Mastmontierter Transformator

Mastmontierter Transformatorist ein Verteilungstransformator für die Installation an Strommasten. Die meisten Einheiten verwenden aIn Flüssigkeit getauchter Kern und Wicklungsbaugruppeuntergebracht in einem versiegelten Stahltank. Einphasige Transformatoren haben typischerweise einen zylindrischen Tank, der mit Montagehalterungen am Mast befestigt ist, während dreiphasige Installationen einen dreiphasigen Transformator oder eine Gruppe von drei einphasigen Einheiten verwenden können.

Masttransformatoren reduzieren den Mittelspannungsstrom auf die niedrigeren Spannungen, die für private, landwirtschaftliche, gewerbliche und leichtindustrielle Verbraucher erforderlich sind. Sie werden üblicherweise entlang von Freileitungsnetzen installiert, um einzelne Gebäude oder mehrere Standorte, die an eine Verteilereinspeisung angeschlossen sind, mit Strom zu versorgen.

Gängige Konfigurationen decken ab5–167 kVA für EinphasentransformatorenUnd30–315 kVA für Dreiphasentransformatoren, wobei die Primärspannungsnennwerte passend zum Verteilungsnetz ausgewählt werden. Es stehen Isolierflüssigkeiten auf Mineralöl- und Esterbasis sowie unterschiedliche Durchführungsanordnungen, Schutzvorrichtungen und Montagekonstruktionen zur Verfügung.

Mastmontierte Verteilungstransformatoren werden je nach Bedarf in verschiedenen elektrischen und mechanischen Konfigurationen hergestelltANSI/IEEE- und IEC-Verteilungsnetze. Kapazität, Spannungsverhältnis, Isolationsniveau und Montageanordnung werden gemeinsam ausgewählt, da der Transformator sowohl den elektrischen Anforderungen der Einspeisung als auch den physikalischen Einschränkungen der Tragkonstruktion genügen muss.

Die aufgeführten Werte stellen gängige Produktkonfigurationen dar. Das TatsächlichePrimärwicklungsspannung, Sekundäranschluss, Isolationsgrad, Abmessungen und Betriebsgewichthängen von der gewählten Transformatorausführung ab.

Die Preise für Masttransformatoren liegen im Allgemeinen zwischen etwa 800 und 5.000 USD pro Einheitfür herkömmliche Exportkonfigurationen. Eine kleine einphasige Einheit ist in der Regel günstiger als ein größerer dreiphasiger Transformator mit höherer Nennspannung und zusätzlicher Schutzausrüstung. Auch Kupferwicklungen, Ester-Isolierflüssigkeiten, besondere Effizienzanforderungen und netzspezifisches Zubehör können den Preis erhöhen. Größere oder speziell konstruierte Modelle werden individuell angeboten.

Masttransformatoren werden entsprechend den geltenden Vorschriften ausgelegtIEEE- oder IEC-Standards, abhängig vom Zielmarkt, der Betriebsfrequenz, der Spannungsklasse und den Anforderungen des Versorgungsunternehmens. Diese Normen umfassen elektrische Leistung, Isolierung, mechanische Konstruktion und Prüfung.

IEEE C57.12.20-2023deckt 60-Hz-Freileitungs-Verteilungstransformatoren mit einer Nennleistung von bis zu ab500 kVA, mit Hochspannungsnennwerten von nicht mehr als34.5 kV. Hierbei handelt es sich um den Geltungsbereich der Norm und nicht um eine universelle Kapazitätsbewertung für jede Mastinstallation. Die maximale praktische Transformatorgröße hängt auch von der Polstruktur, der Montageausrüstung und den Anforderungen an die Installation der Versorgungsanlage ab.

Für IEC-basierte Projekte gilt das entsprechendeIEC 60076-Serieregelt die elektrische Konstruktion und Prüfung.IEC 60076-2befasst sich mit dem Temperaturanstieg in flüssigkeitsgefüllten TransformatorenIEC 60076-3deckt Isolationsniveaus und dielektrische Prüfungen ab.

Beide Konfigurationen werden in Freileitungsverteilungssystemen verwendet, ihre Wicklungsanschlüsse, Lasteigenschaften und Montageanordnungen unterscheiden sich jedoch.

Einphasige Masttransformatoren

A Einphasiger MasttransformatorVersorgt normalerweise Wohngebäude, landwirtschaftliche Betriebe, ländliche Grundstücke und kleinere gewerbliche Verbraucher mit einphasigem Strom. Zu den gängigen Bewertungen gehören:10, 15, 25, 37,5, 50, 75, 100 und 167 kVA, obwohl auch kleinere Einheiten erhältlich sind.

In einem nordamerikanischen geerdeten Sternverteilungsnetz kann ein Transformator zwischen einem Phasenleiter und dem Neutralleiter des Systems angeschlossen sein. Zum Beispiel ein Feeder, der bei arbeitet12,470Y/7,200 Vhat ungefähr7.200 V zwischen Phase und Neutralleiter. Ein in dieser Anordnung angeschlossener Transformator verwendet eine Primärwicklung, die für die entsprechende Phase-Neutral-Spannung ausgelegt ist, auch wenn die Einspeisung üblicherweise als 12,47-kV-System identifiziert wird.

A 120/240 V Split-Phase-SekundärspannungBietet 120-V-Anschlüsse für Beleuchtung und allgemeine Steckdosen sowie 240 V für Haushaltsgeräte mit höherer Spannung. Für industrielle oder regionale Verteilungsanforderungen stehen verschiedene Sekundäranordnungen zur Verfügung.

Die Anordnung der primären Durchführung hängt von der Netzwerkverbindung ab.Einzelbuchsenausführungenwerden mit geeigneten geerdeten Systemen verwendetAusführung mit zwei Buchsenbieten zwei isolierte Primäranschlüsse für Anwendungen, bei denen beide Wicklungsenden extern angeschlossen werden müssen.

Dreiphasige Masttransformatoren

A Dreiphasen-Masttransformatorversorgt dreiphasige Verbraucher wie landwirtschaftliche Pumpen, Werkstattmaschinen, Lüftungsanlagen und gewerbliche Elektroinstallationen.

Eine Möglichkeit ist aeinzelner dreiphasiger Transformatorenthält den kompletten Drehstromkern und die Wicklungsbaugruppe in einem Tank. Ein anderer ist einDrei-Transformator-Bank, gebildet durch die Verbindung von drei einphasigen Einheiten zu einer entsprechenden dreiphasigen Anordnung.

Ein einzelner Dreiphasentank bietet eine integrierte Baugruppe und kann die Anzahl separater Tanks und Montagekomponenten reduzieren. Eine Reihe von Einphasentransformatoren bietet Möglichkeiten zum Austausch einzelner Einheiten und ermöglicht den Versorgungsunternehmen die Verwendung standardisierter Einphasengeräte.

Die Wahl beeinflusst mehr als die Anzahl der Tanks.Wicklungsanschlüsse, Phasengleichgewicht, Schutzkoordination, installiertes Gesamtgewicht und Anforderungen an die Sekundärspannungmüssen mit dem Verteilungssystem kompatibel sein. In einigen Netzen kann eine offene Dreieckanordnung mit zwei einphasigen Transformatoren verwendet werden, ihre Kapazität und Belastungseigenschaften unterscheiden sich jedoch von denen einer vollständigen Drei-Transformator-Bank.

Ein typischer Masttransformator besteht aus einemMagnetkern, isolierte Wicklungen, Stahltank, Isolierflüssigkeit, Buchsen und Mastmontageteile. Die Kern- und Wicklungsbaugruppe ist in Isolierflüssigkeit getaucht, die für dielektrische Isolierung sorgt und Wärme von den aktiven Teilen an den Tank überträgt.

Kornorientiertes Elektrobandwird üblicherweise für Transformatorkerne verwendet, da seine magnetischen Eigenschaften dabei helfen, Leerlaufverluste zu kontrollieren. Amorphe Metallkerne sind in ausgewählten Ausführungen erhältlich, bei denen geringere Kernverluste erforderlich sind. Für die Wicklungen werden Kupfer- oder Aluminiumleiter verwendet, deren Isolierung so ausgelegt ist, dass sie der normalen Betriebsspannung und den vorgeschriebenen Spannungsprüfungen standhält.

Der Stahltank trägt die aktive Baugruppe und schützt sie vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen im Freien. Schweißverbindungen, Deckeldichtungen und Durchführungsdichtungen sind Teil des Flüssigkeitsrückhaltesystems. Das Design berücksichtigt auch Änderungen des Isolierflüssigkeitsvolumens bei steigender und fallender Betriebstemperatur.

Buchsen und externe Verbindungen

Hochspannungsdurchführungen sorgen für isolierte Verbindungen zwischen der Freileitung und den Transformatorwicklungen. Niederspannungsdurchführungen transportieren den Strom zu den abgehenden Versorgungsleitern.

Porzellan- und Polymerbuchsenwerden je nach Spannungsklasse, Gerätedesign und Versorgungsanforderungen eingesetzt. Anschlussabmessungen und Anschlussmaterialien müssen für die ausgewählten Leiter geeignet sein, einschließlich Kupfer- oder Aluminiumverbindungen, sofern angegeben.

Der Tank verfügt normalerweise über Erdungseinrichtungen, Hebepunkte und Montagehalterungen. Zur weiteren Ausstattung gehören je nach Modell u. aDruckentlastungsvorrichtung, Ölstandsanzeige, Abflussanschluss oder Probenahmevorrichtung.

Konventioneller und CSP-Schutz

Konventionelle Masttransformatorensind grundsätzlich auf separat installierte Schutzeinrichtungen angewiesen. Ein primärer Sicherungsschalter kann den Transformator bei bestimmten Fehlerbedingungen isolieren, während ein Überspannungsableiter vorübergehende Überspannungen im Zusammenhang mit Blitz- und Schaltereignissen begrenzt.

A Vollständig selbstgeschützter (CSP) Transformatorintegriert ausgewählte Schutzfunktionen in die Transformatorbaugruppe. Je nach Ausführung können dies u. a. seininterne Primärsicherung, Niederspannungs-Leistungsschalter und Überspannungsableiter. Einige Konfigurationen bieten externe Bediengriffe oder eine Überlastanzeige.

CSP-Schutzanordnungen unterscheiden sich je nach Hersteller, Kapazität und Spannungsklasse. Sie machen es nicht überflüssig, vorgelagerte Fehlerniveaus zu bewerten oder den Schutz mit der Verteilereinspeisung zu koordinieren.

Die elektrische Leistung eines Masttransformators wird durch seine bestimmtNennkapazität, Spannungsverhältnis, Verluste, Kurzschlussimpedanz und thermische Eigenschaften.

LeerlaufverlustTritt immer dann auf, wenn der Transformator mit Strom versorgt wird, auch wenn kein Strom an die angeschlossenen Geräte geliefert wird. Es ist hauptsächlich mit magnetischen Verlusten im Kern verbunden.Lastverlustwird durch den Stromfluss durch die Wicklungen und die damit verbundenen Streuverlustmechanismen erzeugt und nimmt mit steigender elektrischer Last zu.

Eine Reduzierung von40 W Leerlaufverluststellt ungefähr dar350 kWh Strom pro Jahrfür einen Transformator, der 8.760 Stunden lang ununterbrochen mit Strom versorgt wird. In einem Verteilungsnetz mit Hunderten von kontinuierlich mit Strom versorgten Einheiten können Unterschiede im Kernverlust messbare Auswirkungen auf den jährlichen Energieverbrauch haben.

Die elektrischen Nennwerte bestimmen auch den von den Sekundärklemmen geführten Strom. Zum Beispiel ein50-kVA-Einphasentransformator für 240 Vhat einen Nennsekundärstrom von ca208 A. A 100-kVA-Dreiphasentransformator, der 415 V Außenleiter liefertträgt ungefähr139 A pro Leitungbei Nenngleichlast. Diese Ströme beeinflussen die Auswahl des Sekundäranschlusses, die Leiterdimensionierung und die Anschlussanordnung.

Kurzschlussimpedanzbeeinflusst den Spannungsabfall unter Last und den an der Sekundärseite des Transformators verfügbaren Fehlerstrom. Eine niedrigere Impedanz ermöglicht im Allgemeinen einen höheren prospektiven Fehlerstrom, abhängig von der Impedanz des vorgeschalteten Systems. Der gemessene Impedanzwert allein gibt keinen Aufschluss über die vollständige Kurzschlussfestigkeit des Transformators; Darüber hinaus müssen die Wicklungsmechanik und die geltenden Festigkeitsanforderungen erfüllt sein.

Im Allgemeinen werden Masttransformatoren verwendetONAN-Kühlung, bei dem die Wärme der Wicklungen in die Isolierflüssigkeit gelangt und ohne Pumpen oder Lüfter über die Tankoberfläche an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Die Dauerbelastbarkeit hängt von der Umgebungstemperatur, dem Temperaturanstieg der Wicklung und der Kühlfläche ab. An Standorten mit hohen Umgebungstemperaturen oder in großer Höhe kann ein Transformator eine andere thermische Auslegung oder Betriebsleistung erfordern, um die angegebenen Temperaturgrenzen einzuhalten.

Die Herstellung von Transformatoren beginnt mit demKern- und Wicklungsbaugruppe. Kernbleche werden gestapelt und befestigt, um die erforderlichen magnetischen Eigenschaften beizubehalten, während die Wicklungen mit kontrollierter Leiterplatzierung, Isolationsdicke und elektrischen Abständen geformt werden.

Die zusammengebauten Wicklungen und Isolierungen werden vor dem Einfüllen des Öls getrocknet. In der Feststoffisolierung verbleibende Feuchtigkeit kann die Spannungsfestigkeit verringern und zur Verschlechterung der Isolierung während des Betriebs beitragen. Die Trocknungs- und Flüssigkeitsfüllprozesse stehen daher in engem Zusammenhang mit der langfristigen Isolationsleistung des Transformators.

DerStahltankwird hergestellt und geschweißt, bevor die aktive Baugruppe und das angegebene Zubehör installiert werden. Schweißverbindungen, Buchsen, Dichtungen und Deckelverbindungen werden auf mechanische Unversehrtheit und Dichtheit überprüft. Anschließend wird der Tank mit dem für die Einbauumgebung passenden Beschichtungssystem versehen.

Nach der Montage,Elektrische Prüfung im WerkMaßnahmenWicklungswiderstand, Spannungsverhältnis, Polarität oder Phasenbeziehung, Leerlaufverlust, Lastverlust und Kurzschlussimpedanz. Durch dielektrische Tests wird überprüft, ob das Isolationssystem den spezifizierten elektrischen Anforderungen entspricht.

Prüfung nach den geltenden Methoden vonIEEE C57.12.90oderIEC 60076kann durch zusätzliche, für das Projekt erforderliche Prüfungen ergänzt werden. Temperaturanstiegs-, Blitzstoß- und Kurzschlussfestigkeitsprüfungen werden durch die geltenden Konstruktions- oder Typprüfungsanforderungen berücksichtigt und nicht automatisch bei jeder hergestellten Einheit wiederholt.

Die Endkontrolle prüft auch dieTankoberfläche, Buchsen, Montagehalterungen, Erdungsanschlüsse, Typenschild und installiertes Zubehör. Elektrische Prüfaufzeichnungen und Identifikationsdetails sind mit der entsprechenden Seriennummer des Transformators verknüpft.

Das Betriebsgewicht eines Masttransformators umfasst dieTank, Kern und Wicklungen, Isolierflüssigkeit und installiertes Zubehör. Dieses Gewicht wirkt über die Montagehalterungen oder die Stützplattform auf den Mast.

Eine kleine einphasige Einheit kann mit einer geeigneten Aufhängeanordnung direkt am Mast montiert werden. Größere Transformatoren und Drehstromanlagen können Traversen, Plattformen oder zweipolige Tragkonstruktionen erfordern. Das mechanische Design muss das Gewicht der Ausrüstung, die Montagegeometrie und die Umgebungsbelastungen berücksichtigen.

Bei der Installation im Freien ist der Transformator außerdem Bedingungen ausgesetzt, die sich auf Isolierung und Lebensdauer auswirken.

Elektrische Abständehängen von der Systemspannung, der Anordnung der nahegelegenen Leiter und den örtlichen Versorgungsanforderungen ab. Durchführungen, Sicherungsautomaten und Überspannungsableiter müssen ausreichend von benachbarten unter Spannung stehenden Geräten und geerdeten Strukturen getrennt sein.

Wind-, Eis- und seismische BelastungenSie haben ggf. Einfluss auf die Tragkonstruktion und die Montageteile. Standorte mit Vögeln oder anderen Wildtieren erfordern möglicherweise isolierte Durchführungsabdeckungen und zusätzliche Wildschutzkomponenten, um kontaktbedingte Fehler zu reduzieren.

An Küstenstandorten kann Salz in der Luft den Verfall von freiliegendem Stahl und Armaturen beschleunigen. Beschichtungssysteme, die darauf ausgelegt sindIEEE C57.12.30Für geeignete mastmontierte Geräte können zusammen mit geeigneter korrosionsbeständiger Hardware spezifiziert werden.

Hohe Umgebungstemperaturen, Sonneneinstrahlung und eingeschränkte Luftbewegung können die Betriebstemperatur des Transformators erhöhen. Ein weiterer Aspekt ist die Höhe des Standorts, da eine verringerte Luftdichte die Wärmeableitung und die Leistung der externen Isolierung beeinträchtigt.

Diese Installationsbedingungen beeinflussen die Eignung der gesamten Transformatoranordnung, auch wenn die erforderlichen kVA- und Spannungswerte ansonsten korrekt sind.

Masttransformatoren werden hauptsächlich in Verteilnetzen eingesetztFreileitungen für Mittelspannung, insbesondere wenn der Geräteraum auf Bodenhöhe begrenzt ist oder die Lasten über eine große Fläche verteilt sind.

Ländliche WohnverteilungZur Versorgung einzelner Häuser, Hausgruppen und Gemeinschaftsgebäude werden üblicherweise einphasige Geräte eingesetzt. Durch die Positionierung von Transformatoren entlang der Mittelspannungseinspeisung können Niederspannungs-Versorgungsleiter nahegelegene Kunden erreichen, ohne dass ein einziger Niederspannungsstromkreis über eine übermäßige Entfernung ausgedehnt werden muss.

Landwirtschaftliche AnlagenMöglicherweise ist Strom für Bewässerungspumpen, Getreideverarbeitungsgeräte, Belüftung, Kühlung und landwirtschaftliche Gebäude erforderlich. Kleinere Anlagen können mit einphasiger Stromversorgung betrieben werden, während größere motorbetriebene Geräte häufig dreiphasigen Strom benötigen. Die Anlaufeigenschaften und die Betriebsdauer des Motors beeinflussen die für diese Lasten erforderliche Transformatorkapazität.

Kommerzielle EinrichtungenB. Straßenbetriebe, ländliche Geschäfte, kleine Lagerhäuser und Servicegebäude, können Strom von an Masten montierten Verteilergeräten beziehen, während das bestehende Stromnetz Freileitungen nutzt.

Leichtindustriestandortedarf Dreiphasentransformatoren für Werkstätten, Verarbeitungsgeräte und Hilfsstromsysteme verwenden. Die Ausrüstung muss der kombinierten Betriebslast und den Spannungsänderungen im Zusammenhang mit dem Anlassen von Motoren oder anderen intermittierenden Hochstromlasten standhalten.

Abgelegene Gemeinden und verstreute VersorgungsnetzeVerwenden Sie auch Masttransformatoren, da einzelne Einheiten an geeigneten Stellen entlang von Freileitungen installiert werden können. Transformatorpositionen und Nennwerte können so ausgewählt werden, dass sie die Verteilung der angeschlossenen Lasten widerspiegeln.

BeiOktalpfeifeDie Spezifikationen für Masttransformatoren werden mit dem tatsächlichen Verteilungssystem und den Installationsbedingungen verglichen. DerPrimärwicklungsspannung, Nennkapazität, Sekundäranschluss, Isolationsgrad, Durchführungsanordnung und Schutzausrüstungwerden gemeinsam geprüft. In geerdeten Sternnetzen unterscheidet sich die Leiter-zu-Leiter-Spannung des Einspeisers von der Spannung, die an einer Phase-Neutral-Transformatorwicklung anliegt, weshalb die korrekte Nennspannung der Primärspannung besonders wichtig ist. Für Ersatzgeräte, vorhandenMontagepositionen und Leiteranschlüssewerden auch berücksichtigt, um Änderungen während der Installation zu minimieren.

Die Ausstattungsdetails fließen in die Projektdokumentation ein.Übersichtszeichnungen, Typenschilddaten, Werksprüfberichte und Verpackungsinformationenwerden auf den für den Versand vorbereiteten Transformator abgestimmt. Bei Nachbestellungen oder Ersatzprojekten können frühere Spezifikationen und Zeichnungen herangezogen werden, um den Bedarf aufrechtzuerhaltenelektrische Nennwerte, Anschlussanordnungen und Montagedetails.

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FAQ

 

 

01.Kann ein 60-Hz-Masttransformator in einem 50-Hz-Stromnetz betrieben werden?

Nicht automatisch. Bei gleicher Spannung erhöht eine Reduzierung der Frequenz von 60 Hz auf 50 Hz das Spannungs-Frequenz-Verhältnis um 20 %, wodurch die Gefahr einer Kernsättigung und einer Überhitzung besteht. Der Transformator muss für 50 Hz ausgelegt oder für den Zweifrequenzbetrieb zugelassen sein.

02. Warum haben einige einphasige Masttransformatoren eine Hochspannungsdurchführung und andere zwei?

Die Anordnung hängt vom Anschluss der Primärwicklung und der Erdung des Systems ab. Einheiten mit einer Durchführung nutzen bei geeigneten geerdeten Systemen einen internen Rückleitungsanschluss, während Einheiten mit zwei Durchführungen den Zugang zu beiden Primäranschlüssen ermöglichen.

03.Kann ein Masttransformator Geräte mit einem hohen Motoranlaufstrom versorgen?

Ja, wenn seine Spannungsregelung, Kurzschlussimpedanz und Wärmekapazität zum Motor passen. Hohe Anlaufströme können vorübergehende Spannungsabfälle verursachen, daher müssen die Anlaufanforderungen getrennt von den laufenden kVA-Werten bewertet werden.

04.Werden Masttransformatoren bereits mit Isolieröl geliefert?

Viele versiegelte Transformatoren werden mit Isolieröl vorgefüllt ausgeliefert. Geräte, die ohne volle Ölfüllung geliefert werden, erfordern vor dem Betrieb eine ordnungsgemäße Befüllung, Feuchtigkeitskontrolle und Prüfungen vor der Stromversorgung.

Zertifizierungen

 

CE-Zertifikat

ISO 9001-Zertifikat

API Q1-Zertifikat

ABS-Zertifikat

AP-5L Zertifikat

API-5CT Zertifikat

 

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