Untersuchung des Erwärmungsverhaltens ölgekühlter Leistungstransformatoren mittels Laborexperimenten und darauf aufbauenden numerischen Simulationen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Stefan Tenbohlen
• Subject Area: Electrical Energy Systems, Power Management, Power Electronics, Electrical Machines and Drives
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 69117617

Durch die Deregulierung des elektrischen Energiemarktes und den damit verbundenen höheren Lastflüssen gewinnt die genaue Kenntnis des thermischen Verhaltens des Transformators - insbesondere im Überlastbetrieb - verstärkt an Bedeutung. Zusätzlich wächst im Hinblick auf minimierte Investitionen im Netz die Bedeutung der Zuverlässigkeit der vorhandenen Betriebsmittel. Die thermische Auslegung von Transformatoren geschieht bisher vor allem unter Verwendung von Temperaturmesswerten an bereits ausgeführten ähnlichen Typen, ohne detaillierte Kenntnis und somit ohne besondere Berücksichtigung strömungsmechanischer Einzelheiten in der Wicklung. Dies ist vor allem bedingt durch die stark eingeschränkte Messbarkeit der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Öls in der Wicklung. Prinzipiell könnte die Temperatur- und Strömungsverteilung solcher Anordnungen auch durch Simulationsprogramme auf Basis der Finite-Volumen Methode berechnet werden, wodurch das Ölgeschwindigkeits- und Temperaturfeld in der Wicklung erfassbar wird. Allerdings müssen sowohl Randbedingungen als auch mögliche Vereinfachungen bekannt sein. Durch Versuche an realistischen Modellen von Transformatorwicklungen mit einer hohen Zugänglichkeit der interessierenden Messstellen sollen numerische Modelle der Finite-Volumenmethode validiert werden. Nach der Validation können Parameterstudien durch Abänderung des numerischen Modells durchgeführt werden. Auf deren Basis sollen vereinfachte, jedoch allgemeingültige thermohydraulische Berechnungsmodelle erstellt werden. Insgesamt lässt dies das Erkennen von Optimierungspotentialen für die thermische Auslegung des Transformators erwarten. Durch die gewonnene Kenntnis von Ort und Temperatur des Heisspunktes kann weiter die Lebensdauer und damit die Zuverlässigkeit des Transformators gesteigert werden.

• DFG Programme: Research Grants