Transformatorausfall: Was bedeuten die Wärmeklassen und wie wirken sie sich auf die Leistung aus?

Transformatoren sorgen für die Übertragung und Verteilung von Strom zwischen verschiedenen Spannungsebenen. Ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit hängen nicht nur von der Konstruktion und der Art des Kerns oder der Wicklung ab, sondern auch von ihrer Fähigkeit, der während des Betriebs entstehenden Hitze standzuhalten. In den folgenden Abschnitten werden wir uns daher mit der Einteilung der Transformatoren in Wärmeklassen beschäftigen.

Thermische Klassen von Transformatoren

Die Wärmeklasse des Transformators gibt die maximale Betriebstemperatur des Isoliermaterials an, bei der das Gerät sicher und ohne das Risiko einer Beschädigung betrieben werden kann. Dieser Parameter wird durch internationale Normen definiert und ist ein Schlüsselelement bei der Bestimmung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Geräts.

Isoliermaterialien haben eine unterschiedliche Wärmebeständigkeit. Daher steht die Wärmeklasse des Transformators in direktem Zusammenhang mit der Art der für die Wicklungs- und Kernisolierung verwendeten Materialien:

• Die höhere Wärmeklasse ermöglicht den Betrieb des Transformators bei höheren Temperaturen, was bei Anwendungen mit höherer Last oder häufigen Lastschwankungen von Vorteil sein kann.
• Eine niedrigere Wärmeklasse bedeutet andererseits, dass der Transformator bei niedrigeren Temperaturen arbeitet und seine Lebensdauer unter den gleichen Betriebsbedingungen kürzer sein kann.

Einteilung der Transformatoren nach Wärmeklassen

Gemäß den internationalen Normen werden Transformatoren in mehrere Wärmeklassen eingeteilt, die die maximal zulässige Betriebstemperatur ihrer Isoliermaterialien bestimmen. Die gängigsten Klassen sind:

• Wärmeklasse A (maximale Betriebstemperatur 105 °C): wird hauptsächlich in Öltransformatoren verwendet. Es handelt sich um Materialien mit geringerer Hitzebeständigkeit, die für Anwendungen geeignet sind, bei denen eine geringere Erwärmung zu erwarten ist.
• Thermische Klasse B (maximale Betriebstemperatur 130 °C): wird üblicherweise in industriellen Geräten und Netzwerkschaltanlagen verwendet. Bietet eine ausgewogene Kombination aus Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastungen.
• Thermische Klasse F (maximale Betriebstemperatur 155 °C): wird in Trocken- oder Epoxidtransformatoren mit höheren Lasten oder bei größeren thermischen Spitzen verwendet. Es erhöht die Widerstandsfähigkeit des Geräts und verlängert seine Lebensdauer in Hochleistungsanwendungen.
• Thermische Klasse H (maximale Betriebstemperatur 180 °C): entwickelt für Spezialtransformatoren oder Anwendungen mit extremer thermischer Belastung. Garantiert maximale Sicherheit und lange Lebensdauer auch bei sehr hohen Betriebstemperaturen.

Typen von Transformatoren und ihre thermischen Spezifikationen

Transformatoren können je nach Konstruktion, Kühlmethode und Zweck in verschiedene Haupttypen unterteilt werden. Für jeden dieser Typen ist die Wärmeklasse ein Schlüsselparameter, der die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer beeinflusst:

• Trockene Transformatoren: Sie verwenden Luft oder andere Gase zur Kühlung der Wicklungen. Diese Transformatoren werden am häufigsten in der Wärmeklasse F hergestellt, kommen aber auch in der Klasse H vor. Sie werden für Bereiche mit hohen Sicherheitsanforderungen empfohlen, wie z.B. Schulen, Krankenhäuser, Büros, und sind aufgrund ihrer höheren Lebensdauer auch für industrielle Anwendungen geeignet.
• Öl-TransformatorenA: Sie verwenden Transformatorenöl als Kühlmittel und Isoliermaterial. Die Wärmeklasse ist normalerweise A oder B. Sie sind ideal für Verteilernetze. Das Öl dient auch als Isoliermaterial, was die Sicherheit und Lebensdauer des Transformators erhöht.
• Spezialtransformatoren: Sie werden für kritische Anwendungen, hohe Leistungen oder Industrieanlagen verwendet. Wärmeklasse A bis H, oft mit speziellen Kühlsystemen (z.B. Ölumlauf oder Zwangskühlung). Sie werden dort eingesetzt, wo es auf maximale Zuverlässigkeit und minimale Ausfallzeiten ankommt.
• Transformatoren für erneuerbare EnergienA: Entwickelt für Solar-, Wind- und andere erneuerbare Energiequellen. Sie kombinieren häufig eine Trocken- oder Ölbadkonstruktion mit der Wärmeklasse A bis F, je nach Leistung und Lastintensität. Sie müssen mit Leistungsschwankungen zurechtkommen und sich an die intermittierende erneuerbare Energieerzeugung anpassen. Intelligente Temperaturkontrollsysteme helfen, Überhitzung zu vermeiden und die Lebensdauer des Transformators zu optimieren.

Einfluss der Wärmeklasse auf Leistung und Sicherheit

Die Wärmeklasse des Transformators hat einen direkten Einfluss auf seine Betriebsleistung, Lebensdauer und Sicherheit. Eine höhere Wärmeklasse ermöglicht den Betrieb des BEZ transformátory bei höheren Lasten ohne das Risiko einer Überhitzung. Eine Überlastung unterhalb der thermischen Kapazität kann dagegen zu erhöhten Verlusten und geringerer Effizienz führen. Es ist die optimal gewählte Wärmeklasse, die es ermöglicht, die Energie auch bei schwankenden Lasten effizient zu verteilen.

Isoliermaterialien für Transformatoren werden bei hohen Temperaturen schneller abgebaut. Je näher die Betriebstemperatur an der maximalen Wärmeklasse liegt, desto schneller altert die Isolierung. Die richtige Wahl der Wärmeklasse verlängert daher die Lebensdauer des Geräts. Die Wärmeklasse bestimmt auch die maximale sichere Betriebstemperatur und schützt so den Transformator vor Überhitzung und möglichen Ausfällen. Ein unsachgemäß überdimensionierter Transformator kann die Gefahr von Bränden oder Netzausfällen mit sich bringen.

Nur Transformatoren mit einer geeigneten Wärmeklasse können unter verschiedenen Betriebsbedingungen stabil arbeiten.

Praktische Empfehlungen von Fachleuten

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl den Typ des Transformators, seine Konstruktion, den Aufstellungsort, die erwartete Betriebslast und besondere Bedingungen wie die industrielle Umgebung oder die Integration mit erneuerbaren Energiequellen. Wählen Sie bei der Planung und Modernisierung elektrischer Netze Transformatoren nicht nur nach Leistung und Wicklungstyp aus, sondern auch nach den thermischen Spezifikationen. Die Berücksichtigung der thermischen Klassen hilft, Überhitzung, Ausfälle und Fehler zu vermeiden und damit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des gesamten Systems zu verbessern.