Die Impedanzspannung uk, auch Kurzschlussspannung genannt, ist der Prozentsatz der Bemessungsspannung, den Sie primärseitig anlegen müssen, um bei kurzgeschlossener Unterspannungsseite den Bemessungsstrom zu treiben. Diese eine Kennzahl entscheidet zugleich darüber, wie stark die Ausgangsspannung unter Last einbricht und wie hoch der Kurzschlussstrom ausfällt, den der Transformator durchlässt. Die meisten Verteiltransformatoren liegen zwischen uk = 4 % und uk = 6 %.
Was der Prozentwert tatsächlich misst
uk zu messen heißt, die innere Serienimpedanz des Transformators zu messen, bezogen auf seine eigene Bemessung. Eine 630-kVA-Einheit mit uk = 4 % benötigt 4 % der Bemessungsspannung, um den Volllaststrom in einen satten Kurzschluss zu treiben, weil Wicklungswiderstand und — vorwiegend — die Streureaktanz dem entgegenwirken. Da es sich um einen relativen Wert handelt, haben zwei Transformatoren unterschiedlicher Bemessung bei gleichem uk nicht dieselbe Impedanz in Ohm.
Die praktische Folge ergibt sich unmittelbar: Der zu erwartende symmetrische Kurzschlussstrom an den Unterspannungsklemmen entspricht näherungsweise dem Bemessungsstrom geteilt durch uk als Bruchteil. Bei uk = 4 % ist das der 25-fache Bemessungsstrom, bei uk = 6 % rund das 16,7-fache. Ein 630-kVA-Transformator für 400 V liefert bei 4 % somit größenordnungsmäßig 22 kA in einen Klemmenkurzschluss gegenüber etwa 15 kA bei 6 %. Die vorgelagerte Netzimpedanz senkt beide Werte etwas, doch meist dominiert der Transformator.
Die Abwägung, die Sie tatsächlich treffen
Eine niedrige Impedanz ergibt ein steifes Netz: weniger Spannungsabfall beim Anlauf großer Motoren, bessere Spannungshaltung über den gesamten Lastbereich und leichtere Einhaltung der Spannungsgrenzen am Ende langer Niederspannungsstrecken. Zugleich fällt jeder nachgelagerte Fehler heftiger aus.
Eine hohe Impedanz begrenzt den Fehlerstrom. Das erlaubt Schaltanlagen und Sammelschienensysteme mit geringerer Kurzschlussfestigkeit — oft eine echte Ersparnis — und senkt die mechanische Beanspruchung des Transformators selbst. Der Preis sind ein größerer Spannungsabfall unter Last, höhere Empfindlichkeit gegenüber Motoranläufen und eine etwas schlechtere Spannungshaltung.
Einen Wert wählen
- Gehen Sie von der Kurzschlussfestigkeit der Niederspannungsschaltanlage und der Sammelschiene aus, in kA effektiv für 1 s; der Transformator darf sie nicht überschreiten.
- Prüfen Sie die Spannungshaltung bei Höchstlast, einschließlich Motoranlauf, Schweißanlagen und Ladeleistungssprüngen.
- Sollen zwei Einheiten jemals parallel laufen, gleichen Sie ihre Impedanzen auf etwa 10 % genau ab, sonst wird die Last ungleich verteilt.
- Stellen Sie sicher, dass der Schutz den kleinsten erwarteten Fehler noch erkennt: Ein höheres uk senkt den Fehlerstrom und verlängert die Ausschaltzeiten.
Hersteller verschieben uk über die Wicklungsgeometrie und den Abstand zwischen OS- und US-Wicklung, sodass Sonderwerte wie 8 % oder 10 % auf Anfrage verfügbar sind. Es ist eine Auslegungsentscheidung vor der Fertigung und nachträglich nicht mehr einstellbar.
Kurzschlussfestigkeit ist eine eigene Zusage
Ein bestimmtes uk sagt Ihnen, wie viel Strom fließt. Ob der Transformator ihn übersteht, regelt IEC 60076-5. Einheiten werden so ausgelegt und, sofern vereinbart, geprüft, dass sie die entstehenden thermischen und elektromagnetischen Kräfte für eine festgelegte Dauer von typisch 2 s aushalten. Diese Kräfte wachsen mit dem Quadrat des Stroms — deshalb werden Impedanz und Kurzschlussfestigkeit stets gemeinsam betrachtet.
Behandeln Sie uk als Systemparameter, nicht als Detail des Transformators. Legen Sie zuerst die Bemessung der Schaltanlage und den zulässigen Spannungsabfall fest, spezifizieren Sie dann die Impedanz, die beides erfüllt — und geben Sie sie in der Anfrage an, denn eine 4-%- und eine 6-%-Einheit gleicher kVA sind nicht austauschbar.
