1X1 DES KLEINTRANSFORMATORS
1. Begriffsbestimmung (nach EN61558-1)
Kurzschlussfester Transformator:
Transformator, bei dem die Temperatur festgelegte Grenzwerte nicht überschreitet, wenn er überlastet oder kurzgeschlossen ist, und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterhin alle Anforderungen der EN61558 erfüllt.
Bedingt Kurzschlussfester Transformator:
Kurzschlussfester Transformator, der mit einer Schutzeinrichtung ausgerüstet ist, die den Eingangs- oder Ausgangsstromkreis öffnet, oder den Strom im Eingangs- oder Ausgangsstromkreis verringert, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen ist, und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses und dem Ersetzen oder Rücksetzen der Schutzeinrichtung auch weiterhin alle Anforderungen der EN61558 erfüllt. Beispiele für Schutzeinrichtungen sind: Sicherungen, Überlastauslöser, Temperatursicherungen, Thermo-Schmelzeinsätze, Temperaturbegrenzer, PTC-Kaltleiter und automatisch auslösende mechanische Schutzschalter. Im Falle der Schutzauslösung durch eine Schutzeinrichtung, die nicht ersetzt oder zurückgesetzt werden kann, bedeutet es nicht, dass der Transformator auch weiterhin funktioniert.
Unbedingt Kurzschlussfester Transformator:
Kurzschlussfester Transformator ohne Schutzeinrichtung, bei dem die Temperatur bei Überlast oder Kurzschluss auf Grund der Konstruktion festgelegte Grenzwerte nicht überschreitet, und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses auch weiterhin funktioniert und alle Anforderungen der EN61558 erfüllt. Nicht Kurzschlussfester Transformator: Transformator, bei dem vorgesehen ist, dass er gegen übermäßige Temperatur durch eine Schutzeinrichtung geschützt wird, die nicht Bestandteil des Transformator ist, und der nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterhin alle Anforderungen der EN61558 erfüllt.
Fail-safe-Transformator:
Transformator, der bei nicht bestimmungsgemäßem Gebrauch durch eine Unterbrechung des Eingangs-Stromkreises bleibend ausfällt, aber für den Anwender und die Umgebung keine Gefahr darstellt.
ELV (Kleinspannung):
Spannung, die den oberen Grenzwert des Spannungsbereiches 1 nicht überschreitet (siehe EN60449).
SELV:
Spannung, die 50V Wechselspannung oder 120V geglättete Gleichspannung zwischen den Leitern oder zwischen einem Leiter und Erde in einem Stromkreis, der vom Versorgungsnetz, z.B. durch einen Sicherheitstransformator, getrennt ist, nicht überschreitet.
SELV-Stromkreis:
Mit Schutztrennung gegenüber anderen Stromkreisen ausgeführter ELV-Stromkreis, der keine Anschlüsse zum Erden des Stromkreises oder der berührbaren leitfähigen Teile besitzt.
PELV-Stromkreis:
Mit Schutztrennung gegenüber anderen Stromkreisen ausgeführter ELV-Stromkreis, der aus Funktionsgründen geerdet sein darf, und/oder dessen berührbare leitfähige Teile geerdet sein dürfen.
FELV-Stromkreis:
ELV-Stromkreis, bei dem die ELV-Spannung aus Funktionsgründen vorhanden ist und nicht die Anforderungen erfüllt, die an SELV oder PELV gestellt werden.
2. Grundlagen
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Allgemeines Schaltbild:
N1 : Eingangswindungszahl |
Das Verhältnis der primären zur sekundären Windungszahl. Es repräsentiert das Verhältnis der Spannungen und Ströme eines Transformators.
Leistung ():
Wirkleistung bei sinusförmigen Wechselgrößen:
Die Bemessungsleistung (SN):
eines Transformators wird als Scheinleistung angegeben:
Spartransformator:
Die Bauleistung (Kernleistung) eines Spartransformators hängt von der Durchgangsleistung und dem Übersetzungsverhältnis ab:
U1: kleinere Spannung
U2: größere Spannung
SN: Bemessungsleistung
Verwendete Einheiten:
U Volt
I Ampere
P Watt
S Volt-Ampere
N Windungen
3. Betrieb
Umgebungstemperatur:
Die Umgebungstemperatur des Transformators bei Bemessungsleistung darf die am Typenschild angegebene Bemessungs-Umgebungstemperatur nicht überschreiten (zeitweilig kann der Transformator bei einer Temperatur von maximal 10°C mehr als ta betrieben werden).Wird die Bemessungs-Umgebungstemperatur dauerhaft überschritten, ist die Bemessungsleistung zu reduzieren:
| Ta/°C | Isol. B | Isol. F |
| 40 | 100% | 100% |
| 50 | 95% | 96% |
| 60 | 89% | 91% |
| 70 | 84% | 81% |
Einschaltdauer:
Die angegeben Bemessungsleistung bezieht sich auf die Betriebsart S1 (Dauerbetrieb). Bei Betrieb in einer Reihe von festgelegten identischen Zyklen (Aussetzbetrieb) kann in vielen Fällen ein Transformator mit kleinerer Bemessungsleistung eingesetzt werden.
Einschaltdauer (ED) des Transformators errechnet sich:
Um eine unzulässige Erwärmung zu vermeiden, ist die Spieldauer (Betriebszeit + Pausenzeit) auf 10 Minuten begrenzt. Mit Hilfe des Faktors F kann die benötigte Bemessungsleistung des Transformators errechnet werden:
Bemessungsleistung = Leistung x
| DC/% | 100 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 |
| F | 1,0 | 0,89 | 0,85 | 0,77 | 0,70 | 0,63 | 0,55 | 0,45 |
Aufstellungshöhe:
Transformatoren, Drosseln und Netzgeräte sind für einen Betrieb bis maximal 1000mNN ausgelegt. Wird ein Gerät bei abweichender Höhe aufgestellt, ist die Bemessungsleistung zu reduzieren:
| Höhe/m | SN/% |
| 1000 | 100% |
| 2000 | 98% |
| 3000 | 94% |
| 4000 | 88% |
| 5000 | 80% |
Schutzart:
Die Kennzeichnung der Schutzart erfolgt durch 2 Kennziffern.Die erste Kennziffer beschreibt den Schutz gegen direktes Berühren und das Eindringen von festen Fremdkörpern, die zweite Kennziffer beschreibt den Schutz gegen das Eindringen von Wasser (siehe IEC60529).
Angabe der Schutzart z.B.:
IP 2 3
2=erste Kennziffer
3=zweite Kennziffer
Gebräuchliche Schutzarten sind:
| IP00 | Nicht geschützt |
| IP23 | Schutz gegen Berühren mit den Fingern, Schutz gegen Eindringen von festen Fremdkörpern größer als 12mm.Schutz gegen Sprühwasser in einem Winkel bis 60° zur Senkrechten fallend. |
| IP54 | Vollständiger Schutz gegen Berühren unter Spannung stehender oder innerer sich bewegender Teile.Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse trifft, darf keine schädliche Wirkung haben. |
Beschreibung aller Schutzarten:
| Erste Kennziffer |
Bennenung | Erklärung |
| 0 | Nicht geschützt | |
| 1 | Schutz gegen feste Fremdkörper 50mm Durchmesser und größer | Die Objektsonde, Kugel 50mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen. |
| 2 | Schutz gegen feste Fremdkörper 12,5mm Durchmesser und größer | Die Objektsonde, Kugel 12,5mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen. Der gegliederte Prüffinger dar bis zu seiner Länge von 80mm eindringen, ausreichender Abstand muss jedoch eingehalten werden. |
| 3 | Schutz gegen feste Fremdkörper 2,5mm Durchmesser und größer | Die Objektsonde, Kugel 2,5mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen. |
| 4 | Schutz gegen feste Fremdkörper 1mm Durchmesser und größer | Die Objektsonde, Kugel 1,0mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen. |
| 5 | Schutz gegen Staubablagerungen | Eindringen von Staub ist nicht vollständig verhindert, aber Staub darf nicht in solchen Mengen eindringen, dass das zufriedenstellende Arbeiten des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigt wird. |
| 6 | Schutz gegen das Eindringen von Staub | Kein Eindringen von Staub bei einem Umgebungsdruck von 20mbar im Gehäuse. |
| Zweite Kennziffer | Benennung | Erklärung |
| 0 | Nicht geschützt | |
| 1 | Schutz gegen Tropfwasser | Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädliche Wirkung haben. |
| 2 | Schutz Tropfwasser, wenn das Gehäuse bis zu 15% geneigt ist | Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädliche Wirkung haben, wenn das Gehäuse um einen Winkel bis zu 15° beiderseits der Senkrechten geneigt ist. |
| 3 | Schutz gegen Sprühwasser | Wasser, das in einem Winkel bis zu 60° beiderseits der Senkrechten gesprüht wird, darf keine schädliche Wirkung haben. |
| 4 | Schutz gegen Spritzwasser | Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse trifft, darf keine schädliche Wirkung haben. |
| 5 | Schutz gegen Strahlwasser | Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädliche Wirkung haben. |
| 6 | Schutz gegen starkes Strahlwasser | Wasser, das aus jeder Richtung als starker Strahl gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädliche Wirkung haben. |
| 7 | Schutz gegen die Wirkung beim zeitweiligen Untertauchen in Wasser | Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse unter genormten Druck- und Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht ist. |
| 8 | Schutz gegen die Wirkung beim dauernden Untertauchen in Wasser | Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse dauernd unter Wasser getaucht ist, unter Bedingungen, die zwischen Hersteller und Anwender vereinbart werden müssen. Die Bedingungen müssen jedoch schwieriger sein als Ziffer 7. |
4. Arten von Transformatoren
Netztransformator (EN61558-2-1):
Transformatoren für alle Anwendungen, bei denen doppelte oder verstärkte Isolierung zwischen Eingangs- und Ausgangsstromkreis nicht erforderlich ist.
Leistungsbereich:
- 1kVA einphasig
- 5kVA dreiphasig
Steuertransformator (EN61558-2-2):
Transformatoren für Anwendungen, bei denen induktive Lasten mit geringem Spannungsabfall am Transformator zu schalten sind, jedoch doppelte oder verstärkte Isolierung zwischen Eingangs- und Ausgangsstromkreis nicht erforderlich ist.
DIN EN 60 204 Teil 1/6.93 schreibt zur Versorgung von Steuerstromkreisen grundsätzlich Transformatoren vor.
Ausnahmen:
- Maschinen mit einer Bemessungsleistung von weniger als 3 kW, mit einem einzigen Motoranlasser und höchstens zwei äußeren Steuergeräten (z.B. Verriegelungseinrichtung, Not-Aus-Drucktaster).
- Haushalts- und ähnliche Maschinen bei denen sich die elektrische Ausrüstung innerhalb des Maschinengehäuses befindet.
Leistungsbereich: keine Begrenzung
Entsprechend EN60204 müssen Steuerstromkreise von den Hauptstromkreisen galvanisch getrennt sein. Ausnahme bilden lediglich kleine, einfache Ausrüstungen mit höchstens 2 Steuergeräten (z.B. Motorstarter).
Vorteile der Verwendung eines Steuertransformators:
- geerdeter oder ungeerdeter Betrieb wählbar
- geringer Spannungsabfall beim Schalten induktiver Lasten
- über Anzapfungen Korrektur der Netzspannung möglich
- standardisierbare Steuerspannung (Gleichteile bei Schaltgeräten, Lagerhaltung)
- Dämpfung leitungsgebundener Störungen vom Hauptstromkreis
- Begrenzung des Kurzschlussstromes im Steuerstromkreis
- Einfachere Spannungs.- und Isolationsprüfung
Zur Absicherung des Steuertransformators werden im Allgemeinen Motorschutzschalter eingesetzt. Der Einstellstrom des Schutzschalters ist am Leistungsschild ersichtlich.
Um Probleme beim Einschalten des Transformators (Einschaltstromstoß) zu vermeiden sollten speziell zum Absichern von Transformatoren geeignete Motorschutzschalter verwendet werden. Diese haben im Gegensatz zu konventionellen Motorschutzschaltern einen magnetischen Auslöser mit höherem Ausschaltstrom. Solche Schalter haben diverse Herstellern von Motorschutzschaltern im Programm (z.B. Eaton PKZM0-T).
Vorteile von Motorschutzschaltern:
- thermische Absicherung des Transformators
- keine wechselbaren Einsätze (wie z.B. Feinsicherungen)
- allpolige Abschaltung bei Erdschlüsse
Schaltungsbeispiele:
Geerdeter Betrieb/Ungeerdeter Betrieb mit Isolationsüberwachung:
Trenntransformator (EN61558-2-4):
Transformatoren für Anwendungen, bei denen erhöhte Anforderungen wie doppelte oder verstärkte Isolierung zwischen den Stromkreisen durch die Errichtungsbestimmungen oder die Gerätevorschrift gefordert werden.
Leistungsbereich:
- 25kVA einphasig
- 40kVA dreiphasig
In Absprache zwischen Abnehmer und Hersteller können auch größere Bemessungsleistungen vereinbart werden.
Einsatzbereich:
- Schutzmaßnahme Schutzkleinspannung
Sicherheitstransformator (EN61558-2-6):
Transformatoren für Anwendungen, bei denen erhöhte Anforderungen wie doppelte oder verstärkte Isolierung zwischen den Stromkreisen durch die Errichtungsbestimmungen oder die Gerätevorschrift gefordert werden, und die Leerlauf-Ausgangsspannung und die Bemessungs-Ausgangsspannung 50V Wechselspannung oder 120V geglättete Gleichspannung nicht überschreiten.
Mit einem Sicherheitstransformator kann z.B. ein SELV-Stromkreis realisiert werden.
Leistungsbereich:
- 10kVA einphasig
- 16kVA dreiphasig
In Absprache zwischen Abnehmer und Hersteller können auch größere Bemessungsleistungen vereinbart werden.
Spartransformator (EN61558-2-13):
Transformatoren für Anwendungen, bei denen eine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsstromkreis nicht erforderlich ist.
Abhängig vom Verhältnis Eingangsspannung zu Ausgangsspannung haben Spartransformatoren deutlich geringere Baugrößen verglichen mit Transformatoren mit getrennten Wicklungen.Anwendung z.B. Versorgung von Maschinen mit abweichender Netzspannung.
Leistungsbereich:
- 20kVA einphasig (bei max. Kernleistung 1kVA)
- 100kVA dreiphasig (bei max. Kernleistung 5kVA)
In Absprache zwischen Abnehmer und Hersteller können auch größere Bemessungsleistungen vereinbart werden.
Transformatoren für medizinisch genutzte Räume (EN61558-2-15):
- Trenntransformatoren mit doppelter oder verstärkter Isolation sowie zusätzlichen Anforderungen zur Versorgung von IT-Systemen in medizinisch genutzter Bereichen nach VDE0100-710.
- Schirmwicklung zwischen Eingangs- und Ausgangswicklung auf Anschluss geführt
- Auf Anschlussklemme geführter Sternpunkt oder ausgeführte Mittelanzapfung bei Einphasentransformatoren in der Ausgangswicklung zum Anschluss einer Isolationsüberwachung
- Bemessungs-Ausgangsspannung maximal 250V (bei Dreiphasentransformatoren zwischen den Außenleitern)
- Einschaltstrom maximal 12facher Bemessungsstrom
- Leerlaufstrom maximal 3% des Bemessungsstromes
- Kurzschlussspannung uk max. 3%
- “Einphasen-Transformatoren müssen für den Aufbau des IT-Systems geeignet sein. Die Nennausgangsleistung darf nicht kleiner als 3,15kVA und nicht großer als 8kVA sein”
- “Für den Transformator für das IT-System ist eine Überlast- und Übertemperaturanzeigeeinrichtung gefordert.”
Kann realisiert werden durch den integrierten Temperaturwächter (Schalter oder Kaltleiter).
Leistungsbereich: 3kVA bis 10kVA