Deutsch

GEAFOL-Gießharztransformatoren
Planungshinweise
siemens.de/geafol
Inhalt
GEAFOL – für höchste Anforderungen vor Ort4
Eckdaten für die Planung5
Technische Voraussetzungen
5
Bestimmungen, Vorschriften, Normen
5
Größe und Gewicht
5
Anforderungen an den Aufstellungsort6
Sicherheitsmaßnahmen für Brandschutz nach DIN
EN 61936-1
6
Klassifizierung nach Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EC 7
Temperatur der Kühlluft
8
Besondere Aufstellungsbedingungen
8
Mindestabstände8
Berührungsschutz8
Anschlusstechnik9
Anschluss der Oberspannung
9
Anschluss der Oberspannung mit Steckverbindungen 9
Oberspannungsanzapfungen9
Anschluss der Unterspannung
9
Anschluss der Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen 9
Temperaturüberwachung10
Temperaturüberwachung
mit Kaltleiterfühler (PTC) 10
Trafo-Zusatzbelüftung für mehr Leistung11
Merkmale der Lüfter
11
Wirtschaftlichkeit der Zusatzbelüftung
11
Lüftung des Transformator-Raumes12
Voraussetzungen12
Berechnung der Verlustwärme im Raum 12
Berechnung der Wärmeabführung
12
Qv1: Wärmeabführung mit dem
natürlichen Luftstrom 12
Qv2: Wärmeabführung über
Wände und Decken
13
Qv3: Wärmeabführung mit dem
erzwungenen Luftstrom
14
Lüftungskanäle14
Raumlüfter14
Kriterien für die Wahl des Raumlüfters
14
Leistung des Raumlüfters
14
15
pR: Druckdifferenz durch Strömung
15
pB: Druckdifferenz durch Beschleunigung
Berechnungsbeispiele16
1. Druckverlust durch Rohrreibung
16
2. Druckverlust durch Einzelkomponenten
16
Druckdifferenz durch Strömung insgesamt
17
Ergebnis: Gesamtdruckdifferenz des Lüfters
17
Geräuschpegel18
Das Schallempfinden des Ohres
18
Die messtechnische Annäherung an das Ohr
19
Ausbreitung der Geräusche
19
Schallleistung19
Abhängigkeit des Schalldrucks vom Abstand 19
Maßnahmen zur Geräuschminderung Luftschall
20
Körperschall21
Körperschall-Isolierung: Bemessung
21
Körperschall-Isolierung: Berechnungsbeispiel
21
Geräusch im Trafo-Nebenraum:
Berechnungsbeispiel22
EMV von Verteilungstransformatoren23
CE-Kennzeichnung 23
GEAFOL – für h
­ öchste
Anforderungen vor Ort
Überall leicht zu integrieren
Dort, wo hohe Lastdichten eine verbrauchernahe Strom­
versorgung erfordern, sind GEAFOL®-Gießharztrans­
formatoren die optimale Lösung. Sie geben Planern die
notwendige Freiheit: Weil sich mit ihnen Netz­konzepte
wirtschaftlich verwirklichen lassen. Weil sie umweltfreundlich und sicher sind.
Und weil sie eine schwerpunktnahe Stromversorgung
ermöglichen, ohne besondere Räume oder Vorkehrungen
zu beanspruchen. Aspekte, die diese Verteilungstrans­
formatoren besonders geeignet machen für den Einsatz
in Gebäuden.
Der Vorteil: GEAFOL-Gießharztransformatoren lassen
sich überall leicht integrieren – direkt vor Ort, ob in
Geschäfts- und Wohngebäuden oder in der Fertigung
für den Einsatz in der Industrie oder für das Transportund Verkehrs­wesen.
Vorschriften wie Brand- oder Grundwasserschutz sind ­­
mit GEAFOL-Gießharztransformatoren ganz einfach zu
erfüllen. So ist diese Technik nicht nur schwer brennbar
und selbstverlöschend, feuchte- und tropenfest, sondern
auch geräuscharm. Und weil sie viele Auswahlmöglichkeiten bietet, erleichtert sie die Anpassung an die ­­
Anlage – die Planung wird flexibler.
Wie auch Sie Ihre Anlage optimal mit GEAFOL planen –
diese Broschüre gibt Ihnen wichtige Hinweise.
4
Eckdaten für die Planung
Hier vorab die Eckdaten für die Planung Ihrer GEAFOL-Anlage
Technische Voraussetzungen
Alle technischen Daten gelten für
­GEAFOL-Gießharztransformatoren mit folgenden
Merkmalen:
Einsatz in abgeschlossener Betriebsstätte gemäß
IEC61936-1 (DIN EN 61936)
Leistung 100 – 3.150 kVA
Spannung bis Um = 36 kV
Die Daten gelten im Wesentlichen auch
für Transformatoren über 3.150 kVA
für flüssigkeitsgefüllte Transformatoren in den Punkten
Sicherheitsmaßnahmen für Brandschutz und Schutz
gegen Leckverlust sowie für Lüftung und ­Geräusch
Bestimmungen, Vorschriften, Normen
Unsere GEAFOL-Transformatoren erfüllen alle zu
­berücksichtigenden nationalen, europäischen und
­internationalen Normen (auftragsbezogen).
Vorschriften / Normen
IEC 60076-11
DIN VDE 0532
EN 50541-1 Trockentransformatoren
50 Hz, 100 – 3.150 kVA, Um ≤ 36 kV
EN 50588-1 Mittelspannungstransformatoren
50 Hz, Um ≤ 36 kV
Installation innerhalb der EU:
Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EC
muss berücksichtigt werden.
Installation innerhalb der USA:
DOE rule 10 CFR Part 431
muss berücksichtigt werden.
GOST
Beim Errichten und Betreiben von Anlagen sind zu
berücksichtigen:
DIN VDE 0100 – für die Errichtung von
Starkstroman­lagen mit Nennspannungen bis 1 kV
IEC61936-1 (DIN EN 61936) – für die Errichtung von
Starkstroman­lagen mit Nennspannungen über 1 kV
DIN VDE 0105 – für den Betrieb von elektrischen
Anlagen
DIN VDE 0141 – für die Erdung von speziellen
Starkstromanlagen mit Nennspannung über 1 kV
Weitere Planungs- und Auslegungshinweise sind
enthalten in:
VDI 2078 – für die Berechnung der Kühllast in
­klimatisierten Räumen
AGI J 12 – Bauliche Ausführung;
Räume für Schaltanlagen bis 36 kV
Arbeitsblatt der Arbeitsgemeinschaft
Industriebau e. V. (AGI)
Größe und Gewicht
Alle planungsrelevanten Daten zu Abmessung und
Gewicht bietet unser Katalog „GEAFOL-Gießharztrans-­
formatoren“ in der aktuellen Ausführung
(Bestell-Nr. E50001-G640-K230) und der Katalog
“GEAFOL Basic” (Bestell-Nr. EMTR-B10005-00)
Maßgeblich für die konkrete Ausführung der Transformatoren ist das Angebot bzw. die Auftragsdokumentation.
5
Anforderungen an den
Aufstellungsort
GEAFOL-Transformatoren stellen die geringsten
Anfor­­­de­rungen an den Aufstellungsort. Dies ergibt sich
aus ­den Vorschriften für Brandschutz und Schutz gegen
Leck­verlust nach IEC 61936-1 (DIN EN 61936-1). ­
Im Folgenden der Vergleich von Transforma­toren verschiedener Ausführungen auf Basis dieser Vorschriften,
wie sie 2011 gültig waren.
Sicherheitsmaßnahmen für Brandschutz nach DIN EN 61936-1 (VDE 0101-1), vereinfachte Übersicht
Transformatorenart
Klasse
Sicherheitsmaßnahmen in
Innenraumanlagen in abgeschlossenen
elektrischen Betriebsstätten
Freiluftanlagen
Flüssigkeitsvolumen
Flüssigkeitstransformatoren (O)
≤ 1.000 l
Wände EI60 bzw. REI60
> 1.000 l
Wände EI90 bzw. REI90 oder
EI60 bzw. REI60 und automatische
Feuerlöscheinrichtung
Schwer brennbare
Flüssigkeitstransformatoren (K)
Nennleistung /
höchste Betriebsspannung
ohne erhöhten Schutz
ohne
Einschränkung
mit erhöhtem Schutz
≤ 10 MVA und
Um ≤ 38 kV
Türen müssen eine
Feuerwiderstandsdauer von mindestens
60 min haben.
Wände EI60 bzw. REI60 oder automatische Für ins Freie öffnende
Türen ist es
Feuerlöscheinrichtung
ausreichend, wenn
Wände EI60 bzw. REI60 oder Abstand 1,5 m
diese schwer
waagerecht und 3 m senkrecht
entflammbar sind.
Ausreichende Abstände
und/oder feuerbeständige
Trennwände
Brandklasse
Trockentransformatoren
(A)
6
F0
Wände EI60 bzw. REI60 oder Abstand 0,9 m
waagerecht und 1,5 m senkrecht
Ausreichende Abstände oder
feuerbeständige Trennwände
F1
Nicht brennbare Wände
Keine zusätzlichen Maßnahmen wegen Brandschutz
erforderlich
Klassifizierung nach IEC 60076-11In dieser Vorschrift
sind Klima-, Umgebungs- und Brand­klassen definiert.
Dadurch wird den unterschiedlichen Betriebsbedingungen
am Aufstellungsort Rechnung getragen.
Die Klimaklasse berücksichtigt die n
­ iedrigste
Umgebungstemperatur.
Klasse C1:Innenraumaufstellung nicht unter –5 °C,
Nachweis durch Prüfung
Klasse C2:Freiluftaufstellung bis herab auf –25 °C,
Nachweis durch Prüfung
Die Klimaklasse ist somit auch ein Maß für die Rissfestigkeit des Gießharzvergusses.
Die Umgebungsklasse berücksichtigt Luftfeuchte,
Feuchte­niederschlag und Verschmutzung.
Klasse E0:keine Kondensation, Verschmutzung
vernachlässigbar
Klasse E1:gelegentliche Kondensation, ­Verschmutzung
­begrenzt möglich,
Nachweis durch Prüfung
Klasse E2:Häufige Kondensation oder starke
Verschmutzung, auch beides gleichzeitig,
Nachweis durch Prüfung
Wichtig!
Gemäß EN 50541-1 müssen die erforderlichen Klassen
durch den Betreiber definiert werden.
GEAFOL-Transformatoren erfüllen die höchsten in
IEC 60076-11 definierten Klassen:
Klimaklasse
C2
UmgebungsklasseE2
Brandklasse
F1
Damit sind GEAFOL-Transformatoren:
betriebssicher – auch bei Kondensation und
Schmutzbelastung
im Schutzgehäuse IP23 und Sonder­anstrich geeignet
zur Freiluftaufstellung bei Temperaturen bis –25 °C
(tiefere Temperaturen bzw. besondere Umgebungsbedingungen auf Anfrage)
ein hoher Beitrag zum Brandschutz
Ökodesign-Richtlinie
Transformatoren, die innerhalb der Europäischen Union
installiert werden, müssen die Anforderungen der Öko­
design-Richtlinie 2009/125/EC erfüllen. Die ÖkodesignRichtlinie definiert die Rahmenbedingungen, nach denen
die Anforderungen für das umweltgerechte Design von
energieverbrauchsrelevanten Produkten festgelegt
werden.
Die Brandklasse berücksichtigt die möglichen
Brandfolgen.
Klasse F0:Besondere Maßnahmen zur Begrenzung der
Brand­gefahr werden nicht vorgesehen
Klasse F1:Durch die Eigenschaften des Transformators
wird die Brandgefahr begrenzt,
Nachweis durch Prüfung
7
c
d
2
c
b
a
b
Bild 1:
Mindestabstände um GEAFOLGießharztransformatoren mit
Schaltleiste (1)
a
Bild 2:
Mindestabstände um GEAFOLGießharztransformatoren mit
Verbindungsrohren (2)
Temperatur der Kühlluft
Transformatoren werden entsprechend der einschlägigen
Normen für folgende Werte der Kühlluft ausgelegt:
maximal 40 °C
Monatsmittel des heißesten Monats 30 °C
Jahresmittel 20 °C
Bei Normalbetrieb wird dabei der normale Lebens-­
dauerverbrauch erzielt. Für den Lebensdauerverbrauch
sind insbesondere die mittlere Jahrestemperatur ­
sowie d
­ ie Belastung entscheidend. Davon abweichende
Tempera­turen der Umgebung verändern die ­
Belastbarkeit der Anlage (Tabelle 1).
Besondere Aufstellungsbedingungen
Extreme Bedingungen vor Ort sind bei der
Anlagen­planung zu berücksichtigen:
Relevant für den Einsatz unter extremen
Klima­bedingungen sind Luftfeuchtigkeit und
vorherrschende Temperaturen
Bei Einsatz in über 1.000 m Höhe ist eine Sonder­
auslegung betreffend Erwärmung und Isolations­pegel n
­ otwendig, siehe IEC 60076-11
Bei erhöhter mechanischer Beanspruchung –
Einsatz in Schiff, Bagger, Erdbebengebiet, Windkraft­
anlagen usw. – können kon­struk­tive Zusätze erfor­
derlich sein, z. B. Abstützen des Transformators oben.
Mindestabstände
Bei besonders beengten Platzverhältnissen, wie z. B. in
Schutzgehäusen, müssen Mindestabstände (Tabelle 2)
beachtet werden. Damit werden Spannungsüberschläge
verhindert.
Tabelle 1
Umgebungs­
temperatur
(Jahresmittel)
Berührungsschutz
Die Gießharzoberfläche der Trafo-Wicklung ist im
Betrieb nicht berührungssicher. Deshalb ist ein Schutz
gegen zu­fälliges ­Berühren notwendig.
Tabelle 2
Belastbarkeit
Höchste Spannung
für Betriebsmittel Um1)
(Effektivwert)
Mindestabstände
Liste 1
Liste 2
a
b
c
d
[kV]
[kV]
[kV]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
112 %
12
–
75
120
*
50
40
106 %
24
95
–
160
*
80
50
+20 °C
100 %
24
–
125
220
*
100
70
+30 °C
93 %
36
145
–
270
*
120
90
36
–
170
320
*
160
110
–20 °C
124 %
–10 °C
118 %
0 °C
+10 °C
siehe IEC 60071
1)
8
Nenn-StehBlitzstoß­
spannung ULI1)
* Wenn auf dieser Seite OS-Anzapfungen liegen, dann gilt für den Abstand b der Wert der Spalte a, ansonsten gilt der Wert der Spalte c
1U
1V
1W
Bild 3:
Variable Anschlussmöglichkeiten, z. B. an einer
in Dreieck geschalteten Oberspannung
Anschlusstechnik
Bedarfsgerechte Optionen für den Anschluss der
Ober- und Unterspannung kennzeichnen die variable
An­schlusstechnik der GEAFOL-­Transformatoren.
Anschluss der Oberspannung
In der Standardausführung ist der OS-Anschluss des
­Transformators am oberen Spulenanschluss; der Anschluss
unten ist auf Bestellung möglich (Bild 3). Die geschraubten
Schaltverbindungen stellen die Dreiecksschaltung her.
Am Ende der Schaltstangen erfolgt der Trafo-Anschluss
wahlweise an einer geraden oder abgewinkelten
Anschlussfläche.
Anschluss der Oberspannung mit Steckverbindungen
Die Ausrüstung mit Außenkonus-Steckdurchführungen ­
für den Oberspannungsanschluss ist möglich (Bild 4).
Oberspannungsanzapfungen
Die OS-Anzapfungen ermöglichen eine Anpassung an
die örtlichen Netzverhältnisse. Mit Schaltlaschen und
Schraub­­verbindungen kann die erforderliche Anzapfung
eingestellt werden.
Anschluss der Unterspannung
Auch der US-Anschluss ist in der Standardausführung ­­­
am Transformator oben angeordnet, der Anschluss unten
ist ebenfalls auf Bestellung möglich (Bild 5). Werden ­
vor Ort Dehnungsbänder zwischengeschaltet, wird ­
der ­US-Anschluss vor mechanischen Spannungen und
­Körperschallübertragung geschützt.
Anschluss der Erdungs- und Kurzschließvorrichtungen
Hierfür können an den Leiteranschlüssen Kugelfestpunkte
mit 20 mm oder 25 mm Durchmesser, gerade oder ab­­
gewinkelt, angebracht werden, für die Oberspannung an
den Verbindungsrohren, für die Unterspannung an den ­
Leiteranschlussflächen.
Bild 5:
GEAFOL-Transformatoren mit US-Anschlusstechnik
2W
2V
2U
2N
2N
2W
Bild 4:
OS-Steckverbindungen
Bild 5a:
Leiter- und Sternpunkt­
anschluss oben
2V
2U
Bild 5b:
Leiter- und Sternpunkt­anschluss
­unten
9
Temperaturüberwachung
Die Temperaturüberwachung von GEAFOL-Transfor­
matoren kann in der Niederspannungswicklung durch
Kaltleiterfühler (PTC), durch Einsatz von PT100 oder
eines Thermometers mit Kapillarrohr ­erfolgen. ­
Dabei wird die Temperatur der US-Wicklung kontrolliert, bei Stromrichter-Transformatoren auch die
­Kerntemperatur. Am kostengünstigsten ist die
­Überwachung mit Kaltleiterfühlern ohne Anzeige der
­Temperatur. Jeder GEAFOL-Transformator ist mindestens mit einer Kalt­leiter-Fühlerschleife für Auslösung
ausgerüstet (Bild 6).
Temperaturüberwachung mit Kalt­leiterfühler (PTC)
Bei einem Drehstromtransformator besteht ein System aus
mindestens einem Kaltleiterfühler im Mittelschenkel oder
aus drei in Reihe geschalteten Kaltleiterfühlern – pro
Phase ein Fühler – und einem Auslösegerät.
Die Temperaturfühler arbeiten als Widerstände: Wird die
Ansprech­temperatur erreicht, erhöht sich ihr Widerstand
sprunghaft – und ein Alarmkontakt des Auslösegerätes
wird betätigt. Kühlt die Wicklung um ca. 3 K unter
Ansprechtemperatur ab, schaltet der Alarmkontakt zurück.
Erfolgt die Temperaturüberwachung mit zwei Systemen,
so ist das eine auf Warnung, das andere auf Auslösung
geschaltet. Die Nennansprechtemperaturen beider
­Systeme unterscheiden sich um 20 K. Ein drittes System
kann z. B. die Lüftersteuerung übernehmen.
Umgebungs­temperaturen für Auslösegeräte sind be­­
grenzt, z. B. auf 55 °C. Zweckmäßig ist deshalb der Einbau
in die Mittel- oder Niederspannungs-­­Verteilerschränke.
Prinzipschaltbild für Temperaturüberwachung
mit Kaltleiterfühler (PTC)
.com
MSF 220 K
Kaltleiter-Relais
T 2217 …
Ue = 250 V
Ie = 3 A
AC 15
Alarm 2
PTC 1
Alarm 1
PTC 2
test
24
11
11
12
14
T0
T2
T1
PTC Alarm 1
~
Us
21
PTC Alarm 2
A2
Alarm 1
DC+
AC~
A1
Alarm 2
A1
Bild 6:
Anschlussplan Standardauslösegerät für PTC-Sensoren
10
1U
1V
1W
Bild 7:
Anbau von Querstrom­gebläsen an GEAFOL-Trafos
Trafo-Zusatzbelüftung für mehr Leistung
Durch Anbau von Querstromlüftern wird die Leistung
von GEAFOL-Transformatoren bis 3.150 kVA und ­
bei Schutzart IP00 bis zu 50 % ­gesteigert. Mit dieser
­effizienten Beblasung steigt z. B. die Dauer­leistung
beim Typ 1.000 kVA auf 1.500 kVA, ohne dass die
zulässigen Wicklungstempera­turen überschritten
werden (Bild 7).
Die Angabe auf dem Typenschild lautet dann:
Bemessungsleistung 1.000 kVA bei Kühlungsart AN und
Bemessungsleistung 1.500 kVA bei Kühlungsart AF
Somit können Leistungsreserven bereitgehalten und
­länger ­dauernde Lastspitzen abgedeckt werden. Für die
Zusatzbelüftung werden an beiden Längsseiten je zwei
oder drei Lüfter angebracht.
Merkmale der Lüfter
Einphasen-Wechselstrommotor (Außenläufer IP00)
Schalldruckpegel in der Regel 71 – 74 dB (A), damit
geräusch­bestimmend
Für das temperaturabhängige Einschalten der Lüfter ­­­
ist ein Steuergerät erforderlich. Das Abschalten erfolgt
über eine einstellbare Zeit im Steuergerät.
Bei Betrieb mit Lüfter – also Kühlungsart AF – ist zu
berück­sichtigen:
Platzbedarf der Lüfter, z. B. bei einem 1.000-kVA-­
Transformator: Länge + ca. 200 mm, ­
Breite + ca. 200 mm
Der US-Anschluss muss so ausgeführt werden, dass
der Luftstrom an den Spulen nicht beeinträchtigt ­­
wird
Die größere Verlustleistung des Transformators:
Die Kurzschlussverluste steigen quadratisch mit der
Belastung. Dies ist relevant für die Auslegung der
­Raumlüftung und bezüglich der Betriebskosten
Wirtschaftlichkeit der Zusatzbelüftung
Die Kosten für Lüfter und Lüftersteuerung sind im
­Leistungsbereich bis 3.150 kVA nahezu konstant. ­
Bei Leistungen bis 400 kVA ist es meistens wirtschaft­
licher, eine höhere Trafoleistung anstatt ­einer Zusatz­­‑­
be­lüftung einzusetzen. Dauerbetrieb mit 150 % Nennlast ­
bei Kühlungsart AF ist zulässig, die Kurzschlussverluste
betragen jedoch dann das 2,25-Fache des Wertes bei ­
100 % Nennlast; beim 1.000-kVA-Transformator z. B.
22,5 kW statt 10 kW. Beim Einsatz eines Transformators
mit höherer Nenn­leistung wären zwar die lastabhängigen
Verluste geringer, die Leerlaufverluste jedoch höher.
­Daraus lässt sich ableiten, dass die Ausrüstung mit
­Zusatzbelüftung weniger bei D
­ auerbetrieb wirtschaftlich
ist, sondern eine günstige Lösung für die Reservehaltung ­
und zur Abdeckung von Lastspitzen darstellt. Durch den
Einsatz von Lüftern kann sich auch der Wartungsaufwand
erhöhen.
11
Lüftung des Transformator-Raumes
Bei jedem Trafo-Betrieb entsteht Verlustwärme. ­
Sie muss aus dem Trafo-Raum abgeführt werden.
­Vorrangig zu prüfen ist hierbei die Möglichkeit einer
natür­lichen ­­­­Be- und Entlüftung. Falls diese nicht
ausreicht, ist der Einbau einer ­mechanischen
­Lüftungsanlage (zwangs­läufig) geboten.
Hierzu im Folgenden wichtige Hinweise für:
die Berechnung einfacher Systeme zur natürlichen ­
und erzwungenen Lüftung
Diagramme und Beispiele zur Bemessung von
Lüftungsanlagen
effiziente Musteranlagen zur Lüftung
Voraussetzungen
Die Umgebungstemperatur der nach IEC ausgelegten
Trans­formatoren darf nicht mehr als +40 °C betragen
(siehe dazu Seite 8 – mittlere Monats- und Jahres­
temperatur). Auf diesen Maximalwert der Kühlmittel­
temperatur, erhöht um die nach IEC 60076-11/VDE 0532
zulässige Wicklungsübertemperatur und den
­entsprechenden Heißpunktzuschlag, sind die in die
­Unterspannungswicklungen eingebauten Temperatur­
fühler abgestimmt. Dabei ist es für die folgenden
­Betrachtungen unwesentlich, ob die Transformatoren
selbstkühlend (Kühlungsart AN) oder mit zur Leistungssteigerung angebauten Lüftern (Kühlungsart AF)
­betrieben werden. Die Lüftungsanlage muss auf jeden ­
Fall für die maximal auftretende Verlustwärme bemessen
werden. Eine gute Kühlwirkung wird erzielt, wenn die
Kühlluft im unteren Bereich des Raumes einströmt und ­
an der entgegengesetzten Raumseite unterhalb der ­
Decke ins Freie abgeführt wird. Falls die Zuluft stark
­verschmutzt ist, muss sie gefiltert werden.
12
Berechnung der Verlustwärme im Raum
Die Verlustwärme resultiert aus der ­Verlustleistung des
Transformators. Die Verlustleistung eines Trafos ist:
Pv = P0 + 1,1 x PK120 x ( SAF ) (kW)
2
SAN
Hierbei bezeichnet:
P0: Leerlaufverluste (kW)
1,1 x PK120 (kW): Kurzschlussverluste bei 120 °C (gemäß
Listen- oder, falls schon vorhanden, Prüfscheinangabe),
hoch­gerechnet mit Faktor 1,1 auf Arbeitstemperatur der
Isolierklassen OS/US = F/F bei GEAFOL-Transformatoren.
SAF: Leistung bei Kühlungsart AF (kVA)
SAN: Leistung bei Kühlungsart AN (kVA)
Die gesamte Verlustwärme im Raum (Qv) ist die Summe
der Verlustwärme aller ­Trafos im Raum:
Qv = ∑ Pv
Berechnung der Wärmeabführung
Für die Abführung der gesamten Verlustwärme im Raum
(Qv) stehen folgende Wege zur Verfügung:
Qv1: Abführung mit dem natürlichen Luftstrom
Qv2: Abführung über Wände und Decken
Qv3: Abführung mit dem erzwungenen Luftstrom
Qv = Pv = Qv1 + Qv2 + Qv3
Qv1: Wärmeabführung mit dem ­natürlichen Luftstrom
Für den Teil der Verlustwärme, den der natürliche
­Luftstrom abführt, gilt:
Qv1 = 0,1 x A1, 2 x H x ∆ϑL3 (kW)
QD
KD
A D, K D
Qv:
Pv:
v:
A1, 2:
∆ϑL:
H:
QW, D:
AW, D:
KW, D:
VL:
AW
ϑ2
A2
VL
KW
Qv = Σ Pv
H
V2
QW
1U
1V
1W
A1
ϑ1
V1
abgeführte Verluste insgesamt (kW)
Trafo-Verlustleistung (kW)
Luftgeschwindigkeit (m/s)
Zu-/Abluftquerschnitt (m2)
Lufterwärmung (K), ∆ϑL = ϑ2 – ϑ1
thermisch wirksame Höhe (m)
über Wände und Decken abgeführte
Verluste (kW)
Fläche der Wände und Decken
W
Wärmedurchgangszahl (m K)
Indices: W – Wand, D – Decke
Luftmenge (m3/s)
2
nFrischluftzuführung
n
warme Abluft
n
Abwärmeabführung über Wände/Decken
Bild 8:
Angaben zur Lüftungsberechnung
Zu Bezeichnungen siehe Text Bild 8:
Für die grafische Lösung kann das Nomogramm Bild 9
verwendet werden.
Qv2: Wärmeabführung über Wände und Decken
Für den Teil der Verlustwärme, den Wände und Decken abführen,
gilt:
Hier ein Berechnungsbeispiel zum natürlichen Luftstrom.
Qv2 = (0,7 x Aw x Kw x ∆ϑw + AD x KD x ∆ϑD) x 10–3 (kW)
Gegeben sind:
Qv1 = ∑ Pv = 10 kW
H = 5 m; ∆ϑL = ϑ2 – ϑ1 = 15 K (Praxis-Wert)
Hierbei bezeichnet:
KW, D =Wärmedurchgangszahl (Tabelle 3)
AW, D = Fläche der Wände und Decken
∆ϑW, D = Temperaturdifferenz innen/außen (siehe auch Bild 8)
Gesucht sind:
Menge der Zu- und Abluft VL
Zu- und Abluftquerschnitt A1, 2
(Qv2 wird hier vernachlässigt)
Lösung mit Nomogramm (Bild 9):
Von Qv1 = 10 kW ist eine erste Fluchtlinie zu ziehen nach
∆ϑL = 15 K. Sie schneidet die Leiter VL bei 0,58 m3/s – dem
gesuchten Wert der Luftmenge.
Dies bedeutet:
Bei ∆ϑL = 15 K werden pro kW Verlustleistung
ca. 200 m3/h Luft benötigt (Richtwert).
Vom Schnittpunkt der ersten Fluchtlinie mit der Zapfen­
linie (rechts der Leiter VL) ist eine zweite Fluchtlinie zu
­ziehen nach H = 5. Sie schneidet die Leiter A1, 2 bei 0,78 m2
– dem gesuchten Wert für den freien Querschnitt der ­
Zu- und Abluft. Strömungswiderstände für Eintritts­
öffnung mit Drahtgitter, 10 –20 mm Maschenweite, ­
und A
­ ustrittsöffnung mit feststehender Jalousie sind ­
hier schon eingeordnet, Drahtgitter statt Jalousien auch
an der Austrittsöffnung reduzieren den geforderten
­Querschnitt um 10 %. Gegebenenfalls sind alle
querschnitts­verengenden Teile durch Vergrößerung des
Querschnitts gesondert zu berücksichtigen.
QV1 (kW)
VL (m3/s)
A1,2 (m2)
H (m)
100
15
50
10
8
6
40
30
4
3
2
20
15
10
5
4
3
1,5
1
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
ΔϑL = ϑ2 – ϑ1 (K)
5
20
2
3
10
4
5
4
3
2
5
1
6
7
8
9
10
10
15
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
15
20
20
30
25
0,15
0,1
2
1,5
1
Bild 9:
Nomogramm zur natürlichen Belüftung
des Raumes
13
Qv3: Wärmeabführung mit dem erzwungenen Luftstrom
Der Teil der Verlustwärme Qv3, den der erzwungene Luftstrom abführt, ist in der Regel viel größer als die Anteile
Qv1 und Qv2. In der Praxis heißt das für die Berechnung der
Zwangslüftung: Man setzt Q v3 = ∑ Pv. Demnach kann die
Zwangs­lüftung allein die Gesamtlüftung leisten und
Qv1 und Qv2 stellen Sicherheitsreserven dar. Für die durch
erzwungenen Luftstrom abgeführte Wärme gilt:
Qv3 = VL x CPL x ρL x ∆ϑL (kW)
Hierbei bezeichnet:
VL = Luftmenge (m3/s)
CPL = Wärmekapazität der Luft:
kWs
= 1,015 kg x K
ρL = spezifische Dichte der Luft bei 20 °C
= 1,18 kg/m3
∆ϑL = Lufterwärmung (K)
=ϑ2 – ϑ1
Das Nomogramm in Bild 10 setzt diese Formel um.
So lässt sich z. B. für eine Luftgeschwindigkeit im
Lüftungs­kanal von 10 m/s und für unterschiedliche
­Temperaturdifferenzen ∆ϑL Folgendes bestimmen:
Menge der abzuführenden Luft
Fläche des Kanals
Fläche für Ansaugen/Ausblasen der Luft
(ca. 4 x Kanalfläche)
Dabei gilt für das Verhältnis von Luftmenge VL,
­Luftgeschwindigkeit v und Durchschnittsquerschnitt A:
VL = v x A
In Transformatorenräumen kann eine Luftgesch­windigkeit
von 0,6 bis 0,7 m/s zugelassen werden. Ist der Raum nicht
begehbar, kann diese Luftgeschwindigkeit noch höher
gewählt werden.
14
Lüftungskanäle
Für die Lüftungskanäle soll verzinktes Stahlblech oder
Kunststoff (kein PVC) verwendet werden. Ihr Querschnitt
kann rechteckig oder rund sein. Der Einbau einer Feuerschutzklappe im Kanal ist gefordert, wenn er durch eine
Brandschutzwand führt. Die Gitter am Zu- und Abluftkanal
sollen Tiere und Gegenstände fernhalten.
Zu beachten: Der errechnete Zu-/Abluft-Querschnitt der
Luftgitter ist mit dem Faktor 1,7 zu multiplizieren, weil der
effektive Durchlassquerschnitt der Gitter nur ca. 60 %
beträgt. Verstellbare Luftgitter erlauben eine exaktere
­Einstellung auf die benötigte Menge der Zuluft.
Raumlüfter
Für die Raumlüftung können Kasten-, Radial- oder Axial­
lüfter verwendet werden. Sie werden von verschiedenen
Herstellern angeboten. Besonders wichtig für die Wahl des
Raumlüfters ist die geforderte Gesamtdruckdifferenz (N/m2).
Zur Errechnung siehe Seite 15, Abschnitt „Leistung des
Raumlüfters“. Um Arbeitsgeräusche des Raumlüfters zu
senken, kann eine Schalldämpfung notwendig sein.
Schalldämpfer ­werden direkt in die Lüftungskanäle
eingebaut.
Zu beachten: Spezielle Verhältnisse vor Ort können den
normalen Geräuschpegel erhöhen. Sind mehrere Raumlüfter in Betrieb, so addieren sich die Geräusche (siehe
hierzu Seite 18, „Geräuschpegel“).
Kriterien für die Wahl des Raumlüfters
Bei der Wahl des Raumlüfters sollte nach folgenden
­Kri­terien geprüft werden:
Luft-Fördermenge (m3/h) in Relation zum Druck (N/m2)
Drehzahl im Betrieb
(um Geräusche niedrig zu halten: max. 600–800 min–1)
Betriebsspannung V
Nennleistung kW
Frequenz Hz
Schalldruckpegel dB (A)
Wärmedurchgangszahl, einige Beispiele
Material
Dicke
cm
Wärme­durchgangszahl K*) W/m2 K
Leichtboden
10
20
30
1,7
1,0
0,7
Backstein
10
20
30
1,7
1,0
0,7
Beton
10
20
30
1,7
1,0
0,7
Metall
–
6,5
Glas
–
1,4
*) K erfasst Wärmedurchgang und Wärmeübergang an den
Oberflächen
Tabelle 3
Leistung des Raumlüfters
Für die Antriebsleistung P des Raumlüfters gilt:
P=
p x VL
(kW)
3,6 x 106 x η
Hierbei bezeichnet:
p = Gesamtdruckdifferenz bei strömender Luft (N/m2):
p = pR + pB
VL= Luftmenge (m3/h)
η = Wirkungsgrad des Lüfters (0,7… 0,9)
pR: Druckdifferenz durch Strömung
Die Druckdifferenz pR entsteht durch
Rohrreibungswiderstand pR im geraden
Rohr = Rohrlänge L x spezifischer
Rohrreibungswiderstand pRO
Einzelwiderstände, verursacht durch Umlenken,
­Abzweige, Gitter, Querschnittsänderungen
Bei „Freies Absaugen/Freies Einblasen“ sind Mittelwerte ­
zu wählen.
pB: Druckdifferenz durch Beschleunigung
Für die Druckdifferenz durch Beschleu­nigung pB (N/m2)
gilt:
Richtwerte für den Druck­verlust durch pR sind:
Wandeinbau inkl. Jalousien
ca. 40 – 70 N/m2
Jalousien
ca. 10 – 50 N/m2
Gitterroste
ca. 10 – 20 N/m2
Schalldämpfer
ca. 50 – 100 N/m2
Tabelle 4
Nomogramm zur Zwangsbelüftung des Raumes
Verluste
QV3 (kW)
∆ϑL (K)
15
14 13 12
11
10
9
8
7
6
5
60
4
50
40
20
VL
3600 x Ak
16
70
Hierbei bezeichnet:
vK = Luftgeschwindigkeit (m/s) im Kanal
VL = Luftmenge (m3/h)
AK = Kanalfläche (m2)
wobei vK =
20 18
80
pB = 0,61 x v (N/m )
2
22 19 17
28 24
90
30
K2
40 38 36 34 32 30 26
100
3
2
1
10
0
0 2,5
VL
Luftmenge (m3/h)
AK
0
Kanalfläche (m2)
A1,2
0
Ansaugfläche (m2)
Ausblasfläche (m2)
5
0,1
0,5
7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5
0,2
0,3
1
0,4
1,5
0,5
2
0,6
2,5
0,7
0,8
3
0,9
3,5
1,0
4
40 x 103
1,1
4,5
Bild 10:
Nomogramm zur Zwangsbelüftung
des Raumes bei VKanal = 10 m/s
15
2.000
r = 2D
r = 2D
2.000
2.000
AK
A2
2.000
4 x 1.000 kVA
r = 2D
QV3
Bild 11:
Skizze zum
Berechnungsbeispiel für
Zwangsbelüftung
1U
1V
1W
A1
Hier ein Berechnungsbeispiel zum er­zwun­genen
Luftstrom – siehe dazu (Bild 10 und Bild 11).
Gegeben sind:
4 GEAFOL-Trafos, Leistung je 1.000 kVA
Verlustwärme insgesamt
Qv3 = ∑ Pv = 4 x 12,9 kW = 51,6 kW
(für Reserve-Sicherheit vernachlässigt: Qv1 und Qv2)
40 °C max. Kühlluft-Temperatur gemäß ­
IEC 60076-11/VDE 0532 (in heißen Ländern mit
ϑ1 > 40 °C sind s­ pezielle Maßnahmen erforderlich:
Vorkühlung der Luft, Reduzierung der Trafo-Leistung
oder Trafo-Auslegung für hohe Temperaturen)
Temperaturdifferenz ∆ϑL = 16 K
Daraus ergibt sich mithilfe des Nomogramms
(Bild 10, Seite 15):
Menge der Kühlluft: 10.000 m3/h
Querschnittsfläche des Luftkanals: 0,28 m2
Luftansaug-Querschnittsfläche: 1,12 m2
Bild 11 zeigt ein Lüftungssystem mit folgenden
Komponenten:
1 Abluftventilator (Raumlüfter)
1 Jalousieklappe
4 Bogen 90°, r = 2D
8 m verzinkter Blechkanal, gerade –
Querschnitt: 0,7 x 0,4 m
1 Abluftgitter – freie Ausblasfläche: ca. 1,12 m2
1 Zuluftgitter – freie Ansaugfläche: ca. 1,12 m2
Für die Gesamtdruckdifferenz des V
­ entilators gilt:
Druckverlust durch Strömung plus
Druckverlust durch Beschleunigung:
p = pR + pB
Bestimmung der Komponenten:
pR: Druckdifferenz durch Strömung
Die Druckdifferenz durch Strömung ist die Summe ­
der V
­ erluste aus:
1. Widerstand durch Rohrreibung
2. Widerstände durch Einzelkomponenten
1. Druckverlust durch Rohrreibung
Der Druckverlust je Kanalmeter ist im Nomogramm ­
(Bild 12) auf der Leiter pR0 ablesbar: als Schnittpunkt jener
­Geraden, auf der die schon ermittelten Werte für VL und AK
bzw. D ­liegen. AK gilt hierbei für rechteckige, D für runde
Kanal­querschnitte.
In unserem Beispiel – Verbindungsgerade Bild 12 – ergibt
sich als spezifischer Rohrreibungs-Widerstand pro
Kanalmeter
pR0 = 1,5 m2Nx m
Bei insgesamt 8 m Kanallänge L gilt:
pR = pR0 x L = 1,5 x 8 = 12 Pa
2. Druckverlust durch Einzelkomponenten
Die Werte für den Druckverlust durch Einzelkomponenten
ergeben sich aus Bild 12 und Tabelle 4 (Seite 15).
In unserem Beispiel:
4 Bogen 90°, r = 2D, vK = 10 m/s
mit je 12,0 Pa
48 Pa
1 Zuluftgitter
20 Pa
1 Abluftgitter
20 Pa
1 Jalousie (Ausblasen)
50 Pa
∑ pR = 138 Pa
16
Druckdifferenz durch Strömung
­ins­gesamt
Die Druckdifferenz durch Strömung
­ins­gesamt ist damit
p R
=Summe der Reibungsverluste
=12 + 138 = 150 Pa
pB: Druckdifferenz durch Beschleunigung
Für pB (Pa) gilt: pB = 0,61 x v2K (vK in m/s)
In unserem Beispiel vK = 10 m/s ergibt sich
als Druckdifferenz durch Beschleunigung:
VL
(m3/h)
(m3/s)
54.000
36.000
10
Geeignet für die Lüftung ist somit ein
Ventilator mit einer Luftförderung ­von
10.000 m3/h und einer Gesamtdruck­
differenz von 211 Pa. Werden dem
­Hersteller die Werte zu Luftförderung ­
und Gesamtdruckdifferenz genannt, ­
so erübrigt sich zumeist eine ExtraBerechnung der Antriebs­leistung.
100
0,01
21.600
6
1.800
(Pa.m)
(m3/s)
14.400
4
10.800
3
120
VKanal PRO
1.000
500
100
7.200
2
5.400
1,5
150
50
0,8
2.160
0,6
1.800
0,5
1.440
0,4
1.080
0,3
720
0,2
540
0,15
10
300
0,08
0,2
0,1
2
240
0,05
2
1
0,5
5
200
0,04
20
10
5
1
2.880
0,03
200
100
50
20
3.600
0,015
0,02
pB = 0,61 x 10 = 61 Pa
p = pR + pB = 150 + 61 = 211 Pa
D
(mm)
90
0,008
28.800
2
Ergebnis: Gesamtdruckdifferenz des
Lüfters
Damit ergibt sich für die Gesamtdruck­
differenz des Lüfters (Ventilator) in
­unserem Beispiel:
80
AK
(m2)
1
0,5
0,1
400
0,15
0,2
500
0,3
600
0,4
700
0,5
800
0,2
r = 2D
0,1 0,2
1
1,5
0,5
1
2
2
3
5
4
6
10
20
8 10
50 100 200
15 20
30 40
500
Pa
60
r = 0
0,5
1
2
5
10
20
50
PR
vKanal (m/s)
PR
100 200 500 1.000 2.000 4.000 Pa
Bild 12:
Nomogramm zur Ermittlung der D
­ ruck­differenz von ­Lüftungskanälen – hier für
Luftdichte 1,18 kg/m3 und 20 °C. Zur Skalenbezeichnung ­siehe Bild 10 (Seite 15).
17
µbar
2 x 10 3
110
100
120
100
80
120
90
80
70
100
60
50
40
30
20
10
2 x 10 1
80
2
60
A-Bewertung
40
60
40
20
2 x 10 2
2 x 10-1
2 x 10-2
20
Hörschwelle
0
2 x 10-3
10
2 x 10-4
phon
20 31,5 63 125 250 500 Hz1
2
4
8 16 kHz
Frequenz
Bild 13:
Hörschwelle und ­Kurven gleicher Laut­stärkepegel
für Sinustöne im freien Schallfeld bei zweiohrigem
Hören
Geräuschpegel
GEAFOL-Gießharztransformatoren haben aufgrund
ihres besonderen konstruktiven Aufbaus ein Geräusch­
niveau, das dem von Öltransformatoren annähernd
gleich ist. Die Geräuschwerte sind in dem Katalog
„GEAFOL-Gieß­­harztransfor­matoren 100 bis 16.000 kVA“,
­Bestell-Nr. E50001-G640-K230, ­angegeben.
Diese Werte erfüllen die Forderungen der Norm.
Die Geräusche entstehen durch Magnetostriktion der
Kernbleche. Sie sind bei Verteilungstransformatoren
abhängig von der Induktion, aber nicht von der
Belastung. Oberschwingungen in der Spannung, z. B.
durch Stromrichterbetrieb, erhöhen das Geräusch.
Das Schallempfinden des Ohres
Unter dem hier interessierenden Schall verstehen wir
Druckschwingungen des elastischen Mediums Luft im
Hörbereich. Die Frequenz dieser Druckschwingungen
empfindet das Ohr als Tonhöhe, die Druck­amplitude als
Lautstärke.
Während die Amplitude des Schallwechseldruckes p und
die Frequenz als physikalische Größe messtechnisch exakt
erfasst werden können, ist die subjektive Empfindung des
Ohres für Lärm einer ­direkten M
­ essung nicht ohne
Weiteres zugänglich. Schwingungen mit Frequenzen
unter 16 Hz und über 16 kHz werden vom Ohr nicht mehr
als Schall wahrgenommen. Die Aufnahmefähigkeit für den
Schalldruck reicht von 2 x 10–4 µbar der Hörschwelle bis
an die bei 2 x 103 µbar ­liegende Schmerzschwelle.
Dieser große Druckbereich wird logarithmisch unterteilt.
Eine Steigerung der Schallleistung P um das 10-Fache des
­Bezugswertes wird 1 Bel = 10 Dezibel (dB) genannt
(Die Schallleistung P ist dem Quadrat des Schalldruckes p
proportional). ­
Damit erhält man für den „Schallpegel“ L folgende
Beziehungen:
p2
L = 10 lg P = 10 lg p02 (dB)
P0
Der Schalldruck an der Hörschwelle von etwa 2 x 10–4 bar
ist dabei der Bezugswert p0.
p
(1) L = 20 lg p0 (dB)
18
Schalldruck
Schalldruckpegel bezogen auf 20 µN/m2 (= 2 x 10-4 µbar)
dB
140
dB
dB
65
Abstandsmaß LSR
Zunahme des Pegels
15
10
8
5
60
55
50
45
3
40
0
35
1
2
4 5
10
15 20 25
Anzahl der Schallquellen
gleichen Pegels
30 40
60
100
150
300
500 m
Abstand R
Bild 14:
Zunahme des Geräuschpegels bei
mehreren Schallquellen mit gleichem Pegel
Bild 15:
Abstandsmaß LSR als Funktion
des Abstandes R
In dem durch Frequenz und Schalldruck gegebenen
­Empfindungsbereich des Ohres, der Hörfläche (Bild 13),
werden jedoch Schalleindrücke mit gleichem Schalldruck p,
aber unterschiedlicher Frequenz nicht gleich laut
empfunden. Die Hör­fläche ist deshalb unterteilt durch
Kurven gleicher „Lautstärke“.
Die Schallleistung ist wie folgt bestimmt:
Ermittlung des Schalldruckpegels LpA auf einer definierten
Hüllfläche rund um den Trafo addiert mit dem Logarithmus
der Hüllfläche S.
Die messtechnische Annäherung an das Ohr
Die Beurteilung eines Geräusches durch Messung des
Schallpegels hat der ­frequenzabhängigen Ohrempfindung
Rechnung zu tragen. Es müssen bei der Messung,
entsprechend dem Verlauf der Kurven g
­ leicher Lautstärke,
tiefe und hohe Frequenzen im Geräuschspektrum stärker
als mittlere bewertet (ausgefiltert) werden.
Die Bewertungskurve A (Bild 13) stellt im Frequenz-­
bereich bis 500 Hz eine Näherung für die Kurve gleicher
Lautstärke dar.
Ausbreitung der Geräusche
Betriebsgeräusche des Trafos breiten sich vor Ort als
Luft- und Körperschall aus. Zur Geräuschminderung
sind für jede Form des Schalls andere Mittel anzuwenden.
Hauptziel der Geräuschminderung: Einhaltung der erlaubten Werte an der Grundstücks- oder Anliegergrenze.
Schallleistung
Die Schallleistung ist ein Maß für die Lärmmenge,
die von einer Schallquelle erzeugt wird. Sie charakterisiert
das Geräusch der Quelle und ist – im Unterschied zum
Schalldruckpegel – unabhängig vom Messort oder der
Akustik in der Umgebung. Die Bestimmung der Schall­
leistung LWA ist in IEC bzw. EN 60076-10 (VDE 0532 T76-10)
angegeben. Schallleistungswerte sind Maximalwerte ohne
Toleranz.
Als Formel:
LWA = LpA + LS
Hierbei bezeichnet:
das Hüllflächenmaß LS = 10 x lg S
S0
(Tabelle 5) S0 = 1 m2
Abhängigkeit des Schalldrucks vom Abstand
LpA = im Abstand R ≥ 30 m
mess- und hörbarer Schalldruckpegel;
hierfür gilt nach obiger Formel:
LpA = LWA – LSR
wobei LSR = 10 lg S
S0
Das Diagramm (Bild 15) zeigt das Abstandsmaß LSR
als Funktion des Abstandes R. Damit lässt sich leicht
bestimmen, wie hoch der Schalldruckpegel LpA eines
Trafos in bestimmten Abständen ist (siehe hierzu auch
DIN EN 60551).
Ein Beispiel:
LWA = 70 dB und R = 35 m
Dazu direkt im Diagramm ablesbar:
LSR = 39 dB
Somit beträgt der Schalldruckpegel bei freier
Schall­ausbreitung:
LpA = 70 dB – 39 dB = 31 dB
19
dB
30
=0
∆L 25
,01
0,0
2
0,0
20
Pegelabnahme
dB
5
0,1
15
40
30
24
20
0,2
10
0,4
5
10
0,8
0
0
1
2
3
4
6
8 10
20
30
1
2
5
10
AR/AT
20 30 50
100 150
Entfernung m
Bild 16:
Zunahme der Betriebs­ge­räusche
im Trafo-Raum durch Reflexion
Bild 17:
Abnahme des Schalldruckpegels mit der
Entfernung vom Trafo-Raum
Maßnahmen zur Geräuschminderung – Luftschall
Die Wände und Decke im Trafo-Raum b
­ ewirken durch
Reflexion eine Zunahme des Luftschalls. Relevant für ­
das Maß der Schallreflexion sind:
AR = Gesamtoberfläche des Raumes
AT =Trafo-Oberfläche
α = Schallschluckgrad der Wände und Decken
So kann der Anstieg der Betriebsgeräusche durch
Reflexion mit Auskleiden des Trafo-Raumes reduziert
werden – sehr stark z. B. bei Verwendung von
Mineralwolle.
Bild 16 zeigt, wie diese Faktoren die Geräuschentwicklung
bestimmen.
Im Folgenden einige Beispiele des Schallschluckgrades α
für unterschiedliches Baumaterial – hier bei 125 Hz.
Sr (kVA)
AT (m2)
LS 0,3 (dB)
100
3,8
6,0
160
4,4
6,5
250
4,7
7,0
400
5,5
7,5
630
6,4
8,0
1.000
8,4
9,0
1.600
10,0
10,0
2.500
14,0
11,5
Tabelle 5
Trafo-Oberfläche-AT (Ca.-Angabe) mit dem entsprechenden
­Hüllflächenmaß LS
20
Bild 16 macht dies deutlich. Der Schalldruck­pegel im
Raum wird nach außen durch die Wände gedämmt.
Beispiele für die Dämmwirkung:
Ziegelwand, 12 cm Dicke = 35 dB (A) Dämmung
Ziegelwand, 24 cm Dicke = 39 dB (A) Dämmung
Zu berücksichtigen ist hierbei die Dämmwirkung von
Türen und Lüftungskanälen – zumeist reduzieren sie die
Raumdämmung. Außerhalb des Trafo-Raumes nimmt der
Schalldruckpegel mit der Entfernung kontinuierlich ab
(Bild 17).
Baumaterial für Trafo-Raum
Schall-Schluckgrad α
Ziegelmauer roh
0,024
Ziegelmauer verputzt
0,024
Beton
0,01
Glasfaserplatten 3 cm,
auf harter Rückwand
0,22
Mineralwolle 4 cm,
mit glatter Pappe abgedeckt
0,74
Tabelle 6
Bild 18:
Trafolager zur körperschallisolierenden
Aufstellung von Transformatoren
Körperschall
Trafo-Geräusche übertragen sich auch über die Kontakt­
fläche des Trafos zum Boden auf Wände und andere Teile
des Trafo-Raumes. Körperschall-Isolierung des Trafos reduziert oder unterbindet diesen Weg der Schallübertragung.
Die Stärke des primären Betriebsgeräusches kann damit
nicht vermindert werden.
Aber: Körperschall-Isolierung optimiert die Raumdämmung. Verzichtbar wird so in vielen Fällen eine schallschluckende Verkleidung der Wände, z. B. mit ­Mineral­­wolle.
Für die Körperschall-Isolierung der GEAFOL-Trafos sorgen
Trafolager (Bild 18).
Und: Auch für den Schienenanschluss der Niederspannungs-Schaltanlagen stehen elastische Zwischenstücke
zur Verfügung – für konsequente Körperschall-Isolierung
im gesamten Trafo-Raum.
Körperschall-Isolierung: Bemessung
Kleine Eigenfrequenz des Schwingungssystems Trafo-­
Isolierkomponenten im Verhältnis zur erregenden
­Frequenz – dies ist wichtig für die Bemessung der
­Körperschall-Isolierung. In der Praxis vielfach bewährt:
I­solierkomponenten, die bei der Trafo-Gewichtskraft F
eine elastische Stauchung s von mindestens 2,5 mm
erfahren.
Zu beachten ist die maximale zulässige Belastung der
­Isolierkomponente:
die ­Federkonstante CD (N/cm).
Körperschall-Isolierung: ­Berechnungsbeispiel
Hier ein Beispiel zur Berechnung der Körperschall-­
Isolierung. Dabei sind gegeben:
1 GEAFOL-Gießharztransformator mit 1.000 kVA
Leistung
Trafo-Masse: 2.630 kg
4 Auflagepunkte für die Isolierung
Standort: Kellergeschoss – d. h. auf massivem
­Fundament; Stauchung damit: s = 0,25 cm
m
g = Erdfallbeschleunigung = 9,81 2
S
Lösung:
Die Kraft (F) je Auflagepunkt beträgt:
F=
Trafo-Masse x g
Zahl der Auflagepunkte
hier also
F = 2.630 x 10 = ca. 6.575 N
4
Für die Federkonstante ergibt sich somit:
F
s
6.575
=
= 26.300 N/cm
0,25
CD=
Für die Bestellung empfiehlt sich damit: Wahl von ­
vier ­Trafolager mit Feder­konstante ≤ 23.400 N/cm
und ≥ 8.500 N zulässiger statischer Dauerbelastung.
Sie wird wie folgt berechnet:
CD =
F
s
21
A
Raummaße: 8.000 x 5.000 x 4.000
2 x 630 kVA
Bild 19:
Skizze zum Berechnungsbeispiel
Besonderheit:
Steht der Trafo im Obergeschoss eines Gebäudes, so
muss mit erhöhter Schwingung des Fundaments gerechnet
­werden. Hier empfiehlt sich die Wahl einer elastischen
Stauchung s bis 0,5 cm.
Geräuschpegel im Trafo-Nebenraum:
­Berechnungsbeispiel
Hier ein Beispiel zur überschlägigen Berechnung des
Geräuschpegels, der sich in einem Raum A neben dem
Trafo-Raum ergibt (Bild 19).
Dabei sind gegeben:
Zwei GEAFOL-Gießharztransformatoren mit je
630 kVA Leistung
Körperschall-Isolierung ist realisiert
Luftschallübertragung nach A nur via Fußboden
Traforaum-Innenfläche AR = 184 m2;
Nebenraum A gleich groß
Oberfläche eines Trafos AT = 6,4 m2
Fußbodenfläche des Raumes AF = 40 m2;
Wände aus Beton, 24 cm dick
Lösung:
Schallleistung des Trafos gemäß Liste oder Diagramm
(Bild 13, Seite 18):
So ergibt sich für den Schalldruck:
LpA = 70 – 8 – 5 = 57 dB (A)
Für die Geräuscherhöhung durch Reflexion gilt:
AR 184 m2
=
= 29
6,4 m2
AF
Bei Schallschluckgrad α = 0,01 (Betonwände) ergibt sich
nach ­Diagramm
∆L = + 12 dB (A)
plus
nach Diagramm (Bild 14, Seite 19):
Zuwachs bei 2 Trafos (2 Schallquellen) = + 3 dB (A)
Dies ergibt:
57 dB (A) + 12 dB (A) + 3 dB (A) = 72 dB (A)
minus
Dämmung durch Betondecke (24 cm) = 39 dB
Somit ist der nach Raum A übertragene Schalldruckpegel
= 33 dB (A).
Hinzu kommt: Erhöhung des Schalldruckpegels im Nebenraum (gleiche Raumgröße) durch Reflexion:
AR = 184 m2 = 4,6
40 m2
AF
LWA = 70 dB
Für den Schalldruck im Trafo-Nahbereich (≈ 1 m) gilt:
LpA = LWA – LS 0,3 m – 5 dB;
Bei Schallschluckgrad α = 0,6 im Nebenraum
(geschätzt – bei Teppichen, Vorhängen usw.) ergibt sich
nach Diagramm (Bild 16, Seite 20):
5 dB ist dabei die Abnahme des Geräuschpegels für die
Vergrößerung von
∆L = + 3 dB (A)
LS = 0,3 m auf 1 m; wobei
Ergebnis:
Der Schalldruckpegel in Raum A beträgt insgesamt:
LS = 0,3 m ≈ 10 lg AT 2 = 10 lg 6,4 = 8 dB
1m
22
33 + 3 = 36 dB (A)
EMV von Verteilungs­transformatoren
Beim Betrieb von Transformatoren treten elektrische
und magnetische Felder auf. Das elektrische Feld
von Öl- und GEAFOL-Transformatoren sowie deren
An­schlüsse wird außerhalb der Trafozelle oder der
­Kapselung des Transformators kaum wirksam. ­
Kessel und Abdeckhauben des Öltransformators und
Schutzgehäuse der GEAFOL-Transformatoren wirken
als Faradaysche Käfige. Dies gilt auch weitgehend ­
für Decken und Wände der Trafozellen, sofern diese
nicht aus elektrischem Isoliermaterial bestehen.
Anlass zu Störungen können die magnetischen Felder
geben. Das Streufeld eines GEAFOL-Transformators
der Bemessungs­leistung 630 kVA und der Kurzschluss­
spannung 6 % beträgt bei Nennlast in 3 m Abstand zum
Transformator ca. 5 µT, bei einem Öltransformator mit
­gleichen Daten ca. 3 µT.
Im Bereich von a = 1 bis 10 m kann für GEAFOLTrans­formatoren der Richtwert für das magnetische Feld
bei g
­ eänderter Leistung und Kurzschlussspannung aus
­folgender Formel abgeleitet werden:
uZ
3m
Sn
( a )2,8
B = 5 µT 6 % 630
kVA
Bei Öltransformatoren beträgt der Ausgangswert ca. 3 µT.
Die 26. Verordnung zur Durchführung des Bundes-­
Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über elektromagne­tische Felder – 26. BimSchV) vom
16. Dezember 1996 lässt am Einwirkungsort bei
50-Hz-Feldern eine max. elektrische Feldstärke von
5 kV/m und eine max. magnetische Flussdichte von
100 µT zu.
Ein­wirkungsort ist der Ort mit der stärksten Exposition,
an dem mit einem nicht nur vorübergehenden Aufenthalt
von Menschen g
­ erechnet werden muss.
Elektrische Felder außerhalb der Trafozelle bzw. der
Kapselung und magnetische Felder im Abstand über 3 m
erreichen bei V
­ erteilungstransformatoren die zulässigen
Grenzwerte bei Weitem nicht. Störungen am Bildschirm
können ab ca. 1 µT auftreten. Ausführliche Angaben sind
in der Druckschrift „Verteilungstransformatoren und
EMV“ (Bestell-Nr. E50001-G640-A132-V1) e
­ nthalten.
CE-Kennzeichnung
1.Transformatoren sind gemäß IEC 60076-11 als passive
Elemente zu betrachten. Eine CE-Kennzeichnung ist gemäß T&D Europe (COTREL) Festlegung nicht zulässig.
Dies betrifft Transformatoren, die nicht unter die ­
Ökodesign-Direktive 2009/125/EC fallen, obwohl sie innerhalb der Europäischen Union installiert werden.
2.Ab Juli 2015 müssen Transformatoren, die innerhalb des Europäischen Wirtschaftsraums (EWR) in Umlauf gebracht werden, den Bestimmungen der neuen ­
Direktive entsprechen, soweit diese anwendbar sind. Da die Direktive eine Maßnahme zur Implementierung der Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EC darstellt, dient die CE-Kennzeichnung als Nachweis für die Einhaltung der Bestimmungen. Ein entsprechendes EU-Konformi-
täts-Zertifikat wird ausgestellt. Die obengenannte Richtlinie gilt nicht für Produkte, die für den Export in andere Länder außerhalb des Europäischen Wirtschafts-
raums hergestellt wurden. Produkte, die bereits in Umlauf oder im Betrieb sind, können weiterhin
betrieben werden.
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Herausgeber Siemens AG 2016
Energy Management Division
Freyeslebenstraße 1
91058 Erlangen, Deutschland
Transformatorenwerk Kirchheim
Energy Management Division
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Hegelstraße 20
73230 Kirchheim/Teck, Deutschland
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Fax: +49 (0) 7021 508-495
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1214 Budapest
II. Rákóczi Ferenc u.189., Hungary
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Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich
allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche
im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen
Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der
Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale
sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss
ausdrücklich vereinbart werden.