spulenoberfläche und im Zwischenraum der eingelegten Kühlkanälen in den Spulen sorgt für die notwendige Abführung der Verlustwärme. Aufgrund von Konvektion entsteht der benötigte Luftstrom von selbst (hier spricht man von der Kühlungsart AN – Air Natural) oder er wird mit Lüftern zusätzlich verstärkt (Kühlungsart AF – Air Forced).

Trockentransformatoren werden immer dann eingesetzt, wenn ölgefüllte Transformatoren wegen erhöhter Brandlast oder erhöhter Gefährdung von Natur und Gewässer nicht zum Einsatz kommen oder nur unter aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen in Betrieb genommen werden dürfen. Daher ist der Einsatz und der Betrieb von Trockentransformatoren umweltfreundlich, bei den thermischen Eigenschaften ist diese Technik aber im Nachteil zu den ölgefüllten Transformatoren. Die Wicklungen werden mit trockenen Isoliermaterialien, bei größerer Bauleistung meist im Gießharzverfahren isoliert. Aufgrund der schlecht abzuführenden Verlustwärme dürfen Gießharztransformatoren nur bis zu einer Leistung von 40 MVA zur Eigenkühlung hergestellt werden, darüber hinaus nur mit zusätzlichen Lüftern.

Trockentransformatoren werden bis zum Leistungsbereich von 40 MVA im Niederspannungs- und Mittelspannungsnetz vorwiegend als Verteiltransformatoren und Leistungstransformatoren (Energieverteilung und Stromversorgung) eingesetzt und auf eine maximale Betriebsspannung von 36 kV beschränkt. Die Beschränkung des Leistungsbereiches ist notwendig, da die eingesetzten Isoliermedien eine geringere Durchschlagsfestigkeit als Transformatorenöl besitzen. Bei der Freilandaufstellung muss immer ein Gehäuse gegen Feuchtigkeit und Schmutz den Transformator schützen. Da bei diesen Transformatoren die Isolation durch die umgebende Luft gewährleistet wird, müssen bei großen Aufstellhöhen (nach Norm > 1.000 m) die Abstände zwischen Wicklung zum Kern und zwischen Oberspannung zu Unterspannung vergrößert werden, um die mit dem Druck abnehmende Durchschlagsfestigkeit der Luft zu kompensieren.