Transformator

Met een transformator kan de elektrische spanning worden veranderd. Zo kan vermogen worden overgedragen tussen twee netten met verschillende spanning.

Transformators, voluit vermogenstransformators, vormen het hart van bijna ieder station. Met transformators kan je twee netten of netvlakken met een verschillende spanning aan elkaar verbinden. In een transformator wordt elektrisch vermogen overgedragen tussen deze netten zonder dat ze rechtstreeks elektrisch contact maken.

Koppeltransformator. Aan de rechterzijde komt een circuit van 220 kV de trafo binnen om als circuit van 110 kV de trafo weer te verlaten aan de linkerkant. Merk op dat de spanning halveert (te zien aan de lengte van de isolatorkettingen) terwijl de stroomsterkte juist verdubbelt (de fasedraden aan de 110 kV-zijde zijn tweebundels geworden om meer ampères aan te kunnen). Foto door Hans Nienhuis.

Vermogen gaat aan één zijde de trafo in en komt er aan de andere kant weer uit, waarbij de spanning via een vooraf bepaalde verhouding wordt verhoogd of verlaagd. Omdat energie niet in het niets kan verdwijnen doet de stroomsterkte het tegenovergestelde van de spanning. Als je de spanning verhoogt, wordt de stroomsterkte juist verlaagd. Of andersom. Zo kan je met een transformator de beste verhouding tussen stroom en spanning zoeken voor iedere toepassing. Je kan bijvoorbeeld de spanning extra hoog maken voor hoogspanningslijnen, terwijl de stroomsterkte dan juist zakt. Dezelfde hoeveelheid energie kan dan over dunnere draden worden getransporteerd en de netverliezen zijn onderweg kleiner.

Zonder transformators zou een wisselstroomnet onmogelijk zijn. Sterker nog, de uitvinding van de transformator is er zelfs de reden van dat we überhaupt een wisselstroomnet hebben. In een transformator bevindt zich geen commutator, geen schakelaar en geen enkel bewegend deel zodat de machine nauwelijks kapot kan.

380/150 kV-transformator op een koppelstation in westelijk Nederland. Met deze grote machine zit het 150 kV-net aangesloten op het bovenliggende landelijk koppelnet. Links staan koelelementen voor de olie. De tank linksboven is het expansievat voor de koelolie en de ronde dingen onderaan zijn ventilatorkorven om de radiators extra te koelen. De trafo zelf is de grote doos met ribbels. Bij dit exemplaar is de transformatieverhouding is 1:2,66. Foto door Michel van Giersbergen.

Hoe werkt een transformator?

Een transformator, in Nederland en Denemarken vaak afgekort tot trafo en in België tot transfo, is een grote machine waarin zich grote spiraalvormige wikkelingen koperdraad rondom een grote ringvormige weekijzeren kern bevindt. De koperwikkelingen, spoelen geheten, zijn er telkens twee per fase, zodat er in totaal drie setjes van twee wikkelingen zijn. Het geheim van de smit.. eh, de smid is dat een van de twee spoelen veel vaker om de kern zit gewikkeld dan de andere. De spoel met de meeste wikkelingen wordt de primaire zijde genoemd en de spoel met minder wikkelingen heet de secundaire zijde.

Wanneer er een elektrische wisselspanning op de primaire spoel wordt gezet ontstaat in de wikkeling een zeer sterk magnetisch veld. Daardoor wordt ook de weekijzeren kern, het blikpakket geheten, magnetisch geladen. De secundaire spoel die ook om de kern zit gewikkeld reageert op zijn beurt op dat magnetisch veld en uit deze tweede spoel zal de stroom weer tevoorschijn komen, maar nu met een lagere spanning omdat de tweede spoel minder wikkelingen heeft. Op die manier kan de spanning worden verlaagd en wordt energie tussen twee netten overgedragen door een magnetisch veld, zonder dat er rechtstreeks elektrisch contact tussen de verschillende spanningen is. Omdat er geen vermogen kan achterblijven in de trafo gaat de stroomsterkte aan de secundaire zijde juist omhoog. Zo komt uiteindelijk toch al het vermogen weer de trafo uit, maar nu in een andere verhouding tussen stroom en spanning.

Er zijn veel filmpjes over hoe een transformator werkt, maar het materiaal van Learn Engineering is buitengewoon geduldig en duidelijk, ook grafisch. Men bouwt een vermogenstrafo op en laat daarbij zien hoe hij elektrisch werkt. Het enige jammere is dat het filmpje engelstalig is, maar zelfs zonder tekst is het zeer verhelderend.

Het aardige is dat dit kunstje ook de andere kant op werkt. Wanneer we de trafo andersom aansluiten en een wisselspanning op de secundaire spoel zetten, zal de primaire spoel reageren door de elektriciteit er juist weer uit te laten komen met een veel hogere spanning en een lagere stroomsterkte. Het maakt een transformator niets uit of vermogen vanuit de primaire wikkeling of de secundaire wikkeling komt. Een transformator kan echter alleen werken met wisselstroom. Gelijkstroom is niet van spanning te veranderen met een transformator en kan zelfs niet worden overgedragen tussen beide wikkelingen.

Door de overzetverhouding via het aantal wikkelingen goed te kiezen bij de bouw kan je wisselstroom veranderen in iedere verhouding tussen spanning en stroomsterkte die we wensen. Zo kunnen netten van verschillende bedrijfsspanningen koppelen en kan vermogen beide kanten op worden uitgewisseld door het hele net en alle niveaus heen.

Transformators in soorten en maten

Veranderen is precies wat het woord transformator betekent. Ons woord transformator is herleid van van het Engelse transformer, wat op zijn beurt afstamt van het Latijnse trans formis, wat letterlijk zoiets als van verschijning veranderen betekent. Ook de transformator is een stapeling van uitvindingen door meerdere personen. Men schrijft de driefasentrafo graag toe aan Nikola Tesla, maar op de achtergrond hebben ook Michael Faraday, Michail Dobrowolski, Hans Ørsted en minder bekende namen zoals Pavel Jablochkoff, Elihu Thomson, Arthur Austin en Charles Scott belangrijke bijdragen geleverd aan het concept. In de eeuw erna hebben talloze andere, naamloos vergeten geraakte ingenieurs het ontwerp steeds verder verder verfijnd. We zien tegenwoordig tientallen varianten op het basisontwerp, elk met een specifiek sterk punt. Een handvol ervan zijn bedoeld voor grote vermogens. We gaan er een aantal bij langs die een rol spelen in het net.

Eénfasetrafo
Transformator waarin slechts één fase van spanning wordt veranderd. In feite is een driefasentrafo gewoon drie éénfasetrafo’s in een gezamenlijke behuizing, maar in sommige situaties is het handiger om drie losse machines te bouwen die in aparte behuizingen staan. Bij zeer grote exemplaren zoals koppeltrafo’s (met vermogens die wel 500 MVA of meer kunnen bedragen) kan het zijn dat een driefasenmachine gewoon te groot wordt om nog te kunnen te vervoeren zodat drie kleinere éénfasetrafo’s worden toegepast. Beperking van kapitaalvernietiging bij een calamiteit is ook een reden. Gaat er wat stuk, dan hoef je maar één fase te vervangen in plaats van de volledige machine met drie fasen.

Een éénfasetrafo wordt normaal met drie tegelijk toegepast. Hier staan we bij de COBRA-converter in de Eemshaven en zien we het zoals het hoort: drie éénfasetrafo’s tussen scherfmuren die elk twee eindsluiters hebben (ongeveer even lang, het zijn 320/380 kV trafo’s, de overzetverhouding is dus klein) en ze voeden elk één fase in het portaal bovenin. Foto door Hans Nienhuis.

Autotrafo of spaartrafo
Vermogenstrafo waarbij de primaire en secundaire spoel uit dezelfde koperwikkeling bestaat, waarbij de secundaire wikkeling ‘ontstaat’ door een aftak (een zogeheten tap) in de primaire spoel te maken. De precieze natuurkunde en gevolgen voor fasehoekverdraaiing voert tot buiten deze pagina, maar Wikipedia weet er wel raad mee. Deze opbouw spaart of bespaart koper en vandaar de naam (be)spaartrafo of ‘auto'(zelf)trafo, maar deze trafo’s missen het aspect van netscheiding, waardoor toepassing van autotrafo’s samen met volledige trafo’s in hetzelfde netdeel op allerlei problemen stuit. Ze zijn ook alleen geschikt voor toepassing in relatief kleine transformatieverhouding van bijvoorbeeld 1:2.

Dwarsregeltrafo
Speciale vermogenstrafo waarmee enigszins kan worden gespeeld met zogeheten fasehoekverdraaiing (voert buiten deze pagina) door telkens een beetje spanning als het ware bij te mengen vanuit de voorlopende fase, waardoor de fysieke richting van de loadflow in een hoogspanningsnet geografisch kan worden gestuurd. Dat is in een wisselstroomnet soms nodig om doortransport en overbelasting te voorkomen. Dwarsregeltrafo’s hebben in de meeste gevallen geen overzetverhouding: de primaire en secundaire spoel hebben hetzelfde aantal wikkelingen en de spanning wijzigt niet. Puur het veranderen van de aantrekkelijkheid van een aangekoppelde hoogspanningslijn als route voor vermogenstransport is dan het doel.

Driewikkelaar
Vermogenstrafo waarin niet twee, maar drie netvlakken tegelijk worden verbonden. Zo’n machine heeft negen aansluitingen. Eigenlijk is dat technisch verrassend simpel, want er worden gewoon telkens drie wikkelingen om de kern heen gelegd in plaats van twee. Zo kan bijvoorbeeld 10 kV, 20 kV en 110 kV op dezelfde trafo worden aangesloten en kan er tegelijk vermogen tussen alle drie netvlakken worden uitgewisseld. Driewikkeltrafo’s zijn gangbaar op plekken waar het middenspanningsnet historisch gegroeid twee niveaus kent of als er zogeheten compensatiemiddelen moeten worden aangesloten. Je ziet ze ook wel op plekken waar de maximaal benodigde stroomsterkte aan de secundaire zijde zo groot moet zijn dat het niet uit één wikkeling te betrekken valt. Zo zien we op zee bijvoorbeeld 66/66/220 kV driewikkelaars waarbij windvermogen op twee 66 kV-wikkelingen tegelijk binnen kan lopen, zodat dubbel zoveel vermogen via 220 kV naar land wordt gestuurd.

Variac
Variant op een autotrafo waarin een automatische of handmatige kleine variatie in de tap mogelijk is, zodat de precieze transformatieverhouding een klein beetje kan variëren. Dat is handig als men enigszins moet inspelen op bijvoorbeeld wisselende netbelasting of een variatie in de primaire spanning die niet mag doorwerken aan de secundaire zijde. Het kan een fixed tap zijn (die tijdens de inbedrijfname wordt ingesteld) of on-load tap, waarbij de tap via een commando van buitenaf kan worden gewijzigd terwijl de trafo in bedrijf is.

Step-up of opspantrafo
Bedoeld om generatorspanningen vanuit centrales op te drukken naar de netspanning van het hoogspanningsnet waarmee deze is verbonden. Het is op te vatten als een trafo waarbij het idee van de secundaire en primaire wikkeling is omgedraaid en waarbij vermogen altijd vanaf de secundaire zijde wordt ingebracht. Een step-up trafo kan doorgaans aan de zijde met de laagste spanning extra veel stroomsterkte aan. Dat is nodig omdat de stroomsterkte van zware generators (10 kV tot 20 kV) soms tot 20.000 ampère kan oplopen en dat vereist veel zwaardere wikkelingen dan een normale trafo mee is uitgerust. Die gaan zelden verder dan 4000 A.

Boostertrafo
Variant op een autotrafo, maar hierbij is de transformatie- of overzetverhouding slechts heel klein, zoals 1:1,05. Hiermee kan spanningsval in een lange verbinding zoals een zeekabel worden gecompenseerd waarbij het verlies in spanning wordt veranderd in een verlies aan stroomsterkte en dus aan vermogen. Maar daardoor kan de lange verbinding alsnog op het gewone net met de oorspronkelijke netspanning aansluiten. Nadeel van een boostertrafo is dat de fixed tap types maar één kant op werken. Komt het vermogen ineens van de andere kant, zoals we bij landgebruik zien bij veel zonnepanelen in een middenspanningsnet, dan zal de boostertrafo verkeerd om werken en de spanning juist extra verlagen.

   

Boostertrafo’s als éénfase-exemplaren in een vrij lange Amerikaanse 10 kV-lijn in Colorado, waar ze vlak voor het uiteinde van de lijn de spanning weer wat opdrukken. Hun overzetverhouding is ongeveer 1:1,1 en ze kunnen per stuk misschien een paar honderd kVA aan. Foto door Hans Nienhuis.

Thomsontrafo
Transformator die er geen moeite mee heeft als de secundaire zijde wordt semi-kortgesloten. Dat is nodig bij kleinschalige toepassingen zoals booglassen, maar ook in de zware industrie zoals het Hallproces in aluminiumsmelters en in boogovens (arc furnace).

Meettransformatoren
Deze verlagen de hoge (gevaarlijke) netspanning van meer dan 100 kV naar een veel kleinere waarde zodat meetapparatuur er veilig op kan worden aangesloten. Ze hebben een heel grote overzetverhouding, tot wel 1:1000, en ze zien er heel anders uit dan de andere types transformators. Ze lijken aan de buitenkant meer op eindsluiters. Zie de betreffende pagina over meettransformatoren voor meer informatie.

Meettransformators (zes op een rij) zien er niet zo uit als de andere transformators. Het lijken eindsluiters maar het zijn het niet. Binnenin zitten twee spoelen en een kern. Een dun draadje aan de onderzijde komt uit de secundaire wikkeling en die wordt als signaaldraad gebruikt voor meetapparatuur. De buitenzijde is isolerend.

Transformators zijn overal. De kleinste exemplaren zijn nog geen kubieke centimeter groot en je kan ze vinden op printplaten in je computer en in schakelende netvoedingen waarmee je je telefoon oplaadt. Die werken bij zeer hoge wisselfrequenties tot wel 25.000 Hz. Een slag groter is de meest bekende schaal: hangend in het stopcontact, waar ze meestal adapters genoemd worden, zijn het notoire ergernissen omdat ze in de weg hangen voor de tweede aansluiting, niet naast elkaar in een stekkerdoos passen of omdat ze te pas en te onpas uit het stopcontact naar beneden kletteren. (Een plotselinge klap, duisternis, afgebroken stekkerpootjes… krijg je het kerstgevoel al?)

Grotere exemplaren kan je aantreffen in magnetrons en in oudere lasapparaten en andere machines op driefasig 400 volt. Daar zijn de transformators al behoorlijk zware dingen geworden die zich lastig laten optillen. Waarschijnlijk heeft de transformator vanwege deze nadelen een betrekkelijk slechte naam op huiskamerniveau. Kijken we weer een slag groter, dan komen we bij bedrijven, industriepanden, netstations en paaltransformators van de middenspanning terecht. Deze transformators voor middenspanning (tot 20 kV ongeveer) wegen al snel een paar honderd kilo tot een paar ton. Ze kunnen een vermogen van tientallen tot honderden kilowatts of zelfs een paar megawatt aan.

Waar bevinden zich transformators? Op een netschema is dat eenvoudig te zien aan de labels (twee snijdende cirkels). Ieder station biedt plek aan een of meer trafo’s.

De grootste trafo’s vinden we in het hoogspanningsnet onder de naam vermogenstransformators of power transformers. Deze hebben vermogens van meer dan 10 MVA. De bovengrens moet je in onze streken zoeken in de orde van 500 tot 750 MVA. In Nederland en België zijn ze te vinden op plekken waar het 380 kV-net verbinding maakt met 220 kV, 150 kV of 110 kV. De zwaarste trafo’s die in de Benelux dienst doen staan in Meeden, in het noorden van Nederland. Daar staan drie  exemplaren met een capaciteit van 1000 MVA per stuk. Dat is groot genoeg om met één exemplaar het vermogen van een flinke elektriciteitscentrale naar een andere spanning te transformeren.

De overzetverhouding: de grens van 4000 A

Wie een beetje rondkijkt op de netkaart (digitale powersafari) ziet dat er oneindige variatie is in de precieze netspanning en overzetverhoudingen van transformators. Wat wel begrensd lijkt is de maximale overzetverhouding in één keer. Als je van 380 naar 10 kV wil zie je dat niet rechtstreeks gebeuren. Vrijwel altijd is de spanningscascade drie tot vijf stappen. Dit komt omdat er een optimum wordt gezocht tussen historisch gegroeide standaards (spanningen in een bepaald gebied) en technische voorkeur. Aan de ene kant wil je zo groot mogelijke stappen nemen om netvlekken, kosten, onderhoud, bedrijfsvoering en kwetsbaarheden over te slaan. Aan de andere kant wil je de stappen niet te groot maken omdat de maximale stroomsterkte aan de secundaire zijde van de trafo dan te groot wordt waardoor het vermogen van de trafo beperkt moet blijven, waardoor je er meer nodig hebt.

We nemen een trafo in gedachten met een rendement van 100% (oh la la!) en elke watt die de trafo in gaat komt er ook weer uit. Onze trafo heeft een primaire spanning van 220 kV en een secundaire spanning van 110 kV, zodat de transformatieverhouding 1:2 is. Wanneer we op 220 kV zijde een stroomsterkte van 1000 A de machine in sturen zal aan de 110 kV-zijde de stroomsterkte verdubbelen naar 2000 A. Daar zijn dikkere draden en zwaardere wikkelingen voor nodig. Nu nemen we een andere 100% rendabele trafo, deze transformeert 380 kV omlaag naar 70 kV. Dat is een transformatieverhouding van ongeveer 1:5,5. Wanneer we die dezelfde 1000 A aanbieden op 380 kV, krijg je maar liefst ruim 5500 A op 70 kV op de secundaire zijde.

En daar steken we een grens over. De industrie- en constructiestandaard voor hoogspanningscomponenten is wereldwijd min of meer gestandaardiseerd op maximaal 4000 A. Daar zijn verschillende redenen voor, meest praktisch van aard. Wil je met driefasen 1000 A op 380 kV (380.000 x 1000 x √3) = 658 MVA overdragen op 70 kV, dan lukt dat niet. Je moet bij dat vermogen minimaal 95 kV voor de secundaire zijde gebruiken om het te houden. In de praktijk betekent dat je 110 kV nodig zal hebben op de secundaire zijde.

Torenhoog rendement

Helaas bestaat die trafo met 100% rendement niet. Hoewel… vermogenstrafo’s komen ongelofelijk dichtbij!

Vrijwel alle elektrische energie die erin wordt gestopt komt er ook weer uit komt als elektriciteit. Over het algemeen neemt het rendement toe met het formaat: hoe groter en zwaarder de vermogenstrafo, hoe minder verliezen. De grootste trafo’s die we kennen zijn de meest rendabele exemplaren. Een zware koppeltrafo van 500 MVA haalt een rendement van ruim boven 99%.

Als god zelf een koppeltrafo zou bouwen, was die maar één procent beter dan die van ons.

Daarmee zijn grote vermogenstrafo’s waarschijnlijk de meest rendabele machines die de mens ooit heeft ontworpen zonder van moeilijke materialen of bouwmethoden gebruik te moeten maken. Doodgewoon ijzer, koper, olie, papierisolatie en wat keramiek, en een zorgvuldige beheersing van de natuurwetten zijn voldoende.

Dat hoge rendement moet ook wel, want als de trafo minder rendement zou halen ging het al snel verkeerd met de machine. De kleine fractie energie die toch nog verloren gaat komt voor het grootste deel vrij in de vorm van warmte. Omdat er tientallen tot honderden megawatts in de trafo worden gestopt is zelfs een verliespost van 1% warmte al honderden kilowatts of meerdere megawatts aan pure warmte in een grote metalen machine. Dat is zoveel warmte dat de trafo zichzelf zou smelten of vernielen wanneer hij niet afdoende gekoeld wordt. Bij kleine exemplaren is het genoeg om de buitenzijde koelribben te geven of het ding op de wind te zetten. Daar kan de warmte verdwijnen door op te stijgen of te verwaaien met de wind. Grote trafo’s kunnen actief worden meegeholpen met afkoelen.

Koelregimes

Dat koelen kan op verschillende manieren, koelregimes geheten. Binnenin de transformator bevinden de koperwikkelingen en het blikpakket zich in een zogeheten oliebad. Olie geleidt geen stroom, maar kan wel warmte opnemen en als een vloeistof stromen (convectie). Zo kan het als koelvloeistof dienen. De olie wordt langs de spoelen en de kern geleid waarna deze in externe radiatoren of koelblokken de warmte afgeeft aan de lucht. Bij hele grote trafo’s is dat nog niet genoeg. Daar worden ook de externe radiators gekoeld worden en de koeling bestaat daar uit twee trappen. Dan zien we ook ventilatorkorven. Er zijn tientallen regimes, soms met water of andere koelvloeistoffen, maar in bijna alle gevallen hebben we met een van de volgende vijf regimes te maken.

ONAN – Oil Natural Air Natural
Wordt vooral bij kleine trafo’s gebruikt. Door hem op de tocht of vrij van de muren te plaatsen kan hij zijn warmte voldoende kwijt door koelribben.

Kleine ONAN-trafo hoog in de Duitse middenspanningspaal. De koelvinnen zijn duidelijk zichtbaar en de wind doet de rest.

OFAN – Oil Forced Air Natural
Dit zien we bij middelgrote trafo’s. De olie wordt geforceerd langs de hete delen gepompt, maar buiten is het (meestal) koud genoeg om de warmte weg te dissiperen met radiators.

ONAF – Oil Natural Air Forced
Wanneer de trafo binnen staat (waar het niet waait) is het soms nodig om het omgekeerde van OFAN te doen en geforceerd lucht langs de machine te blazen.

OFAF – Oil Forced Air Forced
Grote trafo’s hebben zoveel koeling nodig dat zowel de olie en de lucht geforceerd langs de hete componenten en radiators worden geleid. OFAF kan soms redundant zijn aangelegd of er zijn twee systemen tegelijk aanwezig, waarbij nummer twee pas aanspringt als het nodig is.

50/10 kV-vermogenstrafo in Nijkerk OFAF. De mate van koeling (hoe hard lopen de ventilators) kan worden aangepast op de belasting van de trafo. Foto door Ot Lesley.

ODAF – Oil Directed Air Forced
Hierbij zijn beide koelingen geforceerd, maar de olie wordt door middel van een specifiek ontwerp van de trafo nauwkeuriger langs de hete delen geleid. Hierdoor kan de trafo kleiner blijven.

De koeling staat niet altijd aan. Wordt de trafo in zijn toepassing weinig belast, dan kan de machine als OFAN of zelfs ONAN worden gebruikt. Neemt de belasting toe of komen er meer aansluitingen achter de trafo, dan springt het koelsysteem aan. Of soms is OFAF niet eens aangelegd, maar houdt het bouwplan van de trafo er wel rekening mee. Op typeplaatjes is informatie te vinden over de maximale belasting onder de verschillende koelregimes waarin de trafo kan opereren. In de praktijk zien we meestal dat er wel een geforceerde koelinstallatie aanwezig is, maar dat die pas aanslaat boven een bepaalde machinetemperatuur en bij lage vermogens gewoon uit staat zodat het geen energie vraagt.

Vermogenstrafo’s op een plek waar niet het volle vermogen nodig is. Op dit ogenblik draaien ze in een ONAN-regime, dat later in OFAN en zelfs OFAF kan worden veranderd als meer vermogen nodig is. In ONAN-regime kunnen beide machines 200 MVA, in volledig OFAF-regime zelfs 370 MVA. Foto door Hans Nienhuis.

Bij alle koelregimes is de zogeheten scherfmuur (de U-vormige betonnen omkasting rond met name zware trafo’s, zie de betreffende pagina) een lastig ding. De scherfmuur houdt ook de wind tegen en als toevallig zijn open zijde naar het zuiden staat kan de zon er ook nog eens in komen terwijl de wind er weinig te zoeken heeft. Het zou een perfecte plek zijn voor een terrasje, maar de trafo kan aardig warm worden op zo’n plek.

Trafobrom

Naast warmte en een magneetveld in de directe nabijheid verlaat een klein deel van de verloren energie de transformator in de vorm van geluid. De kern van de trafo wordt bij elke wisseling van het magnetisch veld (bij 50 Hertz is dat honderd keer per seconde) een klein beetje vervormd onder de immense krachten die erin omgaan. Dit wordt magnetostrictie genoemd. De beweging brengt de hele machine licht in trilling. De lucht neemt die trilling over en dat horen we als geluid. Het staat bekend als transformatorbrom of trafobrom.

Het is een zware brom met een typische eigen klank die je direct herkent als je het ooit gehoord hebt.

Transformatorbrom

Denk niet te snel dat dat niets voorstelt. 100 Hertz is een frequentie waar het menselijk oor vrij gevoelig voor is en vanwege de constantheid wordt geluidsdruk ook echt als ‘druk’ op je oren ervaren. Speel het bovenstaande fragment een tel of twintig af op een fatsoenlijk volume en zet het geluid dan abrupt stop. Merk op hoe het voelt op je oren als het geluid wegvalt.

Wanneer men de trafo flink belast kan hij op tien meter afstand een geluidsdruk van 85 decibel geven: je moet dan naar elkaar roepen om er bovenuit te komen. Het geluid kan hinderlijk zijn voor mensen en dieren in de buurt, of wanneer het trafostation in een gebied staat waar verder geen ander geluid de brom overstemt. In dichtbevolkte streken wordt er tegenwoordig voor gekozen om de trafo’s binnen te zetten in een geïsoleerd gebouw of in een omsloten transformatorcel. Dat is duurder en lastiger met koelen, maar het voorkomt overlast door bromgeluid. Bij bestaande machines die langzaam ingesloten raken tussen oprukkende bebouwing is ombouw naar een binnenstation niet altijd mogelijk in verband met ombouwkosten, ruimtebeslag en het bestaande koelregime. Soms kan men met een beter vormgegeven scherfmuur het geluid beperken door het omhoog te richten.

Betrouwbaar, maar moeilijk in de omgang

Het huidige hoogspanningsnet zou niet kunnen functioneren zonder transformators. Misschien dat vermogenselektronica ooit concurrerend wordt met de grote brommende machines achter de scherfmuren, maar voorlopig zijn transformators de enige manier om een elektriciteitsnet met meerdere netvlakken mogelijk te maken. Vergeleken met een hal vol vermogenselektronica is een vermogenstrafo uiterst compact, robuust en simpel, er zitten geen exotische materialen in, en 99% rendement is onmogelijk te verslaan met elektronica.

Uiterst compact? Daar zal een transporteur anders over denken, want trafo’s zijn heel zwaar en ondeelbaar als last. Een 400/150 kV koppeltrafo zoals we ze gebruiken in de netten in Nederland en België heeft een drooggewicht van ongeveer 300 ton (exclusief honderd ton olie) en de cataloguswaarde was rond 2020 ongeveer 6,5 miljoen euro af-fabriek. En dan moet je ‘m nog naar de plek van bestemming rijden, afvullen met olie en in dienst nemen. Het bouwen van zo’n gevaarte is niet in een week gepiept zodat kritische exemplaren meestal redundant zijn uitgevoerd. Op sommige plekken heeft men zelfs een reserve-exemplaar voorhanden die bij eventuele problemen snel kan worden ingezet.

Daar zien we opnieuw het nut van éénfasetrafo’s: je hebt dan maar éénderde van de theoretische noodvoorraad nodig.

Het vervoeren van een vermogenstrafo is net even anders dan Domino’s bellen om een Quattro Fromage laten bezorgen. Op een SPMT geladen heb je een hele nacht nodig om hem van het ponton naar het trafostation te rijden. Tenminste, als je ‘m niet laat omvallen, zoals Tennet in 2022 overkwam in Friesland.