Einführung
11kV Ölgefüllte Verteilungstransformatorengehören zu den kritischsten Stromumwandlungsgeräten in Stromverteilungsnetzen. Sie werden häufig in städtischen Stromnetzen, Industrieparks, Wohnanlagen, Bergbaustandorten und Kraftwerken für neue Energien eingesetzt. Viele Beschaffungsingenieure, Wartungstechniker und Einsteiger in die Energiebranche benötigen bei der Geräteauswahl, Überholung und Fehlerbehebung ein klares Verständnis der internen Strukturen von Transformatoren. Der Außentank und die Kühlrippen sind lediglich das äußere Gehäuse des Geräts. Alle Kernkomponenten, die die Spannungsumwandlung durchführen und elektrische Lasten transportieren, sind im Öltank untergebracht. In diesem Leitfaden wird der komplette Innenaufbau von 11-kV-Öltransformatoren systematisch aufgeschlüsselt, die Funktion der einzelnen Komponenten, die Materialeigenschaften und die kooperative Arbeitslogik zwischen den Teilen erläutert. Es hilft den Lesern, die Funktionsprinzipien der Geräte zu verstehen und bietet zuverlässige Referenzen für die Produktbeschaffung, Routineinspektion, Wartung und Fehlerdiagnose.
Eisenkern
Der Eisenkern dient als Gerüst des Magnetkreises und als Kernkomponente für die Magnetflussübertragung. Der Eisenkern eines 11kVÖltransformatorwird im Allgemeinen durch Stapeln kaltgewalzter kornorientierter Siliziumstahlbleche mit hoher magnetischer Permeabilität zusammengebaut. Auf der Oberfläche von Siliziumstahlblechen wird eine isolierende Beschichtung aufgebracht, die Wirbelstromverluste und Hystereseverluste, die bei magnetischen Wechselfeldern entstehen, wirksam reduziert und so die Wärmeentwicklung der Geräte verringert. Der Eisenkern besteht aus Kernschenkeln und Jochen. Auf Kernschenkeln sind Wicklungen angebracht, während Joche den Magnetkreis schließen. Der Eisenkern ist fest eingespannt und fixiert, um übermäßige Geräusche durch elektromagnetische Vibrationen nach dem Einschalten zu vermeiden. Der Eisenkern verfügt im elektrischen Design über eine Einzelpunkterdung, um schwebendes Potenzial zu verhindern, das eine Teilentladung auslösen kann. Diese Konstruktion ist für den langfristig sicheren Betrieb des Transformators unerlässlich. Bei einer Mehrpunkterdung am Eisenkern entsteht ein zirkulierender Strom, der die Siliziumstahlbleche überhitzt, was die Alterung des Isolieröls beschleunigt und sogar zu schwerwiegenden internen Fehlern führt.
Wicklungen (Spulen)
Wicklungen sind der Stromkreisteil des Transformators, unterteilt in Hochspannungswicklungen und Niederspannungswicklungen, konzentrisch auf Eisenkernbeinen montiert. Bei einem typischen 11-kV-Verteilungstransformator beträgt die Nennspannung auf der Hochspannungsseite 11 kV und die Niederspannungsseite gibt normalerweise 400 V aus. Niederspannungswicklungen sind nahe am Eisenkern angeordnet, Hochspannungswicklungen auf der Außenschicht. Da Niederspannungswicklungen große Ströme führen, werden Kupferfolie oder dicke Kupferleiter verwendet. Hochspannungswicklungen arbeiten unter Hochspannung und verwenden dünne Kupferdrähte, die durch eine mehrschichtige Papierisolierung isoliert sind. Die Leiter sind mit hochfestem Isolierpapier umwickelt, um eine Windungsisolierung und Schicht-zu-Schicht-Isolierung zu bilden. Zur galvanischen Trennung sind mit Transformatoröl gefüllte Hauptisolationsspalte zwischen Ober- und Unterspannungswicklung reserviert. Wicklungen müssen über eine ausreichende mechanische Festigkeit verfügen. Wenn im Stromnetz Kurzschlüsse auftreten, wirkt eine enorme elektromagnetische Kurzschlusskraft auf die Spulen. Eine robuste Wicklungsstruktur kann Verformungen widerstehen und Isolationsschäden verhindern. Die Wicklungsleitungen werden durch Isolierdurchführungen aus dem Tank herausgeführt und mit externen Stromkabeln verbunden.
Isoliersystem und Transformatoröl
Das innere Isoliersystem kombiniert feste Isolierstoffe und flüssiges Isolieröl. Zu den festen Isoliermaterialien gehören Isolierpapier, Isolierpressspan, Isolierstege und -blöcke, die zum Trennen von Wicklungen und zum Stützen von Spulen verwendet werden. Transformatorenöl ist ein unverzichtbares Medium im Tank mit zwei Hauptfunktionen: elektrische Isolierung und Wärmeableitung. Transformatorenöl hat eine ausgezeichnete Durchschlagsfestigkeit. Es füllt Lücken zwischen allen Innenteilen, um Lufträume zu beseitigen und eine Entladung bei Störungen zu verhindern. Während des Betriebs wird die vom Eisenkern und den Wicklungen erzeugte Wärme auf das Transformatoröl übertragen. Durch natürliche Konvektion oder erzwungene Zirkulation überträgt das Öl Wärme an die Tankwand und die Heizkörper, um die Wärme abzuleiten. Darüber hinaus unterdrückt Transformatoröl die Oxidation von Isoliermaterialien und verlangsamt die Alterung der Isolierung. Die Ölqualität bestimmt direkt die Lebensdauer des Transformators. Übermäßige Feuchtigkeit, Verunreinigungen oder Gas im Öl beeinträchtigen die Isolationsleistung drastisch. Daher ist die regelmäßige Ölprobenahme eine vorrangige Aufgabe bei Wartungsarbeiten.
Interne Leitungen und Stufenschalter
Interne Leitungen verbinden die Wicklungsanschlüsse mit externen Buchsen. Für die Leitungen werden isolierte Kupferleiter verwendet, und die Anordnung folgt strikt den Anforderungen an den Isolationsabstand, um eine Entladung zwischen Leitungen oder zwischen Leitungen und Erde zu verhindern. Der Umsteller wird im Inneren des Tanks installiert und an die Abgriffspunkte der Hochspannungswicklungen angeschlossen. Die Spannung des Stromnetzes weist häufig geringfügige Schwankungen auf. Nach einem Stromausfall können Wartungsarbeiter die Stufenpositionen des Stufenschalters anpassen, um die Anzahl der Windungen der Hochspannungswicklungen zu ändern und so die Ausgangsspannung auf der Niederspannungsseite zu stabilisieren. Beachten Sie, dass der Stufenschalter nur im spannungslosen Zustand betrieben werden kann. Eine Lastverstellung ist strengstens untersagt.
Interne Schutzkomponenten
Im Inneren des Tanks sind verschiedene Schutzkomponenten angeordnet. Das Buchholz-Relais wird an der Rohrleitung montiert, die den Tank und das Ausdehnungsgefäß verbindet. Wenn im Transformator kleinere interne Fehler auftreten, wird das Gas zersetzt. Bei schwerwiegenden Fehlern löst ein Ölflussanstieg das Relais aus, das Alarmsignale sendet oder die Stromkreisauslösung aktiviert. Temperatursensoren mit in den Tank eingeführten Sonden sind zur Überwachung der oberen Öltemperatur ausgestattet. Interne Isolierbarrieren und Stützstrukturen fixieren alle internen Komponenten, um eine Komponentenverschiebung während des Transports oder einen Kurzschlussstoß zu vermeiden.
Abschluss
Der interne Aufbau eines 11kVÖltransformatorarbeitet als integriertes System. Der Eisenkern bildet den Magnetkreis, Wicklungen sorgen für die Umwandlung zwischen elektrischer Energie und magnetischer Energie. Isolieröl und Feststoffisolierung übernehmen gemeinsam Isolier- und Wärmeableitungsaufgaben. Stufenschalter, interne Leitungen und Schutzgeräte gewährleisten Spannungsregelung und Fehlerschutz. Alterung oder Beschädigung interner Komponenten wirken sich direkt auf den Gesamtbetriebszustand des Transformators aus. Die Beherrschung von Kenntnissen über den internen Aufbau hilft dem Ingenieurpersonal dabei, die Geräteabnahme und die regelmäßige Wartung durchzuführen, Fehlerquellen schnell zu lokalisieren, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern und eine stabile Stromversorgung von Verteilungsnetzen sicherzustellen.
