Berechnen Sie Kurzschlussstrom, Impedanz und thermische Belastbarkeit für Transformatoren nach IEC 60076 und IEC 60909.
Berechnen Sie Kurzschlussstrom, Impedanz und thermische Belastbarkeit für Transformatoren nach IEC 60076 und IEC 60909.
Die Kurzschlusseigenschaften eines Transformators bestimmen den maximalen Kurzschlussstrom am Sekundäranschluss und sind damit entscheidend für die Dimensionierung aller nachgeschalteten Schutzeinrichtungen.
Die Kurzschlussspannung uk (in %) gibt an, welche Spannung primärseitig anliegen muss, um bei kurzgeschlossener Sekundärseite den Nennstrom fließen zu lassen. Sie setzt sich zusammen aus:
uk = √(ur² + ux²)
Klicken zum Kopieren| Bemessungsleistung | Typisches uk | Sekundärstrom (400 V) | Max. Ik (bei uk) |
|---|---|---|---|
| 100 kVA | 4% | 144 A | 3,6 kA |
| 250 kVA | 4% | 361 A | 9,0 kA |
| 400 kVA | 4% | 577 A | 14,4 kA |
| 630 kVA | 6% | 909 A | 15,2 kA |
| 1000 kVA | 6% | 1443 A | 24,1 kA |
| 1600 kVA | 6% | 2309 A | 38,5 kA |
| 2500 kVA | 6–8% | 3608 A | 45,1–60,1 kA |
Ik = In / (uk/100) (nur vom Trafo)
Ik_ges = In / (uk_ges/100) (Trafo + vorgelagertes Netz)
Klicken zum KopierenDas vorgelagerte Netz begrenzt den Kurzschlussstrom zusätzlich:
uk_ges = √(uk_Trafo² + uk_Netz²)
uk_Netz = (S_Trafo / S_k_Netz) × 100%
Klicken zum Kopierenip = √2 × κ × Ik
κ ≈ 1,02 + 0,98 × e^(-3 × R/X)
Klicken zum KopierenTypisch κ = 1,5–1,8 für Ortsnetztrafos → ip ≈ 2,1–2,5 × Ik
uk bestimmt direkt den maximalen Kurzschlussstrom: Ik = In / (uk/100). Ein Trafo mit niedrigem uk (z. B. 4%) liefert hohe Kurzschlussströme – gut für schnelle Sicherungsauslösung, aber anspruchsvoll für die Schaltanlage. Ein hoher uk (z. B. 6–8%) begrenzt den Kurzschlussstrom stärker, erfordert aber eine Prüfung der Abschaltbedingungen nach VDE 0100-430.
Der uk-Wert steht auf dem Typenschild des Transformators, oft als „uk%" oder „Impedanzspannung". Falls nicht verfügbar, können Standardwerte nach IEC 60076-5 verwendet werden: 4% für Trafos bis 630 kVA und 6% ab 630 kVA (20/0,4 kV). Achtung: Herstellerspezifische Abweichungen sind möglich und sollten beim Hersteller erfragt werden.
Das vorgelagerte Netz hat eine eigene Impedanz, die den gesamten Kurzschlussstrom begrenzt. Bei einer Netz-Kurzschlussleistung Sk von z. B. 500 MVA am 20-kV-Anschluss beträgt der Netzanteil uk_Netz = (S_Trafo/Sk) × 100%. Für einen 630-kVA-Trafo: uk_Netz = 0,13%. Dieser geringe Wert zeigt, dass das vorgelagerte Netz den Kurzschlussstrom nur minimal beeinflusst – meist dominiert der Trafo.
Der Stoßkurzschlussstrom ip ist der maximale Momentanwert im ersten Halbwellenperiode nach dem Kurzschlusseintritt. Er enthält einen Gleichstromanteil (DC-Offset), der vom R/X-Verhältnis abhängt. ip = √2 × κ × Ik, wobei κ typisch 1,5–1,8 beträgt. ip bestimmt die dynamische Kurzschlussfestigkeit von Sammelschienen, Verbindungselementen und Schaltgeräten.
Bei n parallelen Transformatoren steigt der Kurzschlussstrom um den Faktor n: Ik_ges = n × Ik_einzeln. Voraussetzung für Parallelbetrieb: Gleiche Übersetzung (Stufenstellung), gleiche Schaltgruppe, ähnliches uk (max. 10% Abweichung). Bei unterschiedlichem uk verteilt sich die Last ungleichmäßig – der Trafo mit niedrigerem uk übernimmt mehr Last.