Transformatoren. Betriebsanleitung. Transformatoren für die Heiztechnik

Transformatoren Betriebsanleitung Transformatoren für die Heiztechnik Betriebsanleitung Heiztransformatoren 10.12.2011 Betriebsanleitung Transfor...
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Transformatoren

Betriebsanleitung

Transformatoren für die Heiztechnik

Betriebsanleitung Heiztransformatoren 10.12.2011

Betriebsanleitung Transformatoren für die Heiztechnik Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis 1

Allgemeines

3

2

Sicherheitshinweise

4

2.1

Allgemeine Hinweise ...................................................................................... 4

2.2

Schutz gegen direktes und indirektes Berühren elektrisch leitfähiger Teile .... 5

2.2.1 Schutz gegen direktes Berühren..................................................................... 5 2.2.2 Schutz gegen indirektes Berühren im Fehlerfall ............................................. 5 2.3 3

Schutz vor Einwirkung elektromagnetischer Felder ........................................ 6 Technische Daten

8

3.1

Allgemeines .................................................................................................... 8

3.2

Typenschildangaben ....................................................................................... 8

4

Bestimmungsgemäße Verwendung

10

4.1

Einsatzbereiche für Transformatoren............................................................ 10

4.2

Betrieb von Transformatoren bei anderen Netzfrequenzen .......................... 11

4.3

Anforderungen an Leistungssteuerungen ..................................................... 11

5

Aufbau und Funktion von Transformatoren

13

5.1

Aufbau eines Transformators ....................................................................... 13

5.2

Hilfsstromkreise ............................................................................................ 15

5.2.1 Temperaturüberwachung .............................................................................. 15 5.2.2 Sekundärspannungsabgriff ........................................................................... 16 5.2.3 Strommessspulen ......................................................................................... 16 6

Transport und Lagerung

17

6.1

Transport ...................................................................................................... 17

6.2

Lagerung ...................................................................................................... 19

7

Einbau, elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme

20

7.1

Einbau und elektrische Montage................................................................... 20

7.2

Zulässige Umgebungsbedingungen ............................................................. 22

1

Betriebsanleitung Transformatoren für die Heiztechnik Inhaltsverzeichnis

8

Hinweise zum Betreiben von Transformatoren 8.1

Kühlwasserqualität........................................................................................ 23

8.2

Kühlwassermenge, Differenzdruck des Kühlkreises ..................................... 24

9

10

23

Wartung und Instandhaltung

26

9.1

Primär - und Sekundäranschlüsse ................................................................ 26

9.2

Kühlkreislauf ................................................................................................. 26 Normen und Vorschriften

28

2

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Allgemeines

1 Allgemeines  Die vorliegende Betriebsanleitung „Transformatoren für die Heiztechnik“ enthält neben der technischen Beschreibung des Produkts wichtige Informationen zu Handhabung, Transport, Montage und Installation von EXPERT-Transformatoren und Komponenten, um eine bestmögliche Sicherheit für Mensch und Maschine und eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.  Für das Erzeugnis und dessen bestimmungsgemäßen Gebrauch gelten folgende Richtlinien der Europäischen Union: 2006/95/EG Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen (Niederspannungsrichtlinie) 2004/108/EG Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV- Richtlinie) 98/37/EG Sicherheit von Maschinen (Maschinenrichtlinie)

Darüber hinaus sind die nationalen Vorschriften für die Errichtung und Inbetriebnahme von elektrotechnischen Anlagen und die geltenden Sicherheitsvorschriften zu beachten.  Der Anwender erhält nachfolgend notwendige Sicherheitshinweise (s. Abschnitt 2).  Diese Betriebsanleitung wendet sich an folgende Benutzergruppen: - Mitarbeiter Projektierung und Konstruktion - Montage- und Inbetriebnahmepersonal - Mitarbeiter Wartung und Reparatur - Mitarbeiter Transport und Lagerung

3

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Sicherheitshinweise

2 Sicherheitshinweise 2.1

Allgemeine Hinweise

 Der einwandfreie und sichere Betrieb setzt sachgemäßen Transport, fachgerechte Lagerung, Montage und Installation sowie sorgfältige Bedienung und Instandhaltung voraus.  Die Transformatoren sind zum Einbau in Maschinen und Anlagen in gewerblichen Bereichen vorgesehen. Es sind die spezifischen Sicherheitsvorschriften und bestimmungen für den vorliegenden Anwendungsfall zu beachten.  Der Betrieb des Transformators ist nur mit wirksamer Schutzmaßnahme gegen indirektes Berühren elektrisch leitfähiger Teile im Fehlerfall zulässig. Das gilt auch für kurzzeitigen Betrieb zu Prüf- und Testzwecken.  Vor dem Einschalten des Transformators sind spannungsführende Teile sicher abzudecken, um ein Berühren zu verhindern.  Die Maschine bzw. Anlage muss vor Beginn von Montage- oder Wartungsarbeiten in einen Zustand gebracht werden, der ein gefahrloses Arbeiten erlaubt (z. B. Grundstellung).  Der Maschinen- bzw. Anlagenteil, in dem die Arbeiten ausgeführt werden sollen, ist spannungsfrei zu schalten. Bei Transformatoren können unter bestimmten Voraussetzungen Rückspannungen auftreten. In solchen Fällen ist die Primär- und Sekundärseite freizuschalten. Auf gefahrbringende bewegliche Teile aus angrenzenden Anlagenteilen ist zu achten. Bei derartigen Gefährdungen sind dann die benachbarten Anlagenteile ebenfalls freizuschalten. Achtung: Leistungsbaugruppen auf Halbleiterbasis ( Thyristoren, IGBT etc.) realisieren auch bei abgeschalteter Ansteuerung keine galvanische Trennung des Stromkreises! Es ist in jedem Fall zusätzlich der Hauptschalter zu betätigen!  Schalter, mit denen freigeschaltet worden ist, sind gegen unbeabsichtigtes Wiedereinschalten zu sichern. Betriebsmittel sind mit einem Warnschild z. B. „NICHT EINSCHALTEN! - Reparaturarbeiten -“ mit Angabe des Reparaturzeitraumes und den Namen des verantwortlichen Mitarbeiters zu kennzeichnen. 4

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Sicherheitshinweise

 Die allpolige Spannungsfreiheit ist mit einem geeigneten Mess- bzw. Prüfgerät (z.B. Spannungsprüfer, Spannungsmessgerät ) am Transformator zu kontrollieren.  Benachbarte unter Spannung stehende Teile sind abzudecken.  Maschinen bzw. Anlagen dürfen nur auf die vorgeschriebene Art und Weise betreten werden (z.B. durch Öffnen der Schutztüren).  Die Kühlwasserzufuhr für den Transformator ist zu unterbrechen.

2.2

Schutz gegen direktes und indirektes Berühren elektrisch leitfähiger Teile

2.2.1

Schutz gegen direktes Berühren

EXPERT-Transformatoren für die Heiztechnik entsprechen der Schutzklasse I und werden standardmäßig auf der Niederspannungsseite mit offenen Klemmen in IP 00 ausgeführt. Beim Berühren dieser Teile treten betriebsmäßig Spannungen bis zur Höhe der sekundären Leerlaufspannung des Transformators auf. Nach DIN VDE 0100 Teil 410 sind die Höchstwerte der Berührungsspannungen festgelegt. Dies sind für:  Wechselspannungsanlagen ( 50 - 60Hz ) UL = 25 V  Bei Gleichspannungsanlagen gilt UL = 60 V Gefahr durch unzulässig hohe Berührungsspannung! Ist die Sekundärspannung eines Transformators größer als die zulässige Berührungsspannung (25 Volt AC, 60 Volt DC), sind durch den Anwender geeignete Schutzmaßnahmen gegen direktes Berühren vorzusehen (Abdeckungen, Verkleidungen etc.).

2.2.2

Schutz gegen indirektes Berühren im Fehlerfall

EXPERT-Heiztransformatoren entsprechen gemäß DIN VDE 0551 Teil 1 der Schutzklasse I. 5

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Sicherheitshinweise

Als Schutz vor unzulässig hohen Berührungsspannungen im Fehlerfall (Schutz bei indirektem Berühren) sind in jedem Fall zusätzlich Schutzmaßnahmen gemäß DIN VDE 0100

-

410

anzuwenden

(Verbinden

mit

einem

Schutzleiter,

Fehlerstrom-

Schutzeinrichtung o. ä.). Über den primärseitigen Schutzleiteranschluss sind alle Gehäuseteile des Transformators mit dem Schutzleiter galvanisch verbunden. Beachten Sie dazu in jedem Fall die Angaben auf den Hinweisschildern an den Transformatoren und die Hinweise in den Datenblättern. Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an eine der angegebenen Adressen.

2.3

Schutz vor Einwirkung elektromagnetischer Felder

Bei elektrischen Heizanlagen treten je nach Höhe des Heizstromes physikalisch bedingt mehr oder weniger starke Magnetfelder auf. Die höchsten Magnetfeldkonzentrationen entstehen aufgrund der Stromhöhe hauptsächlich im Bereich der Sekundärleitungen des Transformators. Diesem Umstand ist bei der konstruktiven Auslegung derartiger Anlagen und der Festlegung von Bedienplätzen Rechnung zu tragen. Um eine mögliche Überschreitung der zulässigen Arbeitsplatzkonzentration elektromagnetischer Strahlung zu vermeiden, ist im Bedarfsfall ein messtechnischer Nachweis zu führen. Neben der Ausbildung magnetischer Wechselfelder entstehen beim Betrieb je nach Art und Funktionsweise der Leistungseinstellung ( z.B. Phasenanschnittsteuerung ) zusätzlich geleitete und gestrahlte Störemissionen elektromagnetischer Wellen in einem weiten Frequenzbereich. Hierzu gelten die Festlegungen gemäß EMV-Richtlinie.

6

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Sicherheitshinweise

Gefahr durch Einflüsse elektromagnetischer Felder! Personen mit medizinischen Hilfsaggregaten (wie z.B. Herzschrittmacher etc.) dürfen sich nicht im Bereich der Heizeinrichtung und deren Zuleitungen aufhalten! Es besteht die Gefahr von Funktionsstörungen, die unter Umständen zum Tode oder zu schweren gesundheitlichen Schäden führen kann.

Zusätzliche Hinweise:  Beim Errichten von elektrisch betriebenen Heizanlagen sind die Grenzwerte für die elektromagnetische Strahlung zu beachten.  Falls notwendig sind geeignete Schutzvorrichtungen vorzusehen (z.B. Abschirmung) bzw. die Bedienplätze in entsprechender Entfernung einzurichten.  Im Bereich der Hochstromleitungen sollten keine Medien die Informationen magnetisch speichern (z.B. Ton- und Videobänder, EC-Karten etc.) getragen werden. Dies gilt ebenso für Armbanduhren und andere feinmechanische Produkte.

7

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Technische Daten

3 Technische Daten 3.1

Allgemeines

Die technischen Daten der Heiztransformatoren sind in den jeweiligen Datenblättern enthalten. Sie unterliegen technischen Änderungen im Sinne des technischen Fortschritts. Bei Bedarf ist das aktuelle Datenblatt anzufordern.

3.2

Typenschildangaben

Die Typenschildangaben von EXPERT Heiztransformatoren enthalten die für den Anwender wichtigen Kennwerte.

Abbildung 3-1 Typenschild eines Heiztransformators

Erläuterung der elektrischen Kennwerte: Sn

Nennleistung des Transformators bei X = 100% ED (Dauerleistung)

U1n

Bemessungswert der Nennspannung, Anzahl der Phasen und Angabe der Nennfrequenz

U20

Sekundäre Leerlaufspannung, Anzahl der Spannungsstufen

I2n

Sekundärer Nennstrom bei X = 100% ED, (Dauernennstrom) 8

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Technische Daten

ucc

Prozentuale Kurzschlussspannung des Transformators

coscc

Kurzschlussleistungsfaktor des Transformators

Q

Erforderliche

Kühlwassermenge

in

l/min,

Eingangstemperatur

max. 30 °C

9

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Bestimmungsgemäße Verwendung

4 Bestimmungsgemäße Verwendung Wassergekühlte EXPERT-Transformatoren für Heizzwecke ähneln vom Aufbau her den wassergekühlten Transformatoren für die Widerstandsschweißtechnik. Für die Fertigung und Prüfung von Widerstandsschweißtransformatoren, welche vorwiegend in der Automobilindustrie eingesetzt werden, existieren über viele Jahre entwickelte und bewährte Standards. Der allgemeine Aufbau und die technische Auslegung unserer Heiztransformatoren erfolgt gemäß ISO 5826 und ISO 669. Darüber hinausgehende spezielle typgebundene Standards werden berücksichtigt.

Gefahr durch nicht bestimmungsgemäße Verwendung! Durch nicht bestimmungsgemäße Verwendung können Personen-, Sach- sowie Umweltschäden entstehen! Durch hohe Kurzschlussströme und den damit verbundenen hohen Energien besteht bei Kurzschluss die Gefahr der Materialverdampfung. Setzen Sie die Transformatoren nur für den bestimmungsgemäßen Gebrauch ein!

4.1

Einsatzbereiche für Transformatoren

Die Ausführung der Transformatoren erfolgt in voll vergossener Bauweise (Gießharzfüllung), d.h. die Wicklungen sind optimal gegen Feuchtigkeit, Verschmutzung und die Wirkung dynamischer Stromkräfte geschützt. Die Kapselung der primärseitigen Anschlüsse erfolgt standardmäßig in Schutzart IP 54. Für den Sekundäranschluss gilt die Schutzart IP00 (offene Klemmstellen). Der Transformator darf nicht in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden! Bitte beachten sie die zulässigen Umgebungsbedingungen. Für jede Anwendung ist grundsätzlich zu prüfen, ob der Transformator für den speziellen Einsatz geeignet ist ( s. auch Abschn. 7.2 ).

Gefahr durch nicht vorgesehene Einsatzbereiche! Die Transformatoren dürfen nur in den Bereichen eingesetzt und betrieben werden, die der angegebenen Schutzart (laut Datenblatt) entsprechen. Für den Betrieb in explosiongefährdeten Bereichen dürfen diese Transformatoren nicht verwendet werden!

10

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Bestimmungsgemäße Verwendung

4.2

Betrieb von Transformatoren bei anderen Netzfrequenzen

Allgemein kann gesagt werden, dass sich Transformatoren in der Regel mit geringfügig höherer Betriebsfrequenz betreiben lassen, ohne dass das Betriebsverhalten dadurch negativ beeinflusst wird. Dies trifft auch für Transformatoren mit einer Nennfrequenz von 50 Hz zu, welche bei 60 Hz betrieben werden (Frequenzerhöhung 20 %). Es ergeben sich aufgrund der höheren Frequenz je nach Bauart geringfügig höhere Verluste in den Transformatorwicklungen (ca. 2 - 3 %), welche jedoch bei ausreichender Kühlung gemäß Datenblatt vernachlässigbar sind. Ein Transformator mit einer Nennspannung von 380 V / 50 Hz kann demnach problemlos mit einer Nennspannung von 380 V / 60 Hz betrieben werden. Der Umkehrfall ist jedoch nicht ohne weiteres zulässig! Darüber hinaus ist es technisch möglich, einen 50 Hz-Transformator bei 60 Hz an einer um 20% höheren Netzspannung zu betreiben (480V / 400V = 60Hz / 50Hz = 1,2). Ein Transformator mit einer Nennspannung von 400V / 50Hz ist demnach auch an 480V / 60Hz anschließbar (und umgekehrt). Bei 480 V erhöht sich die Sekundärspannung im Verhältnis 480V / 400V = 1,2. Der Transformator ist dadurch in der Lage eine höhere Heizleistung abzugeben. Bei Rückfragen zu dieser Problematik wenden Sie sich bitte an eine der angegebenen Adressen. 4.3

Anforderungen an Leistungssteuerungen

Wird eine induktive Last (z. B. Transformator mit angeschlossenem Heizkreis) eingeschaltet, treten mehr oder weniger hohe Einschaltstromspitzen in Verbindung mit transienten Gleichstromkomponenten auf. Je nach Art der Leistungseinstellung werden für Heizanlagen meist Phasenanschnittoder Wellenpaketsteuerungen eingesetzt.

11

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Bestimmungsgemäße Verwendung

Es können folgende Empfehlungen für die Auswahl geeigneter Steuerungen gegeben werden:  Die Steuerung muss für die Ansteuerung induktiver Lasten geeignet sein. Der Primärstrom muss über den gesamten Stellbereich nahezu frei von Gleichstromkomponenten sein. Gleichstromkomponenten entstehen hauptsächlich bei Thyristorsteuerungen, wenn die Synchronisierung der Zündimpulse ungenügend genau erfolgt und dadurch die Zündverzögerungszeiten in der positiven und negativen Halbwelle unterschiedlich sind. Gleichstromkomponenten im Primärstrom eines Transformators bewirken eine Gleichstromvormagnetisierung des Eisenkerns. Es genügen relativ kleine Gleichstromanteile von einigen Ampere, um in Abhängigkeit von den Windungsverhältnissen des Transformators eine Kernsättigung zu bewirken. Kernsättigung bedeutet in jedem Fall sehr hohe Kernverluste verbunden mit hoher Kernerwärmung. Im Extremfall führt dieser Umstand zu Isolationsschäden im Transformator und damit zum Ausfall.  Zur Reduzierung der Einschaltstromspitzen und der Minimierung der transienten Gleichstromkomponenten, sollte bei Thyristorsteuerungen beim Einschalten stets die erste Halbwelle der ersten Periode eine fest eingestellte Einschaltverzögerung besitzen, welche größer als der Phasenwinkel sein sollte.

Bei Rückfragen zu diesem Problemkreis wenden Sie sich bitte an den Kundendienst.

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Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Aufbau und Funktion von Transformatoren

5 Aufbau und Funktion von Transformatoren 5.1

Aufbau eines Transformators

EXPERT-Transformatoren für Widerstandsheizungen unterscheiden sich grundsätzlich hinsichtlich der Art der Wasserkühlung in direkt und indirekt gekühlte Transformatoren.  Direkt gekühlte Transformatoren: Die Sekundärwicklung des Transformators wird direkt vom Kühlwasser durchflossen, die galvanisch vom Sekundärkreis getrennte Primärwicklung und der Eisenkern werden indirekt durch Wärmeleitung mit gekühlt. Der Kühlwasseranschluss ist direkt potentialgebunden mit dem Sekundärkreis des Transformators. Zwischen Kühlwasserein – und -auslass besteht eine Spannungsdifferenz in Höhe der Sekundärspannung des Transformators, welche als Berührungsspannung wirksam wird.

Gefahr durch potentialgebundene Kühlwasseranschlüsse! Beim gleichzeitigem Berühren bzw. Überbrücken von Kühlwasserein - und -auslass mit metallischen Gegenständen z. B. Werkzeugen, kann dies zu sehr hohen Kurzschlussströmen führen. Es besteht Verletzungsgefahr infolge Verbrennungen oder durch Metallspritzer.

Aufgrund dieser Besonderheit wird die Bauart standardmäßig nur bei kleinen Sekundärspannungen ( 50 V) angewendet.

 Indirekt gekühlte Transformatoren: Primär – und Sekundärwicklung des Transformators sind sowohl untereinander wie auch vom Kühlkreis galvanisch getrennt. Die Kühlung der Wicklungen erfolgt generell indirekt. Der interne Kühlkreis besteht aus metallischen Rohren und ist in der Regel bereits mit dem Schutzleiteranschluss verbunden. Ist es erforderlich, mehrere Kühlwindungen in einem Transformator unterzubringen, so werden die einzelnen Kühlrohre so verschaltet, dass sich induzierte Spannungen kompensieren. 13

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Aufbau und Funktion von Transformatoren

Zwischen den Kühlwasseranschlussflanschen (Wasserein - und – auslasse) bestehen somit nahezu keine Potentialdifferenzen (  1 V). Bedingt durch den geringen Eigenwiderstand der verwendeten Materialien (Kupfer bzw. Kupferlegierungen) können diese geringen Potentialdifferenzen jedoch bei Erzeugung eines externen Kurzschlusses z.B. durch Werkzeuge oder bei Verwendung metallischer Wasserrohre nennenswerte Ströme hervorrufen!

Externer Wasseranschluss Der Wasseranschluss ist bei direkt und indirekt gekühlten Transformatoren generell durch nichtleitende Schlauch- oder Rohrverbindungen aus Gummi bzw. Kunststoff mit einer Länge von mindestens 0,5 m und einem elektrischen Widerstand von mindestens 1MΩ/m herzustellen. Der spezifische Widerstand der Wassersäule sollte mindestens 20 Ωm betragen (vgl. EN50063 Abschn. 5.1.3.1)

 Mehrstufige Transformatoren: Die Primärwicklung des Transformators kann mit Anzapfungen versehen werden. Durch das Zu- oder Abschalten einzelner Windungen ist damit die Höhe der Sekundärspannung in mehreren Stufen veränderbar. Der Gesamtstellbereich ist im Allgemeinen 1 : 2 und kann in besonderen Fällen auf 1:2 erweitert werden. Aufgrund dieser Besonderheit treten an den nicht beschalteten Anschlussklemmen der Primärwicklung gemäß dem Spartransformatorprinzip höhere Spannungen als die angeschlossene Netzspannung auf. Je nach Stellbereich des Transformators und der gewählten Spannungsstufe können an den nicht beschalteten Klemmen Spannungen bis zum 2-fachen Wert der Netzspannung auftreten!

Gefahr durch Spannungstransformation! Bei mehrstufigen Transformatoren treten an den unbeschalteten Anschlussklemmen auf der Primärseite des Transformators je nach Wicklungsaufbau Spannungen bis zum 2fachen Wert der Netzspannung auf!

14

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Aufbau und Funktion von Transformatoren

5.2

Hilfsstromkreise

EXPERT-Transformatoren können mit Überwachungseinrichtungen wie Temperaturüberwachung, Sekundärspannungsmessleitungen und/oder Strommessspulen ausgestattet werden.

5.2.1

Temperaturüberwachung

Als Temperaturwächter finden Bimetall-Schnappscheiben mit Doppelkontaktunterbrechung Verwendung. Die Kontakte sind als Öffner ausgebildet.

Typische Ausführung: Mechanische Lebensdauer:

10 4 (gemäß VDE Prüfklasse 1)

Bemessungsisolationsspannung:

1,5 kV

Maximale Umgebungstemperatur: + 180 °C

(bei Betrieb)

Nennspannung:

250V AC / 50-60Hz

Nennstrom:

2,5 A

bei cos   1 bzw.

1,6 A

bei cos   0 ,6

Schaltzahl:

10.000 Zyklen

Standardausführung:

2 Öffner für Primärkreis, stromunempfindlich, in Reihe geschaltet; potentialfrei

Die Kontaktausführung ist stromunempfindlich, d.h. die Ansprechtemperatur ist unabhängig von der Strombelastung. Standardmäßig werden pro Transformator zwei Temperaturwächter mit 140°C Ansprechtemperatur an der Primärwicklung befestigt und mit eingegossen. Auf Wunsch werden auch Kaltleitertemperaturfühler, Temperaturmesswiderstände oder Thermoelemente zur Überwachung der Transformatortemperatur eingebaut. Wegen der kompakten Masse der Transformatoren sind betriebsbedingte Temperaturänderungen mit entsprechenden großen Zeitkonstanten behaftet. Das bedeutet, dass der Temperaturausgleich nur sehr langsam vor sich geht. Eingebaute Temperaturwächter signalisie15

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Aufbau und Funktion von Transformatoren

ren daher ausschließlich eine Überlastung der Transformatoren oder einen Mangel an ausreichender Kühlung. Die Temperaturwächter sind nicht in der Lage auf kurzzeitige Überbeanspruchung wie z.B. Überspannung, Stoßlast und dergleichen zu reagieren bzw. auszulösen.

5.2.2

Sekundärspannungsmessleitungen

Über abgesicherte integrierte Messleitungen können auf der Primäranschlussseite des Transformators die jeweils eingestellten Sekundärspannungen abgegriffen werden. Das Signal kann in der Anlagensteuerung entsprechend verarbeitet und beispielsweise zur Leistungsberechnung herangezogen werden. 5.2.3

Strommessspulen

Optional werden die Transformatoren auch mit Strommessspulen ausgestattet. Dabei handelt es sich um eisenlose Toroidstromwandler, welche konzentrisch um den Sekundärleiter angeordnet werden. In diesen Spulen wird eine der Sekundärstromänderung proportionale Spannung induziert. Die standardisierte Messspannung beträgt 150 mV / kA an einem Lastwiderstand von 1k (Eingangswiderstand der Auswerteelektronik). Bei Verwendung von Phasenanschnittsteuerungen muss ein spezieller Integratorbaustein nachgeschaltet werden. Diese Baugruppe ermöglicht die Ansteuerung von Standardanzeigeeinheiten. Der Baustein muss separat bestellt werden. Nähere Informationen dazu erfragen Sie bitte beim Kundendienst. Das Ausgangssignal kann als Strom-Istwert mit geeigneten Reglerbaugruppen zur Stromregelung verwendet werden. Die verwendeten Toroidmessspulen für EXPERT-Transformatoren besitzen eine Grundgenauigkeit von  2,5 % , nach dem Einbau beträgt die Kalibriergenauigkeit für die Standardtypen  3,0% .

Der Anschluss der Hilfsstromkreise erfolgt üblicherweise durch Steck- oder Klemmverbindungen auf der Primärseite des Transformators.

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Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Transport und Lagerung

6 Transport und Lagerung Die Transformatoren werden vor dem Versand einer Endkontrolle unterzogen und ordnungsgemäß verpackt. Nach dem Eintreffen ist der Transformator auf etwaige Transportschäden zu untersuchen. Ein eingetretener Schaden ist dem Transporteur bzw. dem Speditionsunternehmen unverzüglich mitzuteilen. Spätere Reklamationen können nicht mehr berücksichtigt werden.

6.1

Transport

Bedingt durch das hohe Gewicht eines Transformators muss deren Transport mit zulässigen Hilfsmitteln durchgeführt werden. Bei nicht ordnungsgemäßem Transport kann der Transformator kippen oder fallen. Es besteht Verletzungsgefahr.

Gefahr durch unsachgemäßen Transport! Benutzen Sie nur geeignete Transporthilfsmittel! Halten Sie sich nicht unter schwebenden Lasten auf! Es besteht die Gefahr von Verletzungen durch Quetschen, Scheren, Schneiden, Stoßen. Der Transformator selbst kann dabei ebenfalls beschädigt werden.

Allgemeine Schutzmaßnahmen:  Geeignete Transporteinrichtungen verwenden.  Einklemmungen und Quetschungen durch geeignete Vorkehrungen vorbeugen.  Hebeeinrichtungen (zulässige Traglast beachten) und Werkzeuge fachgerecht einsetzen.  geeignete Schutzausstattung (z.B. Sicherheitsschuhe, Schutzhandschuhe) benutzen.  Nicht unter schwebenden Lasten aufhalten.  eventuell auslaufende Kühlflüssigkeit sofort beseitigen (Rutschgefahr).

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Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Transport und Lagerung

Transporthilfsmittel: Aufgrund des relativ hohen Gewichts ist ein sachgemäßer Transport meist nur mit geeigneten Hilfsmitteln wie z.B. Hebezeuge, Krane, Gabelstapler und Transportwagen möglich. Werden für den Transport Hebezeuge verwendet, dürfen die Ringschrauben nur an den dafür vorgesehenen Befestigungslöchern im Transformatorgehäuse befestigt werden. Keinesfalls dürfen die Gewindebohrungen der Primär- bzw. Sekundäranschlüsse zum Anschlagen der Transporthilfsmittel genutzt werden!

Hinweis:

Beachten Sie die Höchstbelastungen für Ringschrauben nach DIN 580!

In DIN 580 sind die zulässigen Höchstbelastungen für Ringschrauben festgelegt. Es gibt zwei grundsätzliche Varianten das Transportgut zu heben. Zum einen mit nur einer Ringschraube (Last 1) und zum anderen mit zwei oder mehreren Ringschrauben (Last 2). Wichtig ist, dass sich die Belastungsangabe immer nur auf eine Ringschraube bezieht.

Abbildung 6-1

Anschlagvarianten für Transformatoren

18

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Transport und Lagerung

Tabelle 6-1 Höchstbelastungswerte für Ringschrauben nach DIN580

6.2

Gewinde

Last 1 in kg

Last 2 in kg

M8 M10 M12 M16

140 230 340 700

95 170 240 500

Lagerung

Werden Transformatoren starken äußeren Magnetfeldern ausgesetzt, wie z. B. bei der Lagerung in der unmittelbaren Nähe von Induktionsöfen, Hubmagneten, etc., können diese Felder in den unbeschalteten Wicklungen des Trafos Spannungen induzieren. Je nach Beschaffenheit und Aufbau des Transformators ist nicht auszuschließen, dass diese induzierten Spannungen unzulässig hohe Werte annehmen können. Eine Lagerung im Einflussbereich großer magnetischer Wechselfelder ist deshalb nicht zulässig. Für die Lagerung von EXPERT-Transformatoren gelten allgemein nachfolgend genannte Bedingungen. Lagerbedingungen: Zulässige Lagerhöhe über N.N.:

keine Beschränkung

Zulässige Umgebungstemperatur:

- 25 bis +60 °C, (entleerter Wasserkreis)

Zulässige relative Luftfeuchte:

20 - 85 % (keine Kondensation)

Stapelhöhe:

max. 2 Transformatoren flach übereinander, ggf. auf überstehende Verschraubungen achten!

Gefahr durch Frostschäden! Bei Lagerung von nichtentleerten Transformatoren unterhalb des Gefrierpunktes können durch die Volumenänderung des Restwassers Risse am Kühlrohr entstehen. Entleeren Sie unbedingt vollständig den gesamten Wasserkreis des Transformators!

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Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Einbau, elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme

7 Einbau, elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme Das Nichtbeachten der nachfolgenden Hinweise kann im Schadensfall zum Ausschluss der Gewährleistung führen.

Anforderungen an das Montagepersonal: Der elektrische Anschluss (Montage) sowie die anschließende Inbetriebnahme darf ausschließlich nur von Elektrofachpersonal ausgeführt werden!

7.1

Einbau und elektrische Montage

Bitte beachten Sie folgende Hinweise: 

Bei der Handhabung und Montage von Transformatoren treten Gefährdungen aufgrund des hohen Gewichts auf. Gefahr durch unsachgemäße Handhabung! Es besteht Gefahr der Körperverletzung durch Quetschen, Scheren, Schneiden, Stoßen!

 Die Einbauorte und Befestigungen müssen auf deren Gewicht ausgelegt werden.  Es sind stets geeignete Montage- und Transporteinrichtungen zu verwenden.  Hebeeinrichtungen und Werkzeuge sind fachgerecht einzusetzen. Die zulässige Traglast ist zu beachten.  Achten Sie darauf, dass die Anschlüsse für die Primär-, Sekundär- und Hilfsstromkreise zugänglich bleiben.  Das Typenschild sollte ohne weiteres einsehbar oder die technische Daten an sichtbarer Stelle wiederholt werden.  Der Kühlwasseranschluss muss fachgerecht ausgeführt werden. Die Kühlwasseranschlussstellen am Transformator können Potentialdifferenzen aufweisen. Um einen Kurzschluss über die Wasseranschlüsse zu vermeiden, dürfen nur nichtleitende Schläuche oder Rohre mit einer Länge von mindestens 0,5 m und einem elektrischen Widerstand von mindestens 1MΩ/m verwendet werden. Der spezifische Widerstand der Wassersäule sollte mindestens 20 Ωm betragen (vgl. EN50063 Abschn. 5.1.3.1) 20

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Einbau, elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme

 Prüfen Sie den Kühlwasseranschluss auf Dichtheit und Funktion.  Das elektrische Anschließen darf nur von einer Elektrofachkraft ausgeführt werden. Erläuterung Begriff „Fachkraft“: Wer auf Grund seiner fachlichen Ausbildung Kenntnisse und Erfahrungen sowie die Kenntnisse der einschlägigen Normen für die ihm übertragenen Arbeiten besitzt, ist eine Fachkraft. Eine bestandene fachliche Berufsausbildung als Facharbeiter, Meister, Techniker oder Dipl.-Ing. gelten als Nachweis für die geforderte fachliche Ausbildung. Eine Fachkraft muss darüber hinaus die für das jeweilige Tätigkeitsgebiet gültigen Normen kennen und über ausreichend Erfahrungen in einem bestimmten Arbeitsbereich verfügen, um übertragene Arbeiten beurteilen und Gefahren erkennen zu können. Ferner ist die Fachkraft ausgebildet, unterwiesen oder berechtigt, Stromkreise und Geräte gemäß den Bestimmungen ein - und auszuschalten, zu erden und zu kennzeichnen. Sie besitzt eine angemessene Ausrüstung und ist in erster Hilfe geschult.

 Die Anschlussflächen der Primär- und Sekundärleiter müssen eben und kontaktblank sein.  Die Anschlussbolzen im Primärraum sind mit einem Drehmomentschlüssel anzuziehen. Es werden Anzugsmomente gem. Tabelle 7-2 empfohlen.  Alle spannungsführenden Teile sind abzudecken und somit gegen direktes Berühren zu sichern.  Bei Schraubverbindungen sind folgende Anzugsmomente einzuhalten und zu kontrollieren:

Tabelle 7-1 Anzugsdrehmomente, allgemein für Transformatorbefestigung (Transformatorgehäuse) in Nm, Schraubenfestigkeit 8.8

Gewinde Anzugsmoment / Nm

M5 5,75

M6 9,9

M8 24

M10 48

M12 83

M16 200

M18 275

M20 390

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Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Einbau, elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme

Tabelle 7-2 Schraubverbindungen für elektrische Anschlüsse bei unterschiedlicher Materialpaarung (Angabe in Nm für Schrauben und Muttern Festigkeit 8.8)

Gewinde

Cu-Flansch / Cu-Schiene

Cu-Flansch/ Cu flexibel

Kontaktstück/ Kabelschuh

M5 M6 M8 M10 M12 M16 M18 M20

5,5 9 23 45 85 160 220 250

5,5 9 23 45 85 160 220 250

5,5 8 20 42 80 150 200 220

Für maximal zulässige Anzugsdrehmomente von Cu-Schraubverbindungen gibt es z. Z. keine Normenregelung. Die in der Tabelle 7-2 aufgeführten Anzugsdrehmomente wurden experimentell ermittelt. Achten Sie darauf, dass keine Überbeanspruchungen an den Cu-Schraubverbindungen auftreten. Zu festes Anziehen kann aufgrund des Fließverhaltens von Kupfer zu Verformungen führen.

7.2

Zulässige Umgebungsbedingungen

Der Transformator erfüllt in Standardausführung die Schutzart IP54 für den Primäranschluss. Für den Sekundäranschluss gilt die Schutzart IP00. Ein Einsatz in explosionsgefährdeten Räumen ist nicht zulässig.

Für den Betrieb gelten folgende Umgebungsbedingungen: Zulässige garantierte Aufstellhöhe: 1000m N.N. Zulässige Umgebungstemperatur: + 5 bis + 50 °C (bei Sondertypen sind abweichende Umgebungstemperaturen möglich, wird im Datenblatt ausgewiesen) Kühlwassertemperatur:

max. 30°C (Vorlauf)

Zulässige relative Luftfeuchte:

30 bis 95 % 22

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Hinweise zum Betreiben von Transformatoren

8 Hinweise zum Betreiben von Transformatoren 8.1

Kühlwasserqualität

Bei unzureichender Kühlwasserqualität kann die Funktion des Transformators erheblich eingeschränkt werden. Der Einsatz einer geschlossenen Umlaufkühlung, in der aufbereitetes Wasser rückgekühlt werden kann, ist in jedem Falle vorteilhaft. Um die geringe spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers nicht zu erhöhen, ist es ratsam bei größeren Anlagen einen Ionenaustauscher in den Kühlkreislauf zu installieren, bzw. für regelmäßigen Austausch des Kühlwassers zu sorgen. Durch Potentialdifferenzen in den Kühlrohren werden Metall-Ionen z.B. Eisen, Kupfer etc. in das Kühlwasser abgegeben. Die Ionen erhöhen die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers. Darüber hinaus können die im Kühlwasser enthaltenen Metall-Ionen im Kühlkreis des Transformators (Kupferrohr) entsprechend ihrer Stellung in der galvanischen Spannungsreihe lokale Korrosionsherde bilden. Da der Sekundärkreis direkt vom Kühlwasser durchflossen wird, sollte es relativ gute Isolationseigenschaften besitzen, um Potentialverschleppungen zu vermeiden (vgl. EN50063, Abschn.5.1.3.1).

Anforderungen an das Kühlwasser:  mechanisch rein, Filterfeinheit ca. 100 Micron  natürliches Wasser, optisch klar, ohne Trübung, kein Bodensatz pH-Wert:

7-8

spez. elektr. Leitfähigkeit:

max. 500µS

Wasserhärte:

max. 6 °DH

Eisen:

< 0.3 mg/l

Mangan:

< 0.05 mg/l

Sulfate:

< 250 mg/l

Chloride:

< 100mg/l

Ammoniak:

darf nicht nachweisbar sein

aggressive Kohlensäure:

darf nicht nachweisbar sein 23

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Hinweise zum Betreiben von Transformatoren

Kühlwassereintrittstemp. :

ca. 18 °C bis max. 30 °C

 Falls dem Kühlwasser zur Vermeidung von Korrosion und Kalkablagerungen entsprechende Inhibitoren zudosiert werden, empfehlen wir vor allem organische Inhibitoren, da diese die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Kühlwassers nur unwesentlich erhöhen.

Gefahr der Überhitzung des Transformators! Bei Verschmutzungen bzw. Ablagerungen in den Kühlrohren kann die Verlustwärme nicht ausreichend an das Kühlwasser abgegeben werden! Es genügen schon relativ geringe Ablagerungen, um die Effektivität der Kühlung zu verschlechtern.

Kondensatbildung (Schwitzwasser)! Die Kühlwassereintrittstemperatur am Transformator sollte ca.18 °C bis max. 30 °C betragen. Ist die Kühlwassereintrittstemperatur wesentlich geringer als die Umgebungstemperatur, besteht die Gefahr der Kondensatbildung!

8.2

Kühlwassermenge, Differenzdruck des Kühlkreises

Wassergekühlte Transformatoren sind so konzipiert, dass nahezu die gesamte in den Wicklungen entstehende Verlustwärme über das Kühlwasser abgeführt werden muss. Die Wärmeabgabe durch Konvektion über das Gehäuse ist vernachlässigbar gering. In Abhängigkeit von der Dauerleistung eines Transformators gelten folgende Richtwerte für die Kühlwasserdurchflussmengen (verbindliche Werte s. Datenblatt):

 Bis 100 kVA

ca. 2 - 4 l/min



ca. 6 - 8 l/min

 100 kVA

 Der Druckabfall im Transformator beträgt ca. 0,5 – 1,0 bar (Druckdifferenz zwischen Wasserein – und Wasserausgang)

24

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Hinweise zum Betreiben von Transformatoren

Im externen Kühlkreis (Schlauchleitungen, Verschraubungen etc.) entstehen zusätzliche Druckverluste. Der Differenzdruck zwischen Vor- und Rücklauf des Kühlkreises ist durch den Anwender so festzulegen, dass die im Datenblatt des Transformators vermerkte Kühlwassermenge erreicht wird. Zur Kontrolle der Kühlwassermenge empfehlen wir den Einbau einer Durchflussmesseinrichtung. Je nach Höhe der Eigenverlustleistung des Transformators ist die Austrittstemperatur des Kühlwassers ca. 10 - 30 K höher als die Eintrittstemperatur.

Wasseranschluss Die Kühlwassereintrittstemperatur am Transformator darf max. 30 °C betragen. Eine Reihenschaltung von Kühlkreisen mehrerer Transformatoren ist nicht zulässig. Der Druck im Kühlsystem darf maximal 8 bar höher als der Außendruck (Atmosphäre) sein.

25

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Wartung und Instandhaltung

9 Wartung und Instandhaltung Eine regelmäßige Wartung erhöht die Zuverlässigkeit der Anlagen. Aufgrund ihrer kompakten und voll vergossenen Bauart sind EXPERT-Transformatoren wartungsarm.

9.1

Primär - und Sekundäranschlüsse

Wir empfehlen Wartungszyklen von ca. 10 - 12 Wochen. Besonders die Beschaffenheit der Anschlussstellen (Korrosion und Festigkeit der Anschlüsse) sowie die Hochstromleitungen selbst sind auf Verschleiß bzw. Beschädigungen zu untersuchen.  Vor Beginn der Arbeiten sind die Sicherheitshinweise gem. Abschnitt 2 zu beachten.  Der Transformator ist frei zu schalten und gegen Wiedereinschalten zu sichern (siehe Abschnitt 2.1).  Bei Beschädigungen der Primär- oder Sekundärleitungen sind diese auszutauschen.  Die Anzugsdrehmomente der Primär- und Sekundäranschlüsse sind zu überprüfen (siehe 7.1).  Die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen gegen indirektes Berühren im Fehlerfall sind mit geeigneten Messgeräten zu kontrollieren (z.B. Beschaffenheit und Funktion der Schutzleiterverbindungen, Funktion FI-Schutzschaltung o. ä.). Die Inbetriebnahme erfolgt unter Beachtung der Abschnitte 2.1 und 7.1.

9.2

Kühlkreislauf

Die Häufigkeit der hier beschriebenen Instandhaltungsmaßnahmen ist abhängig von der Qualität des verwendeten Kühlwassers (s. auch Abschnitt 8.1). Durch Ablagerungen in den Kühlkanälen des Transformators kann die Kühlleistung drastisch reduziert werden. In der Folge kommt es häufig zur thermischen Überlastung des Transformators (z. B. Auslösen der Temperaturüberwachung). Darüber hinaus reduzieren Ablagerungen den hydraulischen Querschnitt in den Kühlkanälen. Als Folge erhöht sich der Druckverlust im Transformator.

26

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Wartung und Instandhaltung

Durchführung der Reinigungsarbeiten des Kühlkreislaufes:  Vor Beginn der Arbeiten sind die Hinweise in Abschnitt 2.1 zu beachten.  Die Kühlwasserzufuhr des Transformators ist zu unterbrechen.  Die Schläuche für den Kühlwasseranschluss des Transformators sind zu entfernen.  Die Kühlkreisläufe des Transformators werden mit geeigneten Lösungsmitteln zum Abbau von Kalk- und Kesselsteinrückständen gespült. Dabei sind die Sicherheitsund Gebrauchsinformationen des Lösungsmittelherstellers zu beachten. Bei starken Ablagerungen kann es notwendig sein, diese Spülvorgänge mehrmals zu wiederholen oder die Einwirkzeit zu verlängern.  Für das Entfernen von Ablagerungen aus den Kühlkreisläufen eignen sich handelsübliche Mittel z. B. auf Basis von Zitronensäure o. ä.

27

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Normen und Vorschriften

10

Normen und Vorschriften

DIN EN 294

Sicherheit von Maschinen. Sicherheitsabstände gegen das Erreichen von Gefahrenstellen mit den oberen Gliedmaßen

DIN EN 418

Sicherheit von Maschinen, Not-Aus-Einrichtung, funktionale Aspekte, Gestaltungsgrundsätze

DIN EN 62135-1

Widerstandsschweißeinrichtungen - Teil 1: Sicherheitsanforderungen für die Konstruktion, Herstellung und Errichtung Deutsche Fassung EN 62135-1:2008

DIN EN 60204-1

Sicherheit von Maschinen–Elektrische Ausrüstung von MaschinenAllgemeine Anforderungen

DIN ISO 669

Kenngrößen für Widerstandsschweißeinrichtungen

DIN EN 50240

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)- Produktnorm für Widerstands - Schweißeinrichtungen

DIN EN ISO 5826 Transformatoren

für

Widerstandsschweißeinrichtungen-

Grundlegende Festlegungen für alle Transformatoren DIN EN ISO 5828 Widerstandsschweißeinrichtungen-Sekundäranschlussleitungen mit Anschlüssen für wassergekühlte Kabelschuhe-Maße und Kennwerte DIN EN ISO 7284 Widerstandsschweißeinrichtungen-Besondere

Festlegungen

für

Transformatoren mit zwei getrennten Sekundärwicklungen für Vielpunktschweißen, wie in der Automobilindustrie üblich DIN EN ISO 8205-1 Wassergekühlte

Sekundär-Anschlußleitungen

für

Widerstands-

schweißen-Teil 1: Maße und Anforderungen für ZweileiterAnschlußleitungen DIN EN ISO 8205-2 Wassergekühlte schweißen-Teil

Sekundär-Anschlußleitungen 2:

Maße

und

für

Anforderungen

Widerstandsfür

Einleiter-

Anschlußleitungen DIN VDE 0100-410 Errichtung von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag 28

Betriebsanleitung Transformatoren für Heiztechnik Normen und Vorschriften

DIN VDE 0100-600 Errichtung von Niederspannungsanlagen – Teil 6: Prüfungen

Notizen:

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