Transformatoren & Schaltanlagen: Typen, Aufbau, Kennwerte

Grundlagen der Transformationszentren (CTs)

Transformationszentren (CTs) sind Anlagen, die durch die Installation eines oder mehrerer Transformatoren eine absteigende Spannungsreduzierung ermöglichen, ergänzt durch Schaltanlagen und präzise Arbeitsabläufe. Ihre Hauptaufgabe ist es, elektrische Energie mit unterschiedlichen Spannungen zu verteilen und gleichzeitig die Anbindung an Online- und Netzpunkte zu gewährleisten.

Klassifizierung von CTs

• Nach Einspeisung: Einpunktig (radial) und durchgeschleift (ringförmig)
• Nach Eigentum: Im Besitz des Energieversorgers oder des Kunden
• Nach Standort: Freiluft oder Innenraum
• Nach Bauart: Oberirdisch oder unterirdisch
• Nach Bauweise: Konventionell, vorgefertigt, kompakt

CT-Typen nach Einspeisung

Einpunkt-Einspeisung (Radialnetz)

Verfügt über eine einzelne Einspeiselinie und ist an das Kernnetz angeschlossen, wobei der Endpunkt das Verteilnetz bildet.

Durchgeschleifte Einspeisung (Ringnetz)

Es gibt eine Eingangsleitung und eine Ausgangsleitung zu einem weiteren Zentrum.

CT-Typen nach Eigentum

CT im Besitz des Energieversorgers

Diese CTs gehören dem Energieversorgungsunternehmen.

CT im Besitz des Kunden

Die Eigenschaften des Kunden und die Versorgungsspannung sind durch das Versorgungsnetz des Unternehmens bedingt.

CT-Typen nach Standort und Bauweise

Freiluft-CTs (Maststationen)

Bestehen normalerweise aus einem Transformator von nicht mehr als 160 kVA, geschützt durch Sicherungen und auf einem Mast montiert.

Innenraum-CTs

In geschlossenen Räumen gibt es zwei Varianten:

• Oberirdisch: Mit Zugang auf Straßenniveau, oft in einem separaten Raum oder als Teil eines Gebäudes.
• Unterirdisch: Nicht unter öffentlichen Straßen, sondern z.B. auf Privatgrundstücken installiert.

Konventionelle CTs

Sind in Gehäusen aus Ziegeln, Stein und Beton gebaut.

Kompakt-CTs (Panel-Typ)

Diese sind klein, leicht zu transportieren und zu installieren und bieten maximale Beständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse. Sie können oberirdisch oder unterirdisch installiert werden.

Typen modularer Zellen

• CML-Zelle: Leitung
• CMP-F-Zelle: Schutz und Sicherungen
• CMP-Zelle: Leistungsschalter
• CMIP-Zelle: Durchgangsschalter
• CMM-Zelle: Messung
• WRC-Zelle: Lasttrennschalter

Transformatoren

Zwei Niederspannungstypen:

• B1: 231/133V
• B2: 420/242V

Aufbau von Transformatoren

Mittelspannungsbuchsen

Sie sind für die Verbindung der Transformatorenwicklungen mit dem ankommenden Mittelspannungsnetz zuständig.

Niederspannungsbuchsen

Sie sind für die Verbindung der Transformatorenwicklungen mit den Niederspannungs-Netzausgängen zuständig.

Transformatorkessel (Gehäuse)

Der Kessel enthält die Kühlflüssigkeit (Öl), in der sich der Kern und die Wicklungen des Transformators befinden. Er wird mit einem umlaufenden, verschraubten Deckel verschlossen und dient als Träger für den aktiven Teil des Transformators.

Ausdehnungsgefäß (Konservator)

Es befindet sich im oberen Teil des Transformatorkessels und ist mit diesem verbunden, um den Kessel vor Überfüllung zu schützen. Es dient als Ausgleichsbehälter für das Öl bei Temperaturschwankungen.

Ölstandsanzeiger

Besteht aus einem Schauglas, das an beiden Seiten des Ausdehnungsgefäßes angebracht ist, um den Ölstand zu beobachten.

Luftentfeuchter (Silikagel-Trockner)

Er befindet sich in der Verbindungsleitung zur Atmosphäre und hat die Aufgabe, die in den Transformator eintretende Luft zu trocknen. Dies ist notwendig, da der Ölstand aufgrund von Oxidation, Leckagen oder Temperaturschwankungen sinken kann. Er besteht aus einem Behälter, der Silikagel-Granulat enthält.

Thermostat

Es gibt Säulen-Thermostate (die nur die Öltemperatur des Transformators anzeigen) oder Kugel-Thermostate (die zusätzlich einstellbare Kontakte für Alarm- oder Abschaltwerte bei Überhitzung oder Brandgefahr am Transformator besitzen).

Innerer Aufbau des Transformators

Magnetkern

Er bildet den magnetischen Pfad für den Fluss und besteht aus lamelliertem, ferromagnetischem Stahl (0,35 mm dick, mit 3-5% Siliziumanteil), dessen Bleche elektrisch voneinander isoliert sind.

Wicklungen

Bestehen aus Kupfer- oder Aluminiumspulen mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt.

Allgemeine Merkmale von Transformatoren

Primärspannung

Dies ist die Versorgungsspannung des Transformators.

Maximale Betriebsspannung

Dies ist der höchste Spannungspegel, den der Transformator im Dauerbetrieb erzeugen kann (z.B. 24kV-36kV).

Nennspannung des Sekundärnetzes

• B1: 230/127V
• B2: 400/230V

Nennstrom Primärseite

Dies ist die Stromstärke, die durch die Primärwicklung des Transformators fließt, wenn dieser seine Nennleistung liefert.

Kurzschlussspannung

Dies ist die Spannung, die an die Primärwicklung des Transformators angelegt werden muss, damit auf der kurzgeschlossenen Sekundärseite der Nennstrom fließt.

Nennstrom Sekundärseite

Dies ist die Stromstärke, die durch die Sekundärwicklung des Transformators fließt, wenn dieser seine Nennleistung liefert.

Schaltgruppe (Vektor- oder Stundenzeigergruppe)

Dies ist eine Zahl, die den Phasenverschiebungswinkel zwischen den Primär- und Sekundärspannungen definiert, analog zu den Stunden auf einem Zifferblatt. Die Zahl entspricht der Position des kleinen Zeigers.

• 0° Phasenverschiebung: Schaltgruppe 0
• 330° Phasenverschiebung: Schaltgruppe 11
• 180° Phasenverschiebung: Schaltgruppe 6
• 150° Phasenverschiebung: Schaltgruppe 5