So wählen Sie einen Verteilungstransformator für ein Mikronetzprojekt aus

Die Auswahl eines Transformators für ein Mikronetz unterscheidet sich von gewöhnlichen Verteilungsprojekten. Er muss Photovoltaik (PV), Energiespeicher, Elektrofahrzeug-Ladestationen und andere leistungselektronische Geräte bewältigen, bidirektionale Leistungsflüsse zulassen und höhere Oberschwingungsanteile aushalten. Ist der Transformator zu klein, kann er überlastet werden und abschalten. Ist er zu groß, läuft er lange Zeit im Teillastbetrieb, wodurch die Leerlaufverluste steigen und die Stromkosten erhöht werden. Die folgenden sechs Punkte erläutern die Auswahllogik.

1. Nennleistung: Zuerst Last berechnen, dann Erweiterung berücksichtigen

Addieren Sie nicht einfach die Nennleistungen aller Geräte. Eine gängige Formel lautet:

Berechnete Last = Gesamtinstallierte Leistung

× Gleichzeitigkeitsfaktor ÷ Leistungsfaktor

Der Gleichzeitigkeitsfaktor beträgt typischerweise 0.5–0.7für allgemeine Fabrikgebäude, 0.6–0.7für Personenkraftwagen-Ladestationen und 0.75–0.85für Schnellladesäulen für schwere Nutzfahrzeuge. Der Leistungsfaktor wird üblicherweise mit 0,9 angenommen. Nach der Berechnung des Ergebnisses ist auf eine genormte Nennleistung aufzurunden und ein Erweiterungspuffer von 10 % bis 20 % für zukünftige Ladesäulen, PV-Module oder neue Lasten vorzusehen.

Auch bei der Auslegung von Mikronetzen legen die Normen fest, dass die Transformatorleistung gemäß der maximalen kontinuierlichen Austauschleistung zwischen Mikronetz und externem Netz gewählt werden kann und dass bevorzugt selbstgekühlte, verlustarme Transformatoren einzusetzen sind.

Gängige Nennleistungen können als schnelle Orientierungshilfe dienen: 630 kVA für kleine dezentrale PV-Anlagen, wenige Ladesäulen und begrenzte Lasten; 800 kVA für parkübergreifende PV-Speicher-Lade-Systeme, mittelgroße Ladestationen sowie konventionelle zentralisierte PV-Anlagen; 1250 kVA für ultraschnelles Laden schwerer Nutzfahrzeuge, große PV-Anlagen oder Knotenpunkte mit klaren Erweiterungsplänen. Die langfristige Auslastung sollte idealerweise 70 % bis 85 % betragen. Eine dauerhafte Volllast oder langfristige Auslastung unter 50 % ist zu vermeiden.

2. Spannung und Frequenz: Abstimmung mit dem Netz und den geräteseitigen Komponenten

Die Spannungsebene hängt vom anschlussbedingungen an das Netz auf der einen Seite und die ausgangsparameter von PV-Wechselrichtern, Energiespeichern PCS und Ladegeräten auf der anderen Seite.

Eine übliche Konfiguration ist 10 kV hochspannungsseite, 0,4 kV (380 V) niederspannungsseite und 50 Hz . Falls die Energiespeicher-PCS eine Ausgangsspannung von 0,69 kV aufweist, ist die Niederspannungsseite mit 0,69 kV statt einer standardmäßigen 0,4-kV-Konfiguration zu wählen. Für die Schaltgruppe Dyn11 wird häufig bei 10-kV/0,4-kV-Verteilungstransformatoren eingesetzt. Sie unterdrückt Drittharmonische gut und bewältigt unsymmetrische Lasten besser – was sich für Mikronetze mit vielen harmonischen Quellen eignet.

3. Ölgefüllt oder trocken: Zuerst die Brandschutzbedingungen prüfen

Dies ist zunächst eine konformitätsfrage , dann eine Kosten- und Leistungsfrage.

Trockengeschaltete Transformatoren

Ölfrei, schwer entflammbar und explosionsgeschützt. Sie eignen sich für innen, Keller, stark frequentierte oder streng brandschutzgeprüfte Standorte wie Einkaufszentren, Krankenhäuser, Rechenzentren und unterirdische Ladestationen. Ihre Anschaffungskosten liegen üblicherweise 20–30 % über denen ölgefüllter Geräte gleicher Leistung, doch bei Innenprojekten ist die Einhaltung der Brandschutzvorschriften zwingend vorgeschrieben.

Ölgekühlte Transformereinheiten

Kostengünstig, gute Wärmeableitung und hohe Überlastfähigkeit. Sie können bis zu mehrere Stunden mit 120 % Last betrieben werden, ohne auszulösen. Sie eignen sich für außenstehende, eigenständige Stationen, Freiflächen und vergleichsweise weniger strenge Brandschutzanforderungen wie freistehende PV-Anlagen, Außenladestationen und eigenständige Energiespeicher-Boost-Stationen. Energieeffiziente Modelle der Effizienzklasse 1 wie S22 weisen geringe Leerlaufverluste auf und bieten langfristig Vorteile bei den Betriebskosten.

Kurz gesagt: trockentransformatoren für innenliegende, stark frequentierte Räume; ölgefüllte Transformatoren für offene Außenbereiche .

4. Verluste, Temperaturerhöhung und Kurzschlussimpedanz: Langfristige Kosten im Blick behalten

Mikronetztransformatoren laufen oft über lange Zeiträume, daher beeinflussen Leerlauf- und Lastverluste die Projektrendite unmittelbar. Es sind Produkte zu fordern, die GB 20052 und vorrangig die Energieeffizienzklasse 1 erfüllen. Beispielsweise senkt ein Trockentransformator mit 1000 kVA in Energieeffizienzklasse 1 den Leerlaufverlust um rund 30 % gegenüber einem Gerät der Klasse 2. Die zusätzlichen Anschaffungskosten amortisieren sich meist innerhalb von 3 bis 5 Jahren durch Stromersparnisse.

Impedanzspannung für herkömmliche Verteiltransformatoren liegt im Allgemeinen bei 4%–6%. Werden mehrere Transformatoren parallel betrieben, darf die Differenz der Kurzschlussimpedanzen 10 % nicht überschreiten. Die zulässigen Temperaturerhöhungen müssen den Vorgaben der Norm GB 1094.2 entsprechen; die Wicklungstemperaturerhöhung sollte im Allgemeinen 65 K nicht überschreiten. In Hochtemperaturumgebungen oder geschlossenen Räumen ist die Wärmeabfuhr besonders zu prüfen.

5. Abstimmung mit PV-Wechselrichtern und Energiespeicher-PCS

Ein gewöhnlicher Verteilungstransformator weist eine einseitige Leistungsflussrichtung auf. Ein Microgrid-Transformator steht vor drei zusätzlichen Herausforderungen:

Erstens: bidirektionaler Leistungsfluss. Die Leistungsrichtung kann sich täglich Dutzende oder Hunderte Male zwischen Laden und Entladen umkehren. Die mechanische Festigkeit der Wicklungen muss häufige Vorwärts- und Rückwärtsbelastungen berücksichtigen – nicht nur die üblichen einseitigen Anforderungen für Verteilungstransformatoren.

Zweitens: Toleranz gegenüber Oberschwingungen. PV-Wechselrichter und Energiespeicher-PCS erzeugen 3., 5. und 7. Oberschwingungen, was zu zusätzlichen Wicklungsverlusten und lokaler Überhitzung führt. Der K-Faktor des Transformators sollte mindestens betragen K4 ; bei Hochfrequenz-Schaltanwendungen kann K13 erforderlich sein. Die Kurzschlussimpedanz ist gemeinsam mit den Herstellern von PCS und Wechselrichtern abzustimmen, um Resonanzen zu vermeiden.

Drittens: Reserveüberlastkapazität für Energiespeicher. Energiespeicher-Transformatoren werden üblicherweise für eine stündliche kontinuierliche Entladung ausgelegt. Die kurzzeitige Überlastfähigkeit sollte einen Sicherheitspuffer aufweisen; eine 1:1-Konfiguration allein auf Basis der Nennleistung des PCS ist unzureichend.

6. Technische Parameter, die vor der Beschaffung einzureichen sind

Bevor Angebote angefordert werden, sind möglichst viele dieser Parameter anzugeben:

Grundparameter

• Nennleistung (kVA), Nennspannung Hoch-/Niederspannungsseite (kV), Frequenz (Hz), Phasenzahl, Vektigruppe (z. B. Dyn11).

Leistung

• Leerlaufverlust (kW), Lastverlust (kW), Kurzschlussimpedanz (%), Temperaturanstiegsgrenze (K), Isolationsklasse, Teilentladung.

Umgebung und Aufbau

• Innen-/Außeninstallation, Schutzart (Außengehäuse mindestens IP54), Kühlverfahren, Höhe über dem Meeresspiegel, Umgebungstemperaturbereich.

Mikrogrid-spezifisch

• Bidirektionales Betriebskonzept, K-Faktor, Oberschwingungsspektrum oder PCS-Parameter, kurzzeitige Überlastanforderungen, Koordination des netzseitigen Schutzes.

Zertifizierung

• Prüfbericht zur Energieeffizienz, Typenprüfbericht, Konformitätszertifikat gemäß GB 20052.

Entsprechende Lösungen von Jiangsu Unita

Das Produktsortiment von Jiangsu Unita deckt die oben genannten Auswahlanforderungen ab:

• Ölgefüllte Verteilungstransformatoren (S20/S22-Serie): Für Freiflächen-Photovoltaikanlagen, eigenständige Energiespeicher-Boost-Stationen und Freiflächen-Ladestationen. Modelle der Energieeffizienzklasse 1 bieten geringe Verluste und eine hohe Überlastfähigkeit für den Dauerbetrieb.
• Trockentransformatoren (SCB18-Serie): Für Indoor-Ladestationen, Gewerbezentren, Rechenzentren und Kellerräume mit strengen Anforderungen an den Brandschutz. Öl-frei, schwer entflammbar, Energieeffizienzklasse 1 und geeignet für die Oberschwingungsumgebung von PV- und Energiespeicher-PCS.
• Maßgeschneiderte Lösungen: Zielgenaue Konfigurationen hinsichtlich Leistung, Impedanz, Temperaturanstieg, Vektorkonstellation und Schutzart basierend auf Lastkurven, Oberschwingungseigenschaften der PCS, Netzanschlussbedingungen und Erweiterungsplänen. Wir unterstützen EPC-Unternehmer und Betreiber zudem bei der Lastverifikation sowie bei der Erstellung der Netzanschlussdokumentation.