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Netztransformatoren: Amorph statt Blech

Netztransformatoren aus Standard-Trafoblech sind immer noch extrem günstig, weswegen es in der EU immer noch rund 4,6 Millionen Stück davon geben soll. Leider verursachen sie Verluste von ungefähr 39 TWh pro Jahr – etwa der Energieverbrauch eines kleineren Landes. Wie lässt sich das verringern?

Tauscher Bildquelle: © Tauscher

Meist sind es die versteckten Verbraucher wie zum Beispiel Netztransformatoren, die unnötig viel der kostbaren Energie vergeuden. Zieht man noch die stetig wachsende Weltbevölkerung und den damit verbundenen steigenden Energieverbrauch in Kalkül, so macht dies den zeitnahen Einsatz energieeffizienter Produkte erforderlich, um den zukünftigen Energiebedarf decken zu können. Mithilfe von neuen Technologien lassen sich versteckte Verbraucher zum Großteil eliminieren.

Die in einem Transformator entstehenden Verluste lassen sich in zwei Kategorien gliedern:

  • Leerlauf- oder Eisenverluste, verursacht durch Ummagnetisierung und Wirbelströme im Kern, sowie
  • Last- oder Kupferverluste, verursacht durch ohmsche Verluste in den Leitern, die quadratisch mit dem Laststrom zunehmen.

Die Eisenverluste sind permanent nach dem Anlegen der Betriebsspannung vorhanden und konstant, während die Kupferverluste mit der Belastung am Ausgang des Transformators steigen. Die meisten Groß- beziehungsweise Netztransformatoren arbeiten nur selten unter Volllast; über die Lebensdauer liegt die Belastung hier sogar nur im Bereich von etwa 20% der Nennlast, sodass die Kupferverluste hier relativ gering sind und die Eisenverluste überwiegen. Infolgedessen liegt der Schlüssel, um energieeffiziente Transformatoren zu entwickeln, in der Reduktion der Eisenverluste.

Eisenverluste reduzieren

Bei Tauscher wird dies durch die Verwendung von amorphem Kernmaterial erreicht. Amorph ist ein Festkörper dann, wenn er molekular nicht wie ein Kristallgitter aufgebaut ist. Die Atome haben somit keine geordnete Struktur, sondern bilden unregelmäßige Muster – es existiert keine Fernordnung. Deswegen hat dieses Kernmaterial im Vergleich zum Standard-Trafoblech erheblich geringere Eisenverluste, sodass hierdurch die Gesamtverluste sinken.

Tabelle 1 zeigt die Verlustleistungen eines unter Volllast betriebenen Drehstromtransformators für 500 kVA mit unterschiedlichen Kernmaterialien (Bild 1). 

Fe-Si 0,35  1602 2696  1,5  99,06 
Fe-Si 0,30  1599 2442  1,5  99,12 
amorph SA1 2916 174 1,2 99,33
Tabelle 1: Drehstromtransformator EI 800/800/400 mit 500 kVA und verschiedenen Kernmaterialien (Betrieb unter Volllast)
Bild 1: Drehstromtransformator mit Standardkern (links) und mit amorphem Kern (rechts) Bildquelle: © Tauscher
Bild 1: Drehstromtransformator mit Standardkern (links) und mit amorphem Kern (rechts)