Ein Transformator hat zwei Verlustarten. Leerlaufverluste entstehen im Kern, sobald die Einheit unter Spannung steht, unabhängig von der Last. Lastverluste entstehen in den Wicklungen und steigen mit dem Quadrat des Stroms. Über eine Lebensdauer von dreißig Jahren kostet der Strom, den sie verbrauchen, oft mehr als der Transformator selbst — deshalb regelt die EU heute die Mindesteffizienz.
Woher die beiden Verluste kommen
Der Leerlaufverlust, auch Kern- oder Eisenverlust genannt, ist die Energie, die nötig ist, um den Kern bei 50 Hz fünfzigmal je Sekunde zu magnetisieren und wieder zu entmagnetisieren. Er hängt von der Güte des Kernblechs, der Blechdicke und der gewählten Flussdichte ab — nicht davon, was die Last tut. Er fällt in allen 8 760 Stunden des Jahres an.
Der Lastverlust, auch Kupferverlust, ist die ohmsche Erwärmung der Wicklungen zuzüglich Zusatzverluste in Kessel und Pressteilen. Da er dem Quadrat des Stroms folgt, erzeugt ein Transformator bei 50 % Last nur ein Viertel seines Lastverlusts bei Bemessungsleistung. Deshalb entscheidet die im Vergleich angenommene Auslastung darüber, welches Angebot gewinnt.
Eine Zahl daraus machen
Die übliche Methode ist die Kapitalisierung: Die jährlichen Energiekosten der Verluste werden auf einen Barwert umgerechnet und dem Kaufpreis hinzugerechnet. In Worten: Die jährliche Verlustenergie ist der Leerlaufverlust mal 8 760 Stunden, zuzüglich des Lastverlusts mal 8 760 Stunden mal dem Quadrat des mittleren Auslastungsgrades.
Nehmen Sie eine Einheit mit angebotenen 600 W Leerlauf- und 6 500 W Lastverlust bei einer mittleren Auslastung von 40 %. Der Leerlaufanteil ergibt rund 5 300 kWh pro Jahr, der Lastanteil rund 9 100 kWh. Über dreißig Jahre sind das etwa 430 MWh. Bei jedem realistischen Industriestrompreis amortisiert sich eine Auslegung mit 20 % geringeren Verlusten deutlich vor der Hälfte der Lebensdauer.
Was EcoDesign verlangt
Die Verordnung (EU) 548/2014 legt Höchstverluste für Mittel- und Großleistungstransformatoren fest, die im EU-Markt in Verkehr gebracht werden. Tier 1 gilt seit Juli 2015, das strengere Tier 2 seit Juli 2021. Die Grenzwerte sind je Bemessungsleistung und Bauart angegeben; bei Mitteltransformatoren kann Tier 2 alternativ über einen Mindest-Spitzenwirkungsgradindex erfüllt werden.
Praktisch bedeutet das: Die billigstmögliche Auslegung ist nicht mehr zulässig, und die Verlustangaben konkurrierender Angebote sind heute wirklich vergleichbar. Jeder Protrafo-Transformator ist so gebaut, dass er EU EcoDesign Tier 2 erfüllt oder übertrifft, mit garantierten Verlustwerten im Angebot und Nachweis im Stückprüfbericht.
Wie Konstrukteure Verluste tatsächlich senken
- Besseres Kernmaterial — hochpermeables kornorientiertes Blech oder amorphes Metall für sehr geringe Leerlaufverluste.
- Dünnere Bleche und Step-Lap-Stoßfugen, die Wirbelströme im Kern verringern.
- Eine niedrigere Flussdichte, was mehr Kernmaterial und eine schwerere, größere Einheit bedeutet.
- Größerer Leiterquerschnitt oder verdrillte Leiter, was ohmsche Verluste und Zusatzverluste senkt.
Jede dieser Maßnahmen bringt Material, Masse und Kosten mit sich, und die beiden Verlustarten stehen gegeneinander: Niedrigere Leerlaufverluste vergrößern meist den Kern, wodurch jede Wicklungswindung länger wird und der Lastverlust steigt. Das Optimum hängt daher vollständig von Ihrem Auslastungsgrad ab und nicht von einer allgemeinen Rangfolge der Bauarten.
Fordern Sie in jedem Angebot garantierte Leerlauf- und Lastverluste in Watt an und vergleichen Sie dann über die kapitalisierten Kosten statt über den Kaufpreis. Steht die Einheit überwiegend schwach belastet — eine Reserveeinspeisung, eine Wechselrichterstation nachts —, gewichten Sie den Leerlaufwert stark. Läuft sie das Jahr über nahe der Bemessungsleistung, dominiert der Lastverlust die Rechnung.
