Wissenswertes zu Trenntransformatoren

Trenntrafos heissen ausgesprochen Trenn-Transformatoren. Trenntransformatoren sind elektronische Bauteile, die galvanische Trennungen zwischen zwei Stromkreisen vornehmen. Dabei kann es sich um Last- oder Steuerstromkreise handeln. Ziel des Einsatzes von Trenntransformatoren ist der Schutz der elektrischen Verbraucher und der Anwender vor Stromschlägen aus der Primärstromquelle. Trenntrafos werden bei Elektroinstallationen und in elektronischen Laboren verwendet.

 

Wie funktionieren Trenntransformatoren?

Trenntrafos haben die Funktion vor Überspannung aus der Primärstromquelle zu schützen. Sie werden aus Sicherheitsgründen vorgeschaltet, wenn elektronische Bauelemente wie beispielsweise Haustürklingeln berührungssicher installiert werden sollen.

Als Transformatoren können Trenntransformatoren die Eingangsspannung aus der Primärstromquelle in eine höhere oder niedrigere Ausgangsspannung wandeln. Im Regelfall aber werden Trenntrafos aus Sicherheitsgründen installiert und ändern die Spannung zwischen Eingang und Ausgang nicht. Beziehungsweise sie wandeln, wenn eine höhere Spannung in eine niedrigere Spannung um.

Transformatoren bestehen grundsätzlich aus zwei voneinander galvanisch getrennten Wicklungen, die auf einen gemeinsamen Eisenkern aufgebracht sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren ist bei Trenntransformatoren nicht nur eine geringe elektrische und mechanische Isolierung zwischen beiden Wicklungen vorhanden. Bei Trenntransformatoren, die den Normvorschriften für den Personenschutz entsprechen, sind beide Wicklungen in getrennten Wickelkammern untergebracht.

Abbildung: Transformator mit zwei getrennten Wicklungen

Die erste der beiden Wicklungen, die sogenannte Eingangswicklung ist bei Trenntransformatoren geerdet. Dadurch sollen Fehlerströme nicht auf die zweite Wicklung übertragen werden können. An der zweiten Wicklung hinter der galvanischen Trennung werden die elektrischen Verbraucher angeschlossen. Die so realisierte Schutztrennung zwischen Eingangs- und Ausgangsstromkreis wird sowohl in der Elektroinstallation als auch in einer Vielzahl von elektrischen und elektronischen Geräten eingesetzt.

Für Sicherheitstransformatoren sind die Anforderungen an die Isolierung der beiden Spulen noch einmal besonders erhöht. Sie liefern ausgangsseitig Kleinspannungen entweder als Sicherheitskleinspannung (SELV) oder als Funktionskleinspannung mit elektrisch sicherer Trennung (PELV). Sicherheitstransformatoren werden auch als Schutztransformatoren bezeichnet.

 

Welche Trenntransformatoren gibt es?

Als Ausführungen für Trenntransformatoren gibt es herkömmliche Trenntransformatoren, Sicherheits-Trenntransformatoren und Steuer-Trenntransformatoren.

 

Trenntransformator

Trenntransformatoren gewährleisten die Schutztrennung zwischen Eingangs- und Ausgangsstromkreis. Sie werden sowohl in der Gebäudeinstallation als auch bei industriellen Anlagen verwendet. Für elektronische Geräte im Niederspannungsbereich sind häufig besonders gesicherte Ausführungen von Trenntransformatoren vorgeschrieben.

Steuertransformator

Steuertrenntransformatoren dienen der Netztrennung bei der Spannungsversorgung in Steuerstromkreisen. Sie begrenzen unter anderem die Kurzschlussleistung.

Sicherheitstransformator

Sicherheitstrenntransformatoren werden für den Personenschutz verwendet. Sie finden sich unter anderem

  • bei Hausinstallationen als kurzschlussfeste Spannungsversorgung für Signalanlagen (Klingeltransformatoren).

  • bei elektrisch betriebenen Spielzeugen mit Schutzkleinspannung (Spielzeugtransformatoren).

  • in Netzteilen zur Spannungsversorgung elektronischer Geräte (Geräte- oder Netztransformator).

  • bei medizinischen Geräten, u.a. solchen, die in menschliche Körper eingeführt werden, um eine niedrige Spannung zu gewährleisten

  • auch als Steuertransformator.

Nach welchen Kriterien werden Trenntrafos ausgewählt?

Die wichtigsten Vorgaben bei der Auswahl von Trenntransformatoren sind die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung.
Die Eingangsspannung wird von der Stromquelle direkt auf die erste Wicklung des Trenntransformators übertragen.
Die Ausgangsspannung wird von der zweiten Wicklung an die elektrischen Verbraucher weitergegeben.

Zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung erfüllt der Trenntransformator seine Hauptfunktion der Schutztrennung durch Erdung des Eingangsstromkreis und die galvanische Isolierung von Eingangs- und Ausgangsstromkreis.
Praxiswissen: Alle Trenntransformatoren arbeiten mit Wechselspannung!
Gängige Eingangsspannungen für Trenntransformatoren sind:

  • Für den Betrieb von Trenntransformatoren am Niederspannungsnetz liegen die üblichen Spannungswerte in Europa bei 220 bis 250 Volt. Die sogenannten Netztransformatoren unter den Trenntransformatoren arbeiten einphasig.
  • Eine weitere Gruppe der Trenntransformatoren ist für Dreiphasenwechselstrom mit 400 Volt Spannung ausgelegt.
  • Trenntransformatoren für andere Eingangsspannungen sind ebenfalls erhältlich. Sie umfassen höhere Volt-Angaben als Sicherheitstoleranzen oder aber die vom Netzbetrieb abweichenden Eingangsspannungen werden durch vorgeschaltete elektronische Bauteile im Eingangsstromkreis erzeugt.

Wichtig bezüglich der Ausgangsspannung hinter dem Trenntransformator:
Die Ausgangsspannung hinter dem Trenntransformator soll die nachfolgenden elektronischen Bauteile vor Überspannung und Überstrom schützen sowie die Unfallgefahr durch Stromschläge vermeiden.
Entsprechend muss die Ausgangsspannung des Transformators so gewählt werden, dass alle elektronischen Komponenten im Ausgangsstromkreis entsprechend ausgelegt sind. Ausserdem sollten angeschlossene elektronische Komponenten und Geräte ausreichend hohe Schutzarten (IP-Codes) aufweisen, um die Risiken eines Stromschlages durch Berührung auszuschliessen.

Abbildung: Trenntrafo dreiphasig, mit drei Eingängen und drei Ausgängen

Weitere Kriterien:

Leistung und Ausgangsstrom
Neben den Vorgaben bezüglich Spannung und Stromstärke darf bei Trenntransformatoren auch die Leistung nicht überschritten werden, damit die Schutztrennung gewährleistet ist. Die elektrische Leistung ist das Produkt der Spannung multipliziert mit der Stromstärke. Sie wird entsprechend in der Einheit VA angegeben, also Volt x Ampere.
Der Ausgangsstrom ist neben der Ausgangsspannung relevant für den Betrieb der elektrischen Verbraucher im Ausgangsstromkreis hinter dem Trenntransformator. Hier gilt es darauf zu achten, dass der Trenntransformator keine grösseren Stromstärken in den Ausgangsstromkreis überträgt als solche, für die alle nachfolgenden elektronischen Komponenten ausgelegt sind.

Anzahl der Eingänge und Ausgänge
Üblicherweise haben Trenntransformatoren einen Eingang und einen Ausgang, wenn sie als Netztransformatoren im Niederspannungsbereich eingesetzt werden sollen. Es gibt aber auch komplexere Modelle, die mehrere Ausgänge aufweisen. Einige dreiphasige Trenntrafos sichern jede Phase einzeln und haben entsprechend drei Eingänge und drei Ausgänge.

 

Sicherheitshinweis: Was gibt es beim Anschluss von Trenntransformatoren zu beachten?

Der Anschluss von Trenntrafos erfolgt über Flachstecker, Schraub- / Federklemmen oder durch Löten.
In jedem Fall ist für die Installation eines Trenntransformators elektronische Fachkenntnis notwendig, denn schliesslich kann ein unsachgemässer Gebrauch eines Trenntransformators schon bei der Installation und später im Betrieb lebensgefährliche Risiken bergen!
Gefahren gehen sowohl vom Trenntrafo selbst aus, wenn dieser nicht berührungssicher installiert wird, als auch von fehlerhaften Anschlüssen, die eine Schutztrennung nicht ausreichend sicherstellen.

 

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