A Transformatorenrechner wandelt Lastleistung, Spannung, Phase, Leistungsfaktor und Wirkungsgrad in die für die Erstdimensionierung erforderlichen kVA- und Stromwerte um. Das Ergebnis ist ein Startpunkt. Eine zuverlässige Spezifikation muss zudem Bedarf und Gleichzeitigkeit, Motoranlauf, Oberschwingungen, Umgebungstemperatur, Aufstellungshöhe, Impedanz, Kurzschlussleistung, Spannungsregelung, zukünftiges Wachstum und die Standardnennleistungen des Herstellers berücksichtigen.
Formeln für die Transformator-KVA
Einphasen-Transformator-Rechner
Für einen Einphasenwechselstromkreis, kVA = V × I ÷ 1.000. Umgestellt ergibt sich der Vollaststrom zu I = kVA × 1.000 ÷ V. Ein sekundärseitiger 75-kVA-, 240-V-Trafo hat daher einen berechneten Volllaststrom von 312,5 A.
Dreiphasentransformator-Rechner
Für einen symmetrischen Dreiphasenstromkreis, kVA = √3 × VLL × I ÷ 1.000. Aktuell ist I = kVA × 1.000 ÷ (√3 × V)LL). Ein 1000-kVA-Transformator bei 400 V hat einen sekundären Vollaststrom von etwa 1.443 A.
Wenn die Lastangabe in kW angegeben ist, schätze kVA = kW ÷ (Leistungsfaktor × Wirkungsgrad). Fügen Sie kW- und kVA-Werte nicht direkt hinzu. Rechnen Sie jede Last auf eine gemeinsame Basis um, bevor Sie Gleichzeitigkeits- und Bedarfsannahmen anwenden.
Schritt-für-Schritt-Methode zur Transformatorenbemessung
- Listen Sie jede Last mit Spannung, Phase, kW oder kVA, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad, Anlassverfahren, Lastspiel und Oberschwingungseigenschaften auf.
- Lasten in kVA umrechnen und vertretbare Gleichzeitigkeits- und Vielfaltsfaktoren anwenden.
- Überprüfen Sie den größten Motor oder die größte zyklische Last separat auf Anlaufspannungsabfall und thermische Beanspruchung.
- Fügen Sie dokumentierte Erweiterungskapazität hinzu, ohne eine übermäßige permanente Überdimensionierung zu erzeugen.
- Wählen Sie die nächste geeignete Standard-Transformatorleistung aus und überprüfen Sie diese beim Hersteller.
Für kritische Einrichtungen sind Notbetrieb und Redundanz zu bewerten. Zwei Transformatoren, die sich den Normalbedarf teilen, müssen je nach erforderlichem Serviceniveau möglicherweise über ausreichend Kapazität für die Lasten verfügen, die für den Notbetrieb essenziell sind, nachdem eine Einheit abgeschaltet wurde.
Schnellvergleichs- und Auswahltabelle
Verwenden Sie diese Tabelle als kurze Zusammenfassung der wichtigsten im Artikel erklärten Ingenieur- und Beschaffungsentscheidungen.
| Entscheidungsbereich | Praktische Bedeutung | Was zu überprüfen ist |
|---|---|---|
| Formeln für die Transformator-KVA | Für einen einphasigen Stromkreis gilt: kVA = V × I ÷ 1.000. . | Umgestellt lautet der Vollaststrom $I = \text{kVA} \times 1.000 \div V$. . |
| Schritt-für-Schritt-Methode zur Transformatorenbemessung | Für kritische Einrichtungen sind Notfallbetrieb und Redundanz zu bewerten. | Zwei Transformatoren, die sich die normale Last teilen, müssen je nach erforderlichem Versorgungsniveau nach dem Ausfall einer Einheit jeweils über ausreichend Kapazität für die essenziellen Lasten verfügen. |
| Beispiel für Primär- und Sekundärstrom | Betrachten Sie einen Drehstromtransformator mit einer Nennleistung von 500 kVA und einem Übersetzungsverhältnis von 10 kV/400 V. | Der Primärstrom beträgt ca. 28,9 A: 500.000 ÷ (√3 × 10.000). |
| Konzepte für Transformator-Impedanzrechner | Die prozentuale Impedanz ist der Prozentsatz der Nennspannung, der erforderlich ist, um unter Testbedingungen bei kurzgeschlossener Sekundärseite den Nennstrom zum Fließen zu bringen. | Eine grobe symmetrische Schätzung des Endfehlerstroms lautet I sc ≈ I FL × 100 ÷ Z%, unter der Annahme einer starken Quelle. |
| Dimensionierung von Sicherungen, Schutzschaltern und Kabeln | Ein Rechner für die Primärsicherung einer Transformatoren kann nicht auf einen universellen Multiplikator reduziert werden. | Der Schutz muss den Einschaltstrom bei der Magnetisierung und normale Überlastungen zulassen und gleichzeitig schädliche Fehler innerhalb der Belastbarkeitskurve des Transformators abschalten. |
Beispiel für Primär- und Sekundärstrom
Betrachten Sie einen dreiphasigen 500-kVA-Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 10 kV/400 V. Der Primärstrom beträgt etwa 28,9 A: 500.000 ÷ (√3 × 10.000). Der Sekundärstrom beträgt etwa 721,7 A: 500.000 ÷ (√3 × 400). Die tatsächlich gemessenen Werte hängen von Last, Spannung, Verlusten, Asymmetrie und Oberschwingungen ab.
Diese aktuelle Berechnung hilft beim Vergleich von Produkten wie einem Gießharztransformator SCB10 mit den angeschlossenen Schaltanlagen und Kabeln, ersetzt jedoch keine vollständige Koordinationsstudie.
Konzepte für Transformator-Impedanzrechner
Die prozentuale Impedanz ist der Prozentsatz der Nennspannung, der erforderlich ist, um unter Prüfbedingungen bei kurzgeschlossener Sekundärseite den Nennstrom fließen zu lassen. Eine grobe Schätzung des symmetrischen Klemmenkurzschlussstroms ist Isc ≈ IchFL × 100 ÷ Z%, unter der Annahme einer starken Quelle. Bei einer Impedanz von 6% beträgt der idealisierte Strom etwa das 16,7-Fache des Volllaststroms.
Das reale Systemergebnis umfasst auch die Netzimpedanz, die Impedanz des vorgeschalteten Transformators, Kabel, Sammelschienen, Motoren und das X/R-Verhältnis. Verwenden Sie eine ordnungsgemäße Kurzschlussstromberechnung für die Bemessungsstrom- und Stoßstromfestigkeit der Betriebsmittel.
Dimensionierung von Sicherungen, Schutzschaltern und Kabeln
Ein Rechner für die Größe von Transformator-Primärsicherungen kann nicht auf einen universellen Multiplikator reduziert werden. Der Schutz muss den magnetisierenden Einschaltstrom und normale Überlastungen zulassen und gleichzeitig schädliche Fehler innerhalb der Belastungskennlinie des Transformators abschalten. Örtliche Elektrovorschriften, Spannung, Transformatortyp, Impedanz, vorgelagerte Koordination, Sekundärschutz und Herstellerempfehlungen bestimmen die zulässigen Einstellungen.
Ebenso hängt die Kabelgröße von der Strombelastbarkeit, der Verlegemethode, der Umgebungstemperatur, der Bündelung, der Isolationsklasse, dem Spannungsfall, der thermischen Kurzschlussfestigkeit, der Anschlusstemperaturklasse und den geltenden Vorschriften ab. Koordinieren Sie die sekundären Leiter und den Hauptschalter mit dem gewählten Niederspannungsschaltanlage.
Berechnung von Spartransformatoren (Buck-Boost-Transformatoren)
Für Spartransformator-Anwendungen berechnen Sie zunächst die erforderliche Spannungsänderung und den Laststrom. Die umgewandelte kVA ist näherungsweise die Spannungskorrektur multipliziert mit dem Laststrom, dividiert durch 1.000 für Einphasenstrom. Da eine Spartransformator-Schaltung einen großen Teil der Leistung konduktiv überträgt, kann ihre Einheits-kVA kleiner sein als die Last-kVA. Verwenden Sie die Anschlusstabelle des Herstellers für die genaue Quelle, die Zielspannung, die Phase und die Einheit.
Informationen für die Endauswahl erforderlich
Geben Sie dem Lieferanten Primär- und Sekundärspannung, Phase, Frequenz, Dauer- und Spitzenscheinleistung (kVA), Lasttyp, Oberschwingungsspektrum, Schaltgruppe, Anzapfungen, Impedanz, Isolationspegel, Gehäuse, Kühlung, Umgebungstemperatur, Aufstellungshöhe, Lärmziel, Effizienzanforderung, Zubehör und erforderliche Normen an. Eine transparente Lastliste macht die Berechnung nachvollziehbar und verhindert eine falsche Genauigkeit.
Formeln, die in einem Transformator-Rechner verwendet werden
Einphasig: kVA = V × I ÷ 1.000. Dreiphasig: kVA = 1,732 × V × I ÷ 1.000. Durch Umstellen erhält man den Strom. Wenn man von der Nutzleistung in kW ausgeht, dividiert man durch den Leistungsfaktor und den Wirkungsgrad, je nachdem, was zutrifft, bevor man die Trafo-kVA auswählt.
Wie man die Ergebnisse eines Taschenrechners interpretiert
Der berechnete Wert ist ein elektrischer Ausgangspunkt, keine automatische Produktauswahl. Überprüfen Sie Lastgleichzeitigkeit, Motoranlauf, Oberschwingungen, Umgebungstemperatur, Impedanz, Spannungsregelung und Erweiterung. Berechnen Sie beide Wicklungsströme und stimmen Sie dann Kabel und Schutzeinrichtungen unter Beachtung der geltenden Errichtungsbestimmungen und Herstellerangaben aufeinander ab.
Technische Referenzen und weiterführende Literatur
Die folgenden unabhängigen Quellen unterstützen die in diesem Leitfaden behandelten Standards, die Terminologie, die Berechnungen und den Sicherheitskontext:
- IEC 60076-1 Leistungstransformatoren-Norm — Geltungsbereich, Terminologie, Bemessungswerte, Anschlusssymbole, Prüfungen, Sicherheit und allgemeine Anforderungen für Leistungstransformatoren.
- US-Aussenministerium für Energie: Verteilertransformatoren — Offizielle Definitionen, Effizienzanforderungen, Prüfverfahren und regulatorische Ressourcen für Verteiltransformatoren.
- OSHA-Anforderungen für die Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie — Sicherheitsanforderungen in Bezug auf Bauarbeiten und Arbeiten an elektrischen Energieübertragungs- und -verteilungsanlagen.
