Analyse und Modellierung ölgefüllter Ortsnetztransformatoren im Normal- und Überlastbetrieb

Die Einbindung von Regelungstechnologien (z. B. Stufenschalter) in den Mittelund Niederspannungsnetzen führt dazu, dass durch das erhöhte Anschlusspotential von dezentralen Energiewandlungseinheiten die thermische Belastung der installierten Ortsnetztransformatoren steigt und eine Grenze für das Integrationspotential darstellen kann. Die Überwachung dieser Betriebsmittel geschieht bisher im Rahmen einer zeitbasierten Begehung. Zukünftig werden vermehrt primärtechnische Komponenten der Verteilungsnetzebene mit Sensorik ausgestattet. Unter der Einhaltung von Grenztemperaturen sind gezielte Belastungen auch oberhalb der Nennwerte erlaubt. Dies bietet dem Netzbetreiber in seiner Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie Handlungsspielräume. Jedoch muss dazu das thermische Verhalten (insb. der Transformatorwicklung) hinreichend genau ermittelbar sein.
Die hierfür benötigten thermischen Modelle kommen bisher für Transformatoren mit hohen Nennleistungen (> 1 MVA) zum Einsatz. Daher werden zunächst die benötigten Modellparameter für acht typische Ortsnetztransformatoren mit Nennleistungen von 100 kVA bis 630 kVA sowie vier Stationstypen (Stahl- und Betonkompaktstation, Einzel- und Doppelkammeraufbau) experimentell ermittelt und um thermische Abhängigkeiten erweitert. Ein 400 kVA Transformator wird mit einer direkten Temperaturmessung in der Wicklung versehen. Die Versuche zeigen, dass einzelne Modellparameter einer Temperaturabhängigkeit des Öls unterliegen. Darauf aufbauend werden zwei thermische Modelle für Transformatoren und drei für Netzstationen miteinander kombiniert bzw. entwickelt. Hierbei wird erstmals auch ein Ansatz für die Modellierung einer Doppelkammerstation abgeleitet. Innerhalb experimenteller Versuchsreihen werden sowohl freistehende als auch in Netzstationen integrierte Ortsnetztransformatoren mit volatilen und sprunghaften Stromverläufen bis zum 1,8-fachen des Nennstromes belastet. Die Einbindung temperaturabhängiger Modellparameter in die Transformatormodelle führt zu einer erhöhten Genauigkeit bei der Bestimmung der Öl- und Heißpunkttemperaturen im Überlastbereich. Eine Einbindung von gemessenen Kabinentemperaturen erhöht die Modellgenauigkeit im Vergleich zur Verwendung von Stationsmodellen.