Der Beginn einer neuen Ära in der Transformatorentechnologie entspricht der Schaffung einer dreischichtigen Plattform für die technologische Modernisierung der Produktion. Erstens ermöglicht die Komponenteninnovation, wie die Entwicklung von amorphen Kernen, Esterölen und hochreinen Wickelmaterialien, eine Reduzierung der Verluste und eine Erweiterung der Installationsmöglichkeiten. Zweitens transformiert die Systeminnovation, d.h. Monitoring, digitale Zwillinge und prädiktive Analytik, Vermögenswerte in Datenquellen und verringert erzwungene Ausfälle um 30 bis 50 %. Drittens ermöglicht die Innovation des Geschäftsmodells, wie Leistungsbeschaffung und Transformator-als-Service, eine Veränderung des Eigentums an Risiko und Kapital. Die laufende dreifache Revolution verwandelt die Beschaffung von Transformatoren von einem einfachen Kauf in einen datengestützten strategischen Entscheidungsprozess.
Die Effizienzsteigerung auf IEC 60076-20 Klasse 1 ermöglicht eine Reduzierung der Verluste um 30 bis 50%, was zu einer Amortisation in 4 bis 9 Jahren führt.
Investitionen in Monitoring gewährleisten die schnellste Amortisation für kritische Vermögenswerte und bieten oft bereits nach dem ersten verhinderten Vorfall eine Rendite.
Servicemodelle ermöglichen die Freisetzung von Kapital und den Risikoübergang, was insbesondere für die Liquidität wichtig ist.
Sie sollten Transformatoren mit Zuverlässigkeitsgarantien, digitaler Dokumentation und Tests unter Aufsicht erwerben.
Jiangsu Subian Electric Power ist der Hersteller moderner Transformatoren und Transformatoren, die bereit für die Aufrüstung von Monitoring-Lösungen zu erschwinglichen Preisen sind.
Was ist ein Transformator-Abgriffwechselgerät?
A Abgriffwechselgerät ist ein Schaltgerät, das an einer Transformatorwicklung an verschiedenen Abgriffpunkten angebracht ist. Mit Hilfe des Geräts ist es möglich, die Verbindung zwischen verschiedenen Abgriffen zu wechseln, was zu Änderungen der Windungsanzahl und damit zu Spannungsvariationen auf der Sekundärseite führt. Somit ist der Abgriffwechseler tatsächlich der Mechanismus zur Spannungsanpassung, der entweder im Tank des Transformators integriert oder auf der Wicklung montiert ist.
Die Spannung, die von verschiedenen Netzen erfahren wird, unterliegt ständigen Reduzierungen und Erhöhungen aufgrund von Lasten, die sich im Laufe des Tages ändern, Durchhängern der Stromleitung und Änderungen der vom Netz bereitgestellten Spannung. Der feste Spannungsoutput eines Transformators bei einem während der Produktion gewonnenen Verhältnis kann zu Problemen mit der Spannungsversorgung führen, und der Abgriffwechseler bietet ein zuverlässiges Mittel zur Korrektur.
Es gibt drei kritische Aspekte, die zur Charakterisierung aller Arten von Abgriffwechselgeräten verwendet werden: ihre Spannungsstufe (ausgedrückt als Prozentsatz der Nennspannung), ihre Anzahl an Positionen und der Bereich der geregelten Spannung. Zum Beispiel könnte es einen Verteilungstransformator geben, der in der Lage ist, über einen Bereich von ±2×2.5% zu funktionieren, da er 4 Abgriffpositionen hat, während größere Transformatoren mit fortschrittlicheren Abgriffwechselgeräten ausgestattet sind.
Off-Circuit vs. On-Load Abgriffwechselgeräte
| Charakteristik | Off-Circuit Abgriffwechselgerät (OCTC) | On-Load Abgriffwechselgerät (OLTC) |
|---|---|---|
| Betriebszustand | Transformator spannungsfrei | Transformator unter Last |
| Typischer Bereich | ±2×2.5% (5 Positionen), ±4×2.5% (9) | ±8×1.25% (17 Positionen) und breiter |
| Mechanismus | Manuell, einfacher mechanischer Schalter | Motorantrieb, federbelasteter Umleiter, Vakuum- oder Widerstandsübergang |
| Kostenimpact auf den Transformator | +2 bis +5% | +10 bis +30% |
| Wartung | Minimal | Regelmäßig; Ölfiltration und Kontaktinspektion |
| Am besten für | Verteilung, stabile Last, saisonale Anpassung | Leistungstransformatoren, schwankende Last, automatische Spannungsregelung |
Die Wahl zwischen den beiden Optionen basiert auf einem entscheidenden Aspekt: Muss die Spannung, die der Transformator erzeugt, während des Betriebs angepasst werden? Verteilungstransformatoren, die stabile Lasten bedienen, können saisonal mit einem OCTC angepasst werden und verursachen daher nahezu keine Kosten. Leistungstransformatoren, die schwankende Lasten versorgen, müssen jedoch mit einem OLTC ausgestattet sein, um die Qualität der gelieferten Spannung sicherzustellen, und müssen daher zusätzliche Kosten von 10-30% für die Einhaltung der Anforderungen an die Spannungsqualität tragen.
Wie ein On-Load Abgriffwechselgerät funktioniert
Es ist nicht einfach, unter Last zwischen den Abgriffen zu wechseln. Man kann den Stromkreis am Abgriffspunkt nicht einfach öffnen, da dies den Laststrom unterbrechen und einen Lichtbogen erzeugen würde, der die Kontakte beschädigt. Der OLTC bietet eine zweistufige Lösung, die einen Selektor umfasst, mit dem die neue Abgriffposition gewählt werden kann, ohne dass der Strom eingeschaltet wird, und einen Umgehungsschalter, der die aktuelle Last am aktuellen Abgriff zur neuen Position verschiebt. Der Übergang wird durch die Übergangsimpedanz bereitgestellt. Dies kann ein resistives Element oder ein Vakuumunterbrecher sein. So fließt der Strom kontinuierlich und wird sofort gelöscht.
Im Widerstands-OLTC lässt der Umgehungsschalter
die aktuelle Last durch ein oder zwei resistive Elemente fließen, wenn zwischen den Abgriffen gewechselt wird. Im Falle eines Vakuumtyps ist es der Vakuumunterbrecher, der für die Lichtbogenlöschung sorgt und somit das Öl sauberer hält und die Zeit zwischen den Wartungen verlängert. Beide Typen basieren auf den Leistungsanforderungen der IEC 60214-1 und den Anwendungsspezifikationen der IEC 60214-2, und die Wahl zwischen ihnen wird hauptsächlich durch die Lebenszykluskostenberechnungen bestimmt, da Vakuum-OLTCs teurer in der Installation sind, aber weniger Wartung erfordern.
Typen von Abgriffwechseln
| Typ | Betriebsprinzip | Typischer Nennbereich | Preisspanne |
|---|---|---|---|
| Abgriffwechsel unter Spannung (manuell) | Mechanischer Schalter, keine Last | Bis zu 10 MVA typisch | $200-$1,500 |
| Widerstands-OLTC (Tank- oder Kopftyp) | Umgehungsschalter mit Übergangswiderständen | Bis zu ~60 MVA | $3,000-$18,000 |
| Vakuum-OLTC | Vakuumunterbrecher im Umgehungsschalter | Bis zu 200+ MVA | $5,000-$30,000 |
| Reaktor-OLTC | Reaktorübergang, ältere Designs | Große Leistungstransformatoren | Selten; ersetzt durch Widerstands/Vakuum |
| Motorantriebseinheit (Zubehör) | Fern-/Automatikbetrieb eines beliebigen OLTC | — | $2,000-$10,000 |
Für die meisten Anwendungen, mit denen wir heute zu tun haben, reduziert sich die Frage darauf, ob man einen Widerstands- oder einen Vakuum-OLTC wählt, obwohl letzterer in letzter Zeit beliebter geworden ist und normalerweise in neuen Leistungstransformatoren eingesetzt wird, aufgrund der längeren Wartungsintervalle. Abgriffwechsel unter Spannung hingegen sind eine völlig andere Produktart, einfacher und recht kostengünstig ($200-$1500), die sich innerhalb von Verteilungstanks befinden und ein paar Mal im Jahr geregelt werden, wenn ein Transformator abgeschaltet wird.
Wichtige Nennwerte und Spezifikationen
| Parameter | Bedeutung | Typische Werte |
|---|---|---|
| Nenn-Durchgangsstrom | Maximum continuous load current the OLTC can carry | 250-1,250 A |
| Nennstufenspannung | Voltage across the tap range | Up to 3,300 V per step in large units |
| Nennfrequenz | Must match the system (50 or 60 Hz) | 50 Hz / 60 Hz |
| Number of positions | Total selectable taps | 5, 9, 17, 33 |
| Step voltage (%) | Voltage change per step as % of rated | 1.25%, 2.5%, 5% |
| Norm | Design and test basis | IEC 60214-1/-2, IEEE C57.131 |
There are two numbers that are typically out of order in purchase orders. These are the rated through-current, which must be greater than the maximum continuous current rating of the transformer (including overload ratings), and the step voltage — the high step voltage for a given current places quite different demands on the diverter than carrying the same current at a low step voltage and therefore the OLTC rating combines these two numbers.
To illustrate the subject, let’s bring in some guidelines on the tap changer parameters for the traditional types of transformers — the figures that you are supposed to mention in your RFQ:
| Transformator-Klasse | Tap Changer Type | Typischer Bereich | Through-Current | Approx. Price Impact on Transformer |
|---|---|---|---|---|
| 100-1,000 kVA distribution | Off-circuit (OCTC) | ±2×2.5% / ±4×2.5% | Up to 1,500 A | +2 to +4% |
| 1-10 MVA industrial | OLTC, resistor type | ±6×2.5% | 300-700 A | +10 to +18% |
| 10-60 MVA substation | OLTC, resistor or vacuum | ±8×1.25% | 400-1,250 A | +12 to +25% |
| Above 60 MVA power | OLTC, vacuum type | ±8×1.25% or wider | 1,250-2,500 A | +15 to +30% |
Tap Range, Steps, and Position Selection
Selecting the tap range is a voltage-regulation determination, as opposed to being an educated guess. The process goes generally as follows:
First step is measuring the voltage variation, by recording the primary-side voltage during a full load cycle. The primary voltage changes by ±5-10% from light loads to heavy loads.
Second step is to calculate the required regulation range. It is essential to add together impedance drop in the transformer, which is typically 4-8% when at full load, and voltage variation on the primary side to get to know regulations range.
Next step is to find out the step size used in establishments. Standard distribution step size varies according to each transformer used, which varies from 2.5% to 1.25% for power transformers needing more precision.
Fourth step is to pick out the midpoint of the range, which should be centered around a nominal ratio of ±8×1.25%, producing range of voltage regulation tapping by 10% for 33/11kV applications.
Final step is to synchronize with the AVR. When working on automatic mode, the relay keeps track of the voltage on the bus and sends the command to the motor drive to change each step in delay mode, which is approximately 30-120 seconds.
Where Each Type Belongs
- Distribution transformers (50-2,500 kVA): Off-circuit tap changers, ±2×2.5% or ±4×2.5%, adjusted at commissioning and seasonally;
Substation power transformers (5-60 MVA): Resistor-type OLTC with ±8×1.25% or ±6×2.5% adjustments with the possibility of automatically regulating voltage;
Large power and generator transformers (>60 MVA): Vacuum-type OLTC operating over wide ranges, sometimes on both HV and LV windings (two OLTCs);
Industrial furnace and arc loads: OLTCs made for fast operations and big switching rates;
Renewable energy tie transformers: OLTC to help with variable generation and hold voltage in the grid.
Marken- und Preisvergleich
| Marke | Herkunft | Stärke | Approx. Price Range (OLTC, standalone) |
|---|---|---|---|
| MR (Reinhausen) | Deutschland | The global OLTC benchmark; vacuum and resistor types | $6,000-$35,000 |
| ABB | Schweiz/Schweden | Complete transformer + OLTC packages | $5,000-$30,000 |
| Siemens | Deutschland | OLTC for large power transformers | $6,000-$32,000 |
| Hitachi Energie | Schweiz | Power transformer tap changing | $7,000-$35,000 |
| Schneider Electric | Optimierungsmaßnahmen in der Praxis | Distribution-class tap changers | $3,000-$15,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | OCTC and OLTC-equipped transformers, IEC 60214 coordination | $2,000-$12,000 |
In the field of on-load tap changers, MR Reinhausen is regarded as the benchmark as the majority of large transformers globally are manufactured by MR or its licensed version; ABB, Siemens, and Hitachi Energy providing complete solutions around these machines or their partner’s OLTC technology. The equipment passes all necessary tests according to IEC 60214 and IEEE C57.131, having all required records of its lifetime and maintenance. For those who want the same result but at a more attractive price, Jiangsu Subian Elektrizitätswerk creates equipment with the same OLTC able to make devices as one. Jiangsu Subian Electric Power supplies equipment successfully operating for IEC 60214 and shipping worldwide with all commonplace records of tests at a price 40-60% less than the cost of European transformers. If you opt for MR equipment or find a cost-efficient analogue, ensure that you mention OLTC’s name in your purchase agreeing to purchase the exact unit rather than just referring to it in general.
Step-by-Step Selection Guide
First, choose between an OCTC or an OLTC. If you can take the transformer out of service while changing taps and if the load changes gradually, then an OCTC is the way to go. If, however, you want to keep the voltage constant while the load is in a state of constant change, then you should choose an OLTC.
Next, define the regulating range. Take down the actual voltage variation and find the required range, keeping in mind that +8×1.25% is enough to cover most situations when using electricity.
Next, choose the step size; use 2.5% for economy purposes and 1.25% for more precise regulation.
Then, check the through-current. OLTC must have a capacity greater than the maximum continuous current of the transformer, which also includes any overload commitments.
Furthermore, ensure that the voltages are compatible. Confirm that the OLTC handles your transformer’s step voltage, because the product of the tap current by the step voltage will cause stress on the diverter.
Decide on whether you want to use a resistor or a vacuum. A resistor would be a better option as it is cheaper and has been in use for a long time, whereas a vacuum would have lower maintenance costs.
Finally, do not forget to include automatic controls. A motor drive, AVR relay, and position indicator are not only necessary for your OLTC, but you should also specify the control voltage needed for it to function.
Installation and Maintenance
The most maintenance-intensive aspect of a modern transformer is its use of on-load tap changers, as they are the only transformer components to perform mechanical work under load conditions. The switching oil used in typical resistor-type OLTC devices needs to be filtered or replaced according to the manufacturer’s schedule, usually after a period of 100,000 operations or 5-7 years, whichever comes first, while vacuum-operated OLTCs prolong the operating time considerably.
Maintenance procedures
1. Measure and draw up a monthly chart of the operating counter readings.
2. Take OLTC oil samples separately from the main tank oil. The diverter oil carbonizes under switching and gets deteriorated much quicker.
3. Inspect contacts for erosion during general overhauls, and take transition resistor readings according to the requirements of the manual.
4. Test torque characteristics of the motor drive and AVR-relay settings once a year.
5. Make sure that tap position indicator corresponds to the current winding position before any manual operation.
Häufig gestellte Fragen
How much does a tap changer add to transformer cost?
An off-circuit tap changer adds roughly 2-5% to the transformer price. An on-load tap changer adds 10-30%, because the OLTC itself costs $3,000-$30,000 (by rating) plus the motor drive and control system. For a 10 MVA transformer, budget $10,000-$25,000 for the OLTC increment.
What is the difference between an off-circuit and an on-load tap changer?
An off-circuit tap changer (OCTC) can only be operated when the transformer is de-energized; it is a simple, cheap switch used to match the transformer to its feeder’s average voltage profile. An on-load tap changer (OLTC) switches taps while the transformer carries load, using a diverter and transition impedance to avoid interrupting current, which makes it suitable for automatic voltage regulation under varying load.
What tap range do I need for my transformer?
For distribution transformers, ±2×2.5% (5 positions) or ±4×2.5% (9 positions) covers most cases. For power transformers feeding fluctuating loads, ±8×1.25% (17 positions) is the common choice, giving ±10% total range. The correct value comes from measuring your voltage variation and transformer impedance drop — do not pick a range from a catalog.
How often should an on-load tap changer be maintained?
Resistor-type OLTCs typically need oil filtration or replacement every 100,000 operations or 5-7 years, whichever comes first. Vacuum-type designs extend that to roughly 300,000 operations. Monitor the operation counter, sample the OLTC oil separately from the main oil, and inspect contacts at each major overhaul.
Can I retrofit an OLTC onto a transformer designed for off-circuit operation?
Infrequently, and typically not cheap. The winding should have the proper tap configuration, the tank should have a mounting turret, and the cooling and clearances must work for the diverter. It is nearly always cheaper to specify the OLTC at the design stage or buy a new transformer. If the need for voltage regulation exists for an already installed fixed-tap unit, one should think about a separate voltage-regulating transformer instead.
Referenzen
- IEC 60214-1 — Tap-Changers, Performance Requirements and Test Methods — The core standard for tap changer design and testing.
- IEC 60214-2 — Tap-Changers, Application Guide — Guidance on selecting ranges, steps, and ratings.
- IEEE C57.131 — Requirements for Load Tap Changers — North American OLTC standard.
- MR Reinhausen — Tap Changer Portal — The leading OLTC manufacturer’s product and application documentation.
- IEC 60076-1 — Power Transformers, General Requirements — Transformer-level standards that the tap changer must satisfy as part of the unit.
- ABB Transformers — Reference for transformer and tap changer integration.
Fazit
Die Abgriffwechselgerät selection can be considered a voltage-regulation solution masquerading as a selection of components. It is necessary to evaluate the test results relative to voltage variation and transformer impedance decrease beforehand. The next step is to select the tap changer according to the proper voltage range and tap size, then select a corresponding model to meet its requirements and specifications, including selection of an off-load tap changer if applicable.
An OCTC adds to the cost of the transformer only roughly 2% to 5%, whereas an OLTC increases the cost in the amount of approximately 10% to 30%. The current and voltage should be matched according to the operating conditions, instead of naming the brand of the equipment.
For off-circuit and on-load tap changer equipped transformers built to IEC 60214 and IEC 60076, contact Jiangsu Subian Electric Power entscheiden www.subian-electric.com with your voltage profile and load data for a specification and quote.