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Transformator aus amorpher Legierung – die Lösung für eine deutliche Reduzierung der magnetischen Verluste

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Transformator aus amorpher Legierung

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Ein Transformator mit amorphem Legierungskern (AAT) ist ein energieeffizienter Transformator, der anstelle von herkömmlichem kornorientiertem Siliziumstahl einen amorphen Metallkern verwendet. Die amorphe Legierung weist eine nichtkristalline Atomstruktur auf, wodurch die magnetischen Verluste erheblich reduziert werden. Dadurch eignen sich diese Transformatoren ideal für Verteilungsnetze, in denen sie kontinuierlich unter Spannung stehen.

Hauptmerkmale
·Kernmaterial: Amorphe Metalllegierung (Metallglas auf Eisenbasis)
·Spannungsklasse: Bis zu 36 kV (höhere Spannungen für spezielle Anwendungen verfügbar)
·Nennleistung: 25–5000 kVA (typischer Leistungsbereich)
·Frequenz: 50 Hz oder 60 Hz
·Phasen: Einphasig oder dreiphasig
·Kühlungsart: ONAN (ölgekühlte Ausführung) oder AN/AF (Trockenausführung)
·Wirkungsgrad: Typischerweise 98,5–99,7 %
·Lebensdauer: 25–40 Jahre

Vorteile
·Sehr geringe Leerlaufverluste (Kernverluste), wodurch der Energieverbrauch gesenkt wird.
·Verbesserter Gesamtwirkungsgrad, insbesondere in schwach ausgelasteten Netzen.
·Niedrigere Betriebstemperaturen, was zur Verlängerung der Lebensdauer der Isolierung beitragen kann.
·Reduzierte CO₂-Emissionen durch geringere Stromverluste.
·Geringere Betriebs- und Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer des Transformators.
·Geeignet für den Dauerbetrieb in öffentlichen Verteilungsnetzen.

Typische Anwendungsbereiche
·Öffentliche Verteilungsnetze
·Stromverteilung in Wohngebieten
·Gewerbegebiete
·Industrieanlagen
·Projekte im Bereich erneuerbare Energien
·Smart-Grid-Installationen
·Elektrifizierung ländlicher Gebiete

Übliche Nennspannungen
Primärspannungen:
·6,6 kV
·10 kV
·11 kV
·12 kV
·22 kV
·24 kV
·33 kV
Sekundärspannungen:
·400/230 V
·415/240 V
·480/277 V
·208/120 V

Standard-Nennleistungen
Typische Leistungen umfassen:
·25 kVA
·50 kVA
·100 kVA
·160 kVA
·200 kVA
·250 kVA
·315 kVA
·400 kVA
·500 kVA
·630 kVA
·800 kVA
·1000 kVA
·1250 kVA
·1600 kVA
·2000 kVA
·2500 kVA
·3150 kVA
·5000 kVA

Hauptkomponenten
·Kern aus amorpher Legierung
·Hochspannungswicklung
·Niederspannungswicklung
·Transformatorbehälter
·Isolieröl oder Trockenisolierung
·Kühlrippen oder Kühlkörper
·Hoch- und Niederspannungsdurchführungen
·Stufenschalter
·Überdruckvorrichtung
·Ölstandsanzeige (ölgefüllte Geräte)
·Temperaturanzeigen
·Erdungsklemmen

Typische Leistungsmerkmale
·Reduzierung der Leerlaufverluste: 60–80 % im Vergleich zu Siliziumstahlkernen
·Lastverluste: Vergleichbar mit herkömmlichen Transformatoren
·Geräuschpegel: Oft etwas höher, sofern nicht konstruktiv optimiert
·Wirkungsgrad bei geringer Last: Hervorragend
·Wartung: Ähnlich wie bei herkömmlichen ölgefüllten oder trockengefüllten Transformatoren

Routineprüfungen
Hersteller führen in der Regel folgende Prüfungen durch:
·Messung des Wicklungswiderstands
·Prüfung des Windungsverhältnisses (TTR)
·Isolationswiderstand (IR)
·Leerlaufverluste und Erregungsstrom
·Lastverluste und Impedanzmessung
·Prüfung der Spannungsfestigkeit
·Prüfung auf induzierte Überspannung
·Prüfung der dielektrischen Festigkeit des Öls (ölgefüllte Geräte)
·Dichtheitsprüfung
·Funktionsprüfung des Zubehörs

Anwendbare Normen
·IEC 60076 – Leistungstransformatoren
·IEEE C57.12-Reihe – Verteiltransformatoren
·IEC 60296 – Mineralölisolierungen (ölgefüllte Geräte)
·Geltende nationale Versorgungsspezifikationen für Transformatoren mit amorphem Kern

Vorteile und zu beachtende Aspekte

Vorteile:
·Deutlich reduzierte Leerlaufverluste
·Geringere Energiekosten über die gesamte Lebensdauer
·Reduzierte Treibhausgasemissionen
·Hohe Zuverlässigkeit
·Gut geeignet für Verteiltransformatoren im Dauerbetrieb

Zu beachtende Aspekte:
·Höhere Anschaffungskosten als bei herkömmlichen Transformatoren
·Das Kernmaterial ist spröder und erfordert spezielle Fertigungstechniken
·Bei gleicher Nennleistung können etwas größere Abmessungen und ein höheres Gewicht erforderlich sein

Transformatoren mit amorphem Kern werden zunehmend von Energieversorgern und industriellen Anwendern eingesetzt, bei denen die Minimierung der Energieverluste über Jahrzehnte hinweg die höheren Anschaffungskosten überwiegt. Sie sind besonders attraktiv für Verteilungsnetze mit langen Betriebszeiten und relativ geringer durchschnittlicher Auslastung, wo reduzierte Leerlaufverluste den größten wirtschaftlichen Nutzen bieten.