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Beim Betrieb von Leistungstransformatoren entstehen, wie bei jedem technischen System, Leistungsverluste in Form von Wärme. Um eine Überhitzung zu verhindern, müssen diese technisch begrenzt werden, denn die Betriebstemperatur hat maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer des Transformators:
Studien der Universität Stuttgart haben gezeigt, dass sich die zu erwartende Lebensdauer eines Leistungstransformators halbiert, wenn sich die Hot-Spot-Temperatur der Wicklung um nur 6 Kelvin erhöht. Auch kurzfristige Temperaturspitzen sind im Betrieb bereits kritisch, denn bei einer zu starken Überhitzung, die beispielsweise bei einer Überlastung auftreten kann, muss der Transformator ausgeschaltet werden. Das kann im schlimmsten Fall zu einem kompletten Ausfall des Systems führen, mit weitreichenden Folgen für Betreiber und Anwender.
Um eine Überhitzung zu vermeiden, ist eine effiziente Transformatorenkühlung von besonderer Bedeutung. Diese wird umso wichtiger, da durch steigende Umgebungstemperaturen und dynamischer Lastverläufe infolge eines zunehmenden Anteils regenerativer Energien, auch die Einsatzbedingungen für Transformatoren anspruchsvoller werden.
Das Transformatoröl leitet die von Spulen und Kern erzeugte interne Wärme an die außenliegenden Kühlsysteme, Radiatoren oder Ölkühler geben diese dann an die Umgebung ab. Wenn die natürliche ONAN-Kühlung von Öl-Transformatoren nicht mehr ausreicht, um die Hot-Spot-Temperatur auf dem benötigten Niveau zu stabilisieren, wird die Kühlleistung durch Ventilatoren erhöht. Dann spricht man von einer ONAF-Kühlung oder (wenn das Öl gepumpt wird) von einer OFAF-Kühlung.
Öl-Transformatoren werden für die Erzeugung, Verteilung und Übertragung von elektrischer Energie für zahlreiche Industriebranchen und Sonderanwendungen eingesetzt. Unter anderem durch die stark schwankenden Einspeiseleistungen von umweltfreundlichen Energieerzeugern wie z. B. Windparks müssen Öl-Transformatoren immer höhere Ansprüche an die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erfüllen. Das Kühlungssystem muss ebenfalls absolut zuverlässig sein.
Die Nachfrage nach umweltfreundlichen, brandsicheren Transformatoren, die z. B. in Siedlungen und Ballungsgebieten eingesetzt werden können, steigt ebenfalls kontinuierlich an. Hier sind Trockentransformatoren ohne Öl erste Wahl. Sie sind weitgehend wartungsfrei und werden unter anderem für Gebäudekomplexe und Industriebetriebe mit strengen Brandschutzvorgaben verwendet, aber auch für Schiffsanlagen auf See und Offshore-Windparks.
Um die Verlustwärme, die abhängig vom Laststrom ansteigt, abzuleiten, darf die Umgebungstemperatur nicht zu warm sein. In kritischen Anwendungen kann die natürliche Kühlung durch eine aktive Oberflächenkühlung mithilfe von Ventilatoren deutlich verbessert werden.
Die Erwärmung im Inneren einer Trafostation wird zu 80% vom Transformator selbst verursacht. Die restliche Wärme stammt von den Verlustleistungen der Schaltanlagen, Schmelzsicherungen, Kabel und Anschlüsse. Die Verlustwärme von Transformatorstationen muss so abgeleitet werden, dass sich der Stationsraum auch bei ungünstigen Bedingungen (z. B. Volllast, heißes Wetter, direkte Sonneneinstrahlung) nie auf mehr als 45°C erwärmt.
Die Umgebungstemperatur der Transformatorstationen spielt dabei eine immer wichtigere Rolle: Weil das Klima immer heißer wird und es wahrscheinlich in jedem künftigen Sommer viele extrem heiße Tage bei wolkenlosem Himmel geben wird, reichen die natürliche Belüftung und passive Kühlung zur sicheren Kühlung des Transformators unter allen möglichen Bedingungen in der Regel nicht aus. Dann wird ein aktiver Luft- und Wärmeaustausch benötigt, der mit Klimageräten und Ventilatoren die passive Lüftung der Trafostation unterstützt. Für maximale Energieeffizienz der Kühlungs- und Lüftungsanlage sorgt die dazugehörige Kontroll- und Regeltechnik, damit die Ventilatoren zuverlässig starten, sobald die Raumtemperatur sich dem definierten kritischen Niveau nähert. So ist die Installation einer aktiven Kühlung auch bei passiv belüfteten Trafos eine lohnende Investition und ein Garant für eine höhere Ausfallsicherheit.
Um eine bessere Kühlleistung zu erreichen, wird die natürliche Kühlung mithilfe eines durch Ventilatoren vergrößerten Luftmassenstroms erhöht. Hierfür werden seit mehr als 50 Jahren meist Axialventilatoren von ZIEHL-ABEGG sowohl zur Radiatorkühlung als auch für Ölkühler eingesetzt. Typischerweise kommt hierbei ein Verbund von mehreren Ventilatoren der Baugrößen 500 bis 1.250 mm zum Einsatz, die parallel betrieben werden.
Diese zeichnen sich nicht nur durch einen zuverlässig hohen Wirkungsgrad aus, sondern ebenso durch eine lange Lebensdauer sowie eine herausragende Material- und Verarbeitungsqualität. Die Qualität der Ventilatoren und der perfekt darauf abgestimmten Steuer- und Regeltechnik stellt eine wichtige Basis für die Betriebs- und Ausfallsicherheit von Kraft- und Umspannwerken dar. Da diese sich häufig in der Nähe von bebauten Wohn- oder Gewerbegebieten befinden, spielt auch die Geräuschemission eine wesentliche Rolle. Durch den Einsatz des vielfach bewährten Ventilatorsystems ZAplus mit dem bionischen FE2owlet Flügel wird die Akustik verbessert. Des Weiteren bietet ZIEHL-ABEGG drei Standardversionen für den Korrosionsschutz, um die Lebensdauer der Ventilatoren zu verlängern. Wir sind in der Lage, auf unterschiedliche Kundenbedarfe und -erwartungen einzugehen und nahezu jede Kundenspezifikation zu erfüllen.
Auch für die Kühlung von Trockentransformatoren hat ZIEHL-ABEGG vielfach bewährte Lösungen parat. So stehen verschiedene hocheffiziente Ventilatorsysteme zur Verfügung: Querstromventilatoren, Axialventilatoren sowie die ein- oder beidseitig saugenden Radialventilatoren der S-Reihe im Kompaktgehäuse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln. Je nach Anwendungszweck werden die Ventilatoren in geschlossenen Räumen zur Be- und Entlüftung und zur direkten Kühlung eingesetzt. Abgerundet wird dieses vielseitige Produktportfolio durch zahlreiche Regelgeräte, Schutz- und Überwachungsgeräte aus dem Hause ZIEHL-ABEGG, die sich auch in bestehende ältere Systeme und Anlagen anderer Hersteller problemlos integrieren lassen.
Der Megatrend Digitalisierung verändert zunehmend auch die Energieversorgung. Hier müssen durch einen immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien neue Herausforderungen bewältigt werden. Mit der neuen ECblue-Motorengeneration von ZIEHL-ABEGG steht bereits heute eine technisch ausgereifte, zukunftsweisende Lösung bereit: Hochintelligente Sensoren, eine integrierte MODBUS-Kommunikation und die Möglichkeit der vorausschauenden Wartung empfehlen die ECblue Hocheffizienzmotoren auch für die Transformatoren- und Radiatorkühlung.
* Diese ZIEHL-ABEGG Produkte, die als mögliche Lösungen für diese Anwendungen vorgeschlagen werden, haben rein informativen Charakter und dienen einer groben Orientierung. Folglich ist bezüglich einer konkreten Anwendung ein individueller Kontakt mit unseren technischen Vertriebsexperten notwendig und sinnvoll, damit im Hinblick auf die spezifischen Bedingungen die konkrete Verwendung geprüft und genehmigt werden kann.
