Transformator

Für den Transport elektrischer Energie über größere Entfernungen hat sich Wechselstrom bewährt – aus guten Gründen: Wechselstrom lässt sich sehr verlustarm durch Transformatoren auf eine höhere oder niedrigere Spannungsebene „umspannen“. Ein hohes Spannungsniveau bietet den Vorteil, dass größere Mengen elektrischer Energie über die Leitungen mit relativ geringen Stromstärken und entsprechend geringeren Verlusten transportiert werden können.

Die Transformatoren in unseren Umspannanlagen wandeln Spannung von zum Beispiel 380 nach 220 oder 110 Kilovolt um. Mit dieser Spannung transportieren etwa Verteilnetzbetreiber den Strom weiter, um ihn dann stufenweise auf die vom Stromkunden benötigte Spannungsebene herunterzutransformieren, zum Beispiel auf 230 Volt.

Aufbau eines Transformators: ein Stahlkern mit mehreren Spulen

Herzstück des Transformators ist ein aus Stahlblechen aufgeschichteter Kern, der einen magnetischen Kreis bildet. Außerdem besteht ein Transformator aus mindestens zwei Wicklungen oder „Spulen“. Dabei handelt es sich um Drähte, die mit unterschiedlicher Windungszahl um den Stahlkern gewickelt werden.

Sie transformieren die Eingangsspannung im Verhältnis der Windungszahlen in eine Ausgangsspannung. Bei Transformatoren großer Leistung befinden sich die Spulen in einem ölgefüllten Kessel. Das Öl dient zur Isolation und zur Kühlung. Die Wärme wird über Kühlrippen oder Kühlanlagen abgegeben. Die Stromzufuhr erfolgt über Durchführungen, die die Isolation zwischen Stromanschluss und Kesselgehäuse sicherstellen. Die größten Transformatoren haben heute eine elektrische Leistung von bis zu 600 Megavoltampere und ein Gewicht von bis zu 450 Tonnen.

Wie funktioniert ein Transformator?

Sobald in der Eingangsspule mit vielen Windungen Strom fließt, setzt dies den magnetischen Fluss im Stahlkern in Gang. Dadurch wird auch in der Ausgangsspule Spannung induziert. Da diese Spule jedoch im Vergleich weniger Windungen besitzt, fließt der Strom hier zwar mit größerer Stärke, aber bei kleinerer Spannung: Das Produkt von Strom (I) und Spannung (U) und damit die elektrische Leistung ist bei beiden Spulen gleich groß.

Anders gesagt: Der Strom wird um den gleichen Faktor verkleinert, um den die Spannung vergrößert wird. In der Spule mit vielen Windungen fließt Strom mit geringer Stärke bei hoher Spannung, in der Spule mit wenigen Windungen fließt Strom mit großer Stärke bei kleiner Spannung.