Elektrische Transformatoren sind beeindruckende Geräte, die mithilfe der in ihrem Gehäuse befindlichen Komponenten elektrische Leistung im Megawattbereich regulieren. Transformator-Durchführungen dienen dazu, diese internen Komponenten sicher mit externen Stromkreisen zu verbinden.
In diesem Artikel werden wir uns sehr ausführlich mit Transformator-Durchführungen befassen. Wir werden untersuchen, was eine Durchführung ist, welche verschiedenen Bauarten es gibt und nach welchem Prinzip sie funktioniert.
Was ist eine Transformator-Durchführung?
Die Durchführung des elektrischen Transformators ist ein entscheidendes Isolierbauteil des elektrischen Transformators. Sie ermöglicht es, elektrische Anschlüsse sicher und zuverlässig durch den geerdeten Transformatorbehälter zu führen, um interne und externe Teile miteinander zu verbinden.
Entsprechend der Konstruktion und Funktionsweise eines elektrischen Transformators ist der Transformatorbehälter aus Sicherheitsgründen geerdet. Die Transformator-Durchführung sorgt für die erforderliche elektrische Isolierung, mechanische Abstützung und Feldsteuerung, um eine zuverlässige Verbindung zwischen den externen und internen elektrischen Komponenten des Transformators zu gewährleisten.
Wie funktioniert eine Transformator-Durchführung?
Bei elektrischen Transformatoren muss ein stromführender Leiter (in der Regel Kupferdrähte oder -bänder) geerdete metallische Transformatorbehälter durchqueren. Die Durchführung ermöglicht diese Verbindung auf sichere und zuverlässige Weise, indem sie den Leiter in einer sorgfältig konstruierten Dämmsystem. Das System ist so ausgelegt, dass jeglicher Stromverlust aus eingehenden oder ausgehenden Stromleitungen verhindert wird.
Die Durchführungen sind so konstruiert, dass das Leitermaterial im Zentrum verbleibt, während der umgebende Teil der Durchführung aus hochwertigem Isoliermaterial besteht. Dieses Isoliermaterial gewährleistet eine ausreichende Durchschlagfestigkeit zwischen dem Leiter und dem geerdeten Behälter.
Schema der Transformator-Durchführungen
Eine herkömmliche Transformator-Durchführung besteht aus fünf Hauptkomponenten. Die erste und wichtigste Komponente der Transformator-Durchführung ist der zentrale stromführende Leiter. Er ist das Bauteil, das die externen und internen elektrischen Komponenten miteinander verbindet.
Dieser stromführende Leiter ist von der Isolierflüssigkeit oder einem festen Isolator umgeben, der als internes Isolationssystem bezeichnet wird. Das interne Isolationssystem stellt sicher, dass das Verbindungsmaterial ordnungsgemäß von allen anderen Teilen der Durchführung und des Transformatorbehälters isoliert ist.
Das interne Isolationssystem befindet sich im Inneren des Durchführungsgehäuses, das als äußeres Isolationsgehäuse bezeichnet wird. Das äußere Gehäuse ist für die Gesamtisolierung der Anlage verantwortlich. Es stellt sicher, dass kein Strom aus dem Transformator in das leitende Material entweicht, das durch die Durchführung verläuft.
Die Transformator-Durchführung verfügt außerdem über Flansche zur Befestigung und Erdung der Durchführung. Um die internen elektrischen Komponenten des Transformators mit der externen elektrischen Anlage zu verbinden, verfügt die Durchführung über Anschlüsse, sodass eine ordnungsgemäße elektrische Verbindung hergestellt werden kann.
Bedeutung des Klassifizierungssystems für die Isolierung von Durchführungen
Bei Arbeiten an Transformator-Durchführungen führt ein Anstieg der elektrischen Spannung zu einer Zunahme dieser durch das elektrische Feld erzeugten Spannungen. Bei höheren Spannungen werden diese Spannungen ungleichmäßig verteilt und konzentrieren sich stark in der Nähe des Leiters.
Um dies zu kontrollieren, werden moderne Maschinen mit abgestuften Isolationssystemen hergestellt, die die elektrische Feldstärke regulieren und eine lokale Überbeanspruchung verhindern können.
Dieses Isolationsklassifizierungssystem gewährleistet, dass die Durchführung des elektrischen Transformators folgende Eigenschaften aufweist:
- Gleichmäßige Spannungsverteilung im Durchführungsbereich, wenn Hochspannungsstrom durch die Durchführung fließt
- Es sorgt für eine geringere Teilentladungsaktivität im Bereich der Transformator-Durchführungen.
- Außerdem verhindert es die Zersetzung des Isoliermaterials und sorgt für eine längere Lebensdauer der Durchführungen.
Durch eine gleichmäßige Spannungsverteilung werden Teilentladungen reduziert und die Lebensdauer der Durchführungen verlängert. Die Isolationsklassifizierungssysteme sorgen für eine verbesserte Betriebssicherheit des elektrischen Transformators und der Transformator-Durchführungen.
Material für Transformator-Durchführungen
Elektrische Transformator-Durchführungen werden aus einer Vielzahl von Werkstoffen hergestellt. Die Wahl des Werkstoffs hängt weitgehend von der Konstruktion der Durchführung und dem Einsatzzweck ab, für den sie vorgesehen ist. Wir haben alle möglichen Werkstoffe, die bei der Herstellung von Transformator-Durchführungen zum Einsatz kommen, ausführlich behandelt.
Porzellanbuchsen
Das am häufigsten verwendete Zusatzmaterial bei der Herstellung von Transformator-Durchführungen ist Porzellan. Diese Porzellan-Durchführungen werden traditionell in allen Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen eine hohe mechanische Festigkeit bei hervorragenden dielektrischen Eigenschaften erforderlich ist. Sie sind bekannt für ihre lange Lebensdauer; allerdings ist Porzellan ein sprödes Material, und es kann zu katastrophalen Ausfällen kommen, wenn die mechanische Belastung seine Bruchgrenze überschreitet.
Polymere und Verbundwerkstoffe
Um das Problem katastrophaler Ausfälle bei Porzellanbuchsen zu beheben, wurden Polymere und Verbundwerkstoffe in die Buchsenherstellung eingeführt. Diese Polymere und Verbundwerkstoffe sind sehr leicht und weisen eine hervorragende Beständigkeit gegen alle Arten von elektrischen und thermischen Belastungen auf. Die Polymere und Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine deutlich bessere Verschmutzungsbeständigkeit aus und sind widerstandsfähig gegen alle Arten von Vandalismus und Rissbildung.
Isoliermaterialien für Buchseninnenseiten
Zur Herstellung der äußeren oder Gesamtform der Buchse werden Porzellan sowie Polymer- oder Verbundwerkstoffe verwendet. Auch die inneren Bestandteile der Buchse müssen isoliert werden, wofür separates Buchsenmaterial zum Einsatz kommt.
Zu den Materialien für Innenbuchsen gehören
- Mit Öl getränktes Papier
- Mit Harz imprägniertes Papier
- Synthetisches Dämmmaterial
Kriterien für die Materialauswahl von Buchsen
Die Kriterien für die Materialauswahl der Transformator-Durchführung hängen von einer Reihe von Faktoren ab, darunter unter anderem:;
- Typ, Bauart, Größe und Nennleistung von elektrischen Transformatoren
- Der maximale Spannungspegel, der unter Spitzenlastbedingungen auftreten kann
- Die nationalen und internationalen Normen und Gesetze zur Regelung von Transformatoren und deren Konstruktion
- Die Umgebungsbedingungen, unter denen die Durchführungen eingebaut werden
- Jede Art von mechanischer Belastung der Transformator-Durchführung
- Die Wartungskriterien und die Gesamtprojektkosten
Arten von Transformator-Durchführungen
Je nach Anwendungsbereich und Typ des elektrischen Transformators gibt es verschiedene Arten von Transformator-Durchführungen, die speziell für die jeweiligen Anforderungen entwickelt wurden. Darüber hinaus kann jeder Transformator je nach Bauart und Einsatzzweck über mehr als eine Durchführung verfügen. Im Folgenden werden einige der grundlegenden Typen von Transformator-Durchführungen vorgestellt.
Hochvoltstecker
Hochspannungsdurchführungen werden am Hochspannungsanschluss bzw. auf der Hochspannungsseite des elektrischen Transformators eingesetzt. Diese Durchführungen verfügen über eine kondensatorartige Isolierung und sind so ausgelegt, dass sie das elektrische Feld kontrollieren und somit hohen elektrischen Belastungen standhalten.
Niederspannungsdurchführung
Niederspannungsdurchführungen oder der Einsatz von Durchführungen auf der Niederspannungsseite des elektrischen Transformators. Aufgrund der Niederspannungsanwendungen sind diese Durchführungen recht einfach aufgebaut und stellen im Grunde solide dielektrische Durchführungen dar, die relativ geringen chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Neutrale Buchse
Neutrale Durchführungen sind ein wesentlicher Bestandteil von elektrischen Transformatoren und werden, ähnlich wie Niederspannungsdurchführungen, bei relativ niedrigen Spannungen eingesetzt. Diese Durchführungen sind für Erdungssysteme und das Fehlerstrommanagement unverzichtbar.
Isolator mit toter Vorderseite
Eine „Dead-Front“-Buchse ist eine spezielle Art von Buchse, die speziell für die Transformatoren mit Sockel. Bei diesen Buchsen sind alle elektrisch leitenden Teile durch Gummi oder ein epoxidharzähnliches Material gut isoliert.
Dies erhöht die Sicherheit erheblich, minimiert das Unfallrisiko und erleichtert die Inspektion und den Austausch in dicht bestückten Anlagen. „Dead-Front“-Durchführungen sind die gängige Wahl bei Transformatoren, die für den amerikanischen Markt konzipiert und entwickelt wurden.
Isolator mit lebender Vorderseite
Die „Live Front“-Buchse ist eine speziell entwickelte Buchsenkonstruktion, die für Transformatoren in offener Ausführung. Diese Buchsen verfügen über freiliegende Anschlüsse, die zwar das Unfallrisiko erhöhen, jedoch wesentlich einfacher zu handhaben sind und weniger kosten. Bei der Arbeit mit diesen Buchsen müssen Sicherheitsstandards und -verfahren strikt eingehalten werden.
Steckbuchse
Steckbare Transformator-Durchführungen sind moderne Alternativen zu Durchführungen mit isolierter und spannungsführender Vorderseite. Sie stellen zudem eine sichere Alternative zu herkömmlichen Durchführungen dar und sind für den schnellen Anschluss mittels eines abgeschirmten, trennbaren Steckverbinders ausgelegt. Bei Transformatoren, die für den europäischen Markt oder nach europäischen Normen konzipiert und entwickelt wurden, wird dieser Stecktyp bevorzugt.
Massive Buchsen
Massive Durchführungen gehören zu den traditionellsten Ausführungen von Durchführungen, bei deren Herstellung in der Regel ein homogenes Isoliermaterial zum Einsatz kommt. Diese Durchführungen sind für Niederspannungsanwendungen konzipiert und entwickelt worden.
Kondensator-Durchführung
Die Kondensator-Durchführung wird für Hochspannungsanwendungen eingesetzt. Diese Durchführungen wurden mit leitfähigen Schichten konstruiert und entwickelt, um das elektrische Feld zu glätten und die durch starke elektrische Felder verursachten Spannungen zu minimieren.
Arten von Hülsenklemmen
Die Durchführungsanschlüsse des Transformators sind die Stellen, an denen die Durchführung mit dem elektrischen Transformator verbunden wird. Je nach Bauart gibt es drei Haupttypen von Durchführungsanschlüssen. Der erste Typ ist der Bolzenanschluss, der zweite Typ sind Palm-Anschlüsse und der dritte Typ ist der Klemmanschluss.
Diese Klemme stellt die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Transformator und der Transformator-Durchführung her. Diese Verbindung sollte daher sicherstellen, dass die Verbindung zwischen der Durchführung und dem Transformator
- Ordnungsgemäß gesichert und mechanisch befestigt, sodass jede Art von mechanischer, thermischer und elektrischer Beanspruchung angemessen bewältigt werden kann
- Anschluss mit möglichst geringem elektrischen Widerstand, da ein hoher Kontaktwiderstand zu Überhitzung führen und einen Ausfall der Durchführung oder des Transformators verursachen kann.
Häufige Ausfälle von Transformator-Durchführungen und deren Wartung
Wie jede andere Komponente eines elektrischen Transformators ist auch die Transformator-Durchführung anfällig für Ausfälle und Wartungsprobleme die für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Transformators berücksichtigt werden müssen. Im Folgenden sind einige der häufigsten Ausfälle von Transformator-Durchführungen sowie Wartungsmaßnahmen aufgeführt, die Sie durchführen müssen, um eine effiziente Leistung zu erzielen.
Teilentladung
Da die Transformator-Durchführung für die Isolierung der elektrischen Leiter konzipiert und entwickelt wurde, die in diese Transformatoren hinein- und aus ihnen herausführen, gehört dies zu den häufigsten Mängeln, die bei der Wartung des Transformators festgestellt werden. Die Durchführung versagt nicht vollständig, sondern es wird davon ausgegangen, dass aufgrund kleinerer Defekte ein geringer elektrischer Strom austritt.
Isolationsdurchschlag
Ein weiterer sehr häufiger Ausfallgrund bei Transformator-Durchführungen ist der Isolationsdurchschlag. Ein dauerhafter Ausfall der Isolierhülse, bei dem die Isolierhülse des Transformators die Isolierung des elektrischen Leiters, der in den elektrischen Transformator hinein- oder aus ihm herausführt, nicht mehr gewährleistet.
Der Isolationsdurchschlag wurde tatsächlich durch anhaltende elektrische und thermische Belastungen verursacht. Diese Belastungen entstehen durch übermäßige Hitze im Transformator. Diese elektrischen und thermischen Belastungen können zu einem Versagen des dielektrischen Materials führen.
Ölaustritt und Eindringen von Feuchtigkeit
Eine der Ausfallarten der Transformator-Durchführung tritt auf, wenn die Transformator-Durchführung beginnt aus dem die interne Isolieröl austritt. Das Ölleck ist tatsächlich entweder auf mangelhafte Fertigungsverfahren oder auf eine Beschädigung der Transformator-Durchführung zurückzuführen. Das aus der Transformator-Durchführung austretende Öl erhöht zudem die Gefahr des Eindringens von Feuchtigkeit, was zu einer Feuchtigkeitskontamination der Transformator-Durchführung führt.
Prüf- und Diagnosemethoden
Da die Transformator-Durchführung ein wesentlicher Bestandteil des elektrischen Transformators ist, werden im Rahmen der planmäßigen Wartung des elektrischen Transformators auch die Inspektion und die Diagnose der Transformator-Durchführung durchgeführt. Es gibt vier verschiedene Diagnoseverfahren an der Inspektion und Diagnose der Transformator-Durchführungen beteiligt und/oder wie folgt.
- Die Sichtprüfung der Transformator-Durchführung dient dazu, etwaige äußerlich erkennbare Schäden ausschließlich am äußeren Teil der Transformator-Durchführung sowie jegliche Art von Leckagen der internen Isolierflüssigkeit festzustellen.
- Die Infrarot-Thermografieprüfung dient dazu, die Transformator-Durchführung thermisch zu untersuchen und Anzeichen einer Überhitzung zu erkennen, die die Transformator-Durchführung beeinträchtigen könnten.
- An der Transformator-Durchführung wird eine Teilentladungsprüfung durchgeführt, um eventuelle Stromlecks an der Durchführung festzustellen.
- Die Kapazitäts- und Tangens-Delta-Messung dient dazu, die Isolationsfähigkeit der Transformator-Durchführung zu prüfen, die den in den Transformatorbehälter hinein- oder aus ihm herausführenden elektrischen Leiter isoliert.
Häufig gestellte Fragen
Warum benötigen Transformatoren Durchführungen?
Elektrische Transformatoren benötigen Durchführungen, um eine isolierte elektrische Verbindung zwischen externen und internen elektrischen Bauteilen herzustellen. Außerdem dienen sie der mechanischen Abstützung und der druckdichten Abdichtung der elektrischen Leiter.
Was führt zum Ausfall von Buchsen?
Faktoren wie das Eindringen von Feuchtigkeit, die Alterung der Isolierung, thermische Beanspruchung und Oberflächenverunreinigungen sind Hauptursachen, die zu einem vollständigen Ausfall der Durchführung führen können.
Was passiert, wenn eine Buchse ausfällt?
Ein Ausfall einer Transformator-Durchführung kann zu einem vollständigen oder teilweisen Ausfall des Transformators, zu Explosionen oder Bränden am betroffenen Teil oder zumindest zu einer vorübergehenden Unterbrechung der Stromversorgung führen.
Wie viel kostet der Austausch einer Buchse?
Das hängt ganz von der Art, der Größe und der Nennleistung des Transformators ab. Eine Niederspannungs-Verteiltransformator-Durchführung kann zwischen $100 und $350 pro Stück kosten, eine Hochspannungs-Durchführung zwischen einigen Tausend und $30.000. Bei den Gesamtkosten für den Austausch werden auch die Versand- und Installationskosten berücksichtigt.
Was ist der Unterschied zwischen einer Transformator-Durchführung und einem Isolator?
Transformator-Durchführungen sind ein wesentlicher Bestandteil eines Transformators, da sie eine isolierte und sichere Verbindung zwischen den internen und externen elektrischen Bauteilen des Transformators gewährleisten. Der Begriff „Isolator“ im weiteren Sinne bezieht sich hingegen auf das Material, das zur Isolierung interner Komponenten wie Wicklungen, Kern und anderer interner Teile verwendet wird.
Was sind die Anzeichen für eine defekte Transformator-Durchführung?
Die Transformator-Durchführung ist ein externes Bauteil, und Anzeichen für einen Defekt der Durchführung lassen sich bei einer Sichtprüfung feststellen. Zu diesen Anzeichen zählen Risse an der Außenfläche, Ölaustritt, hohe Temperaturwerte bei der Thermografie sowie abnormale Messwerte bei der Kapazitäts- und Tan-Delta-Prüfung.
Wie hoch ist die Lebensdauer einer Transformator-Durchführung?
Transformator-Durchführungen sind so konzipiert, dass sie während der gesamten Lebensdauer des Transformators, an dem sie installiert sind, eine effiziente Leistung erbringen. Für jede Transformator-Durchführung beträgt die normale Lebensdauer 10 bis 25 Jahre. Nutzungsdauer in der es die beste Leistung erbringt.
Fazit
Transformator-Durchführungen sorgen für eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen den inneren und äußeren Teilen eines Transformators. Die Auswahl der richtigen Art, Größe und des richtigen Materials für Transformator-Durchführungen ist entscheidend für die Effizienz und die Einhaltung internationaler Normen. Bei Daelim Belefic sorgen unsere Ingenieure mit jahrzehntelanger Erfahrung dafür, dass jeder Transformator mit dem richtigen Durchführungstyp konstruiert und gebaut wird. Wenn Sie Hilfe benötigen oder Fragen zur Konstruktion, Dimensionierung und Lieferung von Transformator-Durchführungen haben, Kontaktieren Sie uns jetzt!
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