Elektrischer Transformator, insbesondere der Leistungstransformatoren sind so wichtige und leistungsstarke elektrische Geräte, dass sie zu den am stärksten regulierten Geräten gehören. Der Wirkungsgrad dieser Leistungstransformatoren ist Gegenstand zahlreicher Diskussionen und unterliegt strengen Vorschriften. Je nach Region und zuständiger Behörde können die internationalen Normen für den Mindestwirkungsgrad von Leistungstransformatoren variieren. Je nach Projektstandort und Anforderungen haben Sie möglicherweise mit CSA-, IEEE-, ANSI- oder UL-Normen zu tun.
In unserem Artikel geht es speziell um die Norm CSA C802, die den Mindestwirkungsgrad von Leistungstransformatoren regelt. Wir werden das Thema umfassend behandeln, angefangen bei der Frage: Was ist die Norm CSA C802? Welche Regionen oder Länder halten sich an diese Norm? Welche Transformatoren fallen unter diese Norm? Und was regelt diese Norm in der Transformatorenindustrie?.
Was sind die Mindesteffizienzwerte für Leistungstransformatoren gemäß der Norm CSA C802?
Wenn Sie nach einer einzigen Zahl suchen, die Ihnen den Wert des Mindesteffizienzwerts für Leistungstransformatoren angibt, die der Norm CSA C802 entsprechen, dann gibt es keinen einzigen Wert oder Prozentsatz, den wir Ihnen für den Begriff „Leistungstransformator“ nennen können. Dies liegt daran, dass es gemäß der genannten Norm von vielen Faktoren abhängt, zu denen mindestens der Transformatorentyp, die Betriebstemperatur, der Lastprozentsatz und die Größe des Transformators gehören.
Um dies vollständig zu verstehen, müssen wir die Norm CSA C802 kennen, wissen, was unter dem Wirkungsgrad eines Transformators zu verstehen ist, welche Faktoren ihn beeinflussen und wie er für einen bestimmten Transformator ermittelt wird.
Was ist CSA C802?
CSA C802 ist eine Reihe kanadischer Normen, die zur Festlegung der Mindestanforderungen an die Energieeffizienz sowie der verschiedenen Prüfverfahren für unterschiedliche Transformatorentypen, die in Kanada zum Einsatz kommen, konzipiert und entwickelt wurden. Die Normenreihe zielt darauf ab, die Transformatorverluste zu reduzieren und die Effizienz des Stromnetzes zu verbessern, um so Kanadas nationale Energieinfrastruktur und die Energieeinsparungsziele des Landes zu unterstützen.
Warum ist CSA C802 für elektrische Transformatoren wichtig?
Der Grund, warum diese CSA C802 bei der Auswahl von Transformatoren für kanadische Regionen eine wichtige Rolle spielt, liegt darin, dass Transformatoren während ihrer gesamten Lebensdauer im Dauerbetrieb arbeiten. Daher ist eine effiziente Regulierung der elektrischen Energie ein entscheidender Faktor für die Senkung des Stromverbrauchs.
Effizienz bei einem Transformator bedeutet schlichtweg, dass weniger Leerlauf- und Lastverluste im Zusammenhang mit dem Transformator entstehen. Das bedeutet wiederum, dass die mit dem Stromverbrauch verbundenen Betriebskosten sinken und weniger Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit dem Transformator und der Stromverteilung entstehen.
Wenn all dies in einem einzigen Ziel gebündelt wird, wird dies dazu beitragen, die von der Regierung festgelegten Ziele Kanadas in den Bereichen Nachhaltigkeit und Energieeffizienz zu erreichen.
Die CSA C802-Serie
Die CSA-Normenreihe C802 umfasst mehrere Normen, die verschiedene Kategorien von elektrischen Transformatoren abdecken, die in der gesamten kanadischen Strominfrastruktur zum Einsatz kommen. Jede Norm dieser Reihe legt die Mindestwerte für die Energieeffizienz sowie die Prüfverfahren fest, die für jeden spezifischen Typ eines elektrischen Transformators erforderlich sind.
CSA C802.1
CSA C802.1 ist die erste Einzelnorm dieser Reihe und wurde zur Regelung des Wirkungsgrads und der Prüfverfahren für flüssigkeitsgefüllte Verteiltransformatoren konzipiert und entwickelt. Transformatoren werden von Stromversorgungsunternehmen in ganz Kanada sehr häufig für alle Arten und Ebenen von Verteilungsanlagen eingesetzt.
CSA C802.2
CSA C802.2 ist die zweite Einzelnorm dieser Reihe und wurde konzipiert und entwickelt, um den Wirkungsgrad und die Prüfverfahren für Trockenbauweise-Verteiltransformatoren die speziell für den kanadischen Markt konzipiert und entwickelt wurden. Diese Transformatorentypen kommen häufig in Gewerbe-, Industrie- und öffentlichen Gebäuden zum Einsatz.
CSA C802.3
CSA C802.3 ist die dritte Norm und legt die Mindestanforderungen an den Wirkungsgrad sowie die Prüfverfahren für flüssigkeitsgefüllte Leistungstransformatoren fest. Diese Transformatoren sind für groß angelegte Übertragungsvorhaben, Umspannwerksanlagen und große industrielle Stromversorgungssysteme konzipiert und entwickelt worden.
Was ist Transformatoreneffizienz?
Der Wirkungsgrad eines Transformators gibt lediglich an, wie effizient der Transformator die eingehende elektrische Leistung in die benötigte Ausgangsleistung umwandelt, wobei die Energieverluste so gering wie möglich gehalten werden. Er wird als Prozentsatz der Eingangsleistung ausgedrückt, der erfolgreich an die an den Transformator angeschlossene Last abgegeben wird.
Hauptursachen für Transformatorverluste
Im Wesentlichen lassen sich die Verluste bei elektrischen Transformatoren in zwei Hauptkategorien unterteilen: Die eine Kategorie wird als Leerlaufverluste bezeichnet, auch als Kernverluste bekannt, und die andere als Lastverluste.
Bei den Kernverlusten, auch Leerlaufverluste genannt, handelt es sich um elektrische Verluste, die durch den Kern des elektrischen Transformators verursacht werden. Diese Art von Verlusten wird weiter in zwei Kategorien unterteilt: zum einen in Hystereseverluste und zum anderen in Wirbelstromverluste.
Als Lastverluste werden jene Verluste bezeichnet, die in einem elektrischen Transformator auftreten, wenn dieser tatsächlich einen bestimmten, an ihn angeschlossenen Verbraucher mit Strom versorgt. Diese Art von Verlusten wird weiter in zwei Arten unterteilt: Die eine wird als Kupferverluste, die in der Regel mit dem in der Transformatorwicklung verwendeten Material zusammenhängen, sowie die Streuverluste, die durch den Austritt von Magnetfluss entstehen, der in den Bauteilen des elektrischen Transformators einen Strom induziert.
Faktoren, die den Wirkungsgrad von Transformatoren beeinflussen
Es gibt verschiedene konstruktions- und betriebsbezogene Faktoren, die den Wirkungsgrad des elektrischen Transformators und dessen Leistung über seine gesamte Lebensdauer hinweg bestimmen. Einige dieser Faktoren werden im Folgenden erläutert.
- Der Wirkungsgrad eines Transformators hängt von seiner Auslastung ab. Die meisten elektrischen Transformatoren erreichen einen höheren Wirkungsgrad in der Nähe der Laststufen, für die sie ausgelegt sind. In diesem Bereich sind die Leerlauf- und Lastverluste optimal ausbalanciert.
- Die Qualität des Transformatorkernmaterials hat einen erheblichen Einfluss auf den Leerlaufzustand des Transformators. Durch den Einsatz fortschrittlicher Materialien wie kornorientierter Siliziumstahl oder der amorphe Metallkern kann diese Kernverluste verringern, was zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad des Transformators führt.
- Ebenso können das Wicklungsmaterial und die Auslegung der Transformatorwicklungen dazu beitragen, die Lastverluste des elektrischen Transformators zu verringern. Materialien mit höherer Leitfähigkeit, eine optimierte Wicklungsauslegung, die richtige Dimensionierung und eine effiziente Anordnung der Wicklungen tragen allesamt zu einem höheren Wirkungsgrad und einer besseren Leistung des Transformators bei.
- Transformatoren erzeugen im Betrieb viel Abwärme, und ein effizientes Kühlverfahren kann dazu beitragen, die Betriebstemperatur des Transformators zu senken und konstant zu halten. Dies trägt dazu bei, den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit der kritischen Bauteile aufrechtzuerhalten und sorgt somit für eine höhere Zuverlässigkeit im Transformatorbetrieb.
- Der Wirkungsgrad eines Transformators steht in direktem Zusammenhang mit der Betriebstemperatur, bei der der Transformator betrieben wird. Höhere Temperaturen führen zu Faktoren wie einem erhöhten Wicklungswiderstand, was wiederum größere Kupferverluste zur Folge hat und somit den Wirkungsgrad verringert. Die Einhaltung einer angemessenen Betriebstemperatur verbessert zudem die Leistung und die Gesamtlebensdauer des elektrischen Transformators.
CSA C802.1: Mindestwirkungsgrade für flüssigkeitsgefüllte Verteilungstransformatoren
Geltungsbereich der CSA C802.1
Die Norm CSA C802.1 gilt für flüssigkeitsgefüllte Verteiltransformatoren für das kanadische Stromverteilungsnetz und deckt einen breiten Bereich von Transformatorleistungen ab, die üblicherweise von Stromversorgungsunternehmen für die Stromverteilung in Wohngebieten, im Gewerbe und in der Leichtindustrie eingesetzt werden. Diese Norm wurde speziell entwickelt, um die Wirkungsgradanforderungen für die Primärwicklung (Mittelspannung) und die Sekundärwicklung (Niederspannung) festzulegen, wie sie typischerweise in kanadischen Verteilungsnetzen vorkommen.
Diese Norm gilt sowohl für einphasige als auch für dreiphasige, mit Flüssigkeit gefüllte Verteilungstransformatoren, die Folgendes umfassen: pfostenmontierte Transformatoren, Pad-Montierte Transformatoren, und Umspanntransformatoren. Die Norm legt für jeden Typ den Mindestwirkungsgrad fest, der sich nach der Nennspannung und der Isolationsklasse richtet.
Die Norm schließt Autotransformatoren, Schweißtransformatoren, Gleichrichtertransformatoren, Ofentransformatoren, Erdungstransformatoren, Stufenspannungsregler und andere Spezialtransformatoren.
Mindestwirkungsgrade für flüssigkeitsgefüllte Verteilungstransformatoren
Der Mindestwirkungsgrad für den flüssigkeitsgefüllten Verteilungstransformator richtet sich hauptsächlich nach der Spannungsklasse des Transformators. In der Norm CSA C802.1 wird der Wirkungsgrad bei einem Prüflastfaktor von 50% angegeben. Der Wirkungsgrad für die Spannungsklasse unter 34,5 kV ist unten aufgeführt. Für konkrete Werte zu Ihrem spezifischen Transformator wenden Sie sich bitte an den Hersteller.
Einphasiger, flüssigkeitsgefüllter Verteilungstransformator
| Leistung (kVA) | Mindestwirkungsgrad % |
|---|---|
| 10 | 98.30% |
| 15 | 98.50% |
| 25 | 98.70% |
| 37.5 | 98.80% |
| 50 | 98.90% |
| 75 | 99.00% |
| 100 | 99.00% |
| 167 | 99.10% |
| 250 | 99.20% |
| 333 | 99.20% |
| 500 | 99.30% |
| 667 | 99.40% |
| 833 | 99.40% |
Dreiphasiger, flüssigkeitsgefüllter Verteilungstransformator
| Leistung (kVA) | Mindestwirkungsgrad % |
|---|---|
| 15 | 98.1% |
| 30 | 98.4% |
| 45 | 98.6% |
| 75 | 98.7% |
| 112.5 | 98.8% |
| 150 | 98.9% |
| 225 | 98.9% |
| 300 | 99% |
| 500 | 99.1% |
| 750 | 99.2% |
| 1000 | 99.2% |
| 1500 | 99.3% |
| 2000 | 99.4% |
| 2500 | 99.4% |
| 3000 | 99.5% |
CSA C802.2: Mindestwirkungsgrade für Trockentransformatoren
Die CSA C802.2 ist die Einzelnorm 12 zur Bewertung des Wirkungsgrads von Trockentransformatoren. Die Norm umfasst alle Leistungsstufen und Typen von Trockentransformatoren sowohl für einphasige als auch für dreiphasige Ausführungen. Die Norm legt den erforderlichen Mindesteffizienzgrad in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistung des Transformators sowie die Einhaltung spezifischer Normen fest. Dies trägt dazu bei, die Betriebskosten zu senken, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Wärmeentwicklung im Normalbetrieb des Transformators zu verringern.
Die Norm enthält zudem eine sehr konkrete Prüfmethodik, in der das Verfahren zur Messung der Lastverluste – das sogenannte bekannte Verfahren zur Messung der Lastverluste – erwähnt wird und auch die Vorgehensweise für die Temperaturkorrektur beschrieben wird.
Mindestwirkungsgrad für einphasige Trockentransformatoren
Für Transformatoren der Spannungsklasse unter 1,2 kV gilt folgender Mindestertrag in Abhängigkeit von der jeweiligen Transformatorleistung.
| Leistung (kVA) | Mindestwirkungsgrad % |
|---|---|
| 15 | 97.70% |
| 25 | 98.00% |
| 37.5 | 98.20% |
| 50 | 98.30% |
| 75 | 98.50% |
| 100 | 98.60% |
| 167 | 98.70% |
Mindestwirkungsgrad für dreiphasige Trockentransformatoren
Für Transformatoren der Spannungsklasse unter 1,2 kV gilt folgender Mindestertrag in Abhängigkeit von der jeweiligen Transformatorleistung.
| Leistung (kVA) | Mindestwirkungsgrad % |
|---|---|
| 15 | 97% |
| 30 | 97.5% |
| 45 | 97.7% |
| 75 | 98% |
| 112.5 | 98.2% |
| 150 | 98.3% |
| 300 | 98.5% |
| 500 | 98.7% |
CSA C802.3: Mindestwirkungsgrade für Leistungstransformatoren
Die Norm CSA C802.3 ist eine spezifische Norm für flüssigkeitsgefüllte Leistungstransformatoren und legt den Mindestwert für den elektrischen Wirkungsgrad fest, den ein Leistungstransformator aufweisen muss, um dieser Norm zu entsprechen. Die Norm enthält außerdem Anleitungen zur Prüfung von Transformatoren zur Bewertung ihres Wirkungsgrads.
Die Norm CSA C802.3 gilt nur für einen bestimmten Bereich von Leistungstransformatoren, und der Wirkungsgrad kann nur für Leistungstransformatoren ermittelt werden, deren Nennleistung zwischen 501 kVA und 10.000 kVA liegt und die mit einer Frequenz von 60 Hz betrieben werden. Dies liegt daran, dass dies den Anforderungen des kanadischen Marktes an einen Leistungstransformator entspricht.
In CSA C802.3 wird daher der Wirkungsgrad von flüssigkeitsgefüllten Leistungstransformatoren, die bei 50% ihrer Nennleistung in kVA betrieben werden, auf der Grundlage ihrer Nennleistung in kVA wie folgt angegeben.
| Transformatorleistung (kVA) [1] | Mindestwirkungsgrad % (≤ 34,5 kV, Hochspannungsklasse) | Min. Wirkungsgrad % (Hochspannungsklasse 34,5 kV bis 72,5 kV) | Typischer Zielimpedanzbereich |
|---|---|---|---|
| 501 | 99.05% | k. A. (unterhalb der Unterklasse) | 4.0% – 7.5% |
| 750 | 99.15% | k. A. (unterhalb der Unterklasse) | 4.0% – 7.5% |
| 1,500 | 99.26% | k. A. (unterhalb der Unterklasse) | 5.0% – 7.5% |
| 2,000 | 99.31% | k. A. (unterhalb der Unterklasse) | 5.0% – 7.5% |
| 3,000 | 99.37% | k. A. (unterhalb der Unterklasse) | 5.0% – 7.5% |
| 3,750 | 99.40% | 99.34% | 5.5% – 8.0% |
| 5,000 | 99.45% | 99.40% | 5.5% – 8.0% |
| 7,500 | 99.52% | 99.47% | 5.5% – 8.0% |
| 10,000 | 99.59% | 99.54% | 5.5% – 8.0% |
Vorteile von Transformatoren, die der Norm CSA C802 entsprechen
- Transformatoren, die den CSA C802-Normen entsprechen, weisen im Vergleich zu solchen, die diese Normen nicht erfüllen, deutlich geringere Energieverluste auf, da bei dieser Norm der Wirkungsgrad unter Berücksichtigung der bei Transformatoren auftretenden Verluste geprüft wird.
- Geringe Verluste bedeuten geringere Betriebskosten bei einer gegebenen elektrischen Last, was sich direkt in niedrigeren Energiekosten für die Endverbraucher niederschlägt.
- Die Herstellung gemäß CSA C802 bedeutet zudem, dass der Transformator eine wesentlich höhere Betriebssicherheit bietet als andere Transformatoren, die diese Norm nicht erfüllen.
- Transformatoren, die dieser Norm entsprechen, weisen im Vergleich zu Transformatoren, die den internationalen Normen entsprechen, eine deutlich längere Lebensdauer auf.
- Diese Transformatoren schneiden zudem in puncto Umweltschutz deutlich besser ab und bieten eine wesentlich höhere Kapitalrendite.
Häufig gestellte Fragen
1. Worin besteht der Unterschied zwischen CSA C802.1, CSA C802.2 und CSA C802.3?
Die Norm CSA C802 legt den Mindesteffizienzgrad fest, den ein elektrischer Transformator aufweisen muss. Die Norm CSA C802.1 gilt für flüssigkeitsgefüllte Verteiltransformatoren, die Norm CSA C802..2 für Trockentransformatoren und die Norm CSA C802.3 für Leistungstransformatoren.
2. CSA C802 im Vergleich zu den DOE-Effizienzanforderungen: Worin besteht der Unterschied?
Beide sind international anerkannte Normen zum Wirkungsgrad elektrischer Transformatoren. Die Norm CSA C802 wurde von der Canadian Standard Association entwickelt und gilt in ganz Kanada, während die DOE-Norm von den Vereinigten Staaten von Amerika entwickelt wurde und in allen Bundesstaaten der USA strikt eingehalten wird.
3. Müssen Transformatoren, die auf dem kanadischen Markt verwendet werden, der Norm CSA C802 entsprechen?
Ja, Transformatoren, die auf dem kanadischen Markt verwendet werden, müssen der Norm CSA C802 entsprechen, um die von der kanadischen Regierung festgelegten gesetzlichen Vorschriften einzuhalten.
4. Wie kann ich feststellen, ob mein Transformator der Norm CSA C802.2 entspricht?
Am einfachsten ist es, wenn Sie das Typenschild überprüfen und Unterlagen vorlegen, aus denen die genaue Einhaltung der Normen hervorgeht. Sie können vom Transformatorhersteller auch Prüfberichte anfordern, wie zum Beispiel die Werksabnahmeprotokoll.
Fazit
CSA C802 ist eine kanadische Norm, die Mindestwirkungsgrade für verschiedene Transformatorentypen festlegt. Der Mindestwirkungsgrad gemäß CSA C802.3 für flüssigkeitsgefüllte Leistungstransformatoren richtet sich nach der aktuellen Last, der Nennspannung und der Nennleistung des Transformators. Bei Daelim bieten wir Leistungstransformatoren an, die der Norm CSA C802.3 entsprechen, sowie flüssigkeitsgefüllte und Trockentransformatoren für die Verteilung, die jeweils den Normen CSA C802.1 und CSA C802.2 entsprechen. Für Anfragen und Angebote zu Transformatoren, die der Norm CSA C802 entsprechen, Kontaktieren Sie Daelim Transformers.
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