Wie funktionieren flüssigkeitsgefüllte Transformatoren?

Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren, auch flüssigkeitsisolierte Transformatoren genannt, haben sich als die wirtschaftlichste, sicherste und nachhaltigste Technologie für das Stromnetz etabliert

Transformatoren sind Schlüsselelemente des Stromnetzes, die je nach Bauart eine Reihe von Vorteilen bieten, um elektrische Energie so effizient wie möglich umzuwandeln. Nachdem wir bereits vorgestellt haben, wie Transformatoren funktionieren, befassen wir uns als nächstes mit der Funktionsweise und den Vorteilen einer der bekanntesten Alternativen: den flüssigkeitsgefüllte Transformatoren, die auch als Unterwassertransformatoren bekannt sind. Technische Überprüfungen weisen diese Art von Transformatoren als die wettbewerbsfähigste aus.

Das Hauptmerkmal dieser elektrischen Geräte besteht darin, dass ein großer Teil der inneren Komponenten vollständig in dielektrische Flüssigkeit eingetaucht ist, wobei es sich in einigen Fällen um Öl handelt. Diese Flüssigkeit dient als eines der Isoliermaterialien für die Energieübertragung im elektromagnetischen Induktionsprozess, durch den die Elektrizität je nach den Bedürfnissen des Netzes umgewandelt wird. Sie erfüllt drei wesentliche Isolationseigenschaften:

• Elektrische Isolierung: Die Flüssigkeit hat hohe dielektrische Eigenschaften. Diese tragen dazu bei, Kurzschlüsse zu verhindern, indem sie als Trennmittel zwischen den Wicklungen (einem Stromkreis aus elektrischen Drähten) und dem Kern des Transformators wirken. Außerdem wird durch den Verzicht auf korrosive Schwefelverbindungen oder anorganische Säuren die Abnutzung von Leitern und Metallelementen vermieden.
• Thermische Isolierung: Die Flüssigkeit fungiert als Kühlmittel, um die während des Betriebs erzeugte Wärme abzuführen und so die Risiken einer Überhitzung zu verringern. Dies ist auf eine geringe Viskosität des Dielektrikums zurückzuführen, die eine gute Wärmeübertragung nach außen ermöglicht.
• Isolierung der Umgebung: Darüber hinaus ist das Dielektrikum ein perfekter Verbündeter, um die Lebensdauer des Transformators und damit die Funktionsfähigkeit des Stromnetzes zu erhöhen: Es schützt die Spulen vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Staub. Seine Beständigkeit gegen Emulsionen mit Wasser verhindert Oxidation und erleichtert die Bildung von internem Schlamm. Zudem verhindert das Öl Probleme, die durch die Kälte im Stromnetz verursacht werden, da diese Art von Isolierflüssigkeit einen niedrigen Gefrierpunkt hat.

Bei den dielektrischen Flüssigkeiten unterscheidet man zwischen Silikonen, Mineralien, Estern oder pflanzlichen Stoffen, die je nach den technischen Anforderungen der Anlage in verschiedener Hinsicht variieren. Aufgrund der großen Vielfalt der verwendeten Isolierflüssigkeiten ist es daher üblich, sie als flüssigkeitsgefüllte Transformatoren zu bezeichnen.

Die wichtigsten Vorteile von flüssigkeitsgefüllten Transformatoren

Nachdem wir nun wissen, was diese Art von Transformatoren auszeichnet, wollen wir nun die Hauptvorteile beleuchten. Dabei gehen wir nach den Aspekten vor, die bei der Auswahl eines passenden Produkts am relevantesten sind.

Dielektrische Transformatoren und Sicherheitskriterien

Eines der wichtigsten Kriterien für die Funktionsfähigkeit des Stromnetzes ist die Sicherheit, sowohl im Hinblick auf das Netz als auch auf diejenigen, die damit arbeiten. In beiderlei Hinsicht haben sich flüssigkeitsgefüllte Transformatoren als die bestmögliche Lösung erwiesen, wie die folgende Infografik veranschaulicht.

Öltransformatoren arbeiten besser unter hohen elektrischen Lasten, sodass sie auch auf Überspannungen im Netz reagieren können. Darüber hinaus sind diese Transformatoren aufgrund ihrer Isolierung widerstandsfähiger gegen die für thermische Belastungssituationen typische Überhitzung, da sie sowohl Überlastungen als auch Spannungsspitzen besser standhalten. Das schlägt sich auch in einer längeren Lebensdauer nieder.

Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren und Installations- sowie Wartungskosten

Ebenso wichtig wie der vorherige Punkt sind die Kosten, die die Installation und Wartung eines so kritischen Netzbestandteils wie einem Transformator für Netzbetreiber und -nutzer mit sich bringt. In diesem Sinne sind ölisolierte Transformatoren im Vergleich zu ihren trockenen Pendants eindeutig wettbewerbsfähiger. Die Tatsache, dass sie kein Schutzgehäuse benötigen, senkt ihre Anschaffungskosten erheblich; dies gilt auch für die Tatsache, dass sie aufgrund der thermischen Eigenschaften des Öls kein Zubehör für die Kühlung benötigen und somit eine bessere Kühlung und Wärmeableitung zu geringeren Kosten erreichen.

Darüber hinaus ist diese Art von Transformatoren unter Außenbedingungen äußerst einfach zu installieren und zu warten, da sie keine zusätzlichen Gehäuse zum Schutz vor Witterungseinflüssen benötigen. Eine lange Lebensdauer von Modellen mit hoher Leistung ist durch den Austausch des dielektrischen Öls sichergestellt. Aufgrund des geringen Isolationsverlustes während des Betriebs ist seltener eine Wartung fällig.

Aus all diesen Gründen sind die TCO (Total Cost of Ownership) eines flüssigkeitsgefüllten Transformators viel niedriger als die seines trockenen Pendants, die teurer und wartungsintensiver sind.

Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren und Nachhaltigkeitskriterien

Wenn wir über relevante Kriterien sprechen, erweist sich der Nachhaltigkeits- oder Umweltaspekt als einer der wichtigsten. Die Elektrifizierung unserer Wirtschaft muss sich auf nachhaltige und effiziente Stromnetze stützen, wozu die konstruktive Typologie von Transformatoren beiträgt.

Unterwassertransformatoren haben während ihres Betriebs geringere akustische Auswirkungen und beeinträchtigen das Leben in der Umgebung weniger stark. Auch im Hinblick auf akute klimatische Phänomene, die durch den Klimawandel hervorgerufen werden, ist diese Art von Transformatoren weniger empfindlich gegenüber der Umwelt. Dadurch ist das Risiko, von Überschwemmungen oder Stürmen betroffen zu sein, deutlich verringert. Dies macht sie besonders wettbewerbsfähig in Gebieten mit hohem Überschwemmungsrisiko.

Im Hinblick auf den Produktlebenszyklus haben Unterwassertransformatoren gemäß der Ökobilanz (LCA) geringere Umweltauswirkungen in der Hauptkategorie des Treibhauspotenzials (Carbon Footprint). Darüber hinaus weisen sie einen höheren Wirkungsgrad während der Nutzungsphase auf, was ein Hauptaspekt der Ökobilanz ist (90 %). Zudem haben Unterwassertransformatoren höhere Lastrekorde als solche, die der Index angibt. Das führt zu einer noch besseren Leistung in Sachen Energieeffizienz.

Aus all diesen Gründen haben sich Unterwassertransformatoren in den meisten Fällen als Referenz im Stromnetz durchgesetzt. Sind Sie daran interessiert, die technischen Vorteile dieser Art von Isolierung kennenzulernen? Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, damit wir Sie bei Ihrem Projekt unterstützen können:

[Formular]