Trockentransformator Rechenzentrum: Vorteile, Einsatzbereiche und wichtige Auswahlkriterien

Ein Rechenzentrum benötigt eine besonders zuverlässige und belastbare Stromversorgung. Server, Speichersysteme, Netzwerktechnik, Kühlsysteme und weitere technische Anlagen müssen möglichst unterbrechungsfrei mit elektrischer Energie versorgt werden. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Transformator, der die elektrische Energie aus dem Mittelspannungsnetz auf die für die nachgelagerten Anlagen erforderliche Spannung transformiert.

Ein Trockentransformator für Rechenzentren stellt für viele Anwendungen eine interessante Lösung dar. Anders als ölgekühlte Transformatoren verwendet ein Trockentransformator kein flüssiges Isoliermedium zur Kühlung und Isolation der Wicklungen. Dadurch ergeben sich besondere Vorteile bei der Innenaufstellung, beim Brandschutz und bei der Planung technischer Betriebsräume.

Gerade bei modernen Rechenzentren mit hohen Anforderungen an Verfügbarkeit, Sicherheit, Energieeffizienz und Wartungsfreundlichkeit ist die richtige Auswahl des Transformators entscheidend. Dabei müssen nicht nur die benötigte Leistung und Netzspannung berücksichtigt werden. Auch Kurzschlussspannung, Verluste, Kühlung, Redundanz, Platzbedarf, Geräuschpegel, Schutzkonzept und zukünftige Erweiterungen spielen eine wichtige Rolle.

Schritt 1: Den Leistungsbedarf des Rechenzentrums bestimmen

Am Anfang jeder Transformatorplanung steht die Ermittlung des tatsächlichen Leistungsbedarfs. Ein Trockentransformator darf weder dauerhaft überlastet noch unnötig groß dimensioniert werden.

Bei einem Rechenzentrum setzt sich die elektrische Gesamtleistung aus zahlreichen Verbrauchern zusammen. Dazu gehören insbesondere IT-Systeme, Server, Storage-Systeme, Netzwerkkomponenten, USV-Anlagen, Kühlsysteme, Pumpen, Lüftungsanlagen, Beleuchtung und weitere technische Einrichtungen.

Neben der aktuellen Last sollte auch die zukünftige Entwicklung berücksichtigt werden. Ein Rechenzentrum wird häufig über mehrere Jahre erweitert. Werden zusätzliche Serverräume, höhere Rack-Dichten oder leistungsfähigere Kühlsysteme geplant, kann der Energiebedarf deutlich steigen.

Deshalb sollte die Transformatorleistung nicht ausschließlich anhand des heutigen Verbrauchs festgelegt werden. Eine ausreichende Leistungsreserve kann dazu beitragen, spätere Erweiterungen einfacher umzusetzen.

Schritt 2: Die Mittelspannung des Netzanschlusses analysieren

Der nächste Schritt besteht darin, die vorhandene oder geplante Mittelspannung zu bestimmen. Je nach Netzanschluss und Projekt können unterschiedliche Spannungsebenen relevant sein.

Bei Rechenzentren sind beispielsweise 10 kV, 20 kV oder 30 kV mögliche Mittelspannungsebenen. Der Transformator übernimmt die Umwandlung der Mittelspannung in die benötigte Niederspannung.

Ein 20 kV Transformator für ein Rechenzentrum muss daher exakt auf die Netzbedingungen und die Anforderungen der nachgelagerten elektrischen Infrastruktur abgestimmt werden.

Wichtig sind unter anderem die primäre Netzspannung, die gewünschte Sekundärspannung, die Frequenz, die Netzform sowie die technischen Anforderungen des Netzbetreibers.

Schritt 3: Die passende Transformatorleistung auswählen

Die Nennleistung des Trockentransformators wird in der Regel in kVA oder MVA angegeben. Die Auswahl sollte sich an der geplanten elektrischen Belastung und am vorgesehenen Betriebskonzept orientieren.

Ein Transformator mit zu geringer Leistung kann bei hoher Belastung thermisch stark beansprucht werden. Ein überdimensionierter Transformator verursacht dagegen möglicherweise höhere Investitionskosten und kann bei geringer Auslastung ungünstige Betriebsbedingungen hinsichtlich der Leerlaufverluste aufweisen.

Für die Planung ist deshalb eine ganzheitliche Betrachtung erforderlich.

Besonders bei großen Rechenzentren können mehrere Transformatoren eingesetzt werden. Dadurch lassen sich Lasten verteilen und gleichzeitig Redundanzkonzepte realisieren.

Schritt 4: Den Trockentransformator für die Innenaufstellung prüfen

Ein wesentlicher Einsatzbereich von Trockentransformatoren liegt in technischen Innenräumen. Da kein Transformatorenöl als flüssiges Isoliermedium erforderlich ist, kann die Planung solcher Anlagen unter bestimmten Bedingungen einfacher erfolgen.

Das ist insbesondere dann interessant, wenn der Transformator in unmittelbarer Nähe zu elektrischen Schaltanlagen, USV-Systemen oder anderen technischen Einrichtungen installiert werden soll.

Bei der Innenaufstellung müssen trotzdem alle relevanten Anforderungen an Brandschutz, Belüftung, Temperatur, Zugänglichkeit und elektrische Sicherheit berücksichtigt werden.

Die konkrete Ausführung hängt von den räumlichen und technischen Bedingungen des jeweiligen Rechenzentrums ab. Ein Trockentransformator Rechenzentrum lässt sich auf die erforderliche Leistung, Kühlung und die technischen Rahmenbedingungen des Standorts abstimmen.

Schritt 5: Die Kühlung des Trockentransformators berücksichtigen

Auch ein Trockentransformator erzeugt während des Betriebs Wärme. Diese Wärme muss zuverlässig abgeführt werden.

Bei natürlichen Kühlkonzepten wird die Wärme über die Umgebungsluft abgeführt. Bei höheren Leistungsanforderungen oder besonderen Betriebsbedingungen können zusätzliche Maßnahmen zur Wärmeabfuhr erforderlich sein.

Deshalb sollte bereits während der Planung geprüft werden, wie viel Wärme der Transformator in den Technikraum einträgt.

Die Raumtemperatur, Luftzirkulation und vorhandene Gebäudekühlung können dabei eine wichtige Rolle spielen. Eine unzureichende Wärmeabfuhr kann die thermische Belastung erhöhen und die Betriebssicherheit beeinträchtigen.

Schritt 6: Die Redundanz des Rechenzentrums planen

Für ein Rechenzentrum reicht es nicht aus, lediglich einen leistungsfähigen Transformator auszuwählen. Ebenso wichtig ist die Frage, was passiert, wenn ein Transformator ausfällt oder für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden muss.

Hier kommen verschiedene Redundanzkonzepte infrage. Dazu gehören beispielsweise parallele Transformatoren oder N+1-Konfigurationen.

Bei einer N+1-Auslegung steht zusätzlich zu den für den normalen Betrieb benötigten Transformatoren mindestens eine weitere Einheit zur Verfügung. Dadurch kann ein einzelner Transformator ausfallen oder für Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen werden, ohne dass die gesamte Stromversorgung beeinträchtigt werden muss.

Die genaue Redundanzstrategie sollte immer gemeinsam mit der gesamten elektrischen Architektur des Rechenzentrums geplant werden.

Schritt 7: Die Verbindung mit der Mittelspannungsschaltanlage berücksichtigen

Der Trockentransformator ist Bestandteil eines größeren elektrischen Systems. Vor dem Transformator befindet sich typischerweise eine Mittelspannungsschaltanlage, über die die Energie verteilt, geschaltet und geschützt wird.

Die Abstimmung zwischen Transformator und Schaltanlage ist deshalb besonders wichtig.

Dabei müssen unter anderem Bemessungsspannung, Bemessungsstrom, Kurzschlussfestigkeit, Schutztechnik und Schaltkonzept zusammenpassen.

Eine sorgfältig geplante Mittelspannungsanlage ermöglicht eine strukturierte Energieverteilung und kann Wartungsarbeiten erleichtern.

Schritt 8: Kurzschluss- und Schutzanforderungen analysieren

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die elektrische Schutztechnik. Für die Auslegung müssen die möglichen Kurzschlussströme und die Eigenschaften des angeschlossenen Netzes berücksichtigt werden.

Die Kurzschlussspannung des Transformators beeinflusst unter anderem das Verhalten bei Kurzschlüssen und die Spannungsänderung unter Last.

Zusätzlich müssen geeignete Schutzgeräte und Schutzfunktionen vorgesehen werden. Ziel ist es, Fehler möglichst schnell zu erkennen und den betroffenen Anlagenteil gezielt abzuschalten.

Gerade in Rechenzentren ist eine selektive Schutztechnik wichtig, weil unnötige Abschaltungen möglichst vermieden werden sollen.

Schritt 9: Energieeffizienz und Transformatorverluste vergleichen

Rechenzentren gehören zu den energieintensiven Gebäuden. Deshalb spielen Transformatorverluste bei der Planung eine wichtige Rolle.

Transformatoren verursachen sowohl Leerlaufverluste als auch lastabhängige Verluste. Auch wenn einzelne Verluste auf den ersten Blick relativ gering erscheinen können, summieren sie sich bei einem ganzjährigen Betrieb über viele Jahre.

Bei der Auswahl sollte deshalb nicht ausschließlich der Anschaffungspreis betrachtet werden. Ebenso wichtig sind die langfristigen Betriebskosten.

Ein effizienter Trockentransformator kann dazu beitragen, die Energieverluste innerhalb der elektrischen Infrastruktur zu reduzieren.

Schritt 10: Den Platzbedarf im Technikraum prüfen

Rechenzentren benötigen zahlreiche technische Anlagen auf begrenztem Raum. Deshalb muss bereits in der Planungsphase geprüft werden, wo der Transformator installiert werden kann.

Neben den Abmessungen des Trockentransformators müssen auch notwendige Abstände, Kabelwege, Schaltanlagen, Belüftung und Wartungsflächen berücksichtigt werden.

Eine kompakte Bauweise kann bei beengten Platzverhältnissen ein Vorteil sein. Gleichzeitig darf die Platzoptimierung nicht zulasten der Zugänglichkeit oder der thermischen Betriebsbedingungen gehen.

Schritt 11: Geräuschpegel berücksichtigen

Transformatoren können während des Betriebs Geräusche erzeugen. Bei der Planung eines Rechenzentrums sollte deshalb auch der Geräuschpegel berücksichtigt werden.

Besonders bei Technikräumen innerhalb oder in unmittelbarer Nähe von Gebäudebereichen können akustische Anforderungen relevant sein.

Die konkrete Geräuschentwicklung hängt unter anderem von der Bauart, der Leistung und den Betriebsbedingungen des Transformators ab.

Durch eine geeignete Aufstellung und bauliche Maßnahmen kann die Geräuschbelastung entsprechend dem Projektkonzept berücksichtigt werden.

Schritt 12: Brandschutzanforderungen in die Planung einbeziehen

Der Brandschutz ist bei elektrischen Anlagen in Rechenzentren von besonderer Bedeutung. Ein Trockentransformator kann bei geeigneter Ausführung Vorteile für bestimmte Innenaufstellungen bieten, da kein flüssiges Transformatorenöl vorhanden ist.

Trotzdem handelt es sich um eine elektrische Hochleistungsanlage, für die entsprechende Sicherheits- und Brandschutzmaßnahmen erforderlich sind.

Die konkreten Anforderungen hängen vom Gebäude, vom Standort, der Transformatorausführung und den geltenden technischen sowie baulichen Vorgaben ab.

Deshalb sollte der Brandschutz bereits bei der Planung des Technikraums und nicht erst nach der Installation betrachtet werden.

Schritt 13: Die USV-Anlage und Notstromversorgung einplanen

Die Stromversorgung eines Rechenzentrums besteht aus mehreren Ebenen. Neben dem Mittelspannungsnetz und den Transformatoren spielen unterbrechungsfreie Stromversorgungen und Notstromsysteme eine zentrale Rolle.

Der Trockentransformator muss deshalb in das gesamte Energieversorgungskonzept integriert werden.

Bei einem Netzausfall können beispielsweise USV-Anlagen und Notstromaggregate die Versorgung kritischer Lasten übernehmen. Die Transformatoren, Schaltanlagen, USV-Systeme und Generatoren müssen dabei technisch aufeinander abgestimmt sein.

Schritt 14: A- und B-Versorgung berücksichtigen

Hochverfügbare Rechenzentren verfügen häufig über getrennte Stromversorgungspfade. Eine A- und B-Versorgung ermöglicht es, kritische IT-Systeme über zwei voneinander unabhängige Versorgungspfade anzubinden.

Dabei können auch mehrere Transformatoren Bestandteil der jeweiligen Versorgungspfade sein.

Die konkrete Architektur hängt von den Anforderungen an Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Ausfallsicherheit ab.

Eine durchdachte Trennung der Versorgungspfade kann dazu beitragen, dass Wartungsarbeiten an einem Teil der elektrischen Infrastruktur durchgeführt werden können, während der andere Versorgungspfad weiterhin verfügbar bleibt.

Schritt 15: Die zukünftige Erweiterbarkeit berücksichtigen

Ein Rechenzentrum sollte nicht nur für den heutigen Betrieb ausgelegt werden. Die Anforderungen können sich innerhalb weniger Jahre erheblich verändern.

Besonders durch höhere Serverleistungen, dichtere Racks, zusätzliche Rechenkapazitäten und KI-Anwendungen kann die benötigte elektrische Leistung steigen.

Bei der Auswahl eines Trockentransformators sollte deshalb geprüft werden, ob spätere Erweiterungen berücksichtigt werden können.

Mögliche Strategien sind zusätzliche Transformatorplätze, vorbereitete Schaltfelder, Reserven in der Mittelspannungsverteilung oder modulare Erweiterungskonzepte.

Schritt 16: Transformatoren für KI-Rechenzentren berücksichtigen

KI-Rechenzentren stellen besondere Anforderungen an die Energieversorgung. Leistungsintensive Rechenbeschleuniger und moderne Server können hohe elektrische Leistungen benötigen.

Dadurch steigt nicht nur die installierte Leistung, sondern teilweise auch die Dynamik der elektrischen Last.

Ein Transformator für ein KI-Rechenzentrum muss daher entsprechend der geplanten Laststruktur und der gesamten Stromversorgungsarchitektur ausgelegt werden.

Neben der reinen Nennleistung sind auch Redundanz, Kühlung, Energieeffizienz und Erweiterbarkeit wichtige Auswahlkriterien.

Schritt 17: Die Betriebssicherheit bewerten

Ein Trockentransformator für ein Rechenzentrum sollte für einen zuverlässigen Dauerbetrieb ausgelegt sein.

Dazu gehören eine geeignete elektrische Dimensionierung, eine ausreichende thermische Reserve und ein passendes Schutzkonzept.

Auch die Betriebsbedingungen am Installationsort müssen berücksichtigt werden. Dazu zählen Umgebungstemperatur, Aufstellungshöhe, Belüftung und mögliche besondere Belastungen.

Je genauer die Betriebsbedingungen bereits bei der Bestellung definiert werden, desto besser kann der Transformator auf die tatsächliche Anwendung abgestimmt werden.

Schritt 18: Überwachung und Monitoring einplanen

Moderne Rechenzentren setzen zunehmend auf umfangreiche Überwachungssysteme. Auch Transformatoren können in entsprechende Monitoringkonzepte integriert werden.

Überwachungssysteme können beispielsweise Betriebszustände, Temperaturen und elektrische Parameter erfassen.

Dadurch lassen sich Abweichungen frühzeitig erkennen und Wartungsmaßnahmen besser planen.

Für besonders kritische Infrastrukturen kann ein kontinuierliches Monitoring dazu beitragen, die Transparenz über den Zustand der elektrischen Energieversorgung zu erhöhen.

Schritt 19: Wartung und Zugänglichkeit berücksichtigen

Auch zuverlässige Transformatoren benötigen eine geeignete Wartungsstrategie. Deshalb sollte bereits bei der Planung darauf geachtet werden, dass der Transformator für Inspektionen und technische Arbeiten zugänglich bleibt.

Wartungsflächen, Kabelwege und Transportwege sollten nicht erst nach der Installation berücksichtigt werden.

Eine gute Zugänglichkeit kann die Wartungsdauer reduzieren und den Betrieb des Rechenzentrums erleichtern.

Bei redundanten Anlagen können Wartungsarbeiten zudem so geplant werden, dass die Verfügbarkeit der übrigen Versorgungspfade erhalten bleibt.

Schritt 20: Den passenden Transformator individuell spezifizieren

Am Ende der Planung steht die technische Spezifikation. Dabei sollten alle relevanten Parameter in einem Anforderungsprofil zusammengeführt werden.

Dazu gehören unter anderem:

Leistung in kVA oder MVA

Primärspannung

Sekundärspannung

Frequenz

Schaltgruppe

Kurzschlussspannung

Kühlungsart

Isolationsanforderungen

Aufstellungsort

Umgebungstemperatur

Brandschutzanforderungen

Geräuschgrenzwerte

Redundanzkonzept

Abmessungen und Gewicht

Anschlussart

Monitoring und Überwachung

Erweiterungsreserven

Eine vollständige Spezifikation erleichtert die technische Abstimmung und reduziert das Risiko von späteren Anpassungen.

Vorteile eines Trockentransformators im Rechenzentrum

Vorteil 1: Geeignet für viele Innenaufstellungen

Trockentransformatoren können für technische Innenräume interessant sein, insbesondere wenn eine trockene Isoliertechnik gewünscht wird.

Vorteil 2: Kein flüssiges Isoliermedium

Im Gegensatz zu ölgekühlten Transformatoren kommt bei Trockentransformatoren kein flüssiges Transformatorenöl als Isolier- und Kühlmedium zum Einsatz.

Vorteil 3: Gute Integration in technische Gebäude

Bei entsprechender Planung lassen sich Trockentransformatoren in die elektrische Infrastruktur eines Rechenzentrums integrieren.

Vorteil 4: Geeignet für hohe Anforderungen

Trockentransformatoren können für verschiedene Leistungsbereiche und Netzspannungen ausgelegt werden und damit unterschiedliche Rechenzentrumsprojekte abdecken.

Vorteil 5: Gute Planbarkeit

Die technischen Eigenschaften können bereits bei der Projektierung auf Leistung, Netzspannung, Raumverhältnisse und Redundanzanforderungen abgestimmt werden.

Vorteil 6: Unterstützung von Redundanzkonzepten

Mehrere Trockentransformatoren können Bestandteil redundanter Versorgungskonzepte sein.

Vorteil 7: Energieeffizienter Betrieb

Durch die Auswahl einer geeigneten Transformatorausführung und die Berücksichtigung der Betriebsbedingungen können die langfristigen Energieverluste berücksichtigt und optimiert werden.

Vorteil 8: Zukunftsorientierte Auslegung

Bei entsprechender Planung können Leistungsreserven und Erweiterungsmöglichkeiten für zukünftige Anforderungen berücksichtigt werden.

Wichtige Auswahlkriterien für einen Trockentransformator im Rechenzentrum

Bei der Auswahl sollte nicht nur die Transformatorleistung betrachtet werden. Entscheidend ist das Zusammenspiel mehrerer technischer Faktoren.

Zu den wichtigsten Kriterien gehören:

Die erforderliche Nennleistung

Die Mittelspannung des Netzanschlusses

Die gewünschte Niederspannung

Die Kurzschlussspannung

Die Schaltgruppe

Die Kühlungsart

Die Energieeffizienz

Der verfügbare Platz

Die zulässige Umgebungstemperatur

Der Geräuschpegel

Die Brandschutzanforderungen

Das Schutzkonzept

Die gewünschte Redundanz

Die Wartungsstrategie

Die geplanten Erweiterungen

Die Integration in Monitoring- und Leitsysteme

Trockentransformator oder ölgekühlter Transformator?

Welche Transformatorbauart die bessere Lösung darstellt, hängt stark vom jeweiligen Rechenzentrumsprojekt ab.

Ein Trockentransformator kann insbesondere bei Innenaufstellungen und Projekten mit hohen Anforderungen an Brandschutz und technische Integration interessant sein.

Ölgekühlte Transformatoren können dagegen bei bestimmten Leistungsbereichen und Aufstellungskonzepten Vorteile bieten.

Deshalb sollte die Entscheidung nicht pauschal getroffen werden. Entscheidend sind die technischen Rahmenbedingungen, die örtlichen Vorgaben, die gewünschte Leistung und das gesamte Versorgungskonzept.

Typische Fehler bei der Planung

Ein häufiger Fehler besteht darin, ausschließlich den aktuellen Leistungsbedarf zu betrachten. Dadurch können spätere Erweiterungen zu Problemen bei der Stromversorgung führen.

Ein weiterer Fehler ist eine fehlende Betrachtung der Redundanz. In einem hochverfügbaren Rechenzentrum sollte nicht nur der Normalbetrieb, sondern auch ein möglicher Ausfall einzelner Komponenten betrachtet werden.

Auch eine unzureichende Raumplanung kann problematisch sein. Transformator, Schaltanlage und Kabelsysteme benötigen ausreichend Platz für Betrieb, Kühlung und Wartung.

Darüber hinaus sollten Energieverluste nicht vernachlässigt werden. Ein Transformator läuft über viele Jahre und kann deshalb einen relevanten Einfluss auf die langfristige Energieeffizienz der Anlage haben.

Checkliste für die Auswahl

Vor der Bestellung eines Trockentransformators für ein Rechenzentrum sollten mindestens folgende Punkte geprüft werden:

Ist die erforderliche Transformatorleistung bekannt?

Ist die Mittelspannung eindeutig definiert?

Ist die gewünschte Sekundärspannung festgelegt?

Wurde der zukünftige Leistungsbedarf berücksichtigt?

Ist ein geeignetes Redundanzkonzept vorhanden?

Sind die Kurzschlussbedingungen bekannt?

Ist die Kühlung ausreichend geplant?

Sind die Platzverhältnisse geprüft?

Sind Brandschutzanforderungen berücksichtigt?

Ist der gewünschte Geräuschpegel definiert?

Ist die Integration in die Mittelspannungsschaltanlage geklärt?

Sind Wartungs- und Zugangswege vorhanden?

Ist die Integration in USV und Notstromversorgung geplant?

Sind A- und B-Versorgung berücksichtigt, sofern erforderlich?

Ist eine spätere Erweiterung möglich?

Sind Monitoring und Zustandsüberwachung vorgesehen?

Fazit

Ein Trockentransformator kann eine wichtige Komponente der elektrischen Infrastruktur eines modernen Rechenzentrums sein. Besonders bei Innenaufstellungen bietet diese Bauart interessante Eigenschaften für Projekte, bei denen Betriebssicherheit, Brandschutz, Energieeffizienz und eine kompakte technische Integration eine wichtige Rolle spielen.

Die Auswahl sollte jedoch niemals ausschließlich anhand der Nennleistung erfolgen. Eine zuverlässige Lösung entsteht erst durch die gemeinsame Betrachtung von Mittelspannung, Transformatorleistung, Kühlung, Schutztechnik, Redundanz, Platzbedarf, Energieeffizienz und zukünftiger Erweiterbarkeit.

Wer einen Trockentransformator für ein Rechenzentrum plant, sollte deshalb bereits in einer frühen Projektphase alle technischen Anforderungen definieren. Auf diese Weise kann der Transformator optimal in die Mittelspannungsversorgung, die USV-Systeme, die Notstromversorgung und die redundante Energiearchitektur integriert werden.

Für moderne Rechenzentren mit steigenden Leistungsanforderungen, insbesondere für leistungsintensive KI-Infrastrukturen, gewinnt eine vorausschauende Planung zusätzlich an Bedeutung. Ein individuell ausgelegter Trockentransformator kann dabei eine zuverlässige Schnittstelle zwischen Mittelspannungsnetz und der nachgelagerten Stromversorgung bilden.