Dreiphasige Transformatorschaltungen: Auslegung, Verdrahtung und praktische Anwendungen

Dreiphasiger Strom ist das Rückgrat moderner Stromnetze, und die Transformatoren, die seine Spannung hoch- oder heruntertransformieren, sind ebenso kritisch. Während ein Einphasentransformator in Gruppen zusammengefasst werden kann, um zwei Dreiphasensysteme zu verbinden, bieten dedizierte Dreiphasentransformatoren eine effizientere Lösung – sie verwenden weniger Material, beanspruchen weniger Platz und wiegen weniger als ein modulärer Stapel.

Dreiphasentransformator-Wicklungen und -Anschlüsse

Ein typischer Dreiphasentransformator besteht aus drei unabhängigen Primär-Sekundär-Wicklungspaaren, jeweils um einen Schenkel eines gemeinsamen Eisenkerns gewickelt. Das Ergebnis ist im Wesentlichen drei Einphasentransformatoren, die einen gemeinsamen Kern teilen, wie unten illustriert.

Dreiphasentransformator-Kern – drei Wicklungssätze.

Die Primär- und Sekundärsätze können entweder in Delta (Δ) oder Stern (Y) Konfigurationen geschaltet werden. Die vier möglichen Paarungen sind:

• Y – Y
• Y – Δ
• Δ – Y
• Δ – Δ

Die Wahl zwischen Y oder Δ hängt von der Anwendung ab: Y-Anschlüsse bieten mehrere Spannungsoptionen (Leiter-zu-Neutral) und ermöglichen einen Neutralleiter; Δ-Anschlüsse bieten höhere Fehlertoleranz, da ein einzelner offener Wicklungsfehler den anderen beiden noch erlaubt, volle Leiterspannungen aufrechtzuerhalten.

Korrekte Wicklungsphasierung – angezeigt durch die Punkte, die Polarität markieren – ist essenziell. Die Phasenbeziehungen für Δ und Y sind unten illustriert.

Y: der Mittelpunkt muss entweder alle ‚+‘ oder alle ‚−‘ Pole verbinden. Δ: die Wicklungspolaritäten müssen komplementär sein (+ zu −).

Phasenverdrahtung für „Y-Y“ Transformator

Wenn sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen als Y verdrahtet sind, verbindet sich jedes mit einem Punkt markierte Wicklungsende mit der entsprechenden Phase (A, B, C), während die nicht-punktierten Enden den Mittelpunkt jedes Y bilden. Diese Konfiguration unterstützt Neutralleiter (N1 und N2) auf beiden Seiten.

Phasenverdrahtung für „Y-Δ“ Transformator

In einem Y-Δ-Transformator bleibt die Primärseite Y-verbunden, während die Sekundärseite eine Δ-Schleife bildet. Die Punktseite einer Wicklung verbindet sich mit der Nicht-Punkt-Seite der nächsten, und verketten die drei Wicklungen zusammen.

Phasenverdrahtung für „Δ-Y“ Transformator

Ein Δ-Y-Transformator versorgt ein Sekundärsystem, das Leiter-zu-Neutral-Spannungen aus einer Quelle ohne Neutralleiter benötigt. Der Δ-Primärkreis speist einen Y-verbundenen Sekundärkreis.

Phasenverdrahtung für „Δ-Δ“ Transformator

Wenn kein Neutralleiter auf der Sekundärseite benötigt wird, wird eine Δ-Δ-Konfiguration aufgrund ihrer inhärenten Zuverlässigkeit bevorzugt.

Phasenverdrahtung für „V“ oder „Offen-Δ“ Transformator

Manche Designer entscheiden sich für eine V- oder Offen-Δ-Anordnung – mit nur zwei Transformatoren –, um Zweiphasenstrom zu liefern. Jeder Transformator ist überdimensioniert, um die volle Last zu tragen, was Einsparungen bei Größe, Gewicht und Kosten bringt. Allerdings geht die Fehlertoleranz eines vollständigen Δ-Δ-Systems verloren.

Reales Beispiel

Der Grand-Coulee-Wasserkraftdamm im Bundesstaat Washington verfügt über eine Bank von Hochspannungstransformatoren, die in Dreiergruppen angeordnet sind. Die grünen Einheiten sind auf der Sekundärseite in Y-Konfiguration verdrahtet, wie an einem einzelnen Hochspannungsisolator pro Transformator erkennbar – ein Indikator für eine Neutralpunkverbindung.

Diese Transformatoren sind entscheidend für das Hochtransformieren der Generatorspannung auf Übertragungsspannung, um zuverlässige Stromlieferung über das Netz zu gewährleisten.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Delta und Wye 3-Phasen-Schaltungen Arbeitsblatt