Sicherheit für Anwender und Umgebung

Frank Clasen ist Produktmanager bei Block Transformatoren-Elektronik GmbH

Transformatoren haben in der Elektrotechnik vielfältige Aufgaben. Das kann z. B. die Anpassung der weltweit unterschiedlichen Netzspannungen, die sichere elektrische Trennung vom Versorgungsnetz aber auch die Erzeugung einer Schutzkleinspannung sein. Für die unterschiedlichen Transformatorentypen werden in den nationalen- sowie internationalen Normen spezielle Anforderungen gestellt. Als Norm für Transformatoren mit einer Bemessungsspannung von weniger als 1000 V ist hier die EN 61558 „Sicherheit von Transformatoren, Netzgeräten, Drosseln und dergleichen“ zu nennen. Diese Norm besteht aus dem Teil 1, in dem alle grundsätz-lichen Anforderungen an die Transformatoren beschrieben sind. Die abweichenden Anforderungen für die speziellen Transformatoren sind in den Teilen 2 dieser Normenreihe aufgeführt.

Alle Transformatoren haben die gemeinsame Anforderung zu erfüllen, dass sie bei einem Fehler wie dem Überlast- oder Kurzschlussfall keine unzulässig hohen Temperaturen annehmen dürfen. Damit soll zum einen verhindert werden, dass die Umgebung der Transformatoren im Fehlerfall beeinträchtigt wird (Brandgefahr). Zum anderen dürfen die eingebrachten Isolierungen durch einen Fehler nicht vollständig zerstört werden, sodass es z. B. im schlimmsten Fall zu einer elektrischen Verbindung zwischen dem Versorgungsnetz und der Schutzkleinspannung kommt.

Um hohe Temperaturen im Fehlerfall zu vermeiden, sind unterschiedliche Maßnahmen denkbar. Transformatoren mit einer Leistung bis etwa 3 VA können derart gefertigt werden, dass sie bedingt durch ihren Aufbau im Fehlerfall keine unzulässig hohen Temperaturen erzeugen. Diese Typen benötigen keine externe Absicherung und man bezeichnet sie als „unbedingt kurzschlussfeste Transformatoren“.

Bei den „bedingt kurzschlussfesten Transformatoren“ handelt es sich um Typen, bei denen entsprechend ausgelegte Schutzeinrichtungen wie Schmelzsicherungen oder Bimetall-Schalter integriert sind, die den Stromkreis vor dem Erreichen zu hoher Temperaturen unterbrechen.

Alle Transformatoren, die eine entsprechende Schutzeinrichtung benötigen, die nicht Bestandteil der Konstruktion ist, werden als „nicht kurzschlussfeste Transformatoren“ bezeichnet. Diese Typen müssen extern in der Anwendung mit einer vom Hersteller vorgegebenen Empfehlung einer Schutzeinrichtung versehen werden. Werden an dieser Stelle falsch dimensionierte Schutzeinrichtungen eingesetzt, kann es neben dem Defekt zu den angesprochenen hohen Temperaturen und den aufgeführten Gefahren kommen.

Die Auswahl einer geeigneten Schutzeinrichtung ist in vielen Fällen nicht einfach. Soll der Transformator z. B. nur auf der Eingangsseite abgesichert werden, dann ist bei der Auswahl der zu erwartende Einschaltstrom des Transformators zu berücksichtigen. Bedingt durch diesen Einschaltstrom muss eine Sicherung je nach Typ möglicherweise mit einem höheren Nennwert als den Nennstrom des Transformators zum Einsatz kommen. Diese Sicherung löst bei einem erhöhten Strom bedingt durch eine Überlastung nicht aus. Der Überlastschutz ist damit nicht gegeben. Für den Überlastschutz ist in diesem Fall eine weitere Schutzeinrichtung wie eine zusätzliche Sicherung im Ausgang des Transformators erforderlich.

Eine Alternative zu Transformatoren mit einer externen Schutzeinrichtung ist der sogenannte Fail-Safe-Transformator. Dieser Transformator benötigt zum Schutz keine zusätzlichen Absicherungen, weder im Eingang noch im Ausgang. Er hat im Eingangskreis eine Einrichtung, die im Kurzschluss- oder Überlastfall dauerhaft eine Unterbrechung herstellt. Mit der Unterbrechung wird die stätige Erwärmung unterbunden und damit die integrierten Isolierungen vor einem Defekt geschützt. Die dauerhafte Unterbrechung sorgt weiter dafür, dass ein plötzliches Entfernen des Fehlers nicht zu einem unzulässigen Anlauf der Anlage bzw. des Gerätes führt. Sollte bedingt durch verschiedene Einflüsse ein interner Fehler in Form eines Windungsschlusses in der Eingangswicklung des Transformators passieren, dann wird in diesem Fall auch eine Unterbrechung durch die integrierte Einrichtung erfolgen. Eine im Ausgang integrierte Sicherung würde bei einem eingangsseitigen Windungsschluss nicht als Schutz dienen.

Alle Transformatoren, die nach der Norm EN 61558 gefertigt werden, haben auf den Typenschildern Symbole, an denen man den jeweiligen Typ des Transformators erkennen kann. Fail-Safe-Transformatoren lassen sich daran erkennen, dass neben den bekannten Symbolen ein „F“ zu finden ist. Weiterhin müssen auf den Typenschildern keine Angaben für eine vorzusehende Schutzeinrichtung gemacht werden.

Mit der Bezeichnung FST bietet Block Fail-Save-Transformatoren in der Ausführung als Steuer- und Sicherheitstransformator bzw. Steuer- und Trenntransformator an. Das bedeutet, dass zwischen der Ein- und Ausgangsseite eine doppelte- bzw. verstärkte Isolierung vorhanden ist. Die Transformatoren werden mit den Ausgangsspannungen 24 V und 230 V angeboten. Durch die Auslegung als Steuertransformatoren ist der Einsatz in Anlagen nach der Norm EN 60204 problemlos möglich. Eine unscheinbare Besonderheit liegt in der Eingangsspannung. Die Transformatoren sind dafür ausgelegt, an eine Eingangsspannung von 230 V oder 400 V angeschlossen zu werden. Bisher waren Fail-Safe-Transformatoren überwiegend mit einer Eingangsspannung von maximal 250 V bekannt. Bei diesen Transformatoren Typ FST wurde eine Einrichtung gefunden, die auch bei 400 V im Fehlerfall vor Erreichen unzulässig hoher und damit gefährlicher Temperaturen den Stromkreis sicher unterbricht. Durch eine erfolgreiche Prüfung durch das VDE-Prüf und Zertifizierungsinstitut in Offenbach wurde die Normkonformität und damit die sichere Funktion der Transformatoren vom Typ FST bestätigt. Die Transformatoren sind daher mit dem ENEC- sowie dem VDE-Zeichen gekennzeichnet.

Auch wenn die Fail-Safe-Transformatoren im Sinne der Norm EN 61558 nicht zusätzlich abgesichert werden müssen, wird auf den Typenschildern der FST-Transformatoren von Block ein Vorschlag für eine optionale sekundärseitige Absicherung gemacht. Das bietet dem Anwender die Möglichkeit, eine angepasste Schutzeinrichtung vorzusehen, sodass nach einem auftretenden Kurzschluss nicht der Transformator ausgetauscht werden muss. Der Vorteil der sicheren eingangsseitigen Abschaltung bei z.B. einem schleichenden Überlastfall bzw. einem durch externe Einflüsse verursachten Wicklungsdefekt bleibt trotz zusätzlicher Absicherung weiter bestehen. ge

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