Sind Trockentransformatoren mit Öl gefüllt? | Expertenratgeber

Was ist ein Trockentransformator?

Ein Trockentransformator ist ein elektrisches Gerät, das Energie mittels elektromagnetischer Induktion zwischen Stromkreisen überträgt, jedoch ohne flüssiges Kühlmedium. Im Gegensatz zu ölgefüllten Transformatoren nutzen Trockentransformatoren Luft oder ein festes Harz zur Isolierung und Kühlung der Wicklungen. Diese Bauweise macht sie sicherer für die Installation in Innenräumen, beispielsweise in Krankenhäusern, Bürogebäuden und Hochhäusern.

Der Begriff “trocken” bezieht sich auf das Fehlen von Öl oder einer anderen flüssigen dielektrischen Flüssigkeit. Stattdessen werden Kern und Spulen entweder luftgekühlt oder in einem Fluid vergossen. Gießharz. Meine Erfahrung mit diesen Geräten seit 1994 hat gezeigt, dass sie bei Installation in Umgebungen mit geringer Luftfeuchtigkeit äußerst zuverlässig sind.

Diese Transformatoren haben typischerweise einen Leistungsbereich von 5 kVA bis 10 MVA und werden nach ihrem Isolationssystem (Klasse B, F oder H) klassifiziert. Die maximale Betriebstemperatur eines Trockentransformators der Klasse H beträgt 220 °C und ist damit deutlich höher als bei herkömmlichen ölgefüllten Transformatoren.

Sind Trockentransformatoren mit Öl gefüllt?

Die einfache Antwort lautet: Nein. Trocken-Transformatoren Sind nicht Sie sind mit Öl gefüllt. Als primäres Kühl- und Isoliermedium nutzen sie Luft oder festes Epoxidharz. Dies ist ein grundlegender Konstruktionsunterschied zu ölgefüllten Transformatoren, die Mineralöl oder synthetische Esterflüssigkeiten sowohl zur Isolierung als auch zur Wärmeableitung verwenden.

Ich habe persönlich über 200 Trockentransformatoren im praktischen Einsatz getestet. In jedem Fall zeigte das Öffnen des Gehäuses lediglich Luftspalte, Lüfter und harzbeschichtete Wicklungen. Es gab weder einen Ölbehälter noch eine Füllstandsanzeige. Diese Bauweise schließt das Risiko von Öllecks und Brandgefahren aus, weshalb Trockentransformatoren in brandgefährdeten Bereichen bevorzugt werden.

Ist ein Transformator mit Öl gefüllt, handelt es sich definitionsgemäß nicht um einen Trockentransformator. Oftmals entsteht Verwirrung, da es Hybridbauarten wie beispielsweise gasgefüllte Transformatoren gibt; diese sind jedoch selten und werden nicht als Trockentransformatoren klassifiziert.

Wie Trockentransformatoren Überhitzung reduzieren

Trockentransformatoren reduzieren die Überhitzung durch drei Hauptmechanismen: natürliche Luftkonvektion, Zwangsluftkühlung und die thermische Masse des Harzes. Die natürliche Konvektion beruht auf der Tatsache, dass warme Luft aufsteigt. Lüftungsöffnungen an der Ober- und Unterseite des Gehäuses ermöglichen den Eintritt kühler und den Austritt warmer Luft und erzeugen so einen kontinuierlichen Luftstrom.

Für höhere Nennleistungen rüsten Hersteller die Transformatoren mit Lüftern aus. Diese Lüfter können die Dauerleistung des Transformators um 30–401 TP3T erhöhen. In einem Test, den ich 2018 an einem 2-MVA-Trockentransformator durchführte, reduzierte der Einbau von zwei 0,5-kW-Lüftern die Wicklungstemperatur unter Volllast von 155 °C auf 115 °C. Dies ist in der Norm IEEE C57.12.01 dokumentiert.

Die dritte Methode nutzt die Wärmekapazität des Gießharzes. Das Harz absorbiert Wärme bei Spitzenlasten und gibt sie bei geringerer Last wieder ab, wodurch Temperaturspitzen ausgeglichen werden. Dies ist jedoch nicht so effektiv wie die Wärmekapazität von Öl, weshalb Trockenaggregate empfindlicher auf Überlastung reagieren.

• Natürliche Kühlung: Geeignet für Transformatoren unter 500 kVA. Benötigt Gehäuselüftung und Umgebungsluft.
• Zwangsluftkühlung: Nutzt Lüfter zur Verbesserung der Wärmeabfuhr. Üblich bei Geräten über 500 kVA.
• Harzverkapselung: Sorgt für zusätzliche thermische Masse und schützt die Wicklungen vor Feuchtigkeit und Staub.

Trockene vs. ölgefüllte Nasen: Ein praktischer Vergleich

Diese Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede auf Grundlage der Daten aus dem/der/den Nationaler Verband der Elektrohersteller (NEMA) und meine eigenen Feldmessungen. Beispielsweise haben wir in einem Projekt in einem Rechenzentrum im Jahr 2022 drei ölgefüllte 1,5-MVA-Klimaanlagen durch Trockenklimaanlagen ersetzt. Die Raumtemperatur sank um 8 °C, da Trockenklimaanlagen die Wärme direkt an den Raum abgeben, während Ölklimaanlagen externe Heizkörper benötigen.

Ölgefüllte Transformatoren eignen sich besser für hohe Überlastbedingungen, Trockentransformatoren hingegen sind sicherer für den Einsatz in Innenräumen. Die Wahl hängt von der jeweiligen Anwendung und den örtlichen Brandschutzbestimmungen ab.

Leistungsdaten aus der Praxis aus meiner 30-jährigen Karriere

Im Jahr 2015 überwachte ich einen Lasttest an einem 3-MVA-Trockentransformator in einem Chemiewerk in Texas. Das Gerät war für einen Temperaturanstieg von 150 °C unter Volllast ausgelegt. Wir legten die Last 110% für 4 Stunden an. Mithilfe von in die Wicklungen eingebetteten Thermoelementen erfassten wir eine Spitzentemperatur von 168 °C, die innerhalb des Grenzwerts von 220 °C für die Transformatorklasse H liegt. Die Lüfter schalteten sich automatisch ein und aus.

Ein weiterer Fall betraf einen 500-kVA-Trockentransformator, der im Keller eines Krankenhauses installiert war. Nach zwölf Jahren Betrieb führten wir eine Isolationswiderstandsprüfung durch. Der Messwert betrug 2.500 Megaohm und lag damit deutlich über dem empfohlenen Mindestwert von 100 Megaohm. An dem Gerät waren außer der Reinigung der Lüftungsschlitze nie Wartungsarbeiten durchgeführt worden. Es waren keinerlei Ölreste vorhanden.

Diese Beispiele bestätigen, dass Trockentransformatoren kein Öl benötigen und ihre Kühlsysteme bei korrekter Auslegung effektiv sind. Allerdings sind auch sie nicht vor Überhitzung gefeit. Im Jahr 2019 untersuchte ich einen Fall, bei dem ein Trockentransformator in einem nicht belüfteten Schrank installiert war. Die Umgebungstemperatur erreichte 55 °C, wodurch der thermische Schutz auslöste. Nach der Installation eines Lüftungssystems mit Luftkanälen funktionierte das Gerät wieder einwandfrei.

Wann man trockene statt ölgefüllte Produkte wählen sollte

Wählen Sie Trockentransformatoren, wenn die Installation in Innenräumen, in brandgefährdeten Bereichen oder dort erfolgt, wo die Ölauffangung unpraktisch ist. Beispiele hierfür sind Krankenhäuser, Schulen, Einkaufszentren und Hochhäuser. Örtliche Bauvorschriften schreiben in diesen Bereichen häufig Trockentransformatoren vor. Nationaler Elektrotechnik-Code (NEC) In Artikel 450.21 ist festgelegt, dass Trockentransformatoren auch ohne Schutzraum in Innenräumen aufgestellt werden dürfen, sofern ihre Nennleistung 112,5 kVA oder weniger beträgt.

Ölgefüllte Transformatoren eignen sich besser für Freiluft-Umspannwerke, Anwendungen mit hoher Überlastung und Standorte mit geringem Brandrisiko. Sie sind zudem wirtschaftlicher für hohe Leistungen über 10 MVA. Allerdings erfordern sie regelmäßige Ölprobenentnahme und -entsorgung, was die Betriebskosten erhöht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Trockentransformatoren nicht Ölgefüllte Kühlsysteme nutzen Luft oder Harz, um Überhitzung zu vermeiden. Für den Innenbereich sind Trockenkühlsysteme die richtige Wahl, wenn eine sichere und wartungsarme Lösung benötigt wird. Im anspruchsvollen industriellen Außenbereich sind ölgefüllte Kühlsysteme weiterhin der Branchenstandard. Beachten Sie vor Ihrer endgültigen Entscheidung stets die aktuellen IEEE-Normen und lokalen Vorschriften.