Trafo-Leistungsrechner
Berechnen Sie die erforderliche Transformator-Leistung und wählen Sie die richtige Normgröße nach IEC 60076. Mit Gleichzeitigkeitsfaktor, Reserve und Kühlungsart.
Transformator-Leistung berechnen nach IEC 60076
Die richtige Trafodimensionierung ist entscheidend für Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit. Ein zu kleiner Trafo führt zu Überlastung, ein zu großer zu unnötigen Kosten und hohen Leerlaufverlusten.
Berechnungsformel
Die erforderliche Scheinleistung wird berechnet aus:
S_erf = (P_inst × g) / cos φ × (1 + Reserve)
Wobei:
- P_inst = Installierte Wirkleistung aller Verbraucher
- g = Gleichzeitigkeitsfaktor (typisch 0.5-0.8)
- cos φ = Mittlerer Leistungsfaktor der Anlage
- Reserve = Zukunftsreserve (typisch 10-30%)
IEC-Normgrößen für Transformatoren
| Leistung (kVA) | Sekundärstrom (400V) | Typische uk% | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| 50 | 72 A | 4% | Kleine Gewerbebetriebe |
| 100 | 144 A | 4% | Einzelne Gebäude |
| 160 | 231 A | 4% | Kleinere Produktionen |
| 250 | 361 A | 4% | Mittelgroßer Betrieb |
| 315 | 455 A | 4% | Industrie Standard |
| 400 | 577 A | 4% | Mittelgroße Industrie |
| 500 | 722 A | 4% | Produktionsanlagen |
| 630 | 909 A | 4-6% | Große Industrie |
| 800 | 1155 A | 6% | Schwerlast |
| 1000 | 1443 A | 6% | Große Werke |
| 1250 | 1804 A | 6% | Chemie/Stahl |
| 1600 | 2309 A | 6% | Großindustrie |
| 2000 | 2887 A | 6% | Kraftwerke |
| 2500 | 3608 A | 6% | Umspannwerke |
Gleichzeitigkeitsfaktoren nach Anwendung
| Anwendung | Gleichzeitigkeitsfaktor g |
|---|---|
| Bürogebäude | 0.5 - 0.6 |
| Gewerbebetrieb | 0.6 - 0.7 |
| Industriebetrieb | 0.6 - 0.8 |
| Krankenhaus | 0.7 - 0.8 |
| Rechenzentrum | 0.8 - 1.0 |
| Einzelmaschine | 1.0 |
Kühlungsarten nach IEC 60076-2
| Kürzel | Bedeutung | Übertemperatur | Anwendung |
|---|---|---|---|
| ONAN | Öl natürlich, Luft natürlich | 65 K | Standard Öltrafos |
| ONAF | Öl natürlich, Luft forciert | 65 K | Öltrafos mit Lüfter |
| OFAF | Öl forciert, Luft forciert | 65 K | Große Kraftwerkstrafos |
| AN | Luft natürlich | 100 K | Standard Trockentrafos |
| AF | Luft forciert | 100 K | Trockentrafos mit Lüfter |
Optimale Auslastung
Die wirtschaftlich optimale Auslastung liegt zwischen 60-80%:
- < 50%: Hohe relative Leerlaufverluste
- 60-80%: Optimaler Bereich
-
80%: Keine Reserve, erhöhte Alterung bei Lastspitzen
Anwendungsbereiche
- Planung neuer Trafostationen
- Erweiterung bestehender Anlagen
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Trafoaustausch
- Netzberechnungen und Kurzschlussstudien
- Energieeffizienz-Optimierung (Verlustbewertung)
- Redundanzplanung mit zwei Trafos
Häufig gestellte Fragen
Trockentrafos (Gießharzisoliert) sind vorzuziehen bei: (1) Aufstellung in Gebäuden ohne Ölauffangwanne, (2) Brandschutzanforderungen (F1-Klassifizierung), (3) kritischer Infrastruktur (Krankenhäuser, Rechenzentren), (4) häufigen Lastwechseln. Nachteile: Höhere Anschaffungskosten (~20-40%), größere Abmessungen, höherer Geräuschpegel. Öltrafos bleiben Standard für Außenanlagen und Ortsnetzstationen.
Wärmepumpen haben hohe Anlaufströme (bis 8× In). Faustregeln: (1) Elektrische Leistung der WP × 1.5 als Grundlast, (2) Gleichzeitigkeitsfaktor 0.9 (WP läuft viele Stunden), (3) Reserve 20%. Beispiel: 100 kW Wärmepumpe → S = 100 × 0.9 / 0.9 × 1.2 = 120 kVA → Normgröße 160 kVA.
Die Kurzschlussspannung uk (auch Kurzschlussimpedanz) gibt an, welcher Anteil der Nennspannung nötig ist, um den Nennstrom bei kurzgeschlossener Sekundärseite fließen zu lassen. Typisch 4% für Trafos ≤630 kVA und 6% für größere. Höhere uk bedeutet: geringerer Kurzschlussstrom, bessere Parallelfähigkeit, aber höhere Spannungsschwankungen unter Last.
Zwei Trafos (Redundanzkonzept) sind sinnvoll bei: (1) Kritischen Prozessen ohne Unterbrechungstoleranz, (2) Leistungsbedarf 600-1000 kVA (2×500 kVA flexibler als 1×1000 kVA), (3) Wartungsfreundlichkeit (ein Trafo kann gewartet werden, während der andere läuft). Kostenvergleich: Zwei 500-kVA-Trafos kosten etwa 150% eines 1000-kVA-Trafos.
Trafoverluste setzen sich zusammen aus: Leerlaufverlusten P0 (konstant, lastunabhängig, ~0.2% von Sn) und Lastverlusten Pk (quadratisch mit Auslastung, ~1% bei Volllast). Bei 50% Auslastung sind die Lastverluste nur 25% des Volllastwerts. Die Gesamtverluste sind bei etwa 50-60% Auslastung minimal, bezogen auf die übertragene Energie.