Transformatoren

De elektrische energie wordt met transport- en distributienetten van de centrale naar de verbruikers gebracht. Telkens men van spanningsniveau verandert, wordt er een transformator geplaatst. In de tractie-onderstations worden ze gebruikt in de transformator-gelijkrichtergroepen en voor de voeding van de bijdiensten op 400 Volt.

Een transformator is een bedrijfszeker toestel. Rond een magnetische kern zijn de primaire en secundaire wikkelingen geplaatst. Het geheel zit in een metalen kuip die met een koelmiddel gevuld is. Het koelmiddel dient enerzijds om de warmte, opgewekt door de eigen verliezen van de transformator, af te voeren en anderzijds als isolatie van de wikkelingen om de afstanden tot een minimum te beperken.

Het normale koelmiddel is minerale olie. Minerale olie heeft een brandpunt van 170 °C.

Aldus werd om reden van brandveiligheid Askarel als koelmiddel gekozen voor de kleinere transformatoren. Om milieuredenen is het gebruik van Askarel verboden. Tegen 2010 moeten alle transformatoren met Askarel vervangen worden.

Silicone-olie en esterolie hebben een brandpunt van ongeveer 360 °C en worden als vervangmiddel van Askarel toegepast zoals ook de droge transformator waar de isolatie met giethars gebeurt en waar de lucht het rechtstreekse koelmiddel is.

Aangezien we vrezen dat silicone-olie (niet biodegradabel) op termijn eveneens milieuproblemen kan veroorzaken, overwegen we ook om dit koelmiddel niet langer te gebruiken. Esterolie is biodegradabel maar wordt nog maar enkele jaren op grotere schaal toegepast. Er zijn onvoldoende gegevens omtrent diëlektrische vastheid van de olie na 20 of 30 jaren.

Uitvoeringen

Daar het koelmiddel uitzet of inkrimpt volgens de temperatuur of de belasting van de transformator, moet de uitzetting kunnen opgevangen worden.

De koelribben van de hermetische transformator zijn elastisch uitgevoerd en normaal treft men een stikstofkussen boven de olie aan.

De tractietransformatoren worden steeds uitgevoerd met uitzettingsvat. Op dit vat treft men een olieslot met silicagelkorrels aan om te beletten dat er onzuiverheden en vochtigheid kunnen binnentreden. Silicagelkorrels zijn normaal blauw gekleurd en worden roze bij verzadiging.

Hermetische transformator

Transformator met uitzettingsvat

Rendement

Het rendement van een transformator ligt zeer hoog : grootorde 98 à 99 %. De verliezen zijn te wijten aan de nullast- (ijzerverliezen) en de koperverliezen. Bij aankoop wordt rekening gehouden met deze verliezen (kapitalisatie). Een droge transformator heeft meer verliezen dan een natte.

Vervangingscomponenten

Lastverliezen of koperverliezen

R1 en R2’ zorgen voor zuiver ohmse verliezen, veroorzaakt door de weerstand van het koper. Zij veroorzaken de opwarming van de transformator onder belasting.

Nullastverliezen of ijzerverliezen

Rm zorgt voor nullastverliezen wanneer de transformator onder spanning gebracht wordt. Deze nullastverliezen worden veroorzaakt door magnetische wervelstromen in het blik, door een hysteresis in de magnetisatie en door anormale verliezen.

Lekreactanties

gewoonlijk niet gewenst : zij veroorzaken een spanningsval !

kortsluitstromen worden door de lekreactanties begrensd : bescherming voor de transfo en beperking van het vereiste schakelvermogen van de vermogenschakelaars

de huidige tractie-transformatoren hebben een reactantie rond de 14 %

de kortsluitspanning (spanning aan primaire bij kortgesloten secondaire en nominale stroom doorheen de transfo) is dan ook 14 %

bij een kortsluiting is de spanning aan de primaire Unom ; door de transformator loopt dan de kortsluitstroom Ik = Inom / 14 % = 7 Inom

Beveiligingen

Buchholz-relais : bij transformatoren met een uitzettingsvat, tussen transfo en uitzettingsvat

Bij gasontwikkeling ten gevolge van energie-zwakke fouten ontstaat er een gasophoping in dit relais. Een vlotter veroorzaakt een alarm. Bij grote fouten ontstaat er een plotse gas-ontwikkeling. De stroom die hierdoor ontstaat, veroorzaakt een uitschakeling in het relais.

oliethermometer : De temperatuur van de olie wordt opgevolgd

De olie mag maximaal tot 140° C opwarmen. Bij overbelasting zou deze temperatuur nog verder kunnen oplopen, wat vermeden moet worden.

DGPT : Op hermetische transformatoren worden deze functies gecombineerd in een toestel dat zowel gasdetectie (DG), druk (P) en temperatuur (T) controleert.

stroomafhankelijk beveiligingsrelais : met ogenblikkelijke, vertraagde en thermisch beeld beveiliging

Schakelgroep en klokgetal

De schakelgroep kenmerkt de schakelwijze van de primaire en de secondaire van de transformator :

ster : drie fazen gaan over drie reeksen windingen naar een gemeenschappelijk sterpunt (N : neuter)

driehoek : drie fazen met elkaar verbonden (vorm van een driehoek)

zig-zag : verbinding van faze met gemeenschappelijk punt is in twee delen gesplitst, die zich op een verschillend been van de transformator bevinden

vb. Yd11 : primaire in ster, secondaire in driehoek, 11 is het klokgetal (330° tussen N-U1 en N-U2)

Het klokgetal is de fazeverschuiving tussen de spanningsvectoren van de overeenstemmende lijnspanningen in primaire en secondaire. Teken N-U1 naar 12 uur. De richting N-U2 duidt het klokgetal aan.

Koelwijze bij de NMBS

tot 50 kVA : luchtgekoeld (AN : air natural)

tot 1000 kVA : gekoeld door een koelvloeistof (vb. silicoonolie) met een brandpunt hoger dan 300 °C en deze olie wordt op zijn beurt door lucht gekoeld (KNAN) ; momenteel zoekt men naar de beste alternatieven voor deze transformatoren

vanaf 1000 kVA : gekoeld met minerale olie, die door lucht gekoeld wordt (ONAN : oil natural, air natural)

Deze laatste transformatoren zijn uitgerust met een put, waarin de brandende koelvloeistof in kan lopen. Om de olie te blussen bevinden er zich 30 cm keien op een rooster. Onder de rooster kan de volledige inhoud van de transformator invloeien (redenen : milieu en brand).

________________________________