Im letzten Teil dieser Serie ging es um Oberschwingungen im Netz allgemein. Heute schauen wir uns an, was sie konkret mit einem der zentralen Betriebsmittel machen: dem Transformator.

Mehr Strom, als die Grundwelle zeigt

Oberschwingungsstrom addiert sich zur Grundwelle – der Trafo „sieht“ effektiv mehr Strom, als eine reine 50-Hz-Betrachtung vermuten lässt. Das allein ist schon eine zusätzliche Belastung.

Skineffekt: Strom drängt nach außen

Mit steigender Frequenz verlagert sich der Stromfluss zunehmend in die äußeren Bereiche eines Leiters – je höher die Frequenz, desto stärker die Verdrängung. Der effektiv nutzbare Leiterquerschnitt sinkt dadurch, der Widerstand steigt. Das passiert genauso in den Wicklungen des Transformators und führt dort zu zusätzlicher thermischer Belastung.

Proximity-Effekt: ein Effekt zieht den nächsten nach sich

Benachbarte Leiter bzw. Wicklungslagen beeinflussen sich gegenseitig zusätzlich – die durch den Skineffekt ohnehin ungleichmäßige Stromverteilung wird dadurch weiter verstärkt.

Wirbelstromverluste steigen überproportional

In Wicklung und Kern nehmen die Wirbelstromverluste näherungsweise mit dem Quadrat der Oberschwingungsordnung zu. Das heißt: Selbst eine Oberschwingung mit kleiner Amplitude, aber hoher Ordnung, kann einen spürbaren Verlustanteil verursachen.

Auch die Isolation bekommt es zu spüren

Oberschwingungen bedeuten steilere Spannungsflanken und höhere Spannungsspitzen als bei reiner Sinusform. Das erhöht die dielektrische Beanspruchung des Isoliermediums – zusätzlich zur thermischen Belastung.

Die Summe macht’s

Thermische und dielektrische Belastung zusammen beschleunigen die Alterung der Isolation spürbar – der Trafo „verbraucht“ seine Lebensdauer schneller, als es die reine Nennlast erwarten lässt. Manchmal macht sich das sogar akustisch bemerkbar: Durch Magnetostriktionseffekte kann ein stärker oberschwingungsbelasteter Trafo hörbar lauter brummen.

Wie geht’s weiter?

Im nächsten Beitrag schauen wir uns an, was sich dagegen tun lässt – von der richtigen Auslegung bis zur vorausschauenden Netzberechnung.