Rechenzentren benötigen eine besonders zuverlässige elektrische Infrastruktur. Server, Speichersysteme, Netzwerktechnik und Kühlsysteme sind auf eine kontinuierliche Energieversorgung angewiesen. Bereits kurze Unterbrechungen können erhebliche Auswirkungen auf den Betrieb haben. Deshalb spielt die Planung der Stromversorgung eine zentrale Rolle.
Ein Trockentransformator im Rechenzentrum kann insbesondere bei der Innenaufstellung eine geeignete Lösung für die Spannungsumwandlung darstellen. Er übernimmt die wichtige Aufgabe, die Mittelspannung auf eine für die nachgeschaltete elektrische Infrastruktur geeignete Spannungsebene zu transformieren. Gleichzeitig ermöglicht seine Bauweise eine Integration in technische Räume, in denen besondere Anforderungen an Sicherheit, Platzbedarf, Wartung und Brandschutz bestehen.
Die Auswahl eines Trockentransformators sollte jedoch nicht allein anhand der Nennleistung erfolgen. Leistung, Netzspannung, Redundanz, Kühlung, Kurzschlussbedingungen, Aufstellungsort, Geräuschentwicklung und zukünftige Erweiterungen müssen gemeinsam betrachtet werden.
Was ist ein Trockentransformator
Ein Trockentransformator ist ein Transformator, bei dem die elektrische Isolation nicht durch einen flüssigen Isolierstoff wie Transformatorenöl erfolgt. Die aktiven Komponenten werden durch feste Isoliermaterialien und entsprechende konstruktive Maßnahmen isoliert.
Trockentransformatoren werden in verschiedenen elektrischen Anlagen eingesetzt. Besonders bei Innenaufstellungen können sie aufgrund ihrer Bauweise interessante Eigenschaften bieten.
Im Rechenzentrum kann ein Trockentransformator beispielsweise die Mittelspannung eines Netzanschlusses auf die benötigte Niederspannung transformieren.
Je nach Netzkonzept können Mittelspannungen wie 10 kV oder 20 kV vorkommen. Die tatsächliche Netzspannung wird durch das jeweilige Versorgungsnetz und die technischen Anforderungen des Projekts bestimmt.
Warum Trockentransformatoren für Rechenzentren interessant sind
Bei einem Rechenzentrum steht die Betriebssicherheit im Mittelpunkt. Gleichzeitig müssen elektrische Anlagen effizient, wartungsfreundlich und platzsparend integriert werden.
Ein Trockentransformator kann für bestimmte Innenaufstellungen Vorteile bieten.
Da kein flüssiges Transformatorenöl als Isoliermedium benötigt wird, kann die Planung hinsichtlich bestimmter Brandschutz- und Aufstellungsanforderungen vereinfacht werden. Die konkreten Anforderungen hängen allerdings immer von der Bauweise, dem Aufstellungsort und den geltenden Vorgaben ab.
Darüber hinaus lassen sich Trockentransformatoren in geeignete technische Räume integrieren und mit anderen Komponenten der Mittel- und Niederspannungsversorgung kombinieren.
Schritt 1: Leistungsbedarf des Rechenzentrums ermitteln
Der erste Schritt bei der Planung besteht in der Ermittlung der benötigten elektrischen Leistung.
Dabei darf nicht nur die aktuelle IT Last berücksichtigt werden. Auch Kühlsysteme, Pumpen, Lüftung, Beleuchtung, Sicherheitstechnik, USV Anlagen und weitere technische Verbraucher müssen in die Betrachtung einbezogen werden.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen der installierten Leistung und der tatsächlich erwarteten Betriebsleistung.
Ein Rechenzentrum kann beispielsweise über viele Jahre erweitert werden. Deshalb sollte bereits bei der ersten Planung geprüft werden, welche zusätzlichen Lasten später entstehen können.
Eine realistische Lastprognose bildet die Grundlage für die richtige Dimensionierung des Trockentransformators.
Schritt 2: Mittelspannung und Ausgangsspannung festlegen
Nach der Ermittlung des Leistungsbedarfs wird die elektrische Spannungsebene betrachtet.
Der Trockentransformator muss zur vorhandenen Mittelspannung passen. Bei einem Projekt mit einem 20 kV Netzanschluss muss beispielsweise die Mittelspannungsseite des Transformators entsprechend ausgelegt werden. Trockentransformator Rechenzentrum kann insbesondere bei bestimmten Innenaufstellungen eine interessante Lösung darstellen.
Auf der Niederspannungsseite muss die Ausgangsspannung zur nachgeschalteten elektrischen Infrastruktur passen.
Dabei sind auch Netzsystem, Frequenz, Schaltgruppe und weitere technische Parameter zu berücksichtigen.
Schritt 3: Passende Transformatorleistung auswählen
Die Nennleistung des Trockentransformators muss auf den geplanten Betrieb abgestimmt werden.
Eine zu knapp dimensionierte Anlage kann zu einer hohen Auslastung führen. Gleichzeitig kann eine unnötig große Transformatorleistung die Investitionskosten und bei bestimmten Betriebszuständen die Verluste erhöhen.
Deshalb sollte die Auswahl auf einer detaillierten Lastberechnung basieren.
Bei größeren Rechenzentren können mehrere Transformatoren eingesetzt werden. Dadurch kann die Gesamtleistung auf mehrere Einheiten verteilt werden.
Schritt 4: Redundanzkonzept planen
Ein Rechenzentrum benötigt häufig ein höheres Maß an Versorgungssicherheit als ein gewöhnliches Gebäude.
Eine mögliche Strategie ist die Verwendung mehrerer Transformatoren.
Bei einem N plus 1 Konzept wird zusätzliche Kapazität eingeplant, sodass bei Ausfall oder Wartung einer Einheit unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen weiterhin eine ausreichende Versorgung möglich ist.
Noch höhere Anforderungen können zu Konzepten mit vollständig getrennten Versorgungspfaden führen.
Die Redundanz sollte nicht nur auf die Transformatoren beschränkt werden. Auch Mittelspannungsschaltanlagen, Kabelwege, Niederspannungshauptverteilungen und weitere kritische Komponenten müssen in das Konzept einbezogen werden.
Schritt 5: Aufstellungsort bestimmen
Bei einem Trockentransformator im Rechenzentrum spielt die Innenaufstellung eine wichtige Rolle.
Der Transformator benötigt einen geeigneten technischen Raum mit ausreichendem Platz für Installation, Betrieb, Inspektion und Wartung.
Bei der Raumplanung müssen außerdem Transportwege berücksichtigt werden.
Große Transformatoren können ein erhebliches Gewicht besitzen. Deshalb sollte bereits in der Planungsphase geklärt werden, wie die Anlage in den vorgesehenen Raum transportiert und dort positioniert werden kann.
Schritt 6: Belüftung und Kühlung planen
Auch ein Trockentransformator erzeugt während des Betriebs Wärme.
Diese Wärme muss zuverlässig aus dem Transformatorraum abgeführt werden.
Bei der natürlichen Luftkühlung wird die erwärmte Luft aus dem Raum abgeführt und durch kühlere Luft ersetzt. Je nach Leistung und räumlichen Bedingungen kann eine zusätzliche technische Belüftung erforderlich sein.
Die notwendige Kühlung hängt unter anderem von den Transformatorverlusten, der Umgebungstemperatur, der Raumgröße und der gewünschten Belastung ab.
Eine sorgfältige thermische Planung verhindert unnötige Temperaturbelastungen und unterstützt einen zuverlässigen Betrieb.
Schritt 7: Brandschutzanforderungen berücksichtigen
Der Brandschutz ist bei der Innenaufstellung elektrischer Anlagen besonders wichtig.
Die konkrete Ausführung des Transformatorraums muss mit dem Brandschutzkonzept des Rechenzentrums abgestimmt werden.
Ein Trockentransformator benötigt kein Transformatorenöl als flüssiges Isoliermedium. Dadurch können sich bei bestimmten Anwendungen Vorteile gegenüber ölgekühlten Transformatoren ergeben.
Trotzdem bleibt der Transformator eine elektrische Anlage mit thermischen und elektrischen Belastungen. Deshalb müssen die relevanten Brandschutzanforderungen weiterhin berücksichtigt werden.
Schritt 8: Kurzschlussbedingungen prüfen
Bei der Auswahl eines Trockentransformators müssen die elektrischen Kurzschlussbedingungen berücksichtigt werden.
Die Transformatorimpedanz beziehungsweise Kurzschlussspannung beeinflusst das Verhalten des Netzes und die möglichen Kurzschlussströme.
Die Mittelspannungsschaltanlage, Transformatoren, Kabel und Niederspannungskomponenten müssen miteinander abgestimmt sein.
Eine entsprechende Netz- und Kurzschlussberechnung sollte deshalb Bestandteil einer professionellen Planung sein.
Schritt 9: Schutztechnik abstimmen
Der Trockentransformator wird in ein umfassendes Schutzkonzept integriert.
Auf der Mittelspannungsseite können geeignete Schutzgeräte Fehlerzustände erkennen und den betroffenen Anlagenteil abschalten.
Auch die Niederspannungsseite benötigt geeignete Schutz- und Schaltgeräte.
Wichtig ist eine selektive Abstimmung. Im Idealfall wird bei einem Fehler möglichst nur der betroffene Bereich abgeschaltet und nicht unnötig die gesamte elektrische Versorgung des Rechenzentrums unterbrochen.
Schritt 10: Energieeffizienz bewerten
Rechenzentren haben einen kontinuierlichen Energiebedarf. Deshalb sollten auch die Verluste des Trockentransformators betrachtet werden.
Transformatoren besitzen unter anderem Leerlaufverluste und lastabhängige Verluste.
Die Auswahl eines effizienten Transformators kann dazu beitragen, die langfristigen Betriebskosten zu reduzieren.
Bei der Bewertung sollte deshalb nicht ausschließlich der Anschaffungspreis betrachtet werden. Vielmehr sollte die gesamte Lebensdauer des Transformators berücksichtigt werden.
Dazu gehören Anschaffung, Energieverluste, Wartung, Betrieb und mögliche Erweiterungen.
Schritt 11: Geräuschpegel berücksichtigen
Transformatoren können während des Betriebs Geräusche erzeugen.
Bei der Innenaufstellung kann der Geräuschpegel deshalb ein relevanter Planungsfaktor sein.
Dies gilt insbesondere dann, wenn sich der Transformator in der Nähe von Arbeitsbereichen oder anderen sensiblen Bereichen befindet.
Durch die geeignete Auswahl und Aufstellung sowie eine entsprechende Raumplanung kann die Geräuschentwicklung berücksichtigt werden.
Schritt 12: Platzbedarf und Wartungsflächen planen
Der Transformator benötigt nicht nur die eigentliche Stellfläche.
Zusätzlich müssen ausreichende Bereiche für Anschlüsse, Inspektion, Wartung und gegebenenfalls den Austausch vorgesehen werden.
Eine zu enge Aufstellung kann spätere Wartungsarbeiten erschweren.
Bei mehreren Transformatoren sollte außerdem ausreichend Abstand und eine sinnvolle Anordnung eingeplant werden.
Die technische Raumplanung sollte deshalb bereits frühzeitig gemeinsam mit der elektrischen Planung erfolgen.
Schritt 13: Mittelspannungsschaltanlage integrieren
Der Trockentransformator ist Bestandteil eines größeren Mittelspannungssystems.
Vor dem Transformator befindet sich typischerweise eine Mittelspannungsschaltanlage. Sie ermöglicht das Schalten, Trennen und Schützen der elektrischen Versorgung.
Die Verbindung zwischen Schaltanlage und Transformator muss technisch passend ausgeführt werden.
Bei mehreren Transformatoren kann die Schaltanlage entsprechend modular aufgebaut werden.
Schritt 14: Niederspannungsverteilung planen
Nach der Transformation wird die elektrische Energie an die Niederspannungsverteilung übergeben.
Von dort erfolgt die weitere Versorgung der verschiedenen Verbraucher.
In einem Rechenzentrum können beispielsweise USV Anlagen, Kühlsysteme und IT Verteilungen angeschlossen werden.
Die Transformatorleistung und die Niederspannungshauptverteilung müssen deshalb gemeinsam betrachtet werden.
Schritt 15: USV und Notstromversorgung berücksichtigen
Ein Trockentransformator allein sorgt nicht für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung.
Für besonders kritische IT Lasten werden häufig USV Systeme eingesetzt.
Zusätzlich können Notstromaggregate oder weitere Energiequellen Bestandteil des Versorgungskonzepts sein.
Die Schnittstellen zwischen Mittelspannung, Transformator, Niederspannungsverteilung, USV und Notstromsystem müssen sorgfältig abgestimmt werden.
Schritt 16: Monitoring und Temperaturüberwachung einplanen
Eine kontinuierliche Überwachung kann bei modernen Rechenzentren einen wichtigen Beitrag zur Betriebssicherheit leisten.
Je nach Transformatorausführung können beispielsweise Temperaturen und weitere Betriebswerte überwacht werden.
Bei steigenden Temperaturen kann das Betriebspersonal frühzeitig auf ungewöhnliche Betriebszustände reagieren.
Die Messwerte können gegebenenfalls in übergeordnete Überwachungs- oder Gebäudemanagementsysteme integriert werden.
Schritt 17: Wartungskonzept entwickeln
Auch wartungsarme elektrische Anlagen benötigen eine geeignete Instandhaltungsstrategie.
Die Wartungsplanung sollte unter anderem regelmäßige Sichtkontrollen, elektrische Prüfungen und die Kontrolle relevanter Komponenten berücksichtigen.
Bei einem Rechenzentrum ist besonders wichtig, dass Wartungsarbeiten möglichst ohne unnötige Beeinträchtigung der kritischen Versorgung durchgeführt werden können.
Ein entsprechendes Redundanzkonzept kann hierbei die notwendige Flexibilität schaffen.
Schritt 18: Zukünftige Erweiterungen einplanen
Die elektrische Infrastruktur eines Rechenzentrums sollte nicht ausschließlich auf den heutigen Bedarf ausgelegt werden.
Neue Servergenerationen, künstliche Intelligenz, Cloud Anwendungen und steigende Rechenleistungen können den Energiebedarf langfristig verändern.
Deshalb können Leistungsreserven und vorbereitete Erweiterungsmöglichkeiten sinnvoll sein.
Dazu können beispielsweise zusätzliche Transformatorstellplätze, Reserven in der Mittelspannungsschaltanlage oder vorbereitete Kabelwege gehören.
Trockentransformator für KI Rechenzentren
KI Rechenzentren stellen besondere Anforderungen an die elektrische Infrastruktur.
Leistungsintensive Beschleuniger und moderne Rechencluster können eine hohe elektrische Leistungsdichte erzeugen.
Dadurch steigt nicht nur die Belastung der IT Stromversorgung. Auch Kühlsysteme und elektrische Verteilungen müssen entsprechend leistungsfähig sein.
Ein Trockentransformator kann dabei Bestandteil einer Mittelspannungsversorgung sein, die mehrere leistungsintensive Bereiche zuverlässig versorgt.
Bei der Planung sollten insbesondere Lastsprünge, Dauerlasten und mögliche zukünftige Leistungserhöhungen berücksichtigt werden.
Trockentransformator oder ölgekühlter Transformator
Welche Transformatorbauart für ein Rechenzentrum geeignet ist, hängt von den Projektbedingungen ab.
Trockentransformatoren können insbesondere bei bestimmten Innenaufstellungen interessant sein. Sie benötigen kein flüssiges Isolieröl und können deshalb für bestimmte technische Räume eine geeignete Lösung darstellen.
Ölgekühlte Transformatoren können bei anderen Rahmenbedingungen Vorteile bieten und kommen insbesondere bei entsprechenden Außen- oder Anlagenkonzepten infrage.
Eine pauschale Entscheidung zugunsten eines bestimmten Transformatorentyps ist daher nicht sinnvoll. Leistung, Aufstellung, Kühlung, Brandschutz, Platzbedarf und wirtschaftliche Faktoren sollten gemeinsam bewertet werden.
Typische Fehler bei der Planung
Eine häufige Herausforderung besteht darin, den Transformator ausschließlich anhand des aktuellen Leistungsbedarfs auszulegen.
Dadurch können spätere Erweiterungen schwieriger werden.
Ein weiterer Fehler ist die fehlende Abstimmung zwischen Transformator, Mittelspannungsschaltanlage und Niederspannungsverteilung.
Auch die Kühlung des Transformatorraums wird teilweise zu spät berücksichtigt.
Ebenso wichtig ist ein durchgängiges Redundanzkonzept. Mehrere Transformatoren allein garantieren noch keine vollständige Redundanz, wenn gemeinsame kritische Komponenten weiterhin einen einzelnen Ausfallpunkt darstellen.
Schrittweise Planung eines Trockentransformators
Die Planung lässt sich grundsätzlich in mehrere aufeinanderfolgende Schritte gliedern.
Zuerst wird der aktuelle und zukünftige Leistungsbedarf ermittelt.
Anschließend werden Netzspannung und Ausgangsspannung festgelegt.
Danach erfolgt die Auswahl der Transformatorleistung und des geeigneten Transformatorentyps.
Im nächsten Schritt werden Redundanz, Schutztechnik, Kühlung und Aufstellungsbedingungen geplant.
Anschließend werden Mittelspannungsschaltanlage, Kabelwege und Niederspannungsverteilung aufeinander abgestimmt.
Zum Abschluss werden Wartung, Monitoring und zukünftige Erweiterungen berücksichtigt.
Durch diese strukturierte Vorgehensweise kann die elektrische Infrastruktur besser an die Anforderungen des Rechenzentrums angepasst werden.
Fazit
Ein Trockentransformator im Rechenzentrum kann eine wichtige Rolle bei einer sicheren und effizienten Innenaufstellung spielen. Er bildet die Schnittstelle zwischen der Mittelspannung und der nachgeschalteten elektrischen Versorgung und muss deshalb zuverlässig auf die Anforderungen des gesamten Systems abgestimmt werden.
Die richtige Planung beginnt mit einer detaillierten Leistungsanalyse. Danach folgen die Festlegung der Spannungsebenen, die Auswahl der Transformatorleistung, die Planung der Redundanz und die Integration in die Mittelspannungsschaltanlage.
Ebenso wichtig sind Kühlung, Brandschutz, Kurzschlussfestigkeit, Schutztechnik, Geräuschpegel und Wartungszugänglichkeit.
Bei modernen Rechenzentren sollte außerdem ausreichend Reserve für zukünftige Entwicklungen eingeplant werden. Insbesondere der steigende Energiebedarf von KI Anwendungen kann die Anforderungen an Transformatoren und Mittelspannungsanlagen weiter erhöhen.
Ein passend dimensionierter und professionell integrierter Trockentransformator kann damit einen wichtigen Bestandteil einer zuverlässigen Rechenzentrum Stromversorgung bilden. Die konkrete Auslegung sollte immer auf Grundlage der technischen Netzbedingungen, der Leistungsanforderungen und des individuellen Redundanzkonzepts erfolgen.
