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Der Kauf eines Transformators für ein netzentkoppeltes Stromversorgungsprojekt bedeutet nicht einfach, die richtige kVA-Leistung auszuwählen und den günstigsten Preis zu finden.
Ein netzentkoppeltes System weist andere Betriebsbedingungen als ein herkömmliches netzgekoppeltes Stromversorgungssystem auf. Der Transformator arbeitet möglicherweise mit einem Solarwechselrichter, einem Batteriespeichersystem, variablen Lasten, begrenztem Kurzschlussstrom, hohen Umgebungstemperaturen, Staub, Feuchtigkeit oder korrosiven Umgebungen.
Die Auswahl eines Standard-Verteilungstransformators, ohne diese Bedingungen zu prüfen, kann zu einer übermäßigen Temperaturerhöhung, Alterung der Isolierung, ungewollten Auslösungen der Schutzeinrichtungen oder vorzeitigem Transformatorausfall führen.
Stellen Sie vor der Auftragserteilung sicher, dass Ihr Transformatorlieferant die folgenden fünf Fragen klar beantworten kann.
Zwei netzentkoppelte Projekte, zwei völlig unterschiedliche Ergebnisse
Ein netzunabhängiges Projekt in Westafrika wählte einen Standard-Trockentransformator hauptsächlich aufgrund seines niedrigeren Kaufpreises aus. Der Transformator wurde in einem unterirdischen elektrischen Raum installiert. Nach mehreren Betriebsmonaten führte übermäßige Wärme zu einer Verschlechterung der Isolierung und zum Ausfall des Transformators. Ersatzbeschaffung, internationale Lieferung und Projektpause verursachten erhebliche Zusatzkosten.
Bei einem weiteren netzunabhängigen Solar-Mikronetzprojekt in Ostafrika gab der Käufer bereits in der Angebotsphase eindeutig Umgebungsbedingungen, Kühlverfahren, Korrosionsschutz sowie an Wechselrichter gebundene Anforderungen vor. Der ausgewählte Transformator war zwar ursprünglich teurer, doch das Projekt erreichte einen stabilen Langzeitbetrieb mit deutlich geringerem Wartungsrisiko.
Der Unterschied lag nicht einfach im Preis des Transformators. Er lag vielmehr in den Fragen, die vor Auftragserteilung gestellt wurden.
Warum ist die Auswahl des Transformators für netzunabhängige Projekte wichtig?
In einem herkömmlichen netzgekoppelten System stellt das öffentliche Stromnetz normalerweise eine starke Stromquelle mit relativ hoher Kurzschlussleistung dar.
Ein Inselnetzsystem ist anders.
Die Stromquelle kann ein Solarwechselrichter, ein Batteriewechselrichter, ein Dieselgenerator oder eine Kombination mehrerer Quellen sein. Wechselrichtergestützte Systeme können andere Oberschwingungseigenschaften aufweisen und deutlich geringere Kurzschlussströme als ein öffentliches Stromnetz erzeugen.
Gleichzeitig werden viele Inselnetzprojekte an abgelegenen Standorten installiert, an denen Wartung und Austausch teuer sind.
Aus diesem Grund sollte bei der Auswahl des Transformators weit mehr als nur die Nennleistung berücksichtigt werden.
Sie sollten folgende Aspekte bewerten:
• Wechselrichterkompatibilität
• Oberschwingungsbelastung
• Transformator-Vektorgruppe
• Leerlauf- und Lastverluste
• Kurzschlussimpedanz
• Schutzkoordination
• Umgebungstemperatur
• Gehäuse und Korrosionsschutz
• Installationsumgebung
• Anwendbare Normen und Zertifizierungen
Hier sind die fünf Fragen, die Sie stellen sollten, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.
1. Ist der Transformator auf der Wechselrichterseite oder auf der Lastseite installiert?
Dies ist eine der ersten Fragen, die Sie mit dem Transformatorhersteller klären sollten.
In vielen netzunabhängigen Solar- und Batteriesystemen ist der Transformator direkt mit einem Wechselrichter verbunden. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Versorgungsstromquelle kann ein Wechselrichter Oberschwingungsströme und hochfrequente Schaltkomponenten erzeugen.
Diese Bedingungen können zusätzliche Verluste und eine höhere Temperaturerhöhung im Transformator verursachen.
Ein Transformator, der auf der Wechselrichterseite eingesetzt wird, sollte daher anhand der tatsächlichen Ausgangseigenschaften des Wechselrichters bewertet werden – und nicht einfach wie ein konventioneller Verteiltransformator ausgewählt werden.
Was sollten Sie beim Lieferanten erfragen?
Frage:
„Ist dieser Transformator für den Anschluss an einen Wechselrichterausgang geeignet? Bitte bestätigen Sie die erwarteten Oberschwingungsbedingungen und liefern Sie entsprechende Daten zur Temperaturerhöhung oder zur Konstruktionsverifikation.“
Eine häufige Antwort des Lieferanten
„Es handelt sich um einen Standardtransformator, der der nationalen Norm entspricht.“
Diese Antwort könnte unzureichend sein.
Die Einhaltung einer allgemeinen Transformator-Norm bedeutet nicht automatisch, dass der Transformator für jede Wechselrichter-Anwendung bewertet wurde.
Ihre Folgefrage
Stellen Sie dem Lieferanten folgende Fragen:
„Bitte bestätigen Sie, dass das Transformator-Design für die vom Wechselrichter erzeugte Ausgangsform und die in unserem Projekt spezifizierten Oberschwingungsbedingungen geeignet ist.“
Falls der Wechselrichter-Hersteller Oberschwingungsstrom-Daten, THD-Angaben, Schaltfrequenz oder andere relevante Parameter bereitstellt, senden Sie diese bitte bereits in der Angebotsphase an den Transformator-Hersteller.
Warten Sie nicht, bis der Transformator bereits gefertigt wurde.
2. Welche Vektorgruppe hat der Transformator?
Die Vektorgruppe des Transformators ist ein weiterer wichtiger Parameter, der vor der Bestellung bestätigt werden muss.
Häufig verwendete Vektorgruppen sind:
• Dyn11
• Yyn0
• YNd11
• Dd0
Allerdings hängt die richtige Schaltgruppe vom Systemdesign ab.
Für ein Inselnetzsystem sollten Sie die Wechselrichterkonfiguration, die Anforderungen an den Neutralleiter, die Erdungsart, das Schutzsystem sowie die Verbindung zwischen Transformator und nachgeschalteten Lasten berücksichtigen.
Eine Dreieckwicklung kann zudem einen Pfad für umlaufende Tripeloberschwingungsströme bereitstellen und verhindern, dass diese Komponenten direkt auf der anderen Seite des Transformators auftreten. Dies bedeutet jedoch nicht nicht automatisch, dass Dyn11 für jedes Inselnetzprojekt die richtige Wahl ist.
Was sollten Sie beim Lieferanten erfragen?
Frage:
"Bitte bestätigen Sie die Schaltgruppe des Transformators und erläutern Sie, wie der Neutralpunkt und die Erdungsanordnung für unser Inselnetzsystem auszuführen sind."
Eine häufige Antwort des Lieferanten
"Es handelt sich um eine Stern-Dreieck-Schaltung."
Diese Beschreibung ist für eine Einkaufsspezifikation zu vage.
Ihre Folgefrage
Fordern Sie den Lieferanten auf, die genaue Schaltgruppe anzugeben, beispielsweise:
"Bitte geben Sie die Schaltgruppe in der technischen Datenblatt genau an, z. B. als Dyn11, Yyn0 oder eine andere exakte Bezeichnung."
Überprüfen Sie außerdem:
• Welche Seite ist Delta?
• Welche Seite ist Stern?
• Ist ein Neutralleiteranschluss erforderlich?
• Wo ist der Neutralpunkt geerdet?
• Wie koordiniert sich das Erdungssystem mit dem Wechselrichter?
Die Schaltgruppe ist als Teil der vollständigen elektrischen Systemauslegung zu bestätigen und nicht einfach deshalb zu wählen, weil sie häufig verwendet wird.
3. Was sind die tatsächlichen Leerlauf- und Lastverluste?
Der Wirkungsgrad des Transformators ist insbesondere bei Inselnetz- und Solaranwendungen von besonderer Bedeutung.
Ein Transformator verbraucht auch bei sehr geringer Last Energie aufgrund seiner Kernverluste.
Dies ist besonders wichtig bei Systemen, die rund um die Uhr betrieben werden, jedoch eine vergleichsweise niedrige durchschnittliche Last aufweisen.
Zum Beispiel kann ein Solar-batteriegestütztes Mikronetz tagsüber eine hohe Last aufweisen, während nachts nur wesentliche Verbraucher aktiv sind. Der Transformator verbraucht auch bei geringer Last weiterhin Leistung.
Über mehrere Jahre hinweg können diese Verluste einen erheblichen Teil der Betriebskosten des Projekts ausmachen.
Was sollten Sie beim Lieferanten erfragen?
Statt zu fragen:
„Ist dies ein energiesparender Transformator?“
Fordern Sie konkrete Zahlen an:
„Bitte geben Sie die garantierten Leerlaufverluste und Lastverluste für den vorgeschlagenen Transformator an und benennen Sie den geltenden Wirkungsgrad- oder Energieeffizienzstandard.“
Für Projekte mit chinesischen Standards bestätigen Sie bitte die jeweils gültige Ausgabe und Leistungsklasse von GB 20052 und verlassen Sie sich nicht allein auf die allgemeine Aussage, der Transformator sei „energieeffizient“.
Eine häufige Antwort des Lieferanten
„Unser Transformator ist ein energiesparendes Modell.“
Dies liefert Ihnen nicht genügend Informationen, um verschiedene Anbieter miteinander zu vergleichen.
Ihre Folgefrage
Fordern Sie an:
• Nennkapazität
• Leerlaufverlust
• Lastverlust
• Strom ohne Last
• Impedanzspannung
• Wirkungsgrad oder geltende Energieeffizienzklassifizierung
• Prüf- oder Routineprüfdokumentation
Sie können dann Lieferanten anhand tatsächlicher technischer Daten vergleichen, statt allein am Einkaufspreis.
4. Was ist die Kurzschlussimpedanz und passt sie zum Wechselrichter?
Die Kurzschlussimpedanz ist besonders wichtig bei netzunabhängigen, wechselrichtergespeisten Systemen.
Ein herkömmliches Versorgungsnetz kann einen hohen Kurzschlussstrom bereitstellen. Eine wechselrichtergespeiste Stromquelle kann je nach Regelungsstrategie und Schutzeinstellungen einen deutlich geringeren Kurzschlussstrom liefern.
Dieser Unterschied kann die Koordination der Schutzeinrichtungen beeinflussen.
Falls die Transformatorimpedanz und die Systemkonfiguration zu einem unzureichenden Kurzschlussstrom führen, könnten nachgeschaltete Schutzeinrichtungen unter bestimmten Fehlerbedingungen nicht wie erwartet ansprechen.
Andererseits kann eine unnötig niedrige Impedanz den Kurzschlussstrom erhöhen und die elektrische Ausrüstung stärker belasten.
Daher sollte die Transformatorimpedanz gemeinsam mit dem gesamten System bewertet werden.
Was sollten Sie beim Lieferanten erfragen?
Frage:
"Bitte bestätigen Sie die Kurzschlussimpedanz des Transformators und prüfen Sie, ob sie mit der maximalen Kurzschlussstromfähigkeit des Wechselrichters sowie den Schutzeinstellungen des Projekts kompatibel ist."
Eine häufige Antwort des Lieferanten
"Die Impedanz entspricht dem Standardwert für diese Transformatorleistung."
Dies könnte für ein Inselnetzprojekt möglicherweise nicht ausreichend sein.
Ihre Folgefrage
Geben Sie dem Transformatorhersteller folgende Angaben bekannt:
• Nennstrom des Wechselrichters
• Maximaler Kurzschlussstrom
• Dauer des Kurzschlussstroms
• AC-Ausgangsspannung
• Transformator-Nennkapazität
• Informationen zur nachgeschalteten Schutzeinrichtung
• Kabellänge und -querschnitt, falls zutreffend
Fordern Sie anschließend den Transformatorlieferanten oder den Elektrosystemingenieur auf, die Schutzzusammenarbeit zu verifizieren.
Der Transformator sollte als Teil des kompletten netzunabhängigen elektrischen Systems und nicht als isoliertes Gerät bewertet werden.
5. Welche Anforderungen bestehen hinsichtlich der Schutzart (IP) und des Korrosionsschutzes?
Viele netzunabhängige Projekte befinden sich in Umgebungen, in denen die Betriebsbedingungen deutlich anspruchsvoller sind als diejenigen eines innerstädtischen Bürogebäudes.
Beispiele hierfür sind:
• Abgelegene afrikanische Projekte
• Wüstensolarparks
• Tropische Mikronetze
• Installationen in Küstennähe
• Bergwerksstandorte
• Landwirtschaftliche Projekte
• Außenaufstellungen für Batteriespeichersysteme
• Abgelegene Industrieanlagen
Staub, Feuchtigkeit, Salznebel, Regen, Insekten und hohe Umgebungstemperaturen können alle die Zuverlässigkeit des Transformators beeinträchtigen.
Falls der Transformator im Freien installiert wird, sollten Gehäuse und Zubehör entsprechend den tatsächlichen Umgebungsbedingungen ausgewählt werden.
Was sollten Sie beim Lieferanten erfragen?
Frage:
bitte geben Sie die Schutzart (IP) des Gehäuses, das Korrosionsschutzsystem, die Beschichtungsspezifikation sowie die empfohlenen Umgebungsbedingungen für einen langfristigen Außeneinsatz an.
Falls das Projekt in einer Küstenregion oder einer stark korrosiven Umgebung liegt, bitten Sie um detailliertere Informationen zum Beschichtungssystem und zu relevanten Korrosionstests.
Eine häufige Antwort des Lieferanten
der Transformator eignet sich für die Außenaufstellung.
Auch dies ist wieder zu allgemein.
Ihre Folgefrage
Bitten Sie den Lieferanten, folgende Angaben zu machen:
• IP-Schutzart
• Korrosionskategorie oder Beschichtungssystem
• Lack-/Beschichtungsstärke
• Angaben zum Salznebeltest, falls zutreffend
• Umgebungstemperaturbereich
• Anforderungen an die Luftfeuchtigkeit
• Höhenbeschränkungen
• Anforderungen für Außeninstallationen
Für Projekte in rauen Umgebungen sollte der Umweltschutz bereits vor Abschluss des Angebots in die technische Spezifikation aufgenommen werden.
Prüfliste für den Kauf von Inselnetz-Transformatoren
Bevor eine Bestellung aufgegeben wird, muss der Transformatorhersteller schriftlich folgende Fragen beantworten.
Artikel |
Was Sie dem Lieferanten fragen sollten |
Wechselrichterkompatibilität |
Ist der Transformator für die Wechselrichterausgabe und die erwarteten Oberschwingungsbedingungen geeignet? |
Vektorgruppe |
Welche genaue Schaltgruppe liegt vor, z. B. Dyn11 oder Yyn0? |
Neutralleiter und Erdung |
Wie ist der Transformator-Neutralpunkt zu erden? |
Leerlaufverlust |
Welcher Leerlaufverlust ist garantiert? |
Lastverlust |
Welcher Lastverlust bei Nennlast ist garantiert? |
Effizienzstandard |
Welcher Energieeffizienzstandard und welche Ausgabe gelten? |
Kurzschlussimpedanz |
Welche Kurzschlussimpedanz liegt vor, und wurde sie mit der Kurzschlussstromfähigkeit des Wechselrichters abgeglichen? |
Schutzkoordination |
Wurde der Transformator gemeinsam mit dem Projektschutzsystem bewertet? |
IP-Schutzart |
Welche Schutzart hat das Gehäuse? |
Korrosionsschutz |
Welches Beschichtungs- oder Korrosionsschutzsystem wird verwendet? |
Umgebungsbedingungen |
Was sind die maximalen Temperatur-, Luftfeuchtigkeits- und Höhenbegrenzungen? |
Testen |
Welche Berichte zu Routine- und Typprüfungen sind verfügbar? |
Welche Unterlagen sollten Sie vor der Bestellung anfordern?
Ein professioneller Transformatorenlieferant sollte in der Lage sein, technische Unterlagen vor der Fertigung bereitzustellen.
Je nach Projekt können Sie Folgendes anfordern:
1. Technisches Datenblatt für den Transformator
2. Allgemeine Anordnungszeichnung
3. Typenschildinformationen
4. Leerlaufverlust- und Lastverlustdaten
5. Impedanzspannung
6. Vektorgruppe
7. Temperaturanstiegsinformationen
8. Bericht über Routineprüfungen
9. Typenprüfbericht, sofern zutreffend
10. Isolationsprüfungs-Informationen
11. Gehäuse- und Korrosionsschutzspezifikationen
12. Anwendbare Zertifikate und Konformitätsdokumente
Für internationale Projekte sollten Sie außerdem die für die lokale Zollabfertigung, den Netzanschluss, die Zertifizierung und die Projektabnahme erforderlichen Dokumente bestätigen.
Für Projekte in afrikanischen Märkten können die Anforderungen je nach Land und Projekt variieren. Gehen Sie nicht davon aus, dass ein einzelnes Zertifizierungspaket automatisch für jedes Land gilt.
Der günstigste Transformator ist nicht immer die kostengünstigste Option
Beim Vergleich von Transformatorangeboten betrachten viele Käufer nur drei Zahlen:
kVA + Spannung + Preis.
Für ein Inselnetzprojekt kann dieser Ansatz riskant sein.
Ein Transformator mit einem niedrigeren Kaufpreis kann aufweisen:
• Höhere Leerlaufverluste
• Höhere Lastverluste
• Weniger geeignete Kühlung
• Unzureichenden Umweltschutz
• Falsche Vektorguppe
• Schlechte Kompatibilität mit dem Wechselrichter
• Unzureichende technische Dokumentation
Eine etwas höhere Anfangsinvestition kann manchmal langfristige Energieverluste, Wartungskosten, Ausfallzeiten und Austauschrisiken senken.
Die richtige Frage lautet nicht:
"Welcher Transformator ist der günstigste?"
Es ist:
"Welcher Transformator ist technisch für das gesamte netzunabhängige System geeignet und bietet die niedrigsten Gesamtkosten über seine Betriebslebensdauer?"
Abschließende Prüfliste: 5 Fragen vor Ihrer Bestellung
Bevor Sie eine Bestellbestätigung für einen netzunabhängigen Verteiltransformator unterzeichnen, stellen Sie sicher, dass Sie schriftliche Antworten auf diese fünf Fragen haben:
1. Ist der Transformator für die Wechselrichterausgabe geeignet?
Bestätigen Sie die Oberschwingungsbedingungen, die Temperaturerhöhung, das Isolationsdesign und die Kompatibilität mit dem Wechselrichter.
2. Welche genaue Schaltgruppe liegt vor?
Akzeptieren Sie keine vagen Beschreibungen wie "Stern-Dreieck." Bestätigen Sie die exakte Schaltgruppe und die Erdungsanordnung.
3. Was sind die tatsächlichen Transformatorverluste?
Fordern Sie garantierte Leerlauf- und Lastverluste an, statt allgemeine Aussagen wie „energiesparend“ zu akzeptieren.
4. Ist die Impedanz mit dem Wechselrichter und dem Schutzsystem kompatibel?
Überprüfen Sie die Kurzschlussimpedanz und die Abstimmung des Schutzes unter Verwendung der tatsächlichen Kurzschlussstromfähigkeit des Wechselrichters.
5. Kann der Transformator die Installationsumgebung aushalten?
Bestätigen Sie die IP-Schutzart, den Korrosionsschutz, die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Höhe über dem Meeresspiegel sowie andere Standortbedingungen.
Ein guter Transformatorkauf beginnt mit den richtigen technischen Fragen – nicht mit dem niedrigsten Angebot.
Falls Sie einen Verteilungstransformator für ein netzunabhängiges Solarenergie-, Mikronetz-, Industrie- oder Fernstromversorgungsprojekt beschaffen, geben Sie bitte die erforderliche Leistung, Spannung, Wechselrichtermodell, Installationsumgebung und anzuwendenden Normen vor der Anfrage eines endgültigen Angebots beim Transformatorhersteller an. Dadurch kann der Lieferant eine Transformator-Konfiguration empfehlen, die auf den konkreten Projektanforderungen beruht, statt auf einem Standardmodell.
