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Vakuumdruckimprägnierter (VPI) Trockentransformator mit verbesserter Brandsicherheit, geringem Wartungsaufwand und effizienter Kühlung

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VPI-Trockentransformator

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Ein vakuumdruckimprägnierter (VPI) Trockentransformator ist ein Trockentransformator, bei dem die Wicklungen unter Vakuum und Druck mit isolierendem Polyester- oder Epoxidlack imprägniert und anschließend in einem Ofen ausgehärtet werden. Im Gegensatz zu Gießharztransformatoren sind die Wicklungen nicht vollständig in festem Epoxidharz eingekapselt, was zu einer besseren Wärmeableitung, einem geringeren Gewicht und einer verbesserten Überlastfähigkeit führt.

VPI-Transformatoren finden breite Anwendung in Gewerbegebäuden, Industrieanlagen, Kraftwerken, Anlagen für erneuerbare Energien, Schiffsanwendungen und Innenraum-Umspannwerken, wo Brandschutz, geringer Wartungsaufwand und effiziente Kühlung wichtig sind.

Aufbau
Magnetkern
·Kaltgewalzter kornorientierter (CRGO) Siliziumstahlkern
·Stufenüberlappungskonstruktion zur Reduzierung von Leerlaufverlusten und Geräuschen
·Optionaler Kern aus amorpher Legierung für höheren Wirkungsgrad

Hochspannungswicklungen
·Leiter aus Kupfer oder Aluminium
·Vakuumdruckimprägniert mit hochwertigem Isolierlack
·Mehrere Imprägnierungs- und Aushärtungszyklen für erhöhte Durchschlagfestigkeit
·Hervorragende Beständigkeit gegen thermische Beanspruchung und Vibrationen

Niederspannungswicklungen
·Wicklungen aus Kupfer- oder Aluminiumfolie/-band
·Vakuumdruckimprägniert oder harzbeschichtet
·Hohe mechanische Festigkeit für Kurzschlussfestigkeit

Isolationssystem
·Klasse F (155 °C) oder Klasse H (180 °C)
·Feuchtigkeitsbeständiger Isolierlack
·Hohe Durchschlagfestigkeit
·Selbstverlöschende Isoliermaterialien

Kühlung
·AN (Air Natural) für den Standardbetrieb
·AF (Air Forced) mit Lüftern, wodurch die Leistung um ca. 25–40 % gesteigert wird

Herstellungsverfahren
·Die Wicklungen werden hergestellt und getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen.
·Die Wicklungen werden in eine Vakuumkammer gegeben.
·Luft und Feuchtigkeit werden unter Hochvakuum entfernt.
·Der Isolierlack wird unter Vakuum eingebracht.
·Durch Druck wird der Lack tief in die Isolierung eingedrückt.
·Die Wicklungen werden in einem Ofen ausgehärtet, um den Lack auszuhärten.
·Der Imprägnierungs- und Aushärtungsprozess kann zur Verbesserung der Isolationsqualität wiederholt werden.

Typische technische Spezifikationen
·Nennleistung: 50 kVA – 30 MVA
·Primärspannung: bis zu 36 kV (Sonderausführungen bis zu 72,5 kV)
·Sekundärspannung: 400 V, 415 V, 690 V, 3,3 kV, 6,6 kV, 11 kV
·Frequenz: 50 Hz / 60 Hz
·Kühlungsart: AN / AF
·Isolationsklasse: F oder H
·Schutzart: IP00, IP23, IP31, IP44, IP54 (mit Gehäuse)
·Vektorgruppe: Dyn11, Dyn5, Yyn0 usw.
·Impedanz: typischerweise 4–10 %
·Temperaturanstieg: 80 K oder 100 K
·Geräuschpegel: typischerweise 45–65 dB

Vorteile
·Kein Isolieröl, wodurch das Risiko von Ölleckagen entfällt
·Geringeres Brandrisiko als bei ölgefüllten Transformatoren
·Bessere Wärmeableitung als bei Harzverguss-Ausführungen
·Höhere Kurzzeit-Überlastfähigkeit
·Geringeres Gewicht
·Geringere Anschaffungskosten als bei Harzverguss-Transformatoren
·Gute Beständigkeit gegen Vibrationen und Temperaturwechselbeanspruchung
·Geringer Wartungsaufwand
·Geeignet für die Installation in Innenräumen

Einschränkungen
·Geringere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Staub und korrosiven Umgebungen als bei Harzverguss-Transformatoren
·Die Wicklungen sind freiliegend und nicht vollständig gekapselt
·An staubigen oder verschmutzten Standorten kann eine regelmäßige Reinigung erforderlich sein
·Weniger geeignet für Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, Salznebel oder chemischer Belastung

Typische Anwendungsbereiche
·Industrielle Produktionsanlagen
·Gewerbegebäude
·Bürokomplexe
·Krankenhäuser
·Universitäten
·Stromerzeugungsanlagen
·Anlagen für erneuerbare Energien (Solar und Wind)
·Schiffs- und Offshore-Anlagen
·Bergbaubetriebe
·Rechenzentren (mit kontrollierten Umgebungsbedingungen)
·Innenraum-Schaltanlagen

Geltende Normen

Zu den gängigen internationalen Normen gehören:

·IEC 60076 – Leistungstransformatoren
·IEC 60076-11 – Trockentransformatoren
·IEEE C57.12.01 – Allgemeine Anforderungen an Trockenverteilungs- und Leistungstransformatoren
·IEEE C57.12.91 – Prüfvorschriften für Trockenverteilungs- und Leistungstransformatoren
·ANSI-Anforderungen, sofern zutreffend

Typische Nennleistungen
·Verteilungstransformatoren: 100 kVA bis 5 MVA
·Industrietransformatoren: 5 MVA bis 20 MVA
·Große Trockentransformatoren: Bis zu ca. 30 MVA und 36 kV (höhere Nennleistungen sind als kundenspezifische Lösungen erhältlich)

Auswahlhinweise
·Krankenhäuser, Tunnel, Flughäfen: Gießharz (CRT)
·Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder in Küstennähe: Gießharz (CRT)
·Staubige oder chemisch aggressive Umgebungen: Gießharz (CRT)
·Saubere Industrieanlagen: VPI
·Gewerbegebäude: VPI oder CRT
·Rechenzentren: VPI oder CRT, je nach Umgebungsbedingungen
·Marineanlagen: VPI (mit Schutzbeschichtungen) oder CRT für rauere Bedingungen

Zusammenfassung
Ein vakuumdruckimprägnierter (VPI) Trockentransformator bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Leistung, Kosten, Kühlleistung und Zuverlässigkeit. Er eignet sich besonders gut für saubere, kontrollierte Innenräume, in denen seine überragende Wärmeableitung und Überlastfähigkeit voll ausgeschöpft werden können. Für feuchte, staubige oder korrosive Umgebungen ist ein Trocken-Transformator mit Epoxidharzverguss (CRT) in der Regel die bevorzugte Wahl, da seine gekapselten Wicklungen einen besseren Schutz vor Umgebungsverunreinigungen bieten.