Projektierungshinweise für Anwender
   

Im Folgenden hat trafomodern einige nützliche Hilfen für Anwender zusammengetragen, die Ihnen das optimale Dimensionieren und Auslegen der Transformatoren erleichtern sollen.

Bringen Sie soviel wie möglich über die Art und Funktionsweise Ihres Verbrauchers in Erfahrung. Dies ist sehr häufig zum Beispiel ein Elektromotor. Es gibt einige Optimierungsmöglichkeiten, die Ihnen zum Beispiel Geld und Bauvolumen im Schaltschrank sparen können.

Folgende Ansatzpunkte sind zur Dimensionierung Ihres Transformators hilfreich:

  1. » Erforderliche Bauleistung
    2.
  2. » Viel hilft nicht immer viel!
    3.
  3. » Volltransformator oder Spartransformator
    4.
  4. » Betriebsarten
    5.
 
1. Bauleistung / Bauvolumen:
 
Gelegentlich wird die Wirkleistung (kW) eines Verbrauchers mit dem erforderlichen Scheinleistungsbedarf (kVA) verwechselt beziehungsweise der Unterschied nicht berücksichtigt. Bei elektrischen Geräten ist üblicherweise die Abgabeleistung definiert bzw. angegeben. Für die Transformatordimensionierung ist jedoch die Aufnahmeleistung erforderlich.
 

Beispiel:

Ein handelsüblicher 2,2 kW Motor / 4-polig (1500 min-1) mit 400 V Anschlussspannung ist an ein 500 V Netz anzupassen. Der Nennstrom eines solchen Motors beträgt etwa 5,4 A. Nach der Formel für Drehstromlasten errechnet sich der erforderliche Scheinleistungsbedarf wie folgt:
 
 
Aus diesem Beispiel wird ersichtlich, dass sich die abgegebene Wirkleistung von 2,2 kW erheblich von der aufgenommenen Scheinleistung von 3,74 kVA unterscheidet. Der Transformator muss immer nach dem Scheinleistungsbedarf dimensioniert werden, in dem oben beschriebenen Beispiel empfiehlt trafomodern die Verwendung eines 4,0 kVA Transformators.
 
2. Viel hilft nicht immer viel!
 
Insbesondere bei Transformatoren kleinerer Leistung (bis 0,2 kVA) ist physikalisch bedingt die Kopplung zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung schlecht. Dies bedingt eine hohe Kurzschlussspannung uk, so-wie eine Differenz zwischen Leerlauf und Lastspannung von bis zu 10%. Sollte so ein Transformator be-triebsbedingt sehr gering bis gar nicht belastet werden, führt dies in Verbindung mit der derzeitig zulässigen Netzüberspannungstoleranz von 10% zu überhöhten Steuerspannungen am unbelasteten Transformator. Wenn also beispielsweise ein 100 VA Transformator eine typische Leerlaufspannung von etwa 250 V hat und das Netz eine zulässige Überspannung von 10%, stehen am Ausgang der Sekundärwicklungen etwa 270 V an. Dies ist physikalisch bedingt und nicht zu verhindern! Transformatoren sollten daher grundsätzlich passend zur jeweiligen Last dimensioniert werden, um Schäden an den Lasten zu verhindern.
 
 

Kurzzeitleistung und Dauerleistung
Bei der Dimensionierung der Steuerspannungstransformatoren sollte die angegebene Kurzzeitleistung nicht ohne Berücksichtigung bleiben. Bei Einhaltung dieser Auswahlhilfe ergeben sich sowohl Kostenvorteile als auch Platzersparnis.
 


Größenauswahl der Steuertransformatoren

Ermittlung nach Dauerleistung
Der Steuertransformator muss in seiner Größe so bemessen sein, dass er auch unter ungünstigen Bedingungen den Spannungsabfall in zulässigen Grenzen hält.
Die Berechnung der Transformatorgröße erfolgt, indem man die Halteleistungen aller gleichzeitig einschaltenden Verbraucher und die Einschaltleistung des größten Verbrauchers addiert und das Ergebnis mit 0,8 multipliziert.
Ist die Größe der Verbraucher annähernd gleich, so wird die Summe der Einschaltleistungen aller gleichzeitig einschaltenden Verbraucher zu der Summe aller Halteleistungen addiert und das Ergebnis mit 0,8 multipliziert.
 

Ermittlung nach Kurzzeitleistung
Sollen vornehmlich große Schütze geschaltet
werden, empfiehlt es sich, den Steuertransformator nach der Kurzzeitleistung auszuwählen.
Dadurch verringert sich in den meisten Fällen die erforderliche Transformatorleistung.
Es ist darauf zu achten, dass die Halteleistung die Dauerleistung nicht überschreitet.
 
 

Günstiger Transformator = heißer Transformator

Durch den herrschenden Kostendruck wird ständig nach Möglichkeiten gesucht, Produkte zu vereinfachen, zu verkleinern und zu verbilligen. Dieser Trend hat auch vor der Transformatorbranche leider nicht halt gemacht. Durch den Einsatz höherwertiger Isoliermaterialien konnte auch die Betriebstemperatur der Wickelgüter erhöht werden. Eine Erhöhung von der Isolierstoffklasse B (130°C) auf Isolierstoffklasse F (155°C) ergibt eine Bauvolumenverkleinerung von ca. 16% und eine dementsprechend geringeren Anschaffungspreis. Allerdings erhöhen sich die abzuführenden Lastverluste (Kupferverluste) um ca. 30%, der Wirkungsgrad wird entsprechend schlechter. Das bedeutet für den Anwender konkret, dass sich die abzuführende Wärme im Schaltschrank erhöht und für eine entsprechend aufwendigere Kühlung beziehungsweise Belüftung zu sorgen ist. Da eine wirkungsvolle Schaltschrankklimatisierung auch entsprechende Kosten verursachen wird, sollte der Mehraufwand dafür mit den vermeintlich "ersparten" Kosten beim Transformator gegenübergestellt werden.

trafomodern hat für seine Produkte folgenden Weg gewählt:
Die angegebene Typenleistung bezieht sich auf die Ausnützung nach Isolierstoffklasse B (130°C). Ab einer Transformatorleistungen von 6,3 kVA ist zusätzlich in den Listen ein Wert (ca. 16% höher) für Ausnützung nach Isolierstoffklasse F (155°C) angegeben (beispielsweise DTSP oder DTFSP).

Somit haben Sie die Möglichkeit, das für Sie optimale Produkt (verlustoptimiert oder preisoptimiert) auszuwählen
 
3. Volltransformator versus Spartransformator
Ein Spartransformator besteht lediglich aus einer Wicklung, die Sekundärwicklung ist sozusagen ein "Spannungsteiler" der Primärwicklung. Ein Volltransformator ist im Gegensatz dazu ein Transformator mit zwei galvanisch getrennten Wicklungen. Es ist zu prüfen, ob für die erforderliche Anwendung nicht auch ein Spartransformator einsetzbar ist. Besonders bei kleinen Spannungsdifferenzen zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung kann dies zu Einsparungen von bis zu 70% führen.

Im Zweifelsfall unterstützt Sie unser Vertrieb  »Ansprechpartner bei der Auswahl des richtigen Transformatorentypes.
 
4. Betriebsarten
 
 
Eine weitere Möglichkeit der Typenoptimierung bietet die Dimensionierung nach den Betriebsarten. Ist das Lastspiel des Verbrauchers bekannt, kann die Typengröße optimiert werden. Ein Beispiel verdeutlicht die Optimierung: Von einem Drehstromverbraucher ist bekannt, dass der maximal erforderliche Nennstrom 45A be-trägt. Bei einer bekannten Netzspannung mit 3 * 400 V ergibt sich folgender Scheinleistungsbedarf:
 
 
Der zum Betrieb erforderliche Transformator hätte somit eine Typenleistung von 32 kVA. Ist jedoch das Lastspiel bekannt (in unserem Beispiel: 3 Minuten 20 A, 2 Minuten 45 A und 5 Minuten Pause, d.h. unbelastet), ergibt sich über die folgende Formel ein wesentlich optimierter Transformator:
 
 
Somit ergibt sich der Scheinleistungsbedarf wie folgt:
 
 
Der optimierte Transformator hat also nur einen Typenleistung von 12,5 kVA, er ist wesentlich kleiner und daher auch günstiger als der 32 kVA Transformator.

Unbedingt müssen auch die thermischen Beharrungszeiten der Transformatoren beachtet werden. Unter Beharrungszeit versteht man den Zeitraum, welcher vergeht, bis ein eingeschalteter Transformator mit Nennstrom beaufschlagt, seine Betriebstemperatur erreicht hat. Die Lastspieldauer darf auf keinen Fall länger als die Zeitraum sein. Typische Beharrungszeiten sind

 
Typenleistung Beharrungszeit
   
0,1 kVA ca. 15 Minuten
1,0 kVA ca. 60 Minuten
10 kVA ca. 3 Stunden
 
Desweiteren sollte das Verhältnis des errechneten Dauerstroms zum Maximalstrom das Verhältnis 1:2 nicht wesentlich überschreiten, um unnötig hohe Spannungseinbrüche zu vermeiden.
 
 
 

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