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Trenntransformator
Als Trenntransformator wird im engeren Sinne ein Transformator bezeichnet, der die Netzspannung im Verhältnis 1 : 1 auf eine Sekundärwicklung überträgt, …
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Definition und Funktionsprinzip
Ein Trenntransformator überträgt die Netzspannung im engeren Sinne im Verhältnis 1:1 auf eine Sekundärwicklung. Diese Sekundärwicklung ist durch Schutztrennung, also galvanische Trennung, von der Netzspannung führenden und auf Erdpotential bezogenen Primärwicklung getrennt. Die Trennung wird durch eine verstärkte oder doppelte Isolierung erreicht.
Dadurch entsteht auf der Sekundärseite eine nicht mit der Erde verbundene Ausgangsspannung. Die Potentialdifferenz zwischen Sekundärseite und Erde kann jeden beliebigen Wert bis zur Isolationsfestigkeit annehmen, die in der Regel 4 kV beträgt. Berührt eine Person nur einen Leiter der Sekundärseite, kann deshalb kein Strom durch den Körper gegen Erde abfließen. Die Schutzwirkung gilt jedoch nur, solange keine betriebliche elektrische Verbindung der Sekundärseite mit Erdpotential, dem Schutzleiter oder Leitern der Primärseite besteht.
Bauformen und Abgrenzung
Es gibt einphasige Trenntransformatoren, die in Europa üblicherweise für 230 V ausgelegt sind, sowie Trenntransformatoren für Dreiphasenwechselstrom mit den in Europa üblichen 400 V. Ein Beispiel ist ein Trenntransformator für 230 V mit einer Scheinleistung von 100 VA.
Allgemein besitzt jeder Transformator mit getrennten Wicklungen eine galvanische Trennung zwischen Primär- und Sekundärwicklung. Bei gewöhnlichen Transformatoren liegen die Wicklungen jedoch häufig platzsparend übereinander. Die dazwischenliegende Isolierung hat zwar eine ausreichende elektrische, meist aber nur geringe mechanische Festigkeit und gilt deshalb nicht als ausreichend sicher für den Personenschutz. Bei normgerechten Trenntransformatoren befinden sich Primär- und Sekundärwicklung dagegen in getrennten Wickelkammern am magnetischen Kern. Der Transformatorkern selbst kann geerdet sein.
Ein Trenntransformator ist nicht mit einem Trennübertrager gleichzusetzen. Trenntransformatoren sind für eine optimale Leistungsübertragung bei einer bestimmten Frequenz gebaut, meist bei der Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz. Übertrager dienen dagegen meist der breitbandigen Signalübertragung und werden auf hohe Linearität ausgelegt. Dabei kommen häufig Bifilar- oder Trifilar-Wicklungen zum Einsatz. Für Niederfrequenzsignale werden Trennübertrager verwendet, um durch galvanische Trennung Erdschleifen und dadurch verursachte Brummstörungen zu vermeiden und bei Bedarf auch eine Netztrennung herzustellen. In der Nachrichtentechnik werden solche Bauteile ebenfalls Übertrager genannt.
Anwendungen
Trenntransformatoren werden häufig in Werkstätten und Laboratorien eingesetzt. Sie ermöglichen Reparaturarbeiten und Experimente sowie den Betrieb von Allstromgeräten mit verringerter Gefahr eines Stromschlags, insbesondere bei Arbeiten an netzspannungsgespeisten Geräten oder Ausrüstungen.
Eine besondere Bauform ist der Trennstelltransformator. Er ist als Ringkerntransformator ausgeführt und besitzt einen verstellbaren Schleifer. Damit kann eine beliebige Ausgangswechselspannung von typisch 0–300 V entnommen werden. Neben der galvanischen Trennung lassen sich so Unter- und Überspannungssituationen für eine zu untersuchende Baugruppe vorgeben. Im Gegensatz zu einem Netzsimulator können Kurvenform und Frequenz jedoch nicht beeinflusst werden.
Weitere Einsatzgebiete sind die Medizintechnik und der erdfreie Betrieb von Messgeräten. Das ist besonders wichtig, wenn deren Eingänge oder Ausgänge auf das Potential des Gehäuses oder des Schutzleiters bezogen sind.
Grenzen und wichtige Sicherheitshinweise
Die Schutztrennung verhindert nicht jede elektrische Gefahr:
- Wer beide Ausgangspole der Sekundärseite gleichzeitig berührt, ist nicht geschützt und erhält den maximal möglichen Stromschlag.
- Gegen Hochspannung oberhalb der Isolationsfestigkeit, zum Beispiel gegen die Bildröhren-Anodenspannung, bietet der Trenntransformator keinen Schutz.
- Ist die Spannung so hoch, dass ein Überschlag auf den anderen Anschluss der Sekundärseite möglich ist, wird der Stromkreis ebenfalls geschlossen; ein Trenntransformator schützt dann nicht.
- Ein in der Hausinstallation vor dem Trenntransformator angeordneter FI-Schalter wirkt nicht auf Verbraucher, die an der Sekundärseite angeschlossen sind. Nach dem Trenntransformator kann jedoch ein funktionsfähiger FI installiert werden, wenn der Neutralleiter vor diesem FI aufgetrennt und aus der entstehenden zweiten Ader ein Schutzleiter gebildet wird.
Die Sekundärseite darf betriebsmäßig weder mit Erde beziehungsweise dem Schutzleiter noch mit Leitern der Primärseite verbunden sein. Eine unbeabsichtigte Erdverbindung kann beispielsweise durch ein Oszilloskop oder ein anderes Gerät entstehen, dessen Masse mit Erde verbunden ist. Wird die Sekundärseite geerdet, ist die Schutzwirkung aufgehoben.
Werden zwei Geräte an demselben Trenntransformator betrieben, müssen ihre Gehäuse auf ein gemeinsames, erdfreies Potential geführt werden. Ist dagegen ein Gehäuse mit dem einen Ausgang und das andere mit dem anderen Ausgang der Sekundärwicklung verbunden, liegt beim gleichzeitigen Berühren beider Gehäuse die maximale Betriebsspannung an. In Reparaturwerkstätten muss daher jedes Gerät an einen separaten Trenntransformator angeschlossen werden.
