Dreiphasige, serielle Wandler- und Transformatorankopplungen beschränken sich auf den Einsatz im Mittel- und Hochspannungsbereich. Sie werden vom gesamten netzfrequenten Strom durchflossen, ihr Ausstellungsort ist daher mit dem Einspeiseort des Energienetzes (Umspannwerk, Kraftwerk) identisch. Dies erfordert aber auch, dass die Ankopplung für die volle, auch im Fehlerfall am Einspeiseort auftretende Leistung ausgelegt sein muss. In der Regel werden die Einspeisewandler oder -transformatoren jeweils einem Netzumspanner zugeordnet. So lassen sich zu Wartungsarbeiten einzelne Ankopplungen spannungsfrei schalten. Alle in ein Netz einspeisenden Leistungstransformatoren müssen mit einer Rundsteuerankopplung oder einem passiven Sperrkreis versehen sein, um ein Abfließen der Tonfrequenzenergie in das übergeordnete Netz an dieser Stelle zu verhindern.

Vorteile:

• hohe Überlastbarkeit
• geringe 50 Hz-Verluste
• Einspeisung liegt immer im Energiefluss - keine Beeinflussung der TRA bei Netzschaltungen
• Einbau direkt am Netzumspanner - kein spezieller Hochspannungsraum notwendig.

Nachteile:

• Störungen der Ankopplung beeinträchtigen Netzbetrieb
• nachträglicher Einbau in vorhandene Anlagen konstruktiv schwierig.

Für die Transformatorkopplung kommen hauptsächlich zwei Bauformen zum Einsatz: die dreiphasige Ölkesselbauweise und die gießharzisolierte Säulenbauform. Einen Transformator in dieser Säulenform zeigt die Zeichnung. Auf dem senkrecht stehenden Eisenkern ist die aus wenigen Windungen bestehende Hochspannungswicklung angeordnet. Über diesen Kern wird ein Gießharzrohr geschoben, in dessen Wand die senderseitige Niederspannungs-Wicklung eingegossen ist. Die verbleibenden Hohlräume zwischen den beiden Wicklungen dienen der Kühlluftzirkulation.

Die Transformatorkopplung entspricht hinsichtlich Installation der Mittelspannungs- und senderseitig der Wandlerankopplung. Der Einspeisetransformator besitzt jedoch aufgrund seines Aufbaus mit großem Luftspalt im Eisenkern, nicht Wandler- sondern Transformator-Charakteristik, d.h. er kann niederspannungsseitig offen betrieben werden. Durch diese Eigenschaft kann bei der Transformatorankopplung der Resonanzshunt, der bei Wandlerkopplung für den niederohmigen Abschluss der Wandler notwendig ist, entfallen. Das Kurzschlussschütz kann ebenfalls entfallen, lediglich ein kleiner Parallel-Kondensator ist senderseitig notwendig, um den Transformator bei der einzuspeisenden Rundsteuerfrequenz in Parallel-Resonanz zu versetzen.

Der Einbau kann ebenfalls direkt am Kabelgerüst des Umspanners erfolgen. Die Gießharz-Einspeisetransformatoren sind ebenfalls für Freiluftaufstellung geeignet.

Für Wandlerankopplungen kommen heute fast ausschließlich gießharzisolierte Einspeisewandler mit Ringbandeisenkern in Durchführungsbauweise (siehe Zeichnung) zum Einsatz. Um diesen Ringkern werden zunächst mit großem Querschnitt die wenigen Windungen der mittelspannungsseitigen Wicklung mit Kupferband aufgebracht und beidseitig mit Kupferbolzen verbunden, die dem späteren netzseitigen Anschluss dienen. Diese Wicklung wird anschließend mit einer, für die jeweilige Nennspannungsebene ausgelegten, Gießharzumhüllung vergossen. Auf diese Isolierung erfolgt danach die senderseitige Wicklung mit höherer Windungszahl und kleinerem Querschnitt. Nach dem Einsetzen in ein Aluminium-Gussgehäuse und Anschluss der Sendewicklungsanschlüsse an die zugehörigen Durchführungs-Isolatoren wird das Gehäuse komplett mit Gießharz ausgefüllt. Anschließend erhalten die mittelspannungsseitigen Anschlussbolzen Porzellanisolatoren aufgesetzt. Gießharz-Einspeisewandler sind praktisch wartungsfrei.

Früher standen für die Wandlereinspeisung nur ölisolierte Wandler zur Verfügung. Heutzutage werden diese jedoch nur noch selten verwendet, da die Ölisolierung einigen Wartungsaufwand erfordert. Die regelmäßige Kontrolle des Ölstandes, der Dichtungen und des Ölausdehnungsgefäßes erfordern stets eine Abschaltung der Einspeisung.

Einspeisewandler (10kV)

Das Bild zeigt einen Gießharz-Einspeisewandlersatz der Firma EPRO, eingebaut in die mittelspannungsseitige Ableitung eines 110/10 kV-Umspanners. In der Regel erfolgt der Einbau der Wandler - wie im Bild dargestellt - direkt in das Gerüst zwischen Umspanner und den Kabelverbindungen zur MS-Schaltanlage.

Rundsteuereinspeisewandler verhalten sich für den netzfrequenten Durchgangsstrom wie ein Stromwandler, für die Tonfrequenz jedoch wie ein Transformator. Sie müssen daher, ebenso wie normale Stromwandler, für die Netzfrequenz sekundärseitig niederohmig abgeschlossen werden. Dies erfolgt bei der Serienankopplung mittels eines Resonanzshunts, auch Resonanzkreis genannt. Dieser enthält ein Schütz, das in der Zeit außerhalb der Sendungen die Wandleranschlüsse direkt kurzschließt. Zur Aussendung eines Rundsteuertelegramms muss der Kurzschluss jedoch entfernt werden. Den Abschluss der Wandler während dieser Zeit übernimmt ein auf die Netzfrequenz abgestimmter, dreiphasiger Saugkreis, der mit zusätzlichen Kondensatoren für die Tonfrequenz hochohmig gemacht wird. Spezielle elektronische Schutzschaltungen mit schnellen Halbleiterschaltern oder Überspannungsableiter schützen die Resonanzkreis-Kondensatoren bei geöffnetem Kurzschlussschütz gegen Überspannungen, die beispielsweise durch 50 Hz-Kurzschlussströme auf der Netz-(Primar-)seite des Wandlers hervorgerufen werden können.

In die Kabelverbindung zwischen Sender und Resonanzkreis einerseits und den Einspeisewandlern andererseits ist ein dreipoliger Hebelumschalter eingeschaltet. Mit diesem Schalter kann - beispielsweise bei Arbeiten an Sender, Resonanzkreis oder Wandlern - die Zuleitung zum Wandler von der Sendeanlage abgetrennt und gleichzeitig wandlerseitig geerdet und kurzgeschlossen werden. Damit ist sichergestellt, dass keine Rückwirkung aus dem Netz zur Sendeanlage und umgekehrt keine Sendesignale zum Wandler gelangen. Auf diese Weise lassen sich aber auch bei Abschaltungen von Netzumspannern die leerlaufenden Einspeisewandler vom Sender abtrennen, um diesen nicht zu belasten. Durch die unterbrechungsfreie Schaltweise des Hebelumschalters ist sichergestellt, dass die Wandler zu keiner Zeit offen, d.h. ohne niederohmigen Abschluss, betrieben werden.

Die einphasige oder gleichphasige Serienankopplung - früher wurde auch teilweise der Begriff homopolar verwendet - wird nur für Einspeisungen in das Niederspannungsnetz angewendet. Da zu jeder Einspeisestelle (Netzstation) eine Fernmeldeverbindung notwendig ist, um die Sendesignale von der Sendezentrale zum Rundsteuersender zu übertragen, wird sie sehr selten angewendet.

Die Ankopplung erfolgt über Einspeisetransformatoren, die keine zusätzlichen Maßnahmen, wie z. B. niederohmigen Abschluss oder Trennschalter zum Erden/Kurzschließen, erfordern. Durch die einphasige Einspeisung in das Nullsystem (Nullpunkt des Stationsumspanners) kann das Rundsteuersignal in allen drei Leitern des Netzes gleichphasig gegen den geerdeten Nullpunkt (PEN) abgegriffen werden. Zwischen den Außenleitern angeordnete größere Verbraucher oder Kondensatorbatterien belasten den Tonfrequenzpegel nicht, sie bewirken im Gegenteil sogar einen Ausgleich des Pegels in allen drei Leitern. Parallel zur senderseitigen Wicklung wird der Einspeisetransformator durch einen Kondensator auf Parallelresonanz abgestimmt. Hier ist ebenfalls ein Überspannungsschutz angeordnet, der den Sender vor Überspannungen bei einphasigen Erd-Kurzschlüssen im Netz schützt.

Das nebenstehende Bild zeigt den Aufbau einer einphasigen Serienankopplung in der Praxis. Eingebaut ist der einphasige Rundsteuer- Einspeisetransformator dabei in einer 400 Volt- Niederspannungsverteilung einer Netzstation. Der Trafo (Belastbarkeit 20kA, 1s) ist in die Schienenverbindung vom Netztransformator-Sternpunkt (von oben kommend) zur PEN-Schiene der Niederspannungsabgänge (nach unten) eingeschleift. Auf der vor dem Trafo angeordneten Isolierstoffplatte sind die Anschlussklemmen zum Rundsteuersender, der oben genannte Überspannungsableiter, sowie ein Kondensator angeordnet, der den Einspeisetransformator bei der Sendefrequenz auf Parallelresonanz abstimmt.