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.

Warum sind die Verluste des Trafos wichtig?

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. 

Warum sind die Verluste des Trafos wichtig?

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.

Lohnt sich der Austausch eines alten Trafos?

Verteilnetz- und Leistungstransformatoren sind in jedem Stromnetz von entscheidender Bedeutung, sei es eine große Industrieanlage, ein städtisches Versorgungsnetz, ein Umspannwerk oder ein Kraftwerk. Viele davon sind für eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren ausgelegt. Obwohl ein Transformator auch nach Ablauf seiner vorgesehenen Lebensdauer rein technisch noch funktionieren kann, wird sein Betrieb mit zunehmendem Alter immer unwirtschaftlicher und unzuverlässiger. Die entscheidende Frage lautet für jeden Betreiber daher: Wann ist die Investition in den Austausch eines alten Trafos durch einen neuen wirtschaftlich sinnvoll und technisch notwendig?

Gründe für den Austausch eines alten Trafos 

Alte Transformatoren sind technisch überholt und zudem bringt deren Betrieb auch drei wesentliche und miteinander verknüpfte Probleme mit sich, die sich auf lange Sicht erheblich auf die Gesamtbetriebskosten auswirken.

Geminderter Wirkungsgrad und steigende Verluste 

Ältere Transformatortypen wurden nach weniger strengen Normen entworfen, oft auch mit höheren Toleranzen. Neue Trafos, die den aktuellen Normen gerecht werden, erreichen einen Wirkungsgrad, welcher für die alten Modelle unerreichbar ist. Die Verlustdifferenz zwischen einem 30 Jahre alten Transformator und einem neuen Modell der gleichen Leistungsklasse kann über das Jahr hinweg Tausende, manchmal sogar Zehntausende Euro beim Stromverbrauch ausmachen.

Höhere Betriebskosten 

Die erhöhten Energieverluste bedeuten im Umkehrschluss höhere Betriebskosten. Aufgrund der Verluste summieren sich diese Betriebskosten nämlich immer weiter. Wenn wir von einer durchschnittlichen 30-jährigen Lebensdauer eines Transformators ausgehen und dazu von den heutigen, sowie den voraussichtlichen kommenden Strompreisen, so rentiert sich die Investition in einen neuen, hochwirksamen Transformator oft bereits nach 5 bis 10 Jahren.

Erhöhtes Störungsrisiko und Sicherheitsrisiken 

So eine Störung eines alten Transformators zieht immer katastrophale Folgen nach sich, von langen ungeplanten Betriebsausfällen, über hohe Kosten eines Notaustauschs, bis hin zu möglichen Sachschäden und damit verbundenen Verletzungsrisiken. Der Austausch eines solchen Geräts stellt somit eine vorbeugende Maßnahme dar, die das Risiko minimiert und eine unterbrechungsfreie und sichere Energieversorgung gewährleistet.

Lohnt sich der Austausch eines alten Trafos?

Austausch vs. Erneuerung und Modernisierung 

Bei der Entscheidung über das weitere Schicksal eines alten Transformators bieten sich dem Betreiber drei Optionen: Erneuerung, Modernisierung oder ein Vollaustausch.

Erneuerung und Reparatur 

Die Erneuerung, bzw. Überholung umfasst in der Regel Instandsetzungsarbeiten, die auf die Wiederherstellung der ursprünglichen Funktionalität nach einem Teilausfall oder im Rahmen einer Lebensdauerverlängerung ausgerichtet sind (z.B. Austausch der Dichtungen, Ölwechsel und Neuwicklung beschädigter Wicklungen). Die Erneuerung löst dabei jedoch nicht das „Kern“-Problem, da der alte Kern, mit seinen höheren Verlusten, weiterhin bestehen bleibt. Die Gesamtzuverlässigkeit des Transformators, vor allem der Zustand seiner Isolierung, erreicht da nur schwer das Niveau eines Neugeräts. Ferner erfüllt ein überholter Transformator zudem nicht die aktuellen Normen zum Wirkungsgrad, was auf lange Sicht einen wirtschaftlichen Betrieb unmöglich macht.

Modernisierung und Upgrade 

Die Modernisierung zielt auf die Verbesserung des Zubehörs und des Überwachungssystems ab, beispielsweise durch die Installation neuer digitaler Überwachungs- und Kühlsysteme oder Lastumschalter. Wie bei der Erneuerung, führt auch die Modernisierung des Zubehörs an sich zu keiner  drastischen Verringerung der Trafo-Verluste. Es handelt sich dabei lediglich um eine Verbesserung der Kontrolle über die alte Maschine und nicht um deren Umwandlung in ein wirklich energiesparendes Gerät.

Austausch gegen einen neuen und hochwirksamen Trafo 

Ein Komplettaustausch stellt auf lange Sicht die sinnvollste und wirtschaftlichste Option dar, insbesondere bei Transformatoren, die mehr als 20-25 Betriebsjahre hinter sich haben:

  • Garantiert höchster Wirkungsgrad: Neue Transformatoren, ob nun Öl- oder Trockentransformatoren, erfüllen selbst die strengsten Verlustklassen und garantieren äußerst niedrige Betriebskosten und eine maximale Rentabilität.
  • Lange und vorhersehbare Lebensdauer: Die neuen Geräte werden mit Vollgarantie und einer lang bemessenen Lebensdauer geliefert, wodurch das Ausfallrisiko für viele Jahre eliminiert wird.
  • Vorschriftsmäßigkeit: Der Betreiber hat somit die Gewissheit, dass die Anlagen sämtliche aktuellen technischen, sicherheitstechnischen und ökologischen Normen erfüllen (wie z.B. die Verwendung umweltfreundlicherer Isolierflüssigkeiten).
  • Bereitstellung der benötigten Kapazitäten: Beim Austausch kann gleich ein Transformator mit angepasster Leistung gewählt werden (also größer oder optimiert), wodurch aktuell oder künftig benötigte Netzkapazitäten erfüllt werden (z.B. wachsende Elektromobilität, Anschluss erneuerbarer Energiequellen).
Lohnt sich der Austausch eines alten Trafos?

Die Entscheidung, einen alten Trafo auszutauschen, stellt sich nicht erst im Störungsfall, sondern ist vor allem eine Frage des strategischen Vermögensmanagements und der Betriebskostenminimierung.

Wenn der Transformator bereits 20 Betriebsjahre hinter sich hat und sein Wirkungsgrad nicht mehr den aktuellen Normen gerecht wird, so ist es nahezu sicher, dass die jährlichen Betriebskosten die potentielle Einsparung des Aufschubs einer solchen Investition übersteigen. 

Darüber hinaus garantieren Anlagen von Herstellern, wie der BEZ TRANSFORMÁTORY, die auf Tradition und eine lange Lebensdauer, sowie einen hohen Wirkungsgrad setzen, dass die Investition in einen neuen Transformator nicht nur die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Netzes dient, sondern auf lange Sicht die wirtschaftlichere Lösung darstellt.