Royal Smit betreedt de Duitse markt voor grote transformatoren

Inleiding

Smit was de grootste leverancier van transformatoren in Nederland, maar de omvang van die markt is nu eenmaal beperkt. Smit wilde zich nog meer gaan richten op de export en de Duitse markt ligt letterlijk naast de deur. Elke markt heeft zijn eigen specificaties, normen en manier van samenwerken. Een stap over de grens is dus niet zo simpel, alhoewel er wel eens een transformator gemaakt was ( zie fig 1 t/m fig 3 en literatuur 5 ).

Je moet bewijzen dat je de kennis en kunde hebt om grote transformatoren te bouwen. De klant moet ook het vertrouwen hebben dat je dat kunt volgens zijn specificatie. Dat geldt des te meer naarmate de spanningen groter zijn dan 220 kV en de vermogens groter dan 100 MVA.
Er deed zich een goede kans voor om de stap te vergemakkelijken naar de Duitse markt. Lepper, een Duitse transformatorfabrikant met meerdere fabrieken, werd in 1969 overgenomen door ASEA uit Zweden. Een van deze fabrieken ging nu samenwerken met Smit. Deze fabriek in Brilon maakte ook nettransformatoren zoals in de transformatorhuisjes, maar ook grotere transformatoren tot een vermogen van zo’n 40 MVA en een spanning van 110 kV. Er ontstond een levendige uitwisseling
van ideeën en ervaringen, tot beider voordeel.

Lepper-Dominit werd vertegenwoordiger van Smit op de Duitse markt. De specifieke technische kennis en de commerciële connecties van Lepper-Dominit kwamen daarbij goed van pas. De samenwerking eindigde midden 1972. Smit ging zelfstandig verder met een “Vertriebsbüro” in Brilon. Franz Josef Bange werd vertegenwoordiger van Smit op de Duitse markt. In de elektriciteitswereld kende hij iedereen, maar iedereen kende ook Franz Josef. Hij zorgde er voor dat alle correspondentie in correct Duits was geschreven en hij was in alles heel punctueel. Franz Josef was vooral een markante persoonlijkheid, die af en toe gezellig een pijp opstak.

2 De samenwerking op het gebied van kleine transformatoren

De transformatoren voor de Duitse markt moeten aan strenge eisen voldoen. Het geluidsniveau van de transformator moest véél lager zijn dan in Nederland. Het meeste geluid wordt gemaakt door de kern en de constructie van de kern was dus een belangrijk punt van aandacht. Als er mechanische drukspanningen in het blik ontstaan, gaat het blik harder trillen en maakt de kern dus meer geluid.
Een kern wordt gestapeld met kernblik. In de kernblik ponste men gaten en daar stak men een bout door. De kernblikken werden dus bij elkaar gehouden door een constructie met veel bouten. De mechanische spanningen waren ter plaatse van de bout heel groot. Smit maakte de kernpoot al zonder bouten, maar met bandages. De jukken werden nog gebout. Lepper had de volgende stap al gemaakt: Kleine kernen werden in zijn geheel gelakt, zodat de blikken aan elkaar plakten. Bandages zijn dan ook niet meer nodig. Smit leerde van Lepper hoe je dat moest doen.

Lees meer

Transformatoren voor Strokarton fabriek "De Halm" in Hoogkerk (1915)

Onlangs kwam ik in het bezit van een groot aantal digitale scans van het Heemaf archief van Historisch Centrum Overijssel te Zwolle. De foto's en glasnegatieven zijn zeer gedetailleerd beschreven door medewerkers van het archief. Een database maakt het mogelijk dat ik zeer snel op trefwoord kan zoeken in een archief met 26000 glasnegatieven en 20000 foto's van de Heemaf collectie. Binnenkort meer foto's uit deze collectie.

Uit deze collectie komt onderstaande foto van 01 februari 1915. Links zien we een laagspanningsrek en achter de muur 2 stuks 1000 kVA transformatoren fabricaat Willem Smit & Co's Transformatorenfabriek. Jammergenoeg is dit de enige foto en zien we de transformatoren niet helemaal in beeld. De transformator werd geleverd aan Strokartonfabriek "De Halm" uit Hoogkerk die in 1913 werd opgericht. Dit is één van de oudste foto's van een transformator van Smit die ik in deze kwaliteit gezien heb. De foto is gedigitaliseerd van een glasnegatief in hoge resolutie en haarscherp.

Laagspanningsverdeelrek gevoed door tweetal 1000 kVA; 10 kV/500 V transformatoren van Smit Nijmegen (09-02-1915) Bron: Historische Centrum Overijssel.

Erik de Vries: "Een mooie strakke installatie. Ik denk dat deze foto genomen is toen ze nog bezig waren met het aansluiten van de uitgaande 500 V kabels. Typisch ook nog de oude Smit kast met hoekvinnen. Jammer dat we daar weinig van kunnen zien. Wat een vermogen voor een strokartonfabriek ! maar dit was ook wel een erg grote en beroemde, opgericht in 1913. Deze foto moet dus van de eerste uitbreiding geweest zijn . Rond die tijd werden er 10 kV verbindingen in Groningen gemaakt. Dit zal wellicht de eerste HS / LS installatie van die fabriek geweest zijn."

Strokartonfabriek "De Halm" in Hoogkerk (1931)

Hoogstwaarschijnlijk is dit dezelfde transformator, vervoert door de FA Frederiks uit Nijmegen met paard en wagen (eind 1914). 

Strokarton
Strokarton wordt gemaakt van het restproduct stro en het was 100 jaar de belangrijkste manier om karton te produceren voor de verpakking van o.a. zeep, schoenen en chocolade. Aan het begin van de twintigste eeuw werden door Nederland enorme hoeveelheden strokarton geëxporteerd. In Groningen had men toen een monopolie positie op dit gebied. Tegenwoordig wordt strokarton niet meer gemaakt van stro maar van oud papier. Strokartonfabriek "De Halm" in Hoogkerk heet tegenwoordig Smurfit Kappa en bestaat in 2013 dus 100 jaar, net als Smit Transformatoren die in hetzelfde jaar ook zijn 100 jarig jubileum zal vieren. 

Lees meer

Smit maakt de sprong van 220 kV --> 380 kV

Inleiding

Het koppelen van elektriciteitscentrales werd voor de tweede wereldoorlog al veel gedaan. In geval van een storing kon men elkaar steunen, zodat de elektrische energie voorziening aan de gebruikers geen hinder ondervond. De plannen om grote stedelijke centrales op 150 kV niveau te koppelen kwamen rond 1930 al op. Dit 150 kV koppelnet begon in de 50-tiger jaren het karakter te krijgen van een transportnet. Het verbruik van elektrische energie bleef maar stijgen en een volgende stap was dus nodig.
Het hing al enige tijd in de lucht. De S.E.P. ( de voorloper van TenneT ) wil een 380 kV net bouwen. Dit 380 kV net moet de bestaande 150 kV en 220 kV netten koppelen, maar ook de elektriciteits centrales die verspreid staan over het land. Dit 380 kV net bestrijkt niet alleen heel Nederland, maar maakt ook koppelingen mogelijk met België en Duitsland.
Smit ging zich al in een vroeg stadium voorbereiden, want dit is een grote sprong in transformatortechniek, namelijk van 220 kV naar 380 kV. Smit was al op volle snelheid bezig toen begin 1966 de opdracht binnenkwam. Wat moet je allemaal niet technisch onderzoeken om deze sprong mogelijk te maken en hoe verliep die sprong. Wat leverde al die technische onderzoeken nog meer op, want de spin off van zo’n project is vaak heel groot. Smit is na dit succes gepromoveerd naar de eredivisie van de 400 kV transformatorfabrikanten en dankzij de resultaten van al dit werk draait Smit nog steeds mee in de top van deze eredivisie. Er ligt een nieuwe markt open met veel technische uitdagingen.
In een eerder verhaal van Erik de Vries is al aandacht besteed aan dit project en de rol van Smit Transformatoren hierin. (1966 start bouw landelijk koppelnet 380 kV.) Dit onderstaande verhaal kijkt vanuit een technische invalshoek.

Een één fase transformator van Smit uit 1968, bron collectie Joop Kuipers.

Hoe doen anderen het?

Ontwikkelen begint altijd met de vraag: Hoe doen anderen het? Je maakt eerst een overzicht van ontwerpgegevens en constructiedetails uit de literatuur. Die meeste literatuur was van west Europese transformatorfabrikanten, die zo hun technische kunde lieten zien aan potentiële klanten. In die tijd waren en in Europa nog veel fabrikanten van grote transformatoren. Het aantal fabrikanten in Europa is tegenwoordig veel kleiner door de vele fusies en reorganisaties. Het merendeel van de ontwerpen in de literatuur waren eenfase transformatoren en de regeling van de spanning werd meestal gedaan met een aparte regeltransformator. Dit onderzoek is uitgevoerd door Frank den Outer, technische specialist bij Smit. Tegenwoordig noemen we zoiets een marktonderzoek.

Wat wil de klant precies?

De opbouw van het Nederlandse elektriciteitsnet vereiste echter een totaal ander ontwerp. De afzonderlijke 150 kV netten zijn indirect geaard en het 380 kV net wordt niet bij elke transformator direct geaard. Er kunnen dus hoge spanningen op de sterpunten komen bij eenfase kortsluitingen in het net. De sterpunten van de 150 kV en 380 kV wikkelingen moeten dan ook met hoge spanningen beproefd worden. Een aparte regeltransformator is, praktisch gezien, niet meer mogelijk.

Lees meer

De verliezen van de transformator

Het rendement van de transformator sept 2022

Het rendement als je energie transformeert

Een elektromotor zet elektrische energie om in mechanische energie, een elektriciteitscentrale zet thermische energie ( door verbranding van gas of kolen ) om in elektrische energie. Er zijn altijd verliezen als je energie omzet en dat druk je uit in het rendement van de omzetter. Een kolencentrale heeft maar een rendement van 40% ( zie ook Carnot rendement op Wikipedia ) maar een elektromotor wel 90%. De transmissie van een personenauto auto zet de mechanische energie met het hoge toerental van de motor om in mechanische energie met een laag toerental van de wielen, met een rendement van ca 85% tot 90%. Een transformator, zoals in een transformatorhuisje op de hoek van de straat, zet de elektrische energie bij een hoogspanning van 10.000 Volt om in elektrische energie met lage spanning van 380 Volt. Het rendement is daarbij 99% tot 99,5%.
Het vergelijken van rendementen is niet zonder risico, want je moet wel goed afspreken wat je wel of niet meeneemt. Het rendement van een elektrische auto is veel hoger dan van een benzineauto, maar het rendement van de elektriciteitsopwekking moet je dan wel meenemen in de vergelijking. Je moet altijd de hele keten bekijken.

Het verbeteren van het rendement van een transformator betekent dat je de het totale verlies moet verminderen. Je dient de nodige kennis van het product te hebben om alle stukken verlies te bepalen, wat bij elkaar opgeteld het totale verlies geeft. Het verlies van een transformator bestaat globaal uit drie stukken.

1. Het verlies in de kern van de transformator, wat ook wel het nullastverlies genoemd wordt. Deze verliezen heb je als er spanning op de transformator staat, maar hij nog geen energie omzet. Je kunt dat vergelijken met een auto die stil staat in de file. De motor draait en je verbrand benzine en er is dus verlies, maar het resulteert niet in mechanische energie want je rijdt geen meter.
2. Het verlies in het koper, terwijl er een stroom door heen loopt. Je berekend dat via de wet van Ohm. Je gaat er daarbij van uit dat het een gelijkstroom is, zoals de stroom uit een accu. Men noemt dit ook wel het gelijkstroomverlies.
3. Het verlies in allerlei metalen delen in de transformator, vanwege het wisselend magnetisch veld door de wisselstromen in de wikkelingen. Als een metaal in een wisselend magnetisch veld zit, dan lopen er stromen binnen in het metaal. Men noemt dat wervelstromen en dat resulteert in wervelstroomverliezen. Men noemt het ook wel wisselstroomverlies.Deze verliezen kennen we van het inductie koken. De bodem van de pan wordt warm door de wervelstromen die er daar in rond lopen. Het gelijkstroomverlies en het wisselstroomverlies opgeteld noemt men ook wel het lastverlies of kortsluitverlies. De laatste naam is de technische term en gerelateerd aan de meetmethode.

De nullast verliezen in de transformator

Deze verliezen heb je altijd als er spanning op de transformator staat en de transformator niet belast wordt. Er loopt een zeer kleine nullast stroom en de transformator heeft nul last. Deze verliezen zitten in het ijzer van de kern. Je kunt beter spreken van kernblik of “electrical steel”, want het is eigenlijk een ijzerlegering met een bepaalde functionaliteit. De verliezen worden veroorzaakt door het wisselen van het magnetische veld in het kernblik met een frequentie van 50 Hz.
Er is altijd veel onderzoek gedaan om het verlies van het kernblik te verlagen. Dit verlies wordt uitgedrukt in Watt per kg bij een referentie magnetische belasting ( een inductie van 1 T bij 50 Hz zie ook fig 1 ). Verlies kost geld en de warmte die daarbij ontstaat moet je ook nog afvoeren door te koelen. Het elektriciteitsbedrijf wil vooral zo laag mogelijke verliezen bij een nieuwe transformator. Die rekent uit wat 1 kW nullast verlies kost als de transformator altijd onder spanning staat gedurende zijn hele leven.

Lees meer