Kleintrafo

Kleintransformatoren, magnetisches Wechselfeld

Viele Magnetfelder in Wohngebäuden haben ihre Ursache in Netzteilen, welche die Netzspannung von (in Deutschland in der Regel) 230 V 50 Hz in (meist kleinere) Spannungen umformt. Diese Magnetfelder werden von einem Transformator (Kurzbezeichnung Trafo) erzeugt, der über (Kupfer-) Drahtwickelungen um einen Eisenkern die Netzwechselspannung auf die gewünschten Spannungen umformt. Die Magnetisierung des Eisenkerns durch die Wickelungen (Spulen) erfolgt sobald der Trafo an Netzspannung angeschlossen ist (Primärseite des Trafos), auch ohne angeschlossenen Verbraucher (Sekundärseite des Trafos) im "Leerlaufbetrieb". Je nach Bauart kann dieses Magnetfeld (mit der Schwingungszahl der Netzspannung) bereits im Leerlaufbetrieb sehr kräftig sein und bei gleichen Betriebsdaten bauartabhängig unter Last (mit Verbraucher) sehr unterschiedlich in Stärke und Form ausfallen. Kleintransformatoren sind Transformatoren, wie sie im nichtgewerblichen Haushalt und in der Hobbywerkstatt verwendet werden.

Typische Geräte mit Trafo im Netzteil sind (fast alle) Steckernetzteile für Kleingeräte (Telefon, Lichterketten, Anrufbeantworter, usw.), Netzanschlüsse für Halogensysteme, Tonbandgeräte, Videorecorder, Fernseher (teilweise) und weitere Geräte der Unterhaltungselektronik, Steuergeräte (für Torantriebe, Warnanlagen, Wetterstation, usw.).

Teilweise werden Trafos auch bei höheren Frequenzen (als der Netzfrequenz) in "elektronischen Vorschaltgeräten" oder in "Schaltnetzteilen" betrieben, wodurch die Bauweise kompakter (kleiner) gehalten werden kann.

Der Vergleich wurde durchgeführt, nachdem eine Routinemessung zum Austausch eines 24 Volt Trafos in der Nähe eines Ruheplatzes führte. Der getestete Leistungsbereich entspricht typischen Netztrafos im Haushalt.

Ringkern
Trafo
Fa. Sedlbauer Ringkern
Trafo
Fa. Sedlbauer Kerntrafo
Fa. Grothe Printtrafo
(Manteltrafo)

Primär 230 V 230 V 220 V 220 V

Sekundär 2x12 V 2.08 A 2x12 V 5.0 A 24 V 1 A 24 V

Nennleistung 50 VA 120 VA (25 VA) *1 (2 VA) *1

Kern/Schnitt Ringkern Ringkern Pl-Schnitt M-Schnitt

Gewicht 0.6 kg 1.25 kg 0.85 kg 70 g

gemessene Werte

Sekundär Wdg. Ø , R_i 0.7 mm, 1.5 W 1.1 mm, 0.5 W 0.7 mm, 1.6 W 0.15 mm, 124 W

Leerlaufwerte, 228 V
freie Lage *2,
Abstand 1 mG
3 mA / 0.7 VA 8 mA / 1.8 VA 17 mA / 3.9 VA 13 mA / 3.0 VA

25 cm 21 cm 60 cm 45-55 cm

Lastwerte bei 228 V
montiert *3,
Abstand 1 mG
Abstand 6 mG *5
Verlust, elektr./gesamt *4 112 mA, 26 VA 121 mA, 28 VA

26 cm 1.35 m

7 cm 70 bis 75 cm

1.7 / 2.5 VA 2.3 / 6.1 VA

Anmerkungen (Tabelle):

Über den Eisenquerschnitt geschätzt.
Messung ohne Montageteile und metallfreie Umgebung, Abstand für den Grenzwert von 1 mG (entsprechend 100 nT) in Kernebene gemessen, sekundär kein Verbraucher angeschlossen, geklemmt für 24 V.
Die Lastwerte wurden komplett montiert gemessen. Verbraucher ist eine Heizmanschette des Terassenabflusses mit 20 bis 25 Watt Heizleistung (gemessen wurden 0.84 bis 0.86 A). Der Ringkerntrafo wurde mit einer Metallscheibe als Halterung montiert, wodurch in näherer Umgebung das Magnetfeld beeinflußt wird.
Die Kupferverluste (ohmschen Verluste) wurden sekundär aus R_i und dem Laststrom berechnet (primär wurde entsprechend berechnet). Die Gesamtverluste sind die Differenz der primären und sekundären Leistung in VA.
Der Abstand für 6 mG (600 nT oder 0.6 µT) entspricht dem unmittelbar auf dem Fußboden im Stockwerk oberhalb des montierten Trafos der Fa. Grothe gemessenen Wertes. (70 cm einschließlich einer 24 cm starken Decke - Stahlbeton plus Estrich und Teppich -). Dieser Trafo ist ein klassisches Gerät aus den 70er Jahren, Markenqualität und Stand der Technik.

Kurzinfo zur "Streufeld"-Messung:

Als Meßgerät wurde ein TriFieldMeter® (Alpha Lab, Salt Lake City, UT) verwendet, welches mittels "3D-Meßkopf" alle drei Raumachsen gleichzeitig bewertet und für 50 Hz kalibriert ist. Zur Kontrolle wurde mit "Digitaler Elektrosmog Analyser" ME3830B (Gigahertz Solutions®, made in Germany) gemessen, welches von 5 bis 100 kHz kalibriert ist, jedoch nur eine Raumachse auswertet. (Bezugsquelle Conrad Electronic, TriFieldMeter® nicht mehr im Angebot).

Der Bezugswert 1 mG (milli Gauß) entspricht 100 nT (nano Tesla) und ist ein empfohlener Maximalwert für Ruhebereiche (inoffizieller Wert aus der "Baubiologie" und medizinischen Kreisen). Dieser Wert kann im Privathaushalt ohne großen Aufwand mit etwas Umsicht durch Distanz zu Geräten und Leitungen eingehalten werden - kurzzeitige Benutzung von Geräten ausgenommen. Der offizielle Grenzwert für 50 Hz wurde von 5000 µT auf 100 µT herabgesetzt, Spintomographen arbeiten in Bereichen um 1,5 Tesla.

Die Maßeinheiten Gauß (veraltet) und Tesla bezeichnen die "magnetische Flußdichte", oder auch "magnetische Induktion" genannt, nicht die "magnetische Feldstärke", welche in A/m (Ampere/Meter) gemessen wird. Für Messungen in "Luft" (als "Feld-Medium") gilt 1 mG = 100 nT <=> 125 mA/m.

Ein Wort zur Abschirmung: je niederfrequenter ein magnetisches Wechselfeld ist, um so problematischer ist dessen Abschirmung. Im Netzfrequenzbereich (50 Hz) ist eine wirksame großräumige Abschirmung - falls überhaupt durchführbar - wirtschaftlich nicht vertretbar. Ein statisches Magnetfeld kann theoretisch physikalisch nur durch supraleitendes Material vollkommen abgeschirmt werden. Bei elektrischen Geräten wird durch entsprechende Bauformen eine preiswertere Reduzierung erreicht als durch Abschirmung.