In der Welt der Transformatoren werden die Begriffe „Schleifeneinspeisung“ und „Radialeinspeisung“ am häufigsten mit der HV-Durchführungsanordnung für Unterbautransformatoren in Verbindung gebracht. Diese Begriffe stammen jedoch nicht von Transformatoren. Sie entstammen dem umfassenderen Konzept der Stromverteilung in elektrischen Systemen (oder Schaltkreisen). Ein Transformator wird als Schleifenspeisetransformator bezeichnet, da seine Buchsenkonfiguration auf ein Schleifenverteilungssystem zugeschnitten ist. Das Gleiche gilt für Transformatoren, die wir als Radialspeisetransformatoren klassifizieren – ihre Buchsenanordnung ist typischerweise für Radialsysteme geeignet.
Von den beiden Transformatortypen ist die Ausführung mit Schleifeneinspeisung die anpassungsfähigste. Eine Schleifeneinspeiseeinheit kann sowohl radiale als auch Schleifensystemkonfigurationen unterstützen, wohingegen in radialen Systemen fast immer radiale Einspeisetransformatoren zum Einsatz kommen.
Radial- und Schleifenzuführungssysteme
Sowohl Radial- als auch Schleifensysteme zielen darauf ab, dasselbe zu erreichen: Mittelspannungsstrom von einer gemeinsamen Quelle (normalerweise einem Umspannwerk) an einen oder mehrere Abwärtstransformatoren zu leiten, die eine Last versorgen.
Der Radialvorschub ist der einfachere von beiden. Stellen Sie sich einen Kreis mit mehreren Linien (oder Bogenmaßen) vor, die von einem Mittelpunkt ausgehen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Dieser Mittelpunkt stellt die Stromquelle dar, und die Quadrate am Ende jeder Linie stellen Abwärtstransformatoren dar. Bei diesem Aufbau wird jeder Transformator vom selben Punkt im System gespeist, und wenn die Stromquelle wegen Wartungsarbeiten unterbrochen wird oder ein Fehler auftritt, fällt das gesamte System aus, bis das Problem behoben ist.
Abbildung 1: Das obige Diagramm zeigt Transformatoren, die in einem radialen Verteilungssystem angeschlossen sind. Der Mittelpunkt stellt die Stromquelle dar. Jedes Quadrat stellt einen einzelnen Transformator dar, der von derselben einzigen Stromversorgung gespeist wird.
Abbildung 2: In einem Ringspeiseverteilungssystem können Transformatoren von mehreren Quellen gespeist werden. Wenn es zu einem Ausfall des Zuleitungskabels vor der Windquelle von Quelle A kommt, kann das System ohne nennenswerte Betriebsunterbrechung über die an Quelle B angeschlossenen Zuleitungskabel mit Strom versorgt werden.
In einem Ringsystem kann die Stromversorgung aus zwei oder mehr Quellen erfolgen. Anstatt wie in Abbildung 1 Transformatoren von einem zentralen Punkt aus zu speisen, bietet das in Abbildung 2 dargestellte Schleifensystem zwei separate Standorte, von denen aus Strom zugeführt werden kann. Wenn eine Stromquelle offline geht, kann die andere das System weiterhin mit Strom versorgen. Diese Redundanz gewährleistet die Kontinuität des Dienstes und macht das Ringsystem zur bevorzugten Wahl für viele Endbenutzer, wie Krankenhäuser, Hochschulgelände, Flughäfen und große Industriekomplexe. Abbildung 3 zeigt eine Nahaufnahme von zwei Transformatoren, die im Schleifensystem aus Abbildung 2 dargestellt sind.
Abbildung 3: Die obige Zeichnung zeigt zwei Transformatoren mit Schleifenspeisung, die in einem Schleifensystem miteinander verbunden sind und die Möglichkeit haben, von einer von zwei Stromversorgungen gespeist zu werden.
Die Unterscheidung zwischen Radial- und Schleifensystemen lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Wenn ein Transformator nur von einem Punkt in einem Stromkreis Strom erhält, handelt es sich um ein radiales System.
Wenn ein Transformator in der Lage ist, Strom von zwei oder mehr Punkten in einem Stromkreis zu empfangen, handelt es sich um ein Schleifensystem.
Eine genaue Untersuchung der Transformatoren in einem Stromkreis lässt möglicherweise nicht eindeutig erkennen, ob es sich um ein Stern- oder Schleifensystem handelt. Wie wir eingangs erwähnt haben, können sowohl Schleifen- als auch Radialspeisetransformatoren so konfiguriert werden, dass sie in beiden Schaltungskonfigurationen funktionieren (obwohl es wiederum selten vorkommt, dass ein Radialspeisetransformator in einem Schleifensystem zu sehen ist). Ein elektrischer Entwurf und eine Einzelleitung sind der beste Weg, um das Layout und die Konfiguration eines Systems zu bestimmen. Wenn man sich jedoch die Primärdurchführungskonfiguration von Radial- und Schleifentransformatoren genauer ansieht, lässt sich oft eine fundierte Schlussfolgerung über das System ziehen.
Konfigurationen mit Radial- und Schleifenvorschubbuchsen
Bei Padmount-Transformatoren liegt der Hauptunterschied zwischen Radial- und Schleifeneinspeisung in der Primär-/HV-Durchführungskonfiguration (linke Seite des Transformatorschranks). Bei einer Primärspeisung mit radialer Einspeisung gibt es eine Durchführung für jeden der drei ankommenden Phasenleiter, wie in Abbildung 4 dargestellt. Diese Anordnung findet man am häufigsten dort, wo nur ein Transformator benötigt wird, um einen gesamten Standort oder eine gesamte Anlage mit Strom zu versorgen. Wie wir später sehen werden, werden Radialspeisetransformatoren häufig für die letzte Einheit in einer Reihe von Transformatoren verwendet, die über Primärwicklungen mit Schleifenspeisung miteinander verbunden sind (siehe Abbildung 6).
Abbildung 4:Radiale Einspeisungskonfigurationen sind für eine eingehende Primäreinspeisung ausgelegt.
Primärkreise mit Schleifenspeisung haben sechs statt drei Buchsen. Die gebräuchlichste Anordnung ist als V-Schleife mit zwei Sätzen von drei versetzten Buchsen bekannt (siehe Abbildung 5) – drei Buchsen links (H1A, H2A, H3A) und drei rechts (H1B, H2B, H3B), wie beschrieben in IEEE Std C57.12.34.
Abbildung 5: Eine Schleifenspeisungskonfiguration bietet die Möglichkeit, zwei Primärspeisungen zu haben.
Die häufigste Anwendung für eine Primärwicklung mit sechs Durchführungen besteht darin, mehrere Schleifeneinspeisetransformatoren miteinander zu verbinden. Bei diesem Aufbau wird die eingehende Netzeinspeisung in den ersten Transformator der Reihe eingespeist. Ein zweiter Kabelsatz verläuft von den Buchsen auf der B-Seite der ersten Einheit zu den Buchsen auf der A-Seite des nächsten Transformators in der Reihe. Diese Methode der Reihenschaltung von zwei oder mehr Transformatoren wird auch als „Schleife“ von Transformatoren (oder „Zusammenschleifen von Transformatoren“) bezeichnet. Es ist wichtig, zwischen einer „Schleife“ (oder Daisy-Chain) von Transformatoren und einer Schleifeneinspeisung zu unterscheiden, wenn es um Transformatordurchführungen und elektrische Verteilungssysteme geht. Abbildung 6 zeigt ein perfektes Beispiel einer Transformatorschleife, die in einem radialen System installiert ist. Bei einem Stromausfall an der Quelle bleiben alle drei Transformatoren offline, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Beachten Sie, dass eine genaue Untersuchung der radialen Vorschubeinheit ganz rechts auf ein radiales System hinweisen würde. Dies wäre jedoch nicht so klar, wenn wir nur die beiden anderen Einheiten betrachten würden.
Abbildung 6: Diese Gruppe von Transformatoren wird von einer einzigen Quelle gespeist, beginnend beim ersten Transformator in der Reihe. Die Primäreinspeisung wird über jeden Transformator in der Reihe an die letzte Einheit weitergeleitet, wo sie abgeschlossen wird.
Interne Bajonettsicherungen auf der Primärseite können zu jedem Transformator hinzugefügt werden, wie in Abbildung 7 dargestellt. Die Primärsicherung bietet eine zusätzliche Schutzschicht für das elektrische System – insbesondere, wenn mehrere miteinander verbundene Transformatoren einzeln abgesichert sind.
Abbildung 7:Jeder Transformator ist mit einem eigenen internen Überstromschutz ausgestattet.
Wenn an einer Einheit ein sekundärseitiger Fehler auftritt (Abbildung 8), unterbricht die primäre Sicherung den Überstromfluss am fehlerhaften Transformator, bevor er die übrigen Einheiten erreichen kann, und der normale Strom fließt weiterhin an der fehlerhaften Einheit vorbei die übrigen Transformatoren im Stromkreis. Dies minimiert Ausfallzeiten und verlagert den Ausfall auf ein einzelnes Gerät, wenn mehrere Geräte in einem Abzweigstromkreis miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau mit internem Überstromschutz kann in Radial- oder Schleifensystemen verwendet werden – in beiden Fällen isoliert die Ausschlusssicherung die fehlerhafte Einheit und die von ihr versorgte Last.
Abbildung 8: Im Falle eines lastseitigen Fehlers an einer Einheit in einer Reihe von Transformatoren isoliert die primärseitige Sicherung die fehlerhafte Einheit von den anderen Transformatoren in der Schleife – wodurch weitere Schäden verhindert werden und ein ununterbrochener Betrieb für den Rest des Systems ermöglicht wird.
Eine weitere Anwendung der Schleifeneinspeisungsbuchsenkonfiguration besteht darin, zwei separate Quelleneinspeisungen (Einspeisung A und Einspeisung B) zu einer einzigen Einheit zu verbinden. Dies ähnelt dem früheren Szenario in Abbildung 2 und Abbildung 3, jedoch mit einer einzelnen Einheit. Für diese Anwendung werden im Transformator ein oder mehrere in Öl getauchte Drehschalter eingebaut, die es dem Gerät ermöglichen, je nach Bedarf zwischen den beiden Einspeisungen zu wechseln. Bestimmte Konfigurationen ermöglichen das Umschalten zwischen den einzelnen Quellen, ohne dass die Stromversorgung der versorgten Last kurzzeitig unterbrochen wird – ein entscheidender Vorteil für Endbenutzer, die Wert auf Kontinuität der Stromversorgung legen.
Abbildung 9: Das obige Diagramm zeigt einen Schleifeneinspeisetransformator in einem Schleifensystem mit der Möglichkeit, von einer von zwei Stromversorgungen gespeist zu werden.
Hier ist ein weiteres Beispiel für einen Schleifenspeisetransformator, der in einem Radialsystem installiert ist. In dieser Situation verfügt der Primärschrank nur über einen Satz Leiter, der an den Durchführungen der A-Seite angeschlossen ist, und der zweite Satz Durchführungen der B-Seite ist entweder mit isolierten Kappen oder Winkelstücken abgeschlossen. Diese Anordnung ist ideal für alle radialen Einspeiseanwendungen, bei denen nur ein Transformator in einer Installation erforderlich ist. Die Installation von Überspannungsschutzgeräten an den B-seitigen Durchführungen ist auch die Standardkonfiguration für den letzten Transformator in einer Kette oder Reihe von Schleifeneinspeiseeinheiten (herkömmlicherweise wird der Überspannungsschutz an der letzten Einheit installiert).
Abbildung 10: Hier ist ein Beispiel einer Primärschleife mit sechs Buchsen, wobei die zweiten drei Buchsen auf der B-Seite mit toten vorderen Winkelableitern abgeschlossen sind. Diese Konfiguration funktioniert für einen einzelnen Transformator allein und wird auch für den letzten Transformator in einer Reihe verbundener Einheiten verwendet.
Es ist auch möglich, diese Konfiguration mit einem radialen Primärvorschub mit drei Buchsen unter Verwendung drehbarer Durchführungseinsätze (oder Durchführungseinsätze) zu reproduzieren. Jeder Durchführungseinsatz bietet Ihnen die Möglichkeit, pro Phase einen Kabelabschluss und einen Winkelableiter zu installieren. Diese Konfiguration mit Durchführungseinsätzen ermöglicht auch die Anbindung eines weiteren Kabelsatzes für Schleifensystemanwendungen, oder die zusätzlichen drei Anschlüsse könnten verwendet werden, um Strom zu einem anderen Transformator in einer Reihe (oder Schleife) von Einheiten zuzuführen. Bei der Durchführungskonfiguration mit Radialtransformatoren besteht nicht die Möglichkeit, zwischen einem separaten Satz A-seitiger und B-seitiger Durchführungen mit internen Schaltern am Transformator zu wählen, was sie für Schleifensysteme unerwünscht macht. Eine solche Einheit könnte als vorübergehende (oder Miet-)Lösung verwendet werden, wenn ein Schleifenspeisetransformator nicht ohne weiteres verfügbar ist, sie ist jedoch keine ideale dauerhafte Lösung.
Abbildung 11: Drehbare Durchführungseinsätze können verwendet werden, um Ableiter oder einen anderen Satz abgehender Kabel zu einer radialen Durchführungsanordnung hinzuzufügen.
Wie eingangs erwähnt, werden Schleifenspeisetransformatoren häufig in Radialsystemen eingesetzt, da sie leicht für den Inselbetrieb ausgerüstet werden können, wie oben in Abbildung 10 dargestellt. Aufgrund ihrer sechs Buchsen sind sie jedoch fast immer die ausschließliche Wahl für Schleifensysteme Layout. Durch die Installation einer Ölbad-Wahlschaltung können mehrere Quelleneinspeisungen vom Primärschrank des Geräts aus gesteuert werden.
Das Prinzip von Wahlschaltern besteht darin, den Stromfluss an den Spulen des Transformators zu unterbrechen, genau wie bei einem einfachen Ein-/Ausschalter, mit der zusätzlichen Möglichkeit, den Stromfluss zwischen den Buchsen der A-Seite und der B-Seite umzuleiten. Die am einfachsten zu verstehende Wahlschalterkonfiguration ist die Option mit drei Schaltern mit zwei Positionen. Wie Abbildung 12 zeigt, steuert ein Ein-/Ausschalter den Transformator selbst, und die beiden zusätzlichen Schalter steuern die Einspeisungen auf der A-Seite und B-Seite einzeln. Diese Konfiguration eignet sich perfekt für Ringsystem-Setups (wie in Abbildung 9 oben), bei denen jederzeit zwischen zwei separaten Quellen ausgewählt werden muss. Es eignet sich auch gut für Radialsysteme mit mehreren in Reihe geschalteten Einheiten.
Abbildung 12:Ein Beispiel für einen Transformator mit drei einzelnen Zweistellungsschaltern auf der Primärseite. Diese Art der Wählschaltung kann auch mit einem einzelnen Vierstellungsschalter verwendet werden, allerdings ist die Vierstellungsoption nicht ganz so vielseitig, da sie kein Ein-/Ausschalten des Transformators selbst unabhängig von der A-Seite und ermöglicht B-Seiten-Feeds.
Abbildung 13 zeigt drei Transformatoren mit jeweils drei Zweistellungsschaltern. Bei der ersten Einheit links sind alle drei Schalter geschlossen (Ein). Beim Transformator in der Mitte befinden sich sowohl die Schalter auf der A-Seite als auch auf der B-Seite in der geschlossenen Position, während sich der Schalter, der die Transformatorspule steuert, in der offenen (aus) Position befindet. In diesem Szenario wird die Last, die vom ersten und letzten Transformator in der Gruppe versorgt wird, mit Strom versorgt, nicht jedoch die mittlere Einheit. Die einzelnen Ein-/Ausschalter auf der A- und B-Seite ermöglichen die Weiterleitung des Stromflusses an das nächste Gerät in der Reihe, wenn der Ein-/Ausschalter für die Transformatorspule geöffnet ist.
Abbildung 13: Durch die Verwendung mehrerer Wahlschalter an jedem Transformator kann die Einheit in der Mitte isoliert werden, ohne dass es zu einem Stromverlust zu den benachbarten Einheiten kommt.
Es gibt auch andere mögliche Schalterkonfigurationen, beispielsweise einen Vier-Positions-Schalter, der in gewisser Weise die drei einzelnen Zwei-Positions-Schalter in einem Gerät vereint (mit einigen Unterschieden). Vierstellungsschalter werden auch „Schleifenspeiseschalter“ genannt, da sie ausschließlich bei Schleifenspeisetransformatoren zum Einsatz kommen. Schleifeneinspeiseschalter können in Radial- oder Schleifensystemen verwendet werden. In einem radialen System werden sie verwendet, um einen Transformator von anderen in einer Gruppe zu isolieren, wie in Abbildung 13. In einem Schleifensystem werden solche Schalter häufiger zur Steuerung der Leistung von einer von zwei eingehenden Quellen verwendet (wie in Abbildung 9).
Ein genauerer Blick auf Schleifeneinspeiseschalter würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, und ihre kurze Beschreibung hier soll zeigen, welch bedeutende Rolle interne Transformatorwahlschalter in Schleifeneinspeisetransformatoren spielen, die in Radial- und Schleifensystemen installiert sind. In den meisten Situationen, in denen in einem Schleifenspeisesystem ein Ersatztransformator benötigt wird, ist die oben beschriebene Schaltungsart erforderlich. Drei Schalter mit zwei Positionen bieten die größte Vielseitigkeit und sind aus diesem Grund eine ideale Lösung für einen in einem Ringsystem installierten Ersatztransformator.
Zusammenfassung
Als allgemeine Faustregel gilt, dass ein auf einem Pad montierter Transformator mit radialer Einspeisung normalerweise auf ein radiales System hinweist. Bei einem Transformator mit Schleifeneinspeisung, der auf einem Pad montiert ist, kann es schwieriger sein, die Schaltungskonfiguration zu bestimmen. Das Vorhandensein interner, in Öl getauchter Wahlschalter weist häufig auf ein Schleifensystem hin, jedoch nicht immer. Wie eingangs erwähnt, werden Loop-Systeme häufig dort eingesetzt, wo eine Kontinuität des Dienstes erforderlich ist, beispielsweise in Krankenhäusern, Flughäfen und Universitätsgeländen. Für kritische Installationen wie diese ist fast immer eine spezielle Konfiguration erforderlich, aber viele kommerzielle und industrielle Anwendungen ermöglichen eine gewisse Flexibilität bei der Konfiguration des zu versorgenden, auf der Unterlage montierten Transformators – insbesondere, wenn das System radial ist.
Wenn Sie zum ersten Mal mit Transformatoren mit Radial- und Schleifenspeisung auf Pad-Montage arbeiten, empfehlen wir Ihnen, dieses Handbuch als Referenz griffbereit aufzubewahren. Wir wissen jedoch, dass es nicht umfassend ist. Wenn Sie weitere Fragen haben, können Sie sich daher gerne an uns wenden. Wir arbeiten auch hart daran, unseren Bestand an Transformatoren und Teilen gut auf Lager zu halten. Teilen Sie uns daher mit, wenn Sie einen spezifischen Anwendungsbedarf haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.11.2024