Zickzack-Transformator vs. geerdeter Y-Transformator: Welchen sollten Sie wählen?

Moderne Stromversorgungssysteme benötigen Stabilität und Sicherheit. Viele Drehstromsysteme, wie zum BeispielDelta-Verbindungenoder bestimmte Generatorausgänge keinen natürlichen Neutralpunkt besitzen, wodurch ein ungeerdetes System entsteht.

Der Betrieb eines ungeerdeten Systems ist riskant. Im Falle eines Erdschlusses kann das Fehlen eines eindeutigen Fehlerpfades schwerwiegende Probleme verursachen.

Zu den wichtigsten Risiken nicht geerdeter Systeme gehören:

• Vorübergehende Überspannungen, die die Isolierung von Geräten belasten und beschädigen.
• Schwierigkeiten bei der Erkennung und Lokalisierung von Erdschlüssen führen dazu, dass diese fortbestehen.
• Erhöhte Sicherheitsrisiken für das Personal aufgrund unvorhersehbarer Berührungsspannungen.

Die Lösung besteht darin, mithilfe eines Erdungstransformators einen künstlichen Neutralleiter zu erzeugen.

Dieser Artikel vergleicht die beiden Hauptmethoden: den speziellen Zickzack-Erdungstransformator und den herkömmlichen geerdeten Sterntransformator.

Den Zickzack-Transformator verstehen

Was ist ein Zickzack-Transformator?

Ein Zickzack-Transformator ist ein Spezialgerät, das einen Erdungspfad für ein ungeerdetes Dreiphasensystem bereitstellt. Er wird auch häufig als Zickzack-Erdungstransformator bezeichnet.

Das charakteristische Merkmal ist eine einzigartige, miteinander verbundene Sternwicklung, die ganz anders funktioniert als herkömmliche Leistungstransformatoren.

So funktioniert es

Das Kernprinzip eines Zickzack-Transformators liegt in seinem Impedanzverhalten. Er bietet eine sehr niedrige Impedanz für Nullstromkomponenten, also Fehlerströme, während er für Mit- und Gegenstromkomponenten, also normale Betriebsströme, eine hohe Impedanz aufweist.

Dadurch kann der Fehlerstrom sicher zur Erde abfließen. Ein Erdungsdiagramm eines Transformators zeigt deutlich, wie jede Phasenwicklung aufgeteilt und an verschiedene Kernschenkel angeschlossen ist, was sich deutlich von einem einfachen Dreieck- oder Sterndiagramm unterscheidet.Grundprinzipien der Erdung von Transformatorensind der Schlüssel zu ihrer Funktionsweise.

Unter normalen Bedingungen fließt nur sehr wenig Strom durch die Zickzack-Einheit. Bei einem Erdschluss addieren sich die Nullstromkomponenten in den einzelnen Wicklungen, wodurch ein niederohmiger Pfad zum Neutralleiter und zur Erde entsteht.

Wichtigste Vorteile der Erdung

Die Konstruktion eines Zickzack-Transformators bietet bei Erdungsanwendungen mehrere klare Vorteile.

• Kosteneffizienz:Wenn keine sekundäre Last benötigt wird, ist ein Zickzack-Transformator in der Regel günstiger als die Installation eines kompletten Stern-Dreieck-Transformators nur zur Erdung.
• Kompakte Stellfläche:Bei gleicher Erdungskapazität ist die Zickzack-Bauweise kleiner und leichter, was die Installation auf engstem Raum erleichtert.
• Harmonische Dämpfung:Die Wicklungsanordnung fängt naturgemäß Oberschwingungen dritten Grades, wie die 3., 9. und 15., ab. Dies geschieht, weil die Wicklungsanordnung die Flüsse der 3. Oberschwingung aufhebt, was die Gesamtqualität der Stromversorgung verbessert.

Die Alternative mit geerdetem Wye verstehen

Alternativ zu einer speziellen Zickzack-Einheit kann der Neutralleiter von der Sternwicklung eines Standard-Leistungstransformators abgegriffen werden. Dies geschieht üblicherweise auf eine von zwei Arten.

Erstens: Wenn ein System bereits über einen Delta-Ye-Leistungstransformator verfügt, kann dessen Sternseite zur Systemerdung verwendet werden.

Zweitens kann ein spezieller Stern-Dreieck-Transformator installiert werden, um einen erdbaren Neutralpunkt zu schaffen.

Diese Vorgehensweise ist bei Neuinstallationen oder Umspannwerken üblich und findet sich auch inhäufig in netzbildenden BESS-Topologienfür erneuerbare Energiesysteme. Im Gegensatz zu einem Zickzack-Transformator besteht die Hauptaufgabe dieser Einheiten oft in der Spannungswandlung, wobei die Erdung ein sekundärer, aber dennoch wichtiger Zweck ist.

Zickzack- und Wye-Delta-Vergleich

Die Wahl zwischen einem Zickzack-Transformator und einer geerdeten Sternschaltung erfordert ein klares Verständnis der Projektanforderungen, des Budgets und der räumlichen Gegebenheiten. Die beste Lösung hängt von der jeweiligen Anwendung ab.

Diese Tabelle ermöglicht einen direkten Vergleich der beiden Ansätze.

Ein praktischer Entscheidungsrahmen

Nach unserer Erfahrung lässt sich die Wahl zwischen einem Zickzack- und einem geerdeten Sterntransformator oft auf drei gängige Szenarien reduzieren.

Szenario 1: Nachrüstung

Beim Nachrüsten einer Erdung in einem bestehenden, ungeerdeten Delta-System ist der Zickzack-Transformator fast immer die bessere Wahl. Seine geringere Größe, die niedrigeren Kosten für eine einmalige Anwendung und die einfachere Installation ermöglichen eine problemlose Integration in die bestehende Infrastruktur ohne größere Änderungen.

Szenario 2: Neue Anlage

Für ein neues Umspannwerk oder eine Anlage, die zusätzlich Betriebsstrom für Dinge wie Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Klimaanlage und Steuerung benötigt, kann ein Stern-Dreieck-Transformator kostengünstiger sein.

Durch die Verwendung der Sternschaltung der Sekundärseite sowohl für die Erdung als auch für die Versorgung zusätzlicher Lasten werden zwei Funktionen in einem Gerät kombiniert, was die Gesamtkosten senken und Platz sparen kann.

Dies entspricht vielen Standards.Systemerdungs- und Schutzsysteme.

Szenario 3: Hohe Harmonische

In Systemen mit vielen nichtlinearen Lasten wie Frequenzumrichtern oder Wechselrichtern bietet der Zickzack-Erdungstransformator klare Vorteile. Seine integrierte Fähigkeit zur Reduzierung von Oberschwingungen verbessert die Stromqualität und verringert die Oberschwingungserwärmung in anderen Geräten.

Dies macht es zu einer bevorzugten Wahl für Projekte im Bereich erneuerbarer Energien und moderne Industrieanlagen, wo esentscheidende Rolle in modernen Stromnetzenist allgemein anerkannt.

Fazit: Die richtige Wahl

Die Wahl zwischen einem Zickzack-Transformator und einer geerdeten Sternschaltung ist eine wichtige technische Entscheidung. Zickzack-Transformatoren bieten eine gezielte und hocheffiziente Lösung für die dedizierte Erdung, während Stern-Transformatoren flexibler sind, wenn zusätzlich eine Spannungstransformation erforderlich ist.

Letztendlich ist die Wahl des richtigen Erdungstransformators eine entscheidende Investition in die Systemsicherheit, den Schutz der Anlagen und einen zuverlässigen Betrieb. Ob Ihr Projekt die angestrebte Leistung eines Zickzack-Transformators oder eine solide geerdete Sternschaltung erfordert – die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Hersteller ist wichtig.