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Häufig benutzte Fachausdrücke und Definitionen bei
Transformatoren und Drosseln
Netztransformatoren (EN 61558-2-1)
Transformatoren, bei denen die Eingangswicklung von der Ausgangswicklung mindestens durch eine Basisisolierung getrennt ist.
Steuertransformatoren (EN 61558-2-2)
Transformatoren mit elektrisch getrennten Wicklungen zur Speisung von elektrischen und elektronischen Steuer- und Meldestromkreisen. Die Steuertransformatoren sind eingangsseitig mit Anzapfungen (vorzugsweise ± 5%) ausgestattet. Die Kurzzeitleistung eines Steuertransformators ist die Ausgangsleistung bei cos j = 0.5, bei der die Ausgangsspannung höchstens 5% gegenüber dem Nennwert abfallen darf.
Trenntransformatoren (EN 61558-2-4)
sind Transformatoren mit elektrisch getrennten Wicklungen (verstärkte Isolation) zur Erfüllung der Anforderungen der Schutzmassnahme „Schutztrennung“ für den Anschluss eines einzelnen Stromverbrauchers.
Sicherheitstransformatoren (EN 61558-2-6)
sind Transformatoren, deren Eingangs- und Ausgangswicklungen durch doppelte oder verstärkte Isolierung elektrisch getrennt sind. Die Transformatoren sind dazu bestimmt, einen Verteilerstromkreis, ein Gerät oder andere Einrichtungen mit Schutzkleinspannung bis 50 Volt AC (Leerlaufspannung) und / oder 120 Volt geglättete Gleichspannung zu versorgen. Die Summe aller Sekundärspannungen darf diese Werte nicht überschreiten.
Spartransformatoren (EN 61558-2-13)
sind Transformatoren mit gemeinsamer Eingangs- und Ausgangswicklung. Die Niederspannungs- Wicklung ist ein Teil der Oberspannungs-Wicklung. Durch diesen Aufbau verringern sich die Baugrösse, das Gewicht, die Kosten und die Übertragungsverluste gegenüber Transformatoren mit getrennten Wicklungen.
Drosseln (EN 61558-2-20)
sind elektrische Betriebsmittel, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Selbstinduktion einen induktiven Widerstand für Wechselstrom darstellen.
Stelltransformatoren (Variac) (EN 61558-2-14)
dienen zur verlustarmen, kontinuierlichen Einstellung von netzverbundenen Wechselspannungen. Mit diesem Bauelement steht dem Anwender ein Bauteil zur Verfügung, das eine optimale Einstellung bzw. Regelung von Strömen und Spannungen bei niedrigsten Verlusten und damit geringer Wärmeentwicklung ermöglicht. Durch mechanische Kupplung von drei Stelltransformatoren kann das Gleiche für Drehstrom erreicht werden. Es sind Transformatoren mit einer Hand- oder Motorverstellung möglich. Mit einer zusätzlichen Regelkarte kann eine Spannungsstabilisierung erreicht werden. Dadurch können Stelltransformatoren als Spannungskonstanthalter verwendet werden um die Spannungsschwankungen vom Versorgungsnetz auszugleichen.
Nennleistung in VA oder kVA
Bei mehreren Sekundärwicklungen ist die Leistung für jede Wicklung getrennt anzugeben. Die Nennleistung ergibt sich aus der Summe der Einzelleistungen. Anzapfungen der Sekundärwicklungen sind nur mit dem aus Sekundärleistung und höchster Sekundärspannung errechneten Strom belastbar. Abweichende Stromstärken sind extra anzugeben.
Die Nennleistung errechnet sich
- bei Einphasen-Transformatoren als Produkt aus Nennsekundärspannung und Nennsekundärstrom:
S [VA] = U [V] x I [A]
- bei Drehstromtransformatoren als Produkt aus Nennsekundärspannung, Nennsekundärstrom und Verkettungsfaktor √3:
S [ V A ] = U [ V ] x I [ A ] x √3
- bei mehreren Ausgangswicklungen ist die Nennleistung gleich der Summe aller Einzelleistungen:
S[VA]=S1 [VA]+S2 [VA]+…+Sn [VA]
Anzapfungen der Sekundärwicklungen sind nur mit dem errechneten Strom aus Sekundärleistung und höchster Sekundärspannung belastbar. Wird eine konstante Ausgangsleistung über den gesamten Spannungsbereich oder die Verwendbarkeit für mehrere Primärspannungen verlangt, so kann sich die erforderliche Baugrösse erhöhen. Bitte beachten Sie in diesem Zusammenhang die Rubriken Nennprimärspannung und Nennsekundärspannung.
Nennfrequenz oder Frequenzbereich
Im Normalfall 50/60 Hz.
Nennprimärspannung
Netzspannung oder Netzspannungsbereich (V). Bei Drehstromtransformatoren die verkettete Span- nung der 3 Aussenleiter gegeneinander.
Die Nennprimärspannung ist die Netzspannung, für die der Transformator bezeichnet ist. Bei Mehrphasennetzen (z.B. Dreiphasennetz) ist die angegebene Spannung die Aussenleiterspannung. Die Primärspannung ist die Eingangsspannung, an die der Transformator angeschlossen wird.
Zur Verwendung an verschiedenen Versorgungsnetzen können Transformatoren mit Anzapfungen der Primärwicklung versehen werden. Dies führt jedoch oftmals zur Wahl der nächst grösseren Baugrösse, da im unteren Spannungsbereich grössere Drahtquerschnitte erforderlich sind als im oberen Spannungsbereich.
Eine Ausnahme bilden 2 Primärspannungen, die im Verhältnis von 1 : 2 zueinander stehen. Durch wahlweise Serien- oder Parallelschaltung von zwei gleichen Wicklungsteilen ( z. B. 2 x 115 V) ist das Gerät für beide Spannungen verwendbar, ohne dass ein zusätzlicher Wickelraumbedarf entsteht.
Nennsekundär-Lastspannung
Bei Drehstromtransformatoren die verkettete Spannung der 3 Aussenleiter gegeneinander.
Als Nennsekundärspannung oder Sekundär-Lastspannung wird die Spannung bezeichnet, die sich unter Belastung mit Nennleistung bei Nennfrequenz und Leistungsfaktor cos = 1 nach Erreichen der Betriebstemperatur an den Ausgangsklemmen des Transformators einstellt. Um verschiedene Sekundärspannungen zu erhalten, können Sekundärwicklungen mit Anzapfungen versehen werden. Diese Anzapfungen sind jedoch nur mit dem aus Sekundärleistung und der höchsten Sekundärspannung errechneten Strom belastbar.
Getrenntwicklung (galvanische Trennung)
Zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung besteht keine elektrisch leitende Verbindung. Die Energieübertragung geschieht mit Hilfe eines geschlossenen Eisenkreises, der die Wicklung magnetisch miteinander koppelt. Die Sekundärwicklung ist erdfrei, d. h. gegenüber Erdpotenzial tritt keine Berührungsspannung auf.
Sparwicklung
Primär- und Sekundärwicklung sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Unterspannungswicklung ist ein Teil der Oberspannungswicklung des Transformators. Die Durchgangsleistung wird zum Teil induktiv und zum Teil durch Stromleitung übertragen. Je kleiner die Differenz zwischen Ober- und Unterspannung ist, umso kleiner wird der induktiv übertragene Leistungsanteil und damit die erforderliche Baugrösse.
Die Baugrösse oder Typenleistung eines Spartransformators ist immer kleiner als die Nennleistung (Durchgangsleistung) und errechnet sich nach folgender Formel:
S_{ t } = S * \frac{ U_{ o } -U _{ u } }{U_{ o } }
St = Typenleistung, S = Nennleistung, Uo = Oberspannung, Uu = Unterspannung
Spartransformatoren dürfen nicht als Schutztransformatoren verwendet werden. Der Ausgang besitzt Spannungspotenzial gegenüber Erde.
Dauerbetrieb
Die Betriebszeit ist mindestens so lang, dass die Betriebstemperatur erreicht wird.
Kurzzeitbetrieb
Die als zulässig angegebene Betriebszeit ist so kurz, dass die Betriebstemperatur nicht erreicht wird. Die nachfolgende Betriebspause, in der der Transformator eingangsseitig vom Netz getrennt ist, ist zu kurz, um die Abkühlung auf Umgebungstemperatur zu erreichen.
Vorgehensweise bei der Ermittlung der erforderlichen Typenleistung
Formel zur Bestimmung der prozentualen Einschaltdauer (ED)
ED = \frac{ Betriebszeit }{ Betriebszeit + Betriebspause } * 100
Die Spieldauer (Betriebszeit + Betriebspause) darf 10 Minuten nicht überschreiten.
Formel zur Errechnung der erforderlichen Typenleistung
S_{ t } = S * \sqrt{ \frac{ ED }{ 100 } }
St = Typenleistung, S = Nennleistung, ED = Einschaltdauer
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass sich der Spannungsabfall im Verhältnis von Nennleistung zur Typenleistung erhöht.
Umgebungstemperatur
Wenn ein ungehinderter Durchlauf der Kühlluft gewährleistet ist, werden bei max. 40°C Umgebungstemperatur durch die betriebsmässige Erwärmung der Transformatoren die nach EN 61558 zulässigen Übertemperaturen nicht überschritten.
In der EN 61558 Transformatorenvorschrift sind die Temperaturwerte bei bestimmungsgemässem Gebrauch und Dauerbelastung in einzelne Isolierstoffklassen unterteilt, die im Folgenden aufgeführt sind:
Isoliersystem-Klasse Temperatur in °C
- A 100
- E 115
- B 120
- F 140
- H 165
Kurzschlussfestigkeit
Transformatoren müssen unter bestimmten Bedingungen Überlastungen, die im normalen Gebrauch vorkommen können, und Kurzschlüssen standhalten. In den EN-Bestimmungen werden Transformatoren nach Art der Kurzschlussfestigkeit unterteilt, die im Folgenden aufgeführt sind:
Unbedingt kurzschlussfest
Transformatoren ohne Schutzeinrichtung, bei denen die Temperatur bei Überlast oder im Kurz- schlussfall die festgelegten Grenztemperaturen nicht überschreitet und die nach dem Entfernen der Überlast oder des Kurzschlusses weiterbetrieben werden können. Diese Kurzschlussfestigkeit wird durch einen inneren Spannungsabfall im Gerät erreicht.
Hinweis: Physikalisch bedingt lassen derartige Transformatoren nur Konstruktionen mit geringer Nennleistung zu. Der Leerlaufspannungsfaktor kann dabei einen Wert bis 2.5 annehmen.
Bedingt kurzschlussfest
Transformatoren mit einer eingebauten Schutzeinrichtung, die den Stromkreis öffnet oder den Strom im Eingangs- oder Ausgangskreis begrenzt, wenn der Transformator überlastet oder kurzgeschlossen wird.
Hinweis: Beispiele für Schutzeinrichtungen sind Sicherungen, Überlastauslöser, Temperatur-Sicherungen, selbsttätig oder nicht selbsttätig zurückstellende Temperaturbegrenzer, Kaltleiter und automatisch mechanisch auslösende Schutzschalter.
Nicht kurzschlussfest
Transformatoren ohne Schutzeinrichtung. Die Transformatoren müssen vom Betreiber durch geeignete Schutzeinrichtungen in der Zu- oder Ableitung vor Überlastung geschützt werden. Sie entsprechen unter diesen Voraussetzungen wieder den Bestimmungen über bedingt kurzschlussfeste Transformatoren.
Falls kein technischer Grund für das Gegenteil besteht, muss die Schutzvorrichtung von bedingt kurzschlussfesten Transformatoren im Eingangsstromkreis angebracht sein.
Bei der Absicherung des Eingangsstromkreises mit Schmelzsicherungen ist zu beachten, dass bei den meisten Transformatoren Einschaltstromspitzen auftreten, die ein Mehrfaches des Primärnennstroms betragen. Es empfiehlt sich deshalb, nur Sicherungen mit träger Abschmelzcharakteristik zu verwenden. Beim Einsatz von Leitungsschutzschaltern sind Typen mit Charakteristik D zu verwenden.
Schutzklasse
Die Schutzklasse drückt aus, für welche Art der Schutzmassnahmen gegen unzulässige Berührungsspannungen Geräte vorbereitet oder in welche sie einbezogen sind.
Zur Schutzklasse I gehören Transformatoren und Drosseln, bei denen alle berührbaren Metallteile, die im Falle eines Fehlers der Betriebsisolierung unter Spannung gesetzt werden können, dauerhaft und gut leitend untereinander und mit der Vorrichtung für den Anschluss eines Schutzleiters verbunden sind. Sie werden durch Anschluss des Schutzleiters in die Schutzmassnahme „Schutzerdung“ einbezogen.
Zur Schutzklasse II gehören Transformatoren, bei denen alle berührbaren, leitfähigen Teile von solchen Teilen, die im Falle eines Fehlers der Betriebsisolierung unter Spannung gesetzt werden können, durch zusätzliche Isolierung (Schutzisolierung, z.B. durch ein Kunststoffgehäuse) getrennt sind. Sie haben keine Vorrichtung für den Anschluss eines Schutzleiters.