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2024-04-27T15:03:13Z

+Abbildung kaskadierte Prüftransformatoren

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Ein '''Prüftransformator''' ist eine spezielle Bauform eines [[Transformator]]s, der in [[Hochspannungslabor]]en als [[Wechselspannung]]squelle für [[Hochspannung]] dient. Er wird zur Durchführung von [[Hochspannungsprüfung]]en, Werkstoffprüfungen, [[Isolationsmessung]]en und der Qualitätsprüfung von in der [[Elektrische Energietechnik|elektrischen Energietechnik]] eingesetzten Hochspannungskomponenten wie [[Isolator (Elektrotechnik)|Isolatoren]], [[Leistungsschalter]]n oder [[Hochspannungsschalter]]n eingesetzt.

== Allgemeines ==
[[Datei:Bundesarchiv Bild 183-H0306-0001-008, Leipzig, Frühjahrsmesse, Freigelände, Prüftransformer.jpg|mini|1,2-MV-Prüftransformator auf der [[Leipziger Messe]]]]

Im Vergleich zu [[Leistungstransformator]]en weisen Prüftransformatoren kleinere Leistungen auf, sind typischerweise [[Phase (Schwingung)|einphasig]] aufgebaut und haben ein wesentlich höheres Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärseite, womit Prüfspannungen über 1 [[Volt (Einheit)|MV]] erreicht werden. Die im Vergleich zu den [[Nennspannung]]en wesentlich höheren Prüfspannungen sind notwendig, um Limits messtechnisch zu erfassen. Die charakteristischen Ausführungsunterschiede zwischen Leistungstransformation und Prüftransformatoren sind:<ref name="kuechler" />

{| class="wikitable"
|-
| Merkmal
! Leistungstransformator
! Prüftransformator
|-
| Aufgabe
| zur Maximierung der Energieübertragung
| zur Erzeugung hoher Prüfspannungen um Grenzfälle zu testen
|-
| Aufbau
| [[Dreiphasenwechselstrom-Transformator|Dreiphasentransformator]]
| [[Transformator|Einphasentransformator]]
|-
| Nennleistung
| bis über 1 GW
| bis zu einigen MW
|-
| Übersetzungsverhältnis
| zwischen 5 und 50
| zwischen 400 und 1500
|-
| [[Streuinduktivität]]
| unter 15 %
| 15 % bis 25 %
|-
| Eisenkern
| Gewichtsersparnis
| verzerrungsfreie und lineare Übertragung des [[Magnetischer Fluss|magnetischen Flusses]]
|-
| Betrieb
| Dauerbetrieb, meist unter Nennlast
| kurzes Prüfintervall, Stossbelastung, Überlast möglich
|}

Durch das hohe Übersetzungsverhältnis spielt besonders die elektrische Isolation eine wesentliche Rolle. Üblicherweise sind diese Transformatoren in [[Transformatorenöl|ölgefüllter]] Bauform ausgeführt. Der [[Transformator#Transformatorkern|Transformatorkern]] ist dabei entweder [[Erdung|geerdet]], was eine entsprechende, aufwendige Isolation der Hochspannungswicklung gegenüber dem Kern bedingt, oder der Kern befindet sich auf halbem Hochspannungspotential, was eine entsprechende, isolierende Aufstellung auf Standisolatoren in der Prüfhalle erfordert.

[[Datei:Kaskadierte Prüftransformatoren.svg|mini|Aufbau einer Kaskade aus 2 ("kaskadierten") Prüftransformatoren]]

Um die Probleme der Isolation zu reduzieren und technisch handhabbare Wechselspannungen bis zu einigen Megavolt erhalten zu können, werden Prüftransformatoren [[Kaskadierung|kaskadiert]]. Dazu werden bis zu drei Prüftransformatoren wie in nebenstehender Skizze dargestellt, verschaltet. Jeder Prüftransformator, grün hinterlegt, besteht im Wesentlichen aus drei Wicklungen: Der Erregerwicklung ''E'' (Primärwicklung), welcher der Leistungszuführung dient, der Hochspannungswicklung ''H'' (Sekundärwicklung) und der Kopplungswicklung ''K''. Die Kopplungs- und Erregerwicklung weisen ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 auf.

Der zweite Prüftransformator ''TR2'' wird auf einer elektrisch gegen Erde isolierten Plattform montiert und befindet sich auf dem Hochspannungspotential des ersten Prüftransformators ''TR1''. Zur Vermeidung ungewollter [[Spitzenentladung]]en im Bereich der Kopplungsspeiseleitung wird die Leitung innerhalb der mit großen Außendurchmesser realisierten Hochspannungsleitung geführt. Da die Hochspannungswicklung in Serie geschaltet sind, beträgt in diesem Fall bei zwei Prüftransformatoren die Summe der beiden Hochspannungen die doppelte Hochspannung eines Prüftransformators. Nachteilig an diesem Aufbau ist die stärkere thermische Belastung der unteren Stufen: In diesem Beispiel muss ''TR1'' auf die doppelte Leistung von ''TR2'' ausgelegt sein.

== Weitere Anwendung ==
[[Datei:Kaskadierte Prüftransformatoren im VEB Transformatoren- und Röntgenwerk Hermann Matern.jpg|thumb|right|Kaskadierte Prüftransformatoren in einem Hochspannungslabor]]
Neben der Funktion als Quelle hoher Wechselspannung dienen Prüftransformatoren auch zur Anspeisung von [[Hochspannungskaskade]]n, welche hohe [[Gleichspannung]]en liefern.

Prüftransformatoren werden auch zur Anspeisung von so genannten ''Serien-Resonanzanlagen'' verwendet. Serien-Resonanzanlagen vermeiden die aufwändige Kaskadierung und erlauben kompaktere Bauweisen, dafür müssen Hochspannungsprüfungen je nach Verfahren auf anderen Frequenzen als der [[Netzfrequenz]] ausgeführt werden, um die Resonanzbedingung erfüllen zu können.

Typischerweise werden Prüftransformatoren durch den Prüfling kapazitiv belastet. Durch Reihenschaltung einer verlustbehafteten [[Drossel (Elektrotechnik)|Drossel]] mit der Prüfkapazität ''C'' kann so auf Hochspannungsseite ein [[Schwingkreis|Reihenschwingkreis]] mit Dämpfungswiderstand ''R'' gebildet werden, welcher durch Abgleich der Induktivität ''L'' der Hochspannungsdrossel oder durch Verändern der Frequenz auf [[Resonanz (Physik)|Resonanz]] abgestimmt werden kann. Der Resonanzfall liegt bei der [[Kreisfrequenz]] ω<sub>0</sub>:

:<math>\omega_0 = \frac{1}{\sqrt{L \cdot C}}</math>

vor. Die Spannungsüberhöhung η mit der Prüfspannung ''U'' und der vom Prüftransformator gelieferten Erregerspannung ''U''<sub>E</sub> beträgt dann:

:<math>\eta = \frac{U}{U_E} = \frac{1}{\omega_0 \cdot C \cdot R }</math>

Prüftransformatoren in Serien-Resonanzanlagen werden für Spannungen bis zu 2,1 MV gebaut<ref name="graz" />.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Andreas Küchler
|Titel=Hochspannungstechnik
|Auflage=2.
|Verlag=Springer
|Datum=2005
|ISBN=3-540-21411-9}}

== Weblinks ==
* [http://www.capturedlightning.org/hot-streamer/temp/dest/SIBNIIE/big_trannys_8.JPG Kaskadierte Prüftransformatoren] in dem ehemaligen Freilufttestgelände SibNIIE, nahe [[Nowosibirsk]].

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="kuechler">
{{Literatur |Autor=Andreas Küchler |Titel=Hochspannungstechnik |Auflage=2. |Verlag=Springer |Datum=2005 |ISBN=3-540-21411-9 |Seiten=319 bis 321}}
</ref>
<ref name="graz">
P. Mohaupt, M. Pasquier, R. Gleyvod, G. Voigt: ''A 2100 kV - 90 MVA Resonant Test System'', High Voltage Engineering, ISH Graz, 1995, Beitrag 4550
</ref>
</references>

{{SORTIERUNG:Pruftransformator}}
[[Kategorie:Elektrische Messtechnik]]
[[Kategorie:Transformator]]

Prüftransformator - Versionsgeschichte

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