Transformator-Rechner - erforderliche kVA

Die Transformator-Dimensionierung ist der Prozess, die passende kVA-Nennleistung (Kilovoltampere) für einen Leistungstransformator anhand der elektrischen Last auszuwählen, die er versorgen muss. Eine korrekte Dimensionierung ist entscheidend: Ein unterdimensionierter Transformator überhitzt und fällt vorzeitig aus, während ein überdimensionierter Transformator Kapital, Stellfläche und Energie durch erhöhte Leerlaufverluste im Kern verschwendet. Der erste Schritt besteht darin, den Unterschied zwischen Wirkleistung und Scheinleistung zu verstehen. Wirkleistung, gemessen in Kilowatt (kW), ist die tatsächlich von ohmschen Lasten wie Heizgeräten und Glühlampen verbrauchte Leistung. Scheinleistung, gemessen in Kilovoltampere (kVA), umfasst sowohl Wirkleistung als auch Blindleistung, also die schwingende Energie, die induktive Lasten wie Motoren und Leuchtstofflampen-Vorschaltgeräte aufnehmen und zurückgeben. Das Verhältnis zwischen beiden ist der Leistungsfaktor (PF): kVA = kW ÷ PF. Eine Last mit einem Leistungsfaktor von 0.8 benötigt 25% mehr Transformatorleistung als eine rein ohmsche Last gleicher Wattzahl. Auch der Wirkungsgrad des Transformators ist relevant. Selbst ein Transformator mit 97% Wirkungsgrad gibt 3% der übertragenen Leistung als Wärme ab. Das bedeutet, dass die Quelle 100/97 ≈ 1.031 Mal die abgegebene Last liefern muss. Bei großen Industrietransformatoren ist dieser Aufschlag klein, darf aber bei knappen Dimensionierungsrechnungen nicht ignoriert werden. Die Lastart beeinflusst die Dimensionierung über die Dauerlastregel, die weithin aus dem National Electrical Code (NEC) und ähnlichen Normen weltweit übernommen wurde. Eine kontinuierlich betriebene Last (definiert als eine Last, die drei oder mehr Stunden bei Nennstrom läuft) wird auf 80% der Nennkapazität des Transformators begrenzt; entsprechend muss der Transformator auf 125% der kVA der Dauerlast dimensioniert werden. Nicht kontinuierliche Lasten erfordern dieses Derating nicht. Die Umgebungstemperatur verringert die Transformatorleistung. Die meisten Verteiltransformatoren sind für eine maximale Umgebungstemperatur von 40°C ausgelegt. Oberhalb von 40°C sinkt die zulässige Belastung grob um 1% pro zusätzlichem Grad. In heißen Klimazonen kann daher ein deutlich größerer Transformator erforderlich sein, als die Last allein nahelegt. Schließlich wenden Ingenieure einen Sicherheitsfaktor an — typischerweise 15–30% —, um zukünftiges Lastwachstum, Messunsicherheiten, Oberschwingungsverzerrungen durch Frequenzumrichter und elektronische Geräte sowie unerwartete Spitzenlasten zu berücksichtigen. Der Rechner addiert alle diese Korrekturen und rundet anschließend auf die nächste Standard-kVA-Nennleistung aus der branchenüblichen Liste bevorzugter Größen auf (5, 7.5, 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100, 167, 250, 333, 500 kVA und größer).