Hochspannungstransformatoren zur effizienten Verteilung von Energie

Der ebenfalls als Umwandler bekannte Transformator ist ein elektrotechnisches Bauelement, welches umgangssprachlich ebenfalls als »Trafo« bekannt ist. Der Transformator wurde bereits im Jahr 1881 entwickelt und ist in der Technik heutzutage nicht mehr wegzudenken. Neben verschiedenen Bauformen, Größen und Anwendungsbereichen unterscheidet sich die Elektrotechnik stark hinsichtlich des Netzbetriebs. So werden in der Regel die Gerätetransformatoren von den sogenannten Verteiltransformatoren unterschieden, zu denen letztendlich auch die Hochspannungstransformatoren gehören.


Als elektrotechnisches Bauelement besitzt jeder Transformator ein oder mehrere Spulen, die einen Magnetkern besitzen. Um diesen Magnetkern befinden sich Wicklungen, zumeist aus Kupferdraht, die eine spezifische Ausführungsform besitzen. Die einfachste Bauform, der Einphasentransformator, besteht aus zwei Wicklungen, die einen gemeinsamen magnetischen Kreis, den Kern, umgeben. Je nach Spannungshöhe beziehungsweise Richtung des Energieflusses wird technisch zwischen Primär- und Sekundärwicklung unterschieden. Zur Vermeidung von Wirbelströmen wird der magnetische Kreis zudem isoliert. In diesem Zusammenhang werden Kerntransformatoren den Manteltransformatoren gegenübergestellt. Während in der Starkstromtechnik, also bei den Hochspannungstransformatoren, drei Wicklungsstränge in Stern- oder Dreieckanordnung geschaltet werden, gelingt dies Einphasentransformatoren ausschließlich durch Zusammenschaltung. Diese Transformatoren werden demzufolge auch Dreiphasen- oder Drehstromtransformatoren genannt. Weitere Transformatorentypen finden sich in der Schwachstromtechnik, die jedoch wie beim Starkstrom zumeist als Trockentransformatoren verbaut sind. Hier wird beim Umformungsprozess elektrische Energie in elektrische Energie mit anderen Parametern umgewandelt. Technisch betrachtet ist der Transformator somit ein Spannungsumwandler, der in beide Richtungen funktioniert. Eine Überspannung kann herunter und eine Niedrigspannung herauf transformiert werden.


Die Verwendung von Transformatoren in der Hochspannungs- beziehungsweise Starkstromtechnik dient grundsätzlich dem Ziel, verschiedene Spannungsebenen zur Übertragung der elektrischen Energie bereitzustellen. Dies ist wirtschaftlich sinnvoll und wird von sogenannten Umformnetzwerken gewährleistet. Ein weiterer gebräuchlicher Name ist Umspanner beziehungsweise Umspannungstechnik. Ein Transformator mit drei Wicklungen verbindet somit drei verschiedene Stromnetze miteinander, die jeweils mit verschiedenen Spannungen betrieben werden können. Der Transformator ist sozusagen ein Stromüberträger und Stromwandler zugleich. Gleichzeitig kann eine Transformation über die Spannung erfolgen, sodass das elektrotechnische Bauteil nunmehr ein Spannungswandler ist. In der Regel werden Hochspannungstransformatoren mit Leistungsstufen über 3.000 Megavolt betrieben. In der Schwachstromtechnik dienen die Transformatoren ausschließlich zur Stromübertragung und werden dementsprechend Netztransformator für die Energieversorgung genannt. Mit der sogenannten Spannungsübersetzung für den idealen Transformator kann die Spannungsübersetzung des Gerätes genau berechnet werden. Es gilt: Das Verhältnis der Spannungsübertragung aus der Eingangsspannung U1 zur Ausgangsspannung U2 ist gleich dem Verhältnis aus der Anzahl der Windungen auf der Spule 1 und Spule 2. Bei der Stromübertragung kommt es, wie bereits erwähnt, zur »galvanischen Trennung« von Stromkreisen. Eine Energieübertragung erfolgt somit durch Induktion im Magnetfeld des Magnetkernes. Damit wird sichergestellt, dass bei Gerätekontakt kein lebensgefährlicher Fehlerstrom durch den menschlichen Körper fließt.