Warum sind die Verluste des Trafos wichtig?

Obwohl Transformatoren zu den effizientesten elektrischen Maschinen mit einem Wirkungsgrad von oft über 98 % zählen, haben selbst wenige Prozent Verlustleistung einen enormen Einfluss auf die betrieblichen Gesamtkosten. Angesichts der langen Lebensdauer von Transformatoren (die für mehrere Jahrzehnte ausgelegt sind) und ihres Dauerbetriebs — führen solche kumulierten Verluste zu erheblichen finanziellen Mehrkosten und einer ineffizienten Energienutzung.

Arten der Trafo-Verluste und wie diese zustande kommen 

Die Energieverluste werden in zwei Hauptkategorien aufgeteilt, die von verschiedenen physikalischen Phänomenen abhängen. 

Verluste im Leerlauf

Die Leerlaufverluste (Verluste im Kern oder „im Eisen“) sind konstant und immer dann präsent, wenn der Transformator unter Spannung steht — unabhängig davon, ob er Energie an die Last abgibt. Diese sind kritisch für Transformatoren mit langer Betriebszeit bei geringer Last, beispielsweise in Verteilungsnetzen während der Nacht.

Verluste unter Last 

Lastverluste (Verluste „im Kupfer“) entstehen in den Trafowicklungen und ihre Größe ändert sich je nach Belastung. Sie bestimmen das Verhalten des Transformators bei voller Leistung. Bei Überlastung des Transformators nehmen diese Verluste dramatisch zu. Diese sind von entscheidender Bedeutung für Industrietransformatoren und können zur Überhitzung der Anlage führen, was einen direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Isolierung hat.

Trafo-Verluste und deren Einfluss 

Die Verluste des Transformators sind nicht nur eine Frage der energie-technischen Berechnung, sondern hängen auch eng mit Wirtschaftlichkeit und der technischen Zuverlässigkeit zusammen.

Ausschlaggebend beim Kauf einer Anlage ist nicht nur der Kaufpreis, sondern vor allem die Berücksichtigung der Gesamtbetriebskosten. Jedes Kilowatt, welches in Form von Wärme im Kern oder in der Wicklung verloren geht — bedeutet ein bezahltes Kilowatt an Strom. Über eine 30-jährige Lebensdauer des Transformators können die verlustbedingten Kosten den ursprünglichen Anschaffungspreis des Geräts deutlich übersteigen.

Die Investition in einen Trafo mit niedrigen Verlusten macht sich also schnell bezahlt. Die Energieersparnis gegenüber dem alten und ineffizienten Modell macht die Mehrkosten einer solchen Neuinvestition bereits nach 5 bis 10 Jahren wieder wett. 

Verluste unter Last erzeugen Wärme. Eine höhere Betriebstemperatur beschleunigt auch rapide die Degradation der Isolation (Öl, Papier). Jeder Temperaturanstieg um jeweils 6–8 °C über den Nennwert kann die Lebensdauer der Isolierung bereits um die Hälfte verkürzen. Höhere Verluste verkürzen somit direkt auch die Lebensdauer der ganzen Anlage. Die verlustbedingte Überhitzung schränkt auch die maximale Übertragungsleistung des Trafos ein, was dessen betriebliche Flexibilität beeinträchtigt.

Minimierung der Trafo-Verluste 

Euronormen sehen für Verluste strenge Limits vor.

Neue Trafos sind so bemessen, dass sie die Auflagen der jeweiligen Klassen mit garantiert niedrigen Verlusten erfüllen. Im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren, haben jene mit amorphen Kernen nämlich deutlich geringere Verluste. 

Gesenkt werden können die Verluste auch durch den Einsatz hochwertigerer und größerer Leiter mit geringerem Ohm-Widerstand. Schließlich sorgt ein wirksames Kühlsystem dafür, dass die durch die Verluste verursachte Wärme schnell abgeführt wird, wodurch die Betriebstemperatur der Wicklung gesenkt wird und indirekt auch deren Widerstand.

Transformatoren sollten möglichst in der Spanne ihres maximalen Wirkungsgrades betrieben werden, der häufig bei etwa 50 bis 75 % ihrer Nennlast liegt. Der Betrieb bei ineffizient geringer Last erhöht den Einfluss der Leerlaufverluste. Die einfachste und wohl effektivste Methode für langfristige Einsparungen ist der Austausch alter Transformatoren (diese sind oft mehr als 20 Jahre alt) durch neue Modelle mit garantiert niedrigen Verlusten. Diese Investition hat einen direkten und messbaren Einfluss auf die Senkung der monatlichen Stromkosten und steigert die Zuverlässigkeit des gesamten Systems. 

Der Wechsel zu modernen Transformatoren mit niedrigem Energiebedarf ist nicht nur eine Frage der Normerfüllung, sondern auch eine strategische Entscheidung, die die Langzeitstabilität, Sicherheit und Minimierung der Betriebskosten auch bei steigenden Energiepreisen gewährleistet. 

Die Verluste eines Transformators sind dabei nicht nur eine technische Angabe, sondern eine direkte Kennzahl der wirtschaftlichen und ökologischen Effizienz der Anlage.