Was ist der Unterschied zwischen Trockentransformatoren und Öltransformatoren? Wie wähle ich?

Transformatoren sind übliche und wichtige Geräte in Energiesystemen und werden zur Änderung der Größe der Wechselspannung für die Übertragung und Verteilung elektrischer Energie bei der Energieübertragung, -verteilung und anderen Anwendungen verwendet. Trockentransformatoren und Öltransformatoren sind zwei vorherrschende Typen, die erhebliche Unterschiede in den Isoliermedien, den Wärmeableitungsmethoden und der Anpassungsfähigkeit an die Umgebung aufweisen. In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Trockentransformatoren und Öltransformatoren erläutert und Empfehlungen für die Auswahl des geeigneten Transformatortyps gegeben.

Der bedeutendste Unterschied zwischen Öltransformatoren und Trockentransformatoren liegt in der Anwesenheit oder Abwesenheit von „Öl“. Da es sich bei Öl um eine fließfähige Flüssigkeit handelt, verfügen Öltransformatoren zwangsläufig über ein Gehäuse. Im Inneren dieses Gehäuses befindet sich Transformatoröl, das die Transformatorwicklungen unter Wasser setzt und sie von außen unsichtbar macht. Trockentransformatoren ohne Öl benötigen kein Gehäuse und ermöglichen eine direkte Sicht auf die Transformatorwicklungen. Ein weiteres Merkmal ist der Ölbehälter bei Öltransformatoren, in dem Transformatoröl gespeichert wird. Allerdings verfügen neuere Öltransformatoren möglicherweise nicht über einen Ölbehälter.

Bei beiden handelt es sich um Leistungstransformatoren mit einem Eisenkern für den Magnetkreis und Wicklungen für den Stromkreis. Der Hauptunterschied liegt in der „Ölbad“- und der „Trockenausführung“. Insbesondere unterscheiden sich ihre Kühlmedien: Ersteres verwendet Transformatorenöl (oder andere Öle wie β-Öl) sowohl zur Kühlung als auch zur Isolierung, während letzteres Luft oder Gase wie SF6 als Kühlmedium verwendet. Bei Öltransformatoren wird die Kern-Wicklungs-Baugruppe in einen mit Transformatoröl gefüllten Öltank getaucht. Trockentransformatoren verkapseln typischerweise den Kern und die Wicklungen mit Epoxidharz; Ein häufiger verwendeter, nicht gekapselter Typ verwendet jetzt spezielles Isolierpapier, das mit einem speziellen Lack imprägniert ist, um das Eindringen von Feuchtigkeit in die Wicklungen oder den Kern zu verhindern.

Öltransformatoren verfügen über externe Heizkörper, die die Wärmeableitung – insbesondere die Zirkulation des internen Isolieröls – erleichtern sollen und wie Kühlkörper funktionieren. Trockentransformatoren verfügen nicht über solche Kühler und sind stattdessen zur Kühlung auf Ventilatoren unter den Transformatorspulen angewiesen.

Öltransformatoren werden aus Brandschutzgründen typischerweise in speziellen Transformatorräumen oder im Freien installiert. Trockentransformatoren werden jedoch immer im Innenbereich, meist innerhalb von Verteilerräumen, installiert.

Im Hinblick auf Produktionsvolumen und Nutzung erreichen Trockentransformatoren derzeit nur eine Nennspannung von 35 kV und haben im Vergleich zu ölgeschützten Transformatoren eine relativ geringere Kapazität, typischerweise bis zu etwa 2500 kVA. Darüber hinaus ist der Herstellungsprozess für Trockentransformatoren komplexer als der für Öltransformatoren gleicher Nennspannung und Kapazität, was zu höheren Kosten führt. Daher sind ölgefüllte Transformatoren in aktuellen Anwendungen nach wie vor häufiger anzutreffen. Aufgrund ihrer Umweltvorteile, Flammschutzeigenschaften und Schlagfestigkeit werden Trockentransformatoren jedoch häufig in stark beanspruchten Stromversorgungs- und Verteilungsstandorten in Innenräumen wie Hotels, Bürogebäuden und Hochhäusern eingesetzt.

Offensichtlich haben sowohl Trockentransformatoren als auch ölgefüllte Transformatoren deutliche Vor- und Nachteile. Ölgefüllte Transformatoren bieten geringere Kosten und eine einfachere Wartung, sind jedoch brennbar und explosiv. Trockentransformatoren mit ihrer hervorragenden Feuerbeständigkeit können in Lastzentren installiert werden, um Spannungsabfall und Energieverluste zu minimieren. Allerdings sind sie teurer, sperriger, weniger feuchtigkeits- und staubbeständig und erzeugen einen höheren Geräuschpegel.

Als nächstes fassen wir die oben genannten Unterschiede in den folgenden sieben Punkten zusammen:

1. Aussehen

Unterschiedliche Kapselungsformen: Trockentransformatoren legen den Kern und die Wicklungen frei, während Öltransformatoren nur das Außengehäuse freilegen.

2. Lead-Konfiguration

Trockentransformatoren verwenden überwiegend Silikonkautschuk-Buchsen, während Öltransformatoren meist Porzellan-Buchsen verwenden;

3. Kapazität und Spannung

Trockentransformatoren eignen sich im Allgemeinen für Verteilungsanwendungen, typischerweise mit Leistungen unter 2000 kVA und Spannungen von oder unter 10 kV, obwohl einige Spannungspegel von 35 kV erreichen können. Öltransformatoren hingegen können jede gewünschte Leistung erreichen und alle Spannungsebenen abdecken; In Chinas derzeit im Bau befindlichen Ultrahochspannungs-1000-kV-Übertragungsleitungen werden ausschließlich Öltransformatoren eingesetzt.

4. Unterschiede in der Isolierung und Wärmeableitung

Trockentransformatoren verwenden typischerweise eine Harzisolierung und basieren auf einer natürlichen Luftkühlung, wobei größere Kapazitäten durch eine Zwangsluftkühlung ergänzt werden. Öltransformatoren verwenden jedoch Isolieröl zur elektrischen Isolierung. Die von den Wicklungen erzeugte Wärme wird durch zirkulierendes Isolieröl im Transformator zur Ableitung an die Kühlerlamellen übertragen.

5. Anwendungsumgebungen

Trockentransformatoren werden überwiegend an Orten eingesetzt, an denen „Brand- und Explosionsschutz“ erforderlich ist, und eignen sich daher für große Gebäude und Hochhäuser. Bei Öltransformatoren kann es jedoch bei einem Ausfall zu Ölspritzern oder Öllecks kommen, die möglicherweise Brände verursachen. Daher werden sie vorwiegend im Freien eingesetzt, wo Standorte mit ausgehobenen „Unfallölgruben“ ausgestattet sind.

6. Unterschiedliche Tragfähigkeiten

Trockentransformatoren sollten im Allgemeinen mit Nennkapazität betrieben werden, während Öltransformatoren eine bessere Überlastfähigkeit aufweisen.

7. Unterschiedliche Kostenstrukturen

Bei Transformatoren gleicher Leistung erzielen Trockentransformatoren deutlich höhere Anschaffungspreise als ölgekühlte Pendants.

So wählen Sie aus

1. Sicherheitsaspekte: Wenn höhere Sicherheit und Feuerbeständigkeit erforderlich sind, wählen Sie Trockentransformatoren, da diese kein brennbares Isolieröl enthalten.

2. Leistungsanforderungen: Für Hochleistungstransformatoren sind Öltransformatoren aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeableitungsfähigkeiten in der Regel besser geeignet.

3. Umgebungsbedingungen: Berücksichtigen Sie die Eigenschaften der Betriebsumgebung des Transformators und wählen Sie den geeigneten Transformatortyp für diese Einstellung aus.

4. Wartungskosten: Ölgefüllte Transformatoren erfordern im Allgemeinen regelmäßige Inspektionen und die Aufrechterhaltung der Isolierölqualität, während Trockentransformatoren vergleichsweise geringere Wartungskosten haben.

Trockentransformatoren und ölgefüllte Transformatoren weisen deutliche Unterschiede in den Isoliermedien, den Wärmeableitungsmethoden und der Anpassungsfähigkeit an die Umgebung auf. Die Auswahl des geeigneten Transformatortyps hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen und Umgebungsbedingungen ab. Bei der Formulierung von Strategien zur Transformatorauswahl müssen Faktoren wie Sicherheit, Leistungsanforderungen, Umwelteinschränkungen und Wartungskosten umfassend berücksichtigt werden. Für kritische Einrichtungen und Standorte mit hohen Sicherheitsanforderungen wie Krankenhäusern und Schulen werden Trockentransformatoren in der Regel bevorzugt, um die Sicherheit zu maximieren. Umgekehrt sind in großen Industriekomplexen und Energiesystemen, die Hochleistungstransformatoren erfordern, Öltransformatoren aufgrund ihrer überlegenen Wärmeableitungsfähigkeiten und ihrer Fähigkeit, rauen Umgebungsbedingungen standzuhalten, oft besser geeignet.