Woraus setzen sich die Gesamtverluste eines Transformators zusammen?
Die Gesamtverluste eines Transformators bestehen aus zwei Hauptteilen: den lastunabhängigen Leerlaufverlusten (Eisenverluste) und den lastabhängigen Kurzschlussverlusten (Wicklungs- bzw. Kupferverluste inklusive Zusatzverluste). Bei größeren Trafos kommen noch Hilfsverluste für Lüfter und Ölpumpen dazu.
Rechne so: Gesamtverluste = Leerlaufverluste P0 + Kurzschlussverluste Pk × (Auslastung)² + Hilfsverluste. P0 fällt an, sobald der Trafo unter Spannung steht — auch bei null Last. Pk fällt nur bei Stromfluss an und steigt quadratisch mit der Auslastung: halbe Last bedeutet nur noch ein Viertel der Kurzschlussverluste. Die Hilfsverluste (Lüfter, Ölpumpen) hast du nur bei fremdgekühlten Bauarten, und auch nur, wenn die Kühlung tatsächlich läuft.
Sie entstehen im Blechkern durch die ständige Ummagnetisierung und teilen sich in zwei Anteile: Hystereseverluste (die Ummagnetisierung des Kernmaterials kostet je Zyklus Energie) und Wirbelstromverluste (im Blech induzierte Ströme, deshalb ist der Kern aus dünnen, gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut). Diese Verluste hängen von Spannung und Frequenz ab, praktisch nicht von der Last — und sie laufen bei einem dauernd zugeschalteten Trafo alle 8.760 Stunden im Jahr mit. Ein kleiner Rest sind dielektrische Verluste in der Isolierung; die sind so gering, dass sie in der Praxis vernachlässigt werden.
Der größte Teil sind die ohmschen Verluste in den Wicklungen: I²×R, deshalb der Name Kupferverluste. Dazu kommen Zusatzverluste durch Streufelder — Stromverdrängung (Skin- und Proximity-Effekt) in den Leitern sowie Wirbelströme in Pressteilen, Kessel und Konstruktionsteilen. Beide Anteile zusammen bilden die Kurzschlussverluste Pk. Weil der Wicklungswiderstand mit der Temperatur steigt, wird Pk laut IEC 60076-1 auf eine Referenztemperatur umgerechnet (bei Öltransformatoren üblicherweise 75 °C). Vergleiche deshalb nie einen Kaltmesswert mit einem Datenblattwert.
Die zwei Blöcke werden getrennt geprüft. Im Leerlaufversuch legst du Nennspannung an eine Wicklung, die andere bleibt offen: Es fließt nur der kleine Magnetisierungsstrom, die gemessene Leistung ist praktisch P0. Im Kurzschlussversuch schließt du eine Wicklung kurz und speist so viel Spannung ein, dass Nennstrom fließt: Der Kern ist dabei kaum ausgesteuert, die gemessene Leistung ist praktisch Pk. Beide Werte stehen auf dem Typenschild bzw. im Prüfprotokoll — damit kannst du ohne eigene Messung rechnen.
Nimm P0 und Pk aus dem Prüfprotokoll. Jahresverlust ≈ P0 × Betriebsstunden unter Spannung + Pk × Mittelwert des quadrierten Auslastungsgrads × Laststunden. Wichtig: Rechne mit dem Quadrat-Mittel deines Lastgangs, nicht mit der mittleren Last — sonst rechnest du dich systematisch arm. Wenn du 15-Minuten-Werte hast, bildest du für jedes Intervall (S/Sn)², mittelst diese Werte und multiplizierst mit Pk. Bewerte die Kilowattstunden mit deinem tatsächlichen Bezugs- oder Vermarktungspreis — nur dann steht am Ende eine belastbare Euro-Zahl.
Der Wirkungsgrad ist genau dort am besten, wo die lastabhängigen Verluste gleich den Leerlaufverlusten sind — also bei einem Auslastungsgrad von Wurzel(P0/Pk). Ein stark überdimensionierter Trafo läuft dauerhaft links von diesem Punkt: viel P0, wenig Nutzen. Bei mehreren parallelen Trafos in Schwachlastzeiten lohnt deshalb die Prüfung, ob einer spannungsfrei geschaltet werden kann — das spart dessen komplette Leerlaufverluste. Für Neubeschaffungen begrenzt die EU-Ökodesign-Verordnung 548/2014 (geändert durch 2019/1783) die zulässigen Leerlauf- und Kurzschlussverluste; Modelle unterscheiden sich innerhalb dieser Grenzen aber weiterhin deutlich.