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Traktionstransformatoren versorgen Bahnstromversorgungssysteme mit elektrischer Energie

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Fahrstromtransformator

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Ein Traktionstransformator ist ein Spezialtransformator, der für die Stromversorgung von Bahnelektrifizierungssystemen ausgelegt ist, darunter Elektrolokomotiven, U-Bahn-Systeme, Stadtbahnen und Hochgeschwindigkeitsbahnnetze. Er wandelt die Netzspannung in die für Bahnantriebssysteme erforderliche Spannung um und ist so konstruiert, dass er häufigen Lastschwankungen, Kurzschlüssen, Spannungsspitzen, Vibrationen und rauen Umgebungsbedingungen standhält.

Traktionstransformatoren können installiert werden:
- in Traktionsumspannwerken (bodenmontiert)
- an Bord von Elektrolokomotiven oder elektrischen Triebzügen (EMUs)

Funktionsprinzip
Ein Traktionstransformator nimmt Hochspannungs-Wechselstrom aus dem öffentlichen Stromnetz auf und wandelt ihn auf die für die Bahnstromversorgung oder die Traktionsausrüstung an Bord erforderliche Spannung herunter.

Traktionstransformator im Umspannwerk
1. Nimmt Hochspannungsstrom aus dem öffentlichen Stromnetz auf.
2. Reduziert die Spannung auf die für die Bahnverteilung erforderliche Spannung.
3. Versorgt Oberleitungsnetze oder Drittschienen-Netze.
4. Liefert stabile Energie für Züge, die auf der Bahnstrecke verkehren.

Bord-Traktionstransformator
1. Nimmt Strom aus der Oberleitung oder über den Stromabnehmer auf.
2. Wandelt die Spannung für Traktionsumrichter ab.
3. Die Umrichter versorgen Traktionsmotoren und Hilfssysteme.
4. Ermöglicht Beschleunigung, Gleichfahrt, regeneratives Bremsen und Hilfsenergie.

Hauptkomponenten

Magnetkern
·Hochwertiger CRGO-Siliziumstahlkern
·Verlustarme Stufenüberlappungskonstruktion
·Ausgelegt auf geringe Geräuschentwicklung und hohen Wirkungsgrad

Wicklungen
·Kupfer- oder Aluminiumleiter
·Hohe mechanische Festigkeit

Mehrere Sekundärwicklungen für:
·Traktionsumrichter
·Hilfsstromsysteme
·Batterieladung
·Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC)

Isolationssystem
·Öl-Papier-Isolierung (Umspannwerk-Transformatoren)
·Trockenisolierung oder Harzisolierung (bestimmte Innenaufstellungen)
·Hohe Durchschlagfestigkeit
·Verstärkte Isolierung gegen Schaltstöße

Kühlsystem
Zu den typischen Kühlverfahren gehören:
·ONAN – Öl, natürliche Luftkühlung
·ONAF – Öl, natürliche Luftkühlung mit Zwangsbelüftung
·OFAF – Öl, Zwangsluftkühlung
·OFWF – Öl, Zwangswasser- und Zwangsluftkühlung
·AN – Luft, natürliche (Trockenbauweise)
·AF – Luft, zwangsbelüftet (Trockenbauweise)
Traktionstransformatoren in Schienenfahrzeugen nutzen aufgrund von Platz- und Gewichtsbeschränkungen häufig eine Zwangsluft- oder Zwangsölkühlung.

Typische technische Spezifikationen
·Nennleistung: 500 kVA – 60 MVA
·Primärspannung: 11 kV – 220 kV (Umspannwerk); 15 kV oder 25 kV Wechselstrom (Eingang an Bord)
·Sekundärspannung: Maßgeschneidert für Traktionsumrichter oder Bahnspeiseleitungen
·Frequenz: 16,7 Hz, 25 Hz, 50 Hz oder 60 Hz (je nach Bahnsystem)
·Kühlung: ONAN, ONAF, OFAF, OFWF, AN, AF
·Isolierung: Öl-Papier oder Trockenausführung
·Stufenschalter: im Stromkreis getrennt oder unter Last (anwendungsabhängig)
·Impedanz: Optimiert für den Traktionsbetrieb

Hauptmerkmale
·Hohe Überlastfähigkeit
·Hervorragende Kurzschlussfestigkeit
·Ausgelegt für zyklische und schnell wechselnde Lasten
·Kompakt und leicht (insbesondere bordseitige Ausführungen)
·Hohe Vibrations- und Stoßfestigkeit
·Geringe Geräuschentwicklung und geringe Verluste
·Zuverlässiger Betrieb unter rauen Umgebungsbedingungen
·Lange Lebensdauer bei geringem Wartungsaufwand

Anwendungsbereiche
·Hochgeschwindigkeitszüge
·U-Bahn-Systeme
·Stadtbahnen
·Elektrolokomotiven
·Elektrische Triebzüge (EMUs)
·Güterverkehr
·Traktionsunterwerke
·Industrieller Schienenverkehr
·Bergbaubahnsysteme

Vorteile
·Liefert zuverlässige Energie für den Bahnbetrieb
·Unterstützt schnelle Beschleunigung und regeneratives Bremsen
·Hoher Wirkungsgrad und geringe Betriebsverluste
·Robuste Bauweise für anspruchsvolle Eisenbahnumgebungen
·Flexible Ausführungen für verschiedene Bahnstromversorgungssysteme
·Hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer

Konstruktionsaspekte
Traktionstransformatoren sind so ausgelegt, dass sie folgenden Belastungen standhalten:
·Häufige Überlastzyklen
·Spannungsspitzen durch Schaltvorgänge
·Von leistungselektronischen Umrichtern erzeugte Oberschwingungen
·Mechanische Schwingungen und Stöße
·Große Schwankungen der Umgebungstemperatur
·Begrenzter Einbauraum (insbesondere an Bord)
·Brandschutzanforderungen

Geltende Normen
Zu den gängigen internationalen Normen gehören:
·IEC 60076 – Leistungstransformatoren
·IEC 60310 – Traktionstransformatoren und Induktivitäten
·IEC 61373 – Bahnanwendungen – Ausrüstung von Schienenfahrzeugen – Stoß- und Schwingungsprüfungen
·IEC 60571 – Elektronische Geräte für Schienenfahrzeuge
·IEEE C57-Reihe (sofern zutreffend)
·Spezifikationen von Bahnbetreibern und nationalen Eisenbahnbehörden

Typisches Traktionsstromversorgungssystem
·Ein Bahnantriebssystem besteht im Allgemeinen aus:
·Anschluss an das öffentliche Stromnetz
·Hochspannungsschaltanlage
·Transformator der Traktionsumspannstation
·Schutz- und Steuerungsausrüstung
·Oberleitung oder Drittschienensystem
·Stromabnehmer
·Bordtraktionstransformator (Wechselstromsysteme)
·Traktionsumrichter
·Traktionsmotoren
·Hilfsstromversorgungssysteme

Zusammenfassung
Ein Traktionstransformator ist ein Hochleistungstransformator, der speziell für Bahnstromversorgungssysteme entwickelt wurde. Ob in einem Traktionsumspannwerk oder an Bord eines Zuges installiert, sorgt er für eine effiziente und zuverlässige Spannungsumwandlung und hält dabei den anspruchsvollen elektrischen, thermischen und mechanischen Bedingungen im Bahnbetrieb stand. Seine spezielle Konstruktion unterstützt den sicheren, effizienten und zuverlässigen Betrieb moderner Schienenverkehrssysteme weltweit.