Ein Abgriffumschalter an einem Transformator ist ein Mechanismus, der die Anzahl aktiver Windungswicklungen an einem Transformator anpasst, sodass seine Ausgangsspannung korrigiert werden kann, ohne das Gerät auszutauschen. Da sowohl die Versorgungsspannung als auch der Laststrom im Laufe der Zeit schwanken, würde ein Transformator, der für ein einziges genaues Verhältnis ausgelegt ist, ständig aus den Spezifikationen laufen. Abgriffe geben ihm die Flexibilität, auf Zielwert zu bleiben.
Das Spannungsverhältnis eines Transformators ist durch das Windungsverhältnis festgelegt, aber die Umgebungsbedingungen sind es nicht. Die Netzspannungsversorgung an der Primärseite kann je nach Tageszeit, Belastung des Speisefeldes und Entfernung zur Umspannanlage einige Prozent über oder unter dem Nennwert liegen. Auf der Sekundärseite fällt die Spannung bei hoher Last wegen des Wickungsimpedanz ab und steigt wieder an, wenn die Last sinkt. Hätte ein Transformator nur ein Verhältnis, würde die Sekundärspannung außerhalb des Bereichs wandern, den angeschlossene Geräte, Antriebe und Steuerungen erwarten.
Abgriffe lösen dieses Problem, indem sie einem Techniker oder einem Steuersystem erlauben, Windungswicklungen zu einer Wicklung hinzuzufügen oder zu entfernen, üblicherweise an der Hochspannungswicklung, weil diese bei gleicher Leistungsauslegung weniger Strom führt, wodurch der Abgriffwahlschalter und die Schaltkontakte kleiner, günstiger und weniger verschleißanfällig durch Lichtbogen werden. Das Entfernen von Windungen an der Primärseite erhöht die Sekundärspannung bei gegebener Eingangsspannung, das Hinzufügen von Windungen senkt sie. Die meisten Verteiltransformatoren werden mit fünf Abgriffpositionen in 2,5‑Prozent‑Schritten geliefert, zwei über und zwei unter dem Nennwert (häufig „voll belastbare Abgriffe“ genannt), sodass das Gerät an die tatsächliche Versorgungsspannung vor Ort und nicht an einen idealisierten Typenschildwert angepasst werden kann.
Ein außerbetrieblich umschaltbarer Abgriffumschalter, auch No‑load‑ oder de‑energized tap changer genannt (DETC in der IEEE‑Terminologie), kann nur neu positioniert werden, während der Transformator vollständig spannungsfrei und isoliert ist. Er ist ein einfacher mechanischer Wahlschalter, oft ein Drehschalter, der von außen mit einer Handkurbel betätigt wird, oder ein herausnehmbares Verbindungsstück im Tank, ohne die Fähigkeit, Laststrom sicher zu unterbrechen.
Dies ist die Standardkonfiguration bei den meisten Verteiltransformatoren und einem großen Teil kleiner und mittelgroßer industrieller Leistungstransformatoren, weil das Verhältnis nur einmal oder selten angepasst werden muss, üblicherweise bei der Inbetriebnahme oder nach einer dokumentierten, anhaltenden Verschiebung der Versorgungsspannung. Der Versuch, einen außerbetrieblichen Abgriffumschalter unter Last zu verstellen, führt zu einem Lichtbogen über die Wahlschalterkontakte und kann den Mechanismus zerstören; daher sind Verriegelung und verifizierte Spannungsfreiheit zwingend, bevor jemand daran arbeitet.
Ein unter Last umschaltbarer Abgriffumschalter, auch Load Tap Changer (LTC) genannt, ändert das Windungsverhältnis, während der Transformator weiter unter Spannung steht und Last führt. Das ist überall wichtig, wo eine Unterbrechung zum Umstellen des Abgriffs nicht akzeptabel ist: Umspannwerkstransformatoren, Generator-Übertrager und große industrielle Transformatoren, die kontinuierliche Prozesse versorgen.
Ein OLTC kann nicht einfach den Kontakt mit einem Abgriff öffnen und den Kontakt mit dem nächsten herstellen. Das würde entweder den Wicklungsstrom unterbrechen oder, wenn der neue Kontakt hergestellt würde, bevor der alte öffnet, die Windungen zwischen den beiden Abgriffen kurzschließen. Er besteht aus zwei zusammenarbeitenden Teilen:
Der Abzweigschalter arbeitet im Öl oder, bei neueren Ausführungen, in einem Vakuumunterbrecher oder SF6‑Gas, um die Lichtbogenenergie zu begrenzen; bei ölgefüllten Geräten ist das Abzweigfach typischerweise vom Haupttanköl abgetrennt, damit sich Schaltverunreinigungen nicht ausbreiten. OLTC‑Stufen sind außerdem in der Regel feiner als außerbetriebliche Abgriffe, üblicherweise im Bereich von etwa 0,6 bis 1,25 Prozent pro Stufe (ein weit verbreitetes ANSI‑Design verwendet 0,625‑Prozent‑Stufen über 33 Positionen, um etwa ±10 Prozent abzudecken), und bieten damit einen sanfteren, größeren Regelbereich über deutlich mehr Abgriffpositionen als ein außerbetrieblicher Umschalter.
| Aspekt | Außerbetrieblich (DETC/NLTC) | Unter Last (OLTC/LTC) |
|---|---|---|
| Betrieb bei angelegter Spannung | Nein, der Transformator muss spannungsfrei sein | Ja, verändert Abgriffe unter Last |
| Mechanismus | Einfacher Dreh‑ oder Verbindungswahlschalter | Abgriffwahlschalter plus Abzweigschalter mit Übergangsimpedanz |
| Typische Stufengröße | Grob, üblicherweise 2,5 Prozent | Feiner, üblicherweise etwa 0,6 bis 1,25 Prozent |
| Typische Verwendung | Verteiltransformatoren, viele industrielle Einheiten | Umspannwerkstransformatoren, Generator‑Übertrager, Einspeiser mit kontinuierlicher Regelung |
| Einstellhäufigkeit | Seltener, meist bei Inbetriebnahme | Häufig, kann unter automatischer Steuerung mehrmals täglich erfolgen |
| Zuständige Normen | IEEE C57.131, IEC 60214‑1 | IEEE C57.131, IEC 60214‑1, IEC 60214‑2 |
IEEE C57.131 und IEC 60214‑1 decken sowohl außerbetriebliche Abgriffumschalter als auch unter Last umschaltbare Abgriffumschalter innerhalb derselben Norm ab, während IEC 60214‑2 Anwendungshinweise zur Auswahl des einen oder anderen Typs gegenüber den Anforderungen von 60214‑1 bzw. C57.131 bietet.
Bei Umspannwerk‑ und Einspeisetransformatoren wird der OLTC üblicherweise von einem automatischen Spannungsregelrelais angetrieben, nicht von einer Person. Das Relais vergleicht die gemessene Sekundärspannung mit einem Zielwert und befiehlt nur dann eine Abgriffänderung, wenn die Spannung länger als eine festgelegte Verzögerungszeit außerhalb einer definierten Bandbreite liegt. Das vermeidet sogenannte Schaltjagden, bei denen der Mechanismus jeder kleinsten Schwankung nachläuft und vorzeitig verschleißt.
Viele Regelungsschemata verwenden außerdem eine Spannungsfallkompensation (line drop compensation), die den Spannungsabfall entlang des Speiseleiters zum Lastzentrum abschätzt und das Ziel so anpasst, dass die Kunden am fernen Ende eine akzeptable Spannung sehen, obwohl das Relais an den Transformatoranschlüssen misst.
Motorgetriebene OLTC‑Mechanismen akkumulieren über Tausende von Schaltvorgängen erheblichen Verschleiß. Die Kontakte des Abzweigschalters und die Übergangswiderstände sind Verschleißteile, und das Abzweigschalteröl bei widerstandsgeführten Ausführungen muss typischerweise periodisch beprobt und einer gelösten Gasanalyse (DGA) unterzogen werden, da sich Lichtbogennebenprodukte in diesem Fach schneller ansammeln als im Haupttank.
Lose oder degradierte Abgriffschalterkontakte erzeugen lokale Erwärmung lange bevor sie einen eindeutigen Fehler verursachen, dieselbe Ausfallerscheinung, die bei überlasteten Anschlüssen und unsymmetrischen Zuleitungen auftritt, die in Power‑Quality‑Problemen auf der Werkshalle behandelt werden. Das Verfolgen dieses Temperaturtrends in Relation zu Last und Abgriffposition ist auch eine natürliche Erweiterung routinemäßiger Thermografie‑Inspektionsprogramme, und jede daraus resultierende Isolationsverschlechterung ist derselbe Ausfallmodus, den Isolationswiderstandsprüfungen frühzeitig aufdecken sollen.
Fabrico liest Maschinenzustand und OEE direkt von der Linie, einschließlich der thermischen und elektrischen Anomalien, die einem Abgriffumschalter‑ oder Transformatorfehler vorausgehen, und leitet automatisch einen Arbeitsauftrag weiter, sobald Computer‑Vision das erkennt, was reine Sensoren oft übersehen. Es ist in der EU entwickelt, speichert Daten innerhalb der EU und verfügt über die Zertifizierungen ISO 27001, ISO 20000‑1 und ISO 9001. Buchen Sie eine Fabrico‑Demo.
Nein. Er hat keine Vorrichtung, um Laststrom sicher zu unterbrechen; das Verstellen unter Last kann Lichtbögen erzeugen und den Wahlschalter beschädigen. Der Transformator muss zuerst spannungsfrei geschaltet und isoliert werden.
Das direkte Umschalten des Laststroms zwischen zwei benachbarten Abgriffen würde entweder den Stromkreis kurzzeitig öffnen oder die Windungen zwischen ihnen kurzschließen. Der Abzweigschalter arbeitet mit Übergangswiderständen oder einem Übergangsreaktor zusammen und überbrückt die beiden Abgriffe kurzzeitig, sodass der Strom sauber übertragen werden kann, ohne eines der beiden Probleme.
Typischerweise die Hochspannungswicklung, weil sie bei gegebener Nennleistung geringeren Strom führt, wodurch der Abgriffwahlschalter und die Schaltkontakte kleiner und kostengünstiger herzustellen sind.
Das variiert je nach Anwendung und wie stark die Quell‑ und Lastspannung schwanken. Ein Umspannwerks‑OLTC unter automatischer Steuerung kann mehrmals am Tag schalten, weshalb Betriebszählungen und Kontaktverschleiß gegenüber dem Wartungsplan des Herstellers nachverfolgt werden.
Anmeldung
Blog