Raum für Wachstum: Energieeffiziente Transformatoren zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit

Die Leistung eines Transformators hat einen großen Einfluss auf den Stromverbrauch sowie auf die Betriebs- und Wartungskosten von Versorgungsunternehmen, da die Geräte über ihre 25-jährige Lebensdauer hinweg konstant in Betrieb sind. Daher ist es umso wichtiger, in energieeffiziente Transformatoren zu investieren. Die wirtschaftliche Machbarkeit energieeffizienter Transformatoren in Verbindung mit der geringen Marktdurchdringung hocheffizienter Transformatoren bedeutet, dass erhebliches Wachstumspotenzial besteht.

Transformatoren sind statische Geräte in Elektrizitätssystemen, die elektrische Energie zwischen Stromkreisen durch elektromagnetische Induktion übertragen. Ihre Anwendung ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen durch Erhöhung der Spannung und Verringerung des Stroms, da die Verluste proportional zur durch den Draht fließenden Strommenge sind. Im Allgemeinen durchläuft der Strom auf dem Weg vom Kraftwerk zum Kunden vier oder fünf Transformatoren.

Transformatoren haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von rund 98,5 Prozent und gehören damit zu den energieeffizientesten Geräten. Aufgrund ihrer langen Lebensdauer ist es jedoch besser, in hocheffiziente Transformatoren zu investieren, um die Anhäufung erheblicher Energieverluste insgesamt zu vermeiden. Darüber hinaus werden plötzliche Ausfälle aufgrund der Verwendung hochwertigerer Materialien und eines optimalen Designs reduziert, zusätzlich zu geringeren Wartungskosten. Diese Vorteile summieren sich und stehen dem unvermeidlichen Anstieg der Anschaffungskosten gegenüber, da bei der Herstellung hocheffizienter Transformatoren mehr Kupfer in den Wicklungen und bessere Materialien im Kern verwendet werden.

Die gebräuchlichsten Transformatoren sind flüssigkeitsgefüllte Transformatoren mit isolierten und flüssigkeitsgekühlten Wicklungen. Diese Transformatoren werden am häufigsten von Energieversorgern eingesetzt und sind in allen Phasen des Stromnetzes zu finden, von der Erzeugung bis zur Übertragung und Verteilung. Sie sind normalerweise mit Mineralöl gefüllt, das brennbar ist und für die Verwendung in Gebäuden möglicherweise verboten ist, es sind jedoch auch feuerbeständige Flüssigkeiten erhältlich. Beispielsweise werden mit Esteröl gefüllte Transformatoren auch in überfüllten Gebieten/Städten gefördert, um Unfälle aufgrund von Bränden zu minimieren.

Eine andere Art von Transformator ist der Trockentransformator, der durch durch die Spulen zirkulierende Luft isoliert und gekühlt wird. Diese Transformatoren sind in bestimmten Verteilungsnetzen zu finden und werden typischerweise von Gewerbe- und Industriekunden und nicht von Elektrizitätsversorgungsunternehmen verwendet. Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren sind bei gleicher Nennleistung (kVA) tendenziell effizienter als Trockentransformatoren. Außerdem weisen sie tendenziell eine höhere Überlastfähigkeit und eine längere Lebensdauer auf.

Arten von Verlusten

Leerlaufverluste: Hierzu zählen sowohl Hystereseverluste als auch Wirbelstromverluste. Der Kernfluss in einem Transformator ist für alle Lasten praktisch konstant – etwa 1–3 Prozent Schwankung vom Leerlauf bis zum Volllastzustand. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass der Kernverlust für einen bestimmten Transformator praktisch konstant ist.

Lastverlust: Dieser Verlust wird auch als Kupferverlust oder Kurzschlussverlust bezeichnet und ist auf Widerstandsverluste in Wicklungen/Leitungen und Streuverluste zurückzuführen, die auf den Fluss von Wirbelströmen im Stahlbau und in den Wicklungen zurückzuführen sind. Dieser Verlust ist proportional zum Quadrat des Stroms.

Verlust des Kühlgebläses: Dies wird durch den Stromverbrauch der Lüfter verursacht, die die Kühlerbank/das Gehäuse des Transformators kühlen. Je höher die Transformatorverluste sind, desto größer wird der Ventilator. Dies führt zu erhöhten Verlusten in den Kühlaggregaten.

Das Bureau of Indian Standards kaufte die überarbeitete Norm IS 1180:2014, „Outdoor Type Oil Immersed Distribution Transformers up to and einschließlich 2.500 kVA, 33 kV – Specification Part 1 Mineral Oil Immersed“. Diese Norm erweitert den Geltungsbereich über 200 kVA hinaus bis einschließlich 2.500 kVA und 33 kV. Der Einsatz von verlustarmem kaltgewalztem kornorientiertem Material oder neuer Technologien wie amorphen Verteilungstransformatoren wird in neuen Transformatorversionen eingesetzt, um Energieverluste zu minimieren.

In kürzlich installierten Transformatoren werden verschiedene Geräte wie Kompaktleistungsschalter, interne Leistungsschalter und diebstahlsichere LT-Gehäuse integriert und eingebettet, so dass das Auftreten von Transformatorausfällen aufgrund von Überlast minimiert wird. Aufgrund des starken Anstiegs der Kupferpreise und der Diebstahlproblematik in abgelegenen Gebieten verlagert sich die Herstellung von Verteiltransformatoren durch den Einsatz neuer Technologien wie der Folienwicklung schrittweise auf Aluminium. Auch die Herstellung von Wechselrichtertransformatoren für Solaranwendungen gewinnt aufgrund der zunehmenden Produktion erneuerbarer Energien an Bedeutung.

Die Versorgungsunternehmen konzentrieren sich jetzt stärker auf Inspektionen nach dem Versand und Tests ausgewählter Proben durch Dritte, um eine ordnungsgemäße Prüfung des gelieferten Materials sicherzustellen, damit die Ziele der Energieeffizienz gut erreicht werden. Viele weitere Innovationen wie Sensoren und Smart Meter mit Fernsteuerungsmöglichkeit stehen kurz vor der breiten Einführung. Diese Sensoren können dazu beitragen, Ausfälle, Überlastungen, Stromdiebstahl usw. sowohl bei neuen als auch bei alten Transformatoren zu verhindern.

Es wäre äußerst nützlich, einen integrierten Leitfaden zu politischen Grundlagen zu entwickeln, um den schrittweisen Einsatz effizienter Transformatoren sicherzustellen. Die integrierte politische Strategie sollte Standards und Vorschriften umfassen; eine institutionelle Struktur zur Überwachung, Überprüfung und Durchsetzung; direkte finanzielle Unterstützung und Maßnahmen zur Sicherstellung der Einhaltung von Umweltnormen.