2004 Micafil Schaefer

7/25/2019 2004 Micafil Schaefer

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Thermisches Verhalten und berlastbarkeit von Leistungstransformatoren 1/13

Thermisches Verhalten und berlastbarkeit von

Leistungstransformatoren

M. SchferSiemens AG

Nrnberg

K. Feser, E. CardilloInstitut fr Energiebertragung undHochspannungstechnik

Universitt Stuttgart

1. Einfhrung

Leistungstransformatoren zhlen zu den wichtigsten und zugleich teuersten

Betriebsmitteln in einem Energieversorgungsnetz. Seit der Liberalisierung der

Strommrkte sind die Netzbetreiber dazu angehalten die Ausnutzung ihrerBetriebsmittel dem Wettbewerb entsprechend zu gestalten. Durchleitungen und

vernderte Lastflsse knnen zu Belastungen der Betriebsmittel ber das

ursprnglich vorgesehene Ma hinaus fhren (berlastbetrieb). Um auch in Zukunft

weiterhin eine sichere Energieversorgung zu gewhrleisten sind sowohl die

Netzbetreiber als auch die Hersteller von Leistungstransformatoren gefordert

Aussagen ber die zu erwartende Lebensdauer unter diesen vernderten

Bedingungen zu machen. Der allgemeine Kostendruck zwingt die Hersteller bei

neuen Netzausbauten so zu planen, dass trotz erhhter Ausnutzung der

Betriebsmittel ohne Kostensteigerung dieselbe Betriebssicherheit gewhrleistet

bleibt.

Da in Transformatoren nach wie vor berwiegend l/Papier als Isolationsmaterial

verwendet wird, spielen die thermischen Verhltnisse fr die Abschtzung der

Nutzungsdauer und fr den laufenden Betrieb eine ausschlaggebende Rolle. Die

Bestimmung der Heipunkttemperatur ist daher von groem Interesse. Im

Nennbetrieb darf sie festgelegte Grenzwerte nicht berschreiten um die geforderte

Gesamtbetriebsdauer und die Betriebssicherheit des Transformators sicherzustellen.In Leistungstransformatoren werden eine Vielzahl unterschiedlicher Wicklungstypen

und Khlkanalanordnungen in Kombination mit unterschiedlichen Khlarten

verwendet. Derzeit gibt es kein universelles thermisches Transformatormodell. Das

heit, fr jeden Wicklungstyp und Khlart ist ein eigenes thermisches Modell

erforderlich. Fr ein optimales Wicklungsdesign sind detaillierte Kenntnisse ber die

Zusammenhnge zwischen den Einflussfaktoren und deren Auswirkungen auf die

Temperaturverhltnisse in den Wicklungen bzw. im Transformator unerlsslich.

Fertigungstoleranzen und Messungenauigkeiten mssen in Form von Sicherheits-

margen bei der Wicklungsauslegung bercksichtigt werden. Die Abweichungenzwischen Messung und Berechnung werden bei den Herstellern laufend durch den


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Abgleich der Auslegungsrechnung mit den Ergebnissen aus Erwrmungsmessungen

und Versuchen an Modellwicklungen verringert.

Durch optimierte Khlkanalgeometrien in den Wicklungen kann ein verbesserter

Wrmebergang erreicht werden, der wiederum kompaktere Bauformen bei gleichemTemperaturniveau ermglicht. Diese Betrachtungen schlieen auch den die

Wicklungen umgebenden Isolationsaufbau und die Beschaffenheit der Leiterum-

spinnung ein.

Das Zusammenspiel der Khlanlage (uere Khlung) und der Wicklungen (innere

Khlung) bietet zustzliche Mglichkeiten der Optimierung sowohl bei der Auslegung

als auch beim Betrieb von Leistungstransformatoren. Die Bemhungen um eine

optimale thermische Auslegung wird durch den Einsatz von neu entwickelten Lfter-

und Khlertypen untersttzt.

Die berlastbarkeit von Leistungstransformatoren ist in IEC 354 bzw. im

entsprechenden IEEE Loading Guide beschrieben. Die in diesen Publikationen

genannten Last- und Temperaturgrenzen sollen einen sicheren Betrieb von

Transformatoren gewhrleisten. Wirtschaftliche Erwgungen fr einen Betrieb ber

die definierte Nennleistung hinaus knnen in den Loading Guides nicht bercksichtigt

werden. Weiterhin wird die Khlanlagensteuerung und die sich daraus ergebenden

Mglichkeiten fr den berlastbetrieb nicht beschrieben. Durch eine gnstige Wahl

der Steuerungsparameter der Khlanlage knnen sowohl kleinere Gesamtverluste

des Transformators, eine hhere kurzfristige berlastbarkeit und gleichzeitig eine

hhere Nutzungsdauer erreicht werden.

2. Thermische Beanspruchung von Transformatorwicklungen

In den Wicklungen eines belasteten Transformators treten ohmsche Verluste durch

die Wicklungsstrme und durch Wirbelstrme im Leitermaterial auf. Durch diesenlastabhngigen Wrmestrom treten Temperaturgradienten innerhalb des festen

Isolationssystems der Wicklung und in der Grenzschicht an der Wicklungsoberflche

zum l in den Khlkanlen auf. Der Temperaturgradient im festen Isolationssystem

wird durch die Dicke des Kupferdrahtlackes, die Papierdicke und die durch

Aufbauschungen der Papierschichten bedingte Bildung von ruhenden lschichten

(ltaschen) bestimmt. An der Wicklungsoberflche wird der konvektive Wrme-

abtransport mageblich von der Khlart, dem Wicklungstyp und vom gesamten

Khllkreislauf bestimmt. Das Wrmeabfuhrvermgen ber die Wicklungsoberflche

in das umgebende Khlmedium durch natrliche oder erzwungene Konvektion kann

mit Wrmebergangszahlen beschrieben werden. Bei forcierter lstrmung ist die


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Wrmebergangszahl durch die lstrmungsgeschwindigkeit, die sich anhand

hydraulischer Widerstandsnetzwerke berechnen lsst, bestimmbar. Bei natrlicher

Khlung (ON) hngt sie jedoch wesentlich von der durch die Wicklungsoberflche

tretenden Wrmestromdichte ab, die den Flchenschub fr den Antrieb der Strmung

liefert. Mit der in Bild 1 gezeigten Versuchswicklung wurden zahlreicheErwrmungsversuche mit natrlich konvektiver Khlung (ONAN - Khlung)

durchgefhrt um die Zusammenhnge zwischen den Einflussgren und den

thermischen Auswirkungen auf die Wicklung genauer zu untersuchen.

Bild 1a:

Schematischdargestellter

Querschnitt durch die

Versuchswicklung

(Scheibenwicklung).

Bild 1b:

Mit PT 100 Sensoren zur lokalen

Temperaturmessung

an bestimmten

Messstellen ausge-

stattete Wicklung.

Bei der Versuchswicklung handelt es sich um eine Scheibenwicklung mit insgesamt

62 Scheiben zu je 6 Windungen. Zwischen je zwei bereinanderliegenden Scheibenbefindet sich ein radialer Khlkanal von 5 mm Hhe. Innerhalb der

Wicklungsscheiben gibt es keine weiteren axialen Khlkanle. lumlenkungen

unterteilen die Wicklung in mehrere Khlkanalabschnitte. Die wichtigsten Daten der

Versuchswicklung sind in Tabelle 1 aufgelistet.

Nennstrom 52,9 A

Gesamte Anzahl von Wicklungsscheiben 62

Windungen je Scheibe 6

Hhe der radialen Khlkanle 5 mm

Wicklungshhe 827 mm

Vertikale Khlkanle innerhalb der Wicklungsscheibe 0

lumlenkungen an der Innenseite, positioniert an

Scheibennummer (nummeriert von unten nach oben)

12, 32, 42, 52

uere lumlenkungen, positioniert an Scheibennummer 1, 22, 38, 48, 62

Tabelle 1: Daten der verwendeten Versuchswicklung.


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Die Abhngigkeit der Wrmebergangszahl von der Wrmestromdichte ist in Bild 2

dargestellt. Die durchgezogene Kurve zeigt den durch Interpolation der Messpunkte

angenherten Verlauf. Das erhhte Wrmeabfuhrvermgen der Wicklung bei hherer

Wrmestromdichte ist durch die ansteigenden Auftriebskrfte, die bei natrlicher

Khlung den lfluss zustande bringen, begrndet.

Bild 2:

Berechnete und

gemessene Wrme-

bergangszahl in

Abhngigkeit von der

Wrmestromdichte q.

Praktische Erfahrungen haben zudem gezeigt, dass das thermische Verhalten von

ON - gekhlten Wicklungen ebenfalls von der geforderten Spannungsfestigkeit der

Wicklung abhngt. Dies liegt daran, dass sich zustzliche hydraulische Widerstnde

durch umfangreiche Isolationsaufbauten im lkreislauf den lstrom durch die

Wicklung begrenzen. Sowohl die Temperaturgradienten entlang der Wicklungsachseals auch die Wrmebergangszahl der Grenzschicht sind bei Wicklungen mit hohem

Isolationspegel ungnstiger als bei Wicklungen mit kleineren Prfspannungen.

In Bild 3 ist dargestellt, wie sich die Wrmebergangszahlen bei unterschiedlichen

hydraulischen Widerstnden im lkreislauf an derselben Wicklung verhalten. Die

Vergrerung der hydraulischen Widerstnde wurde durch eine Reduzierung der

leinlassffnungen an der Unterseite der Wicklung vorgenommen. Der maximale

leinlassquerschnitt der Wicklung betrgt S0= 3972 mm2.

Der leinlassquerschnitt wurde bei den einzelnen Messungen auf ca. 30 %, 20 %

und 10 % des Maximalwertes S0 reduziert; dies ist in Bild 3 als Kurvenparameter

S/S0angegeben.

Es ist ersichtlich, dass sich bei konstanter Wrmestromdichte aber erhhtem

hydraulischen Widerstand die Wrmebergangszahl deutlich verkleinert, d.h. die

Wrmebertragung an der Wicklungsoberflche in das umgebende Khll wird

deutlich vermindert. Dadurch wird das Temperaturniveau der Wicklung angehoben.

erechnet

gemessene Werte


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Bild 3:

Wrmebergangszahl

bei vermindertem

leintrittsquerschnitt der

Wicklung.

Durch den verringerten ldurchfluss und den damit verbundenen geringeren

Wrmeabtransport erhht sich die Temperaturdifferenz zwischen ein- und

ausflieendem Khll in der Wicklung zwangslufig. Dieser Temperaturgradient ist

fr die thermische Auslegung der Wicklung eine bedeutende Gre. Die mittlere

Kupfertemperatur bildet sich aus der Summe der mittleren ltemperatur und dem

Kupfer - l - Temperatursprung der von der Wrmebergangszahl abhngt.

Bild 4

Vertikaler Temperatur-

gradient des Khlls in

der Wicklung.

Bestimmt aus lokal

gemessenen

ltemperaturen

innerhalb der Wicklung.

3 Innovationen bei der thermischen Auslegung

Die Weiterentwicklung der thermischen Auslegung von Transformatoren zielt auf ein

kompakteres Wicklungsdesign und damit auf Material- und Gewichtseinsparungen

ab. Ein Schritt in diese Richtung ist die Untersuchung verschiedener Wicklungsarten

und Khlarten hinsichtlich ihrer Effizienz bei der Wrmeabfuhr.


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3.1 Wrmebergang Wicklung - l

Die gebruchlichsten Wicklungsarten sind in Tabelle 3 dargestellt. Generell knnen

die Wicklungen in Transformatoren in Lagenwicklungen und Scheibenwicklungen

unterteilt werden.

Axial Radial axial+radial

Lagen-

Wicklungen

nicht

betrachtet

Scheiben-

Wicklungen

Tabelle 2: Wicklungsarten und Khlkanalgeometrien.

Ein allgemeiner Ansatz zur Berechnung des Leiter - l Temperaturgradienten

unabhngig von der Wicklungs- und Khlart ist:

+=

1_ thOilCu q (1)

qth ist die Wrmestromdichte durch die Wicklungsoberflche, ist die Dicke der

Leiterisolation, ist die spezifische Wrmeleitfhigkeit der Leiterisolation und istdie Wrmebergangszahl an der Leiteroberflche.

Eine direkte Berechnung der Wrmebergangszahl ist praktisch aufgrund derkomplexen Geometrie von Transformatorwicklungen nicht mglich. Die hnlichkeits-

theorie aus der Thermo- und Fluiddynamik ermglicht es aus Messungen an

Versuchswicklungen ermittelte Wrmebergangszahlen auf hnliche Wicklungen

bertragen zu knnen. Ausschlaggebend ist dabei die Darstellung der Ergebnisse

anhand der dimensionslosen Nusselt - Zahl als Kenngre, woraus sich dann die

Wrmebergangszahl nach folgender Beziehung mit Lcals charakteristischer Lnge

berechnen lsst:

cL

Nu= (2)


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Fr die Wicklungsarten in Tabelle 1 wurden Funktionen fr die Nusselt - Zahlen

erstellt. Dazu wurden Erwrmungsmessungen an einer Vielzahl von Transformatoren

ausgewertet und miteinander verglichen.

Fr Wicklungen mit erzwungenem und natrlichem lumlauf sind zwei verschiedene

allgemeingltige Anstze notwendig.

natrlicher lumlauf (ON) Erzwungener lumlauf (OD)

( ) kGrCNu m = Pr ( ) kCNu m = PrRe

Die Parameter C und m wurden aus Messungen gewonnen. Der Korrekturfaktor k

bercksichtigt weitere Aspekte der Wicklungsgeometrie.

Wicklungsart Erzwungener lumlauf Natrlicher lumlauf C m C m

Lagenwicklung, axial 0,834 0,213 9,05 0,61Lagenwicklung, radial 0,834 0,213 8,152 0,191Spulenwicklung, radial 0,834 0,213 8,152 0,191Spulenwicklung, axial 0,61 0,210 9,05 0,61Spulenwicklung, axial +radial

0,0148 0,47 0,262 0,346

Tabelle 3: Parameter zur Berechnung der Wrmebergangszahl.

3.2 Khlanlagen

Khlanlagen fr Grotransformatoren lassen sich in zwei verschiedene Bauformen

einteilen. Kreuzstrom-Wrmetauscher sind sehr kompakte Baugruppen in denen

beide Medien, zwischen denen der Wrmeaustausch stattfinden soll, mittels Pumpen

bzw. Lfter durch den Khler gefrdert werden um den relativ hohen Druckabfall

auszugleichen. Diese Khler besitzen bei einem Lfter- oder Pumpenausfall

praktisch keine Restkhlleistung. Eine andere Bauform sind Radiatorenkhlanlagen

die ebenfalls mit Lftern und Pumpen versehen werden knnen. Die maximal

erreichbare Khlleistung von Radiatorenkhlanlagen wird meist durch die Luftmenge

begrenzt, die mit Hilfe von Lftern zwischen die Khlelemente geblasen wird. Bei

stehenden Lftern und Pumpen bewegt sich die verbleibende Khlleistung im

Bereich zwischen 40 - 60% der maximalen Khlleistung.

Um bei groen Leistungstransformatoren sehr groe Radiatorenkhlanlagen zu

vermeiden ist es notwendig die Leistungsdichte dieser Khlanlagen zu steigern. Dies

kann erreicht werden indem Lfter mit groem Durchmesser zum Einsatz kommen,

deren Kennlinie auf die Verhltnisse am Radiator angepasst sind. Um einen hheren


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Luftstrom zu erreichen werden Lfter sowohl horizontal als auch vertikal blasend

angebaut.

4 Beeinflussung von Gesamtverlusten, berlastbarkeit undBetriebssicherheit

Die Gesamtverluste eines Transformators setzen sich aus Leerlaufverluste,

Kurzschlussverluste (Lastverluste) und dem Eigenbedarf fr die Peripherie

zusammen. Der berwiegende Anteil der Eigenbedarfsverluste macht in den meisten

Fllen die Leistungsaufnahme von Lftern und Pumpen der Khlanlage aus.

4.1 Zusammenspiel Transformator - Khlanlage

Die Leerlaufverluste sind hauptschlich durch die Induktion und die Beschaffenheit

des Kerns bestimmt und nherungsweise unabhngig von der Betriebstemperatur

des Transformators. Die Kurzschlussverluste sind temperaturabhngig und steigen

bei konstanter Belastung mit der Temperatur bzw. dem spezifischen Widerstand des

Leitermaterials an. Die Leistungsaufnahme der Khlanlage steigt umgekehrtproportional mit abnehmendem Temperaturgradienten zwischen der mittleren

ltemperatur im Khler und der Umgebungstemperatur bei sonst gleichen

Bedingungen an. Es existiert also fr jeden Wert einer mittleren Belastung bezglich

den Verlusten ein optimaler Betriebspunkt. Einerseits fhrt eine Steigerung der

Khlleistung zwar zu sinkenden Temperaturen, die Gesamtverluste knnen dabei

aber wegen den berwiegenden Khlanlagenverlusten trotzdem grer ausfallen.

Andererseits kann eine Verringerung der Khlleistung zu kleineren Gesamtverlusten

fhren, obwohl die Kurzschlussverluste aufgrund einer hheren Leitertemperatur

zunehmen. Der optimale Betriebspunkt bezglich einer Minimierung der

Gesamtverluste ist dann erreicht, wenn es sich aufgrund der Gesamtverlustbilanz

weder lohnt die Khlleistung zu erhhen noch diese zu verringern.

Beispielrechnung

Das Verhalten der einzelnen Verlustanteile soll anhand einesNetzkuppeltransformators mit einer Leistung von 300 MVA und einem Nenn-


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bersetzungsverhltnis von 420/110/15 kV verdeutlicht werden. Die weiteren

zugrundeliegenden Daten sind:

Leerlaufverluste 110 kW

Kurzschlussverluste 850 kW

Mittlere jhrliche Umgebungstemperatur 20 C

Leistungsaufnahme Khlstufe 1 10 kW

Leistungsaufnahme Khlstufe 2 (inklusive 1) 18 kW

Tabelle 4: Daten eines Netzkuppeltransformators 300 MVA 420/110/15 KV

Die Bilanz der Verlustleistungen soll hier bei verschiedenen Lastfllen oberhalb und

unterhalb des Optimums verglichen werden. In Tabelle 2 sind die sich einstellenden

ltemperaturen und die dazugehrigen Verluste im Transformator neben den

Khlanlagenverlusten fr fnf Lastflle dargestellt. Die Summe aus beiden Verlusten

ergibt die Gesamtverluste. In diesem Beispiel wurde die Hilfsenergie fr die

Khlanlage gleich wie die Verluste im Aktivteil des Transformators gewichtet.

PKhlanl. [kW] PV_Trafo [kW] Pgesamt [kW] ltemp. [C]

Last = 80 %Stufe 1 10 681 691 80

Stufe 2 18 627 645 50

Last = 60 %Stufe 1 10 409 419 58

Stufe 2 18 389 407 39

Last = 50 %Stufe 1 10 311 321 50

Stufe 2 18 301 319 35

Last = 40 %Stufe 1 10 236 246 43

Stufe 2 18 231 249 31

Last = 30 %Stufe 1 10 179 189 37

Stufe 2 18 177 195 29

Tabelle 5: Gegenberstellung der Verluste in beiden Khlstufen bei

verschiedenen mittleren Belastungen


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Im vorliegenden Beispiel bringt die Zuschaltung der vollen Khlleistung ab einer

Belastung von 46,3% eine Reduzierung der Gesamtverluste. Anders verhlt es sich

bei kleineren Belastungen. Unterhalb dieses Wertes fhrt die Zuschaltung der

zweiten Khlstufe zu einer Erhhung der Gesamtverluste. Bei 40% steht einer

Reduzierung der Kurzschlussverluste von 236 kW auf 231 kW ein hherer

Eigenbedarf der Khlanlage von 8 kW gegenber. Die Gesamtverluste erhhen sich

dadurch um 3 kW.

Wahl der Einstellwerte fr minimale Gesamtverluste

Die optimalen Einstellwerte fr die Khlanlagensteuerung knnen fr eine bekannte

Umgebungstemperatur und eine bestimmte Belastung nach der folgendenVorgehensweise gewhlt werden.

1) Bestimmung der nderung der Kurzschlussverluste mit der Leitertemperatur bei

der gewhlten Belastung k.

2) Bestimmung der nderung der aufgenommenen Leistung zwischen den

Khlstufen bezogen auf die Temperaturdifferenz, die bei der gewhlten Belastung

auftreten wrde.3) Gleichsetzen der unter 1) und 2) berechneten Ergebnisse liefert den

Betriebspunkt der Khlanlage bei dem die geringsten Gesamtverluste auftreten.

Transformator

Stufe 2 Stufe 1

PV

[kW/K]

l

Khlanlage

optimaler Betriebspunkt bei opt

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Bild 5 Charakteristik der Verlustnderungen von Transformator und

Khlanlage als Funktion der mittleren Temperatur des Transformators.


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Der in der Praxis berwiegend anzutreffende Fall ist in Bild 5 dargestellt. Die

nderung der Kurzschlussverluste des Transformators ist unabhngig von der

Temperatur im Transformator und als waagerechte Linie dargestellt. Die Kurve fr

die Khlanlage ist durch die aufgenommene Leistung in den einzelnen Khlstufen

und die sich ergebenden ltemperaturen gegeben. Die Zuschaltung einer Khlstufe

bewirkt eine Reduzierung der mittleren Temperatur und einen Anstieg der

Leistungsaufnahme. Zwischen diesen Punkten existieren alle Betriebsflle der

Khlanlage die sich aus einem abwechselnden Betrieb von zwei Khlstufen

zusammensetzen. Diese Betriebspunkte liegen auf der gestrichelten Linie zwischen

den Schaltpunkten. Der optimale Betriebspunkt, bei dem sich die nderungen der

Kurzschlussverluste und der Hilfsenergie fr die Khlanlage gerade ausgleichen,

liegt auf dem Schnittpunkt beider Funktionen. In der berwiegenden Zahl der Flle

setzt sich dieser Betriebspunkt aus dem Zusammenspiel von zwei Khlstufen mit den

Temperaturdifferenzen zur optimalen mittleren ltemperatur 1 und 2

zusammen. Die optimale Khlstufe ist diejenige, welche dem Schnittpunkt der beiden

Kurven am nchsten liegt.

4.2 berlastbarkeit und Betriebssicherheit

Es knnen grundstzlich zwei verschiedene Arten der berlastbarkeit von

Transformatoren unterschieden werden.

- kurzfristiger Notbetrieb

- kontinuierliche berlastbarkeit

Ein kurzfristiger Notbetrieb kann zur Abwendung von schweren Strungen im Netz

fr eine begrenzte Dauer zugelassen werden. Dabei wird eine beschleunigtethermische Alterung aufgrund stark erhhter Betriebstemperaturen in Kauf

genommen. Die geltenden Temperaturgrenzen stellen sicher, dass durch die

erhhten Temperaturen keine dielektrischen Fehler, beispielsweise ausgelst durch

Gasblasen im l, zu einer Zerstrung des Transformators fhren. Ein kurzzeitiger

Notbetrieb stellt immer ein hohes Risiko dar und eignet sich schon deshalb nicht fr

eine wirtschaftlichere Ausnutzung dieses Betriebsmittels.

Eine kontinuierliche berlastbarkeit kommt durch gnstige Umgebungsbedingungenund Sicherheitsmargen, beispielsweise durch zugeschaltete Reservekhlkreise,


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zustande. Bei diesem berlastbetrieb werden keine berschreitungen von

Grenztemperaturen die fr den Nennbetrieb gltig sind zugelassen. Das

Betriebsrisiko ist nicht erhht und die Alterung wird durch die berlastung nicht

beschleunigt. Diese bisher weitgehend ungenutzte bertragungskapazitt steht,

beispielsweise zur Abdeckung von Lastspitzen im Winter, zur Verfgung.

Um Transformatoren ohne zustzliches Risiko gezielt berlasten zu knnen wird ein

Diagnosesystem bentigt. Das Diagnosesystem berechnet anhand einiger

Messwerte laufend die aktuelle berlastbarkeit des Transformators. Wenn diese

Angaben fr die Netzfhrung nutzbar gemacht werden besteht die Mglichkeit diese

Daten bei der Lastverteilung zu bercksichtigen.

5 Zusammenfassung und Ausblick

Im vorliegenden Beitrag wurde gezeigt, dass bei Transformatoren die Grenzen der

Belastbarkeit im Wesentlichen durch die thermischen Verhltnisse festgelegt werden.

Eine bessere Ausnutzung dieser Betriebsmittel im laufenden Betrieb und eine

effizientere Auslegung kann nur dann gewhrleistet werden wenn das thermische

Verhalten genau bekannt ist. Dies erfordert Detailwissen ausgehend vom

thermischen Verhalten der einzelnen Wicklungen bis hin zur Betrachtung des

Gesamtsystems Transformator - Khlanlage.

Untersuchungen an einer ON - gekhlten Modellwicklung haben gezeigt, dass

insbesondere bei dieser Khlart die Wrmebertragung in das Khll stark von der

Wrmestromdichte abhngt. Des weiteren wurde der Einfluss zustzlicher

hydraulischer Widerstnde, die u.a. durch einen erhhten Isolationsaufbau zustande

kommen und damit direkt den Einfluss des Wicklungsdesigns widerspiegeln,

aufgezeigt. Die gewonnenen Ergebnisse knnen auf andere Wicklungen derselben

Art durch dimensionslose Kennzahlen bertragen werden, was bei der Vielzahl von

unterschiedlichen Wicklungsarten und Khlkanalgeometrien uerst vorteilhaft ist.

Weiterentwicklungen im Bereich der thermischen Auslegung von Transformatorenkonzentrieren sich auf die Verbesserung der Genauigkeit von Berechnungsverfahren


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fr die Bestimmung der Temperaturgradienten Leiter-l und auf eine Verbesserung

der Khlflchenausnutzung an Radiatorenkhlanlagen.

Die Wahl der Einstellwerte fr die Khlanlagensteuerung mit dem Ziel einer

Minimierung der Gesamtverluste fhrt in den meisten Fllen zu erheblich niedrigeren

Temperaturen im Aktivteil als bisher blich und damit zu einer mglicherweise

lngeren Nutzungsdauer. In den meisten Fllen mssen jedoch Verluste durch die

Bereitstellung von Hilfsenergie gegenber den inneren Verlusten im Transformator

hher bewertet werden. Dies verschiebt die optimale Betriebstemperatur hin zu

hheren Werten. Intelligente Monitoringsysteme sind in der Lage den optimalen

Einsatz der Khlanlage in Abhngigkeit von den aktuellen Last- und

Umgebungsbedingungen zu bestimmen. Dabei kann auch die berlastbarkeit des

Transformators aufgrund gnstiger Umgebungsbedingungen dargestellt und im

berlastfall berwacht werden. Bei Transformatoren mit einer herkmmlichen

Zweipunktregelung knnen die Einstellwerte nur fr eine festgelegte mittlere

Belastung optimiert werden. Diese Art der Optimierung liefert gegenber der

kontinuierlichen Optimierung immer ein ungnstigeres Ergebnis.

In den meisten Betriebsfllen hat ein Transformator eine hhere

bertragungskapazitt als bei Nennbedingungen ermittelt wurde. Mit Hilfe eines

Diagnosesystems kann diese berlastkapazitt fr eine wirtschaftlichere Ausnutzung

der Betriebsmittel genutzt werden.

6 Literatur:

[1] IEC 354 Loading guide for oil immersed power transformers

[2] J. Bertsch, F. Oechsle, M. Schfer, Thermische berwachung von groen

ltransformatoren, Bulletin SEV/VSE 20/1998, S. 41-44

[3] S. Tenbohlen, M. Schfer, H. Matthes, Beurteilung der berlastbarkeit von

Transformatoren mit online Monitoringsystemen, Elektrizittswirtschaft, Jg 99

(2000), Heft 1-2

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