Flüssigdielektrische Transformatoren: Wie funktionieren sie?

In flüssiges Dielektrikum getauchte Transformatoren gelten als die wirtschaftlichste, sicherste und nachhaltigste Technologie für das Stromnetz

Transformatoren sind ein Schlüsselelement des Stromnetzes und bieten, je nach Typ, eine Reihe von Vorteilen für die möglichst effiziente Umwandlung elektrischer Energie. Nachdem wir kürzlich die Funktionsweise dieser Elemente kennengelernt haben, werden wir uns heute eingehender mit der Funktionsweise und den Vorteilen einer der bekanntesten Alternativen befassen: Transformatoren, die in flüssiges Dielektrikum getaucht sind, auch Tauchtransformatoren genannt. Technische Prüfungen haben diesen Transformatortyp als den wettbewerbsfähigsten ausgewiesen. Aber warum? Werfen wir zunächst einen kurzen Blick auf seine Funktionsweise und seine Hauptfunktionen.

Das Hauptmerkmal dieser elektrischen Maschine besteht darin, dass ein großer Teil der inneren Elemente des Teils vollständig in ein flüssiges Dielektrikum (in einigen Fällen kann es sich um eine Art organisches Öl handeln) eingetaucht ist, das als eines der Isoliermaterialien zur Energieübertragung im elektromagnetischen Induktionsprozess fungiert, durch den Elektrizität entsprechend den Anforderungen des Netzes umgewandelt wird. Somit hat diese Flüssigkeit drei wichtige isolierende Eigenschaften:

• Elektrische Isolierung: Das in die Transformatorelemente eingearbeitete flüssige Dielektrikum hat dielektrische Eigenschaften mit hoher Steifigkeit, die Kurzschlüsse verhindern, indem sie als Trennelement zwischen den Wicklungen (elektrischer Drahtkreis) und dem Transformatorkern fungiert. Da es außerdem keinen korrosiven Schwefel oder anorganische Säuren enthält, wird der Verschleiß der Leiter und metallischen Elemente des Teils vermieden.
• Wärmedämmung: Eine weitere isolierende Funktion besteht darin, als Kühlmittel zu fungieren, um die während des Betriebs erzeugte Wärme abzuleiten und so die durch Überhitzung dieses Elements verursachten Risiken zu verringern. Dies liegt an seiner niedrigen Viskosität, die eine gute Wärmeübertragung nach außen ermöglicht.
• Umweltisolierung: Darüber hinaus ist das flüssige Dielektrikum ein perfekter Verbündeter, um die Lebensdauer des Transformators und damit die Funktionsfähigkeit des Stromnetzes zu erhöhen, indem es seine Spulen vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Staub schützt. Seine Beständigkeit gegen Emulsionen mit Wasser verhindert Oxidation und erleichtert die Bildung von innerem Schlamm. Darüber hinaus erweist sich Öl als Verbündeter bei der Verhinderung der Auswirkungen von Kälte auf das Stromnetz, und diese Art von Isolierflüssigkeit hat einen niedrigen Gefrierpunkt.

Zu den Arten von flüssigen Dielektrika gehören Verbindungen auf Silikon-, Mineral-, Ester- oder pflanzlicher Basis; diese variieren je nach den technischen Anforderungen der Anlage in vielerlei Hinsicht. Aufgrund der Vielzahl der verwendeten Isolierflüssigkeiten spricht man daher häufig von Tauchtransformatoren.

Hauptvorteile von Unterwassertransformatoren

Nun, da wir wissen, was diesen Transformatortyp auszeichnet, wollen wir seine Hauptvorteile analysieren – einige haben wir bereits gesehen – und zwar nach den wichtigsten Kriterien bei der Auswahl der einen oder anderen Technologie zur Versorgung des Netzes.

Transformatoren mit flüssiger Dielektrizitätskonstante und Sicherheitskriterien

Eines der wichtigsten Kriterien für den Betrieb des Stromnetzes ist die Sicherheit, sowohl aus Sicht des Netzes selbst als auch aus Sicht der Menschen, die damit arbeiten. Elektrizität ist ein alltäglicher Bestandteil unseres Lebens, der sehr wichtige Sicherheitsmaßnahmen erfordert. In diesem Sinne haben sich in Flüssigkeitsdielektrikum getauchte Transformatoren in beiderlei Hinsicht als die bestmögliche Lösung erwiesen, wie wir in der folgenden Infografik sehen können.

Tatsache ist, dass ölgefüllte Transformatoren bei hoher elektrischer Belastung eine bessere Leistung erbringen und trotz eventueller Überspannungen im Netz reagieren können. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihrer Isolierung widerstandsfähiger gegen die für thermische Belastungen typische Überhitzung. Dies führt auch zu einer längeren Lebensdauer, da Überlastungen und Spannungsspitzen besser standgehalten werden.

Transformatoren mit flüssiger Dielektrizitätskonstante und Installations- und Wartungskosten

Ebenso wichtig wie der vorherige Punkt sind die Kosten, die die Installation und Wartung eines kritischen Netzelements wie eines Transformators für Netzbetreiber und -nutzer mit sich bringt. In dieser Hinsicht sind Transformatoren mit flüssiger Dielektrizitätskonstante deutlich wettbewerbsfähiger als ihre trockenen Gegenstücke. Nicht umsonst werden ihre Kosten von Anfang an erheblich reduziert, da sie kein Schutzgehäuse benötigen. Dies lässt sich auch darauf zurückführen, dass sie, da sie aufgrund der thermischen Eigenschaften des Öls keine Kühlzubehörteile benötigen, eine bessere Kühlung und Wärmeableitung zu geringeren Kosten erreichen.

Andererseits ist dieser Transformatortyp im Außenbereich extrem einfach zu installieren und zu warten und benötigt keine zusätzlichen Gehäuse zum Schutz vor Witterungseinflüssen. Dies führt auch zu einer längeren Lebensdauer beim Austausch der dielektrischen Flüssigkeit (bei Hochleistungsmodellen) und zu weniger Wartung aufgrund des geringen Isolationsverlusts während des Betriebs.

Aus all diesen Gründen sind die TCO (Gesamtbetriebskosten) eines flüssigkeitsisolierten dielektrischen Transformators viel niedriger als die seiner trockenen Gegenstücke, die letztendlich teurer und aufwendiger in der Wartung sind.

Transformatoren mit flüssiger Dielektrizitätskonstante und Nachhaltigkeitskriterien

Wenn wir jedoch über relevante Kriterien sprechen, erweist sich das Nachhaltigkeits- bzw. Umweltkriterium als eines der wichtigsten. Die Elektrifizierung unserer Wirtschaft muss auf nachhaltigen und effizienten Stromnetzen basieren, wozu die Bauart der Transformatoren beiträgt.

So stellen wir fest, dass Unterwassertransformatoren aufgrund der geringeren Induktion, die das Öl erfordert, während des Betriebs eine geringere akustische Belastung aufweisen und das Leben in ihrer Umgebung weniger beeinträchtigen. In ähnlicher Weise und im Zusammenhang mit akuten Wetterphänomenen, die durch den Klimawandel verursacht werden, sind diese Transformatortypen weniger umweltempfindlich, sodass das Risiko, von Überschwemmungen oder Stürmen betroffen zu sein, erheblich reduziert ist. Ein Punkt, der sie in Gebieten mit hohem Überschwemmungsrisiko besonders wettbewerbsfähig macht.

Wenn wir den Lebenszyklus des Produkts analysieren, um festzustellen, ob die technologische Lösung uns nachhaltig begleitet, weisen Tauchtransformatoren eine Lebenszyklusanalyse (LCA) mit geringeren Auswirkungen in der Hauptkategorie Treibhauspotenzial (CO2-Fußabdruck) auf. Darüber hinaus weisen sie eine höhere Effizienz während der Nutzungsphase auf, die den Haupteinfluss der LCA (90 %) ausmacht, und die Belastungswerte liegen über den im Index selbst angegebenen Werten, was sich in einer noch besseren Leistung in Bezug auf die Energieeffizienz niederschlägt.

Deshalb sind Unterwassertransformatoren die beliebteste Option im Stromnetz geworden. Möchten Sie mehr über die technischen Vorteile dieser Isolierung erfahren? Kontaktieren Sie uns, damit wir Ihnen bei Ihrem Projekt helfen können: