Trenntransformatoren, Einschaltstrom

Beim Bau eines Trenn-Stelltrafos mit einer Leistung von etwa 1,5 kVA tauchte wieder das alte Problem auf, der Einschaltrush.

Viele kennen das: beim Einschalten des obligatorischen Trenntrafos (bei Leistungen ab 1 kVA) löst manchmal der Sicherungsautomat der Hausinstallation aus, auch oder gerade im Leerlauf. Deswegen sind Transformatoren üblicherweise auch mit dem doppelten Nennstrom abzusichern.

Ich habe manchmal die Meinung gehört, dass das im ungünstigsten Einschaltaugenblick passiert, wenn nur der ohmsche Widerstand der Wicklung wirksam ist.

Diese Begründung ist aber falsch, denn das würde bei größeren Transformatoren kurzschlussähnliche Ströme bedeuten.

Der Transformator im Leerlauf entspricht ziemlich genau einer idealen Induktivität, wenn man den ohmschen Widerstand und die Streuverluste vernachlässigt. Getreu dem bekannten Merksatz  "Bei Induktivitäten die Ströme sich verspäten", eilt der Strom also der Spannung um 90 Grad nach. Der ungünstigste Einschaltaugenblick ist somit nicht der Scheitelpunkt der Netzspannung, sondern der Nulldurchgang, da hier der Strom und somit der magnetische Fluss seinen Höchstwert haben müsste. Da der Strom und damit auch der magnetische Fluss aber noch Null ist, wird ein Ausgleichsvorgang stattfinden. Mathematisch kann man nachweisen, dass der erforderliche magnetische Fluss maximal das Doppelte des stationären Flusses beträgt. Aus der Magnetisierungskurve kann der dazugehörige Magnetisierungsstrom ermittelt werden. Es ergibt sich, dass dieser Magnetisierungsstrom ein Vielfaches des normalen Magnetisierungsstromes beträgt, da der Normalwert schon fast bis an die Sättigung des Eisens geht. Wenn der Eisenkern noch eine Restremanenz  besitzt, die sich dem erforderlichen Fluss addiert, kann der Strom noch größer werden. Bei ungünstigen Bedingungen kann so der Magnetisierungsstrom  das 60 bis 80-fache  des normalen Wertes erreichen. Dieser Ausgleichsvorgang, der nach einer e-Funktion verläuft,  ist nach einigen Halbperioden abgeklungen.

Für moderne Steuertransformatoren wird in der Literatur das 20 bis 40 fache des Bemessungstromes als möglicher Einschaltrush angegeben.

Es gilt also eine Möglichkeit zu finden, die diesen Einschaltstromstoß dämpft und danach unwirksam ist. (Man möchte ja nicht immer zum Sicherungskasten der Hausinstallation laufen.)

Meine Lösung sieht so aus:

Die Einschaltverzögerung des konventionellen Relais bzw. Hilfsschützes beträgt etwa 10 ms. In dieser Zeit ist der Vorwiderstand von etwa 22 Ohm wirksam. Danach wird er kurzgeschlossen. Dies reicht vollkommen aus, um den Einschaltrush zu dämpfen. Der Widerstand kann vermutlich noch bis auf 10 Ohm verkleinert werden. Der Ausgleichsvorgang wird durch den Widerstand zwar geringfügig verlängert (Vergrößerung der Zeitkonstante), aber da diese Vorgänge sich im Millisekundenbereich abspielen, ist das ohne Bedeutung. Zusätzlich bewirkt dieser Widerstand noch eine, wenn auch geringe, Verlängerung der Einschaltzeit des Relais.

Die ausgeführte Schaltung zeigt das folgende Bild:

 

 

Der Widerstand wurde hier aus 3 Widerständen a 8,2 Ohm zusammengesetzt, weil das die Bastelkiste gerade hergab und sich so eine stabile freitragende Montage und Verdrahtung ergab. Die Belastbarkeit kann natürlich kleiner sein, da der Widerstand ja nur für 10 ms Strom führt. Im 230V-Netzspannungsbereich bin ich aber für solide stabile Verhältnisse, sowohl mechanisch als auch elektrisch.

Genaue Messungen konnte ich mangels eines triggerbaren Speicheroszilloskops nicht machen, aber bei zig Einschaltversuchen löste nie der vorgeschaltete Sicherungsautomat aus. Auch das früher an der Werkstattbeleuchtung beobachtete kurzzeitige Einbrechen der Netzspannung tritt nicht mehr auf.

Hans-Dieter Haase

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Hallo Herr Haase,
genau dieses Verfahren wende ich seit Jahren an. Es hat immer funktioniert, auch bei Leistungen bis 10KW erprobt.
Zu ergänzen wäre vielleicht noch, daß man bei großen Leistungen mit dem Schütz auch den Ausgang abschalten soll. ( Zweiter Kontakt, oder zweiter Schütz mit den Spulen parallel, wenn man Bedenken wg. der Luft u. Kriechstrecken zwischen primär und sekundär hat.

Wenn man das nicht macht und am Ausgang hängt eine große Last, schaltet sonst der Schütz vielleicht nicht und der Widerstand wird überlastet.

Gruß

Georg Beckmann

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Grundig hat z.B. bei seinem Regeltrenntrafo RT 5 A einen Netzschalter mit zusätzlichem Verzögerungskontakt verwendet. Verzögerungszeit bis zu 1,2 Sekunden. 

MfG. WB

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Das wird oft gemacht, z.B. bei Schaltnetzteilen. Dort kommt auch der entscheidende Nachteil nicht so zum tragen. Schaltet man kurz aus und wieder ein ist der NTC noch heiss und der Schutz fehlt.
Beim Schaltnetzteil gilt das Argument vielleicht nicht so, denn wenn man kurz ausschaltet, sind die Kondensatoren am Eingang ja noch nicht ganz entladen und der Stromstoss fällt nicht so krass aus.

Gruss
Georg Beckmann

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Post 3 hat mich stutzig gemacht, da ich meinen Grundig RT5A immer
mit Vorwiderstand einschalten muss. Beim Öffnen des Gehäuses zeigt
sich, dass ein normaler 1-pol. Netzschalter verwendet wurde, also keiner mit
Verzögerungskontakt.

Typenschild:

Grundig RT5A
9.06066-1506
F.-Nr. 9672

Das Baujahr könnte 1976 sein. Es wäre interessant zu wissen ob das
Gerät bei Herrn Bauer aus einer späteren Zeit stammt und aufgrund
von Kundenklagen verbessert wurde.

Gruß F.H.

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Mein Typenschild ist:

Typ: RT5A
9.06066-1809
F.Nr. 13071

Das Gerät ist angelegt unter:
http://www.radiomuseum.org/dsp_modell.cfm?model_id=81828

Da sieht man auch den Netzschalter auf der Innenseite.
Legen Sie Ihren Trafo doch auch bitte im RM an.

MfG. WB

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Hallo Herr Goeritz,

die hier diskutierte Möglichkeit der Einschaltstrombegrenzung eines Transformators ersetzt keine Vorschaltlampe, die ja einen Kurzschluss bzw. zu hohen Strom im angeschlossenen Verbraucher begrenzen soll. Die Vorschaltlampe ist also eine Maßnahme zum Schutz des angeschlossenen evtl. defekten Gerätes und wird deswegen auch auf der Sekundärseite des Trenntrafos eingeschaltet.
Nach der Vorprüfung mit Vorschaltlampe muss diese ohnehin wieder entfernt werden, da ansonsten das angeschlossene Gerät nicht seine Nennspannung erhalten würde.
Der Kaltwiderstand einer 100W-Lampe mit etwa 40 Ohm begrenzt zwar kräftig einen Einschaltrush des Trafos, wenn auf der Primärsiete angeordnet, aber die Glühlampe verhält sich wie ein Kaltleiter. Bei Stromfluss erhöht sich der Widerstand. Zum Begrenzen des Einschaltrushs ist aber ein Heißleiter erforderlich (siehe Beitrag von Herrn Boeder).
Die Vorschaltlampe ist auch bei mir (zusätzlich zur Einschaltverzögerung des Trafos) bei unbekannten Geräten obligatorisch, wobei die Spannung langsam von Null unter Beobachtung der Stromaufnahme hochgefahren wird.

Gruß Hans-Dieter Haase

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  Hallo Freunde von Trenntrafos und geschädigte Benutzer.

Angeregt durch H. Harder muss ich jetzt doch auch was dazu sagen.  Der RT5A wie ihn H. Harder hat, stammt aus der Zeit 1973/ oder 72 Der von H. Bauer von 1978/ oder 77

Zur Frage des H. Harder. 
Natuerlich war das Einschaltverhalten  des "ur" RT5 und 5A  eine Katastrophe! Der alte RT5A hat noch eine Primärsicherung von 6,3 Amp träge und dito sekundär.  Der neue wie H. Bauer in hat aber eine von 10Amp träge und sekundär eine mit 4 Amp. Flink !!! Die 10 Amp war wegen des Einschaltstromes nötig. Mit dem "alten" der mit 2x 6,3A. träge, gab es aber schon Ausfälle, weil mit abgeregelter sekundär -Spannung  weder die eine noch die andere Sicherung ansprach. (siehe Technische Infornation GRUNDIG Nr.2 von 1973 Seite 147)
Mit der nötigen 10A wäre das überhaupt  nicht mehr tragbar gewesen. Daher jetzt sekundär 4 Amp "flink".  sieh

Jetzt doch auch etwas zu der Lösung die H. Haase gemacht hat:

Bei mir im Labor, gab es 7 Messplätze.  Dazu kam der Abschirmraum (Messkäfig Faraday) mit 2 Trafos macht 9 Stck. RT5A, die  Mehrzahl mit dem Schalter wie H. Bauer in beschreibt!   Von der Berufsgenossenschaft (Haftpflicht der Arbeitgeber)  war und ist es Vorschrift: das Arbeitsobjekt,  also das eigentliche Arbeitsfeld, muss immer über einen Trenntrafo gespeist werden! An der Eingangstüre gab es den Zentralschalter "EIN" und "AUS" und den grossen, roten "NOTAÙS".
 Die Techniker waren nicht dazu in der Lage, nach Feierabend ihren RT5A auszuschalten.  Der erste der morgens  ins Labor kam,  schaltet zentral "Ein" und ? 
Richtig, alle Automaten sind wieder "aus" !  Jetzt, alle oder viele der RT5A aus und nachher wieder, einschalten.
Mit dieser Prozedur wurden aber auch alle hochwertigen Messmittel einem unnötigen Doppelstart ausgesetzt.   Die Fa. GRUNDIG hat danach die Automaten gegen Schraubsicherungen tauschen lassen, aber wie H. Haase vollkommen richtig sagt: je, nachdem zu welchem Zeitpunkt, im Millisekundenbereich, der Mensch eingeschaltet hat, flogen wieder nicht mehr so oft, aber doch wieder die Sicherungen.

 Nach einiger  Zeit, hat meine Arbeitsgruppe,  die wegen der Hifi Geräte die dort entwickelt wurden mit RT5 wegen der Sinusform der Netzspannung so dicke Brummer nutzen musste, (Die Leser aus dem  FS - Bereich kennen sicher die Angabe der Industrie: Erst ohne TT, die Spannung am Lade - C messen, oder die vom Schaltbild nehmen  und dann mit TT diese Ladespannung einstellen egal was das Voltmeter im TT zeigt! Bei Hifi Amps wäre man den ganzen Tag damit beschäftigt gewesen bei P nenn, oder bei 50 mWatt die Spannung einzustellen. Daher die dicken RT5A's ) 

 hat dann die Lust an der ganzen Sache verloren und eine Gegenaktion gestartet.
Wir,  haben dann exakt das was Herr Haase gemacht hat mit Relais und Elektronik  mit Wiederholsperre, in unsere RT5A eingebaut, und ? Ruhe war!

Soweit ich weiss, aber im Moment nicht sicher, hat dann GRUNDIG - Electronic ( eine eigene Firma) das entweder eingebaut oder als Nachrüstsatz verkauft! Bitte sehen Sie mir nach, dass ich mich dabei so sehr hervortun musste aber der Vorschlag von  H. Hasse geht oder ginge sonst in vielen "Lösungen"  klaglos unter.  Ich betone auch aus Erfahrung hier im Forum, dass ich damit niemanden zu nahe kommen wollte. Von mir aus, kann  jeder das  machen,  was er will oder glaubt machen zu müssen. 
Aber H. Harder wollte ich antworten und H. Haase konnte ich nicht weglassen!

Gruesse an Alle.

Hans M. Knoll

 

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Hallo Herr Fischer,

das war gerade das, was die Bastelkiste hergab, also Bezugsquellenangabe problematisch.
Das Relais ist von der Firma EDS, mir völlig unbekannt. Es ist für Hutschienenmontage (z.B. in Verteilerkästen) ausgelegt und hat 230 V AC Spulenspannung und zwei Schließer. Die Größe entspricht der eines handelsüblichen Sicherungsautomaten. Wichtig ist, dass die Kontakte den Betriebsstrom sicher schalten und führen können und dass die Trennung nach VDE erfüllt wird, wenn Primär- und Sekundärkreis geschaltet wird. Klassische Hilfsschütze sind ebenfalls geeignet, aber meist in der Bauform größer.

Die Schaltung habe ich mittlerweile nach dem Vorschlag von Herrn Beckmann modifiziert. Der zweite Schließer schaltet den Sekundärstromkreis. Den Widerstand habe ich auf 16 Ohm reduziert (2 x 8,2 Ohm in Reihe).

Bei Neubau von Geräten ist die Platzfrage meist nicht das Problem, aber ich kenne den RT5 nicht und kann nicht beurteilen, ob das dort hineinpasst. Vielleicht ist bei Platzproblemen der Heißleiter ja eine gute Alternative (bei allen unbegründeten ? Bedenken, die ein alter Energietechniker bei solchen Sachen im Laststromkreis hat). Auf die Problematik ist ja Herr Beckmann schon eingegangen.

Gruß Hans-Dieter Haase

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Sinngemaess treffen obige Ausfuehrungen sicherlich auch auf meinen

GRUNDIG Regel - Trenn Transformator
RT-3
Ausgangs-Spannung 300VA, max. 3A
Fabr. Nr. 5929

zu. Der Trafo ist umschaltbar 110 V und 220 V, beides mit je 4 Amp abgesichert.

Weiss jemand ob beim RT-3 Abweichungen  -  z.B. zum RT5A  -  zu beachten sind?

Gruss, Alfred Zeeb  

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Hallo Herr Zeeb,

nachdem der RT3 (und RT4) nur 300VA statt der 800 VA des RT5 A hat, ist das zwar nicht notwendig, aber es schadet auch nichts, das einzubauen.
Das haengt von der "Schnelligkeit" des Sicherungs -Automaten und von der Stecke ab (Leitungswiderstand), die zwischen RT3 und dem Sich. -Automat liegt.

Bei mir hier, laeuft seit 30 Jahren ein RT3, der oft 10 bis 20mal amTag ans Netz gelegt wird, ohne dass etwas passiert.  Das Licht zuckt gelegentlich, das ist alles!

Mit besonderem Gruss nach CDN, Ihr Hans M.Knoll

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Danke Herr Knoll für die hilfreichen Infos und den erfrischenden Bericht aus dem Laboralltag!
Ich habe inzwischen einen gerade verfügbaren NTC Widerstand ausprobiert, wie von Hr. Boeder in post 5 erwähnt. Ich kann berichten, daß der Typ S237 / 2,2 Ohm (15 mm Durchm.) nicht ausreicht. Gemäß den anderen Schaltvorschlägen hier sind doch ca. 10...15 Ohm erforderlich. Bei dem genannten NTC Typ und diesen Widerstandswerten sind damit laut Datenblatt nur noch max. 3,7A bzw. 3A erlaubt. Der getestete 2,2 Ohm Typ wird bei mäßiger Belastung gut warm, was ja zur Funktion (= niedrigerer Widerstand) erforderlich ist, aber die max. Verlustleistung von 3,1 W wird überschritten.
Es wäre also in jedem Fall eine kräftigere Bauform dieser Leistungs-NTC's erforderlich.

Fazit: Die Relais-Lösung bleibt der Favorit, wenn auch nicht so elegant wie der NTC !

Die Bilder meines RT5A Modells habe ich hochgeladen.

Gruß F.H.

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Ein Gast hat mich gebeten in diese Diskussion zu schauen, weil das eigentliche Problem des trafos gar nciht behandelt wurde. Remanenz ist das "magnetische Gedächtnis" des Trafoeisens. Einfach gesagt: "Der Trafo merkt sich den Zustand der Netzhalbwelle beim Aussachalten". Der Trafo kann also seinen induktiven Widerstand je nach Remanenz und Einschalt-Halbwellenzustand fast ganz verlieren.

Er hat mir gute Texte darüber und über Lösungen und deren Vor- und Nachteile angeboten. Ich habe ihn gebeten Mitglied zu werden, was er angenommen hat. Damit inzwischen aber schon ein wichtiger Text vorhanden ist, lege ich ihn provisorisch für ihn hier an. Anlagen:

• begr-oder-vermeiden-TSRAPPB3-1 (89 KB)

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