Beitrag zur Berechnung der lokalen magnetischen Kernbelastung von Phasenschiebertransformatoren großer Leistung für kritische Betriebszustände

Die Marktliberalisierung und der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien führt heute zu einer höheren Auslastung der Übertragungsleitungen im europäischen Verbundnetz. Damit ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb des Netzes erhalten bleibt ist der Einsatz von Netzreglern unabdingbar. Der natürliche Leistungsfluss kann über Phasenschiebertransformatoren (PST) beeinflusst werden. Durch den Einsatz eines PST wird der Wirkleistungsfluss auf parallele Übertragungsleitungen umgeleitet. Hierdurch können Engpässe verringert oder unerwünschte Ringflüsse vermieden werden.
Im Betrieb entstehen im PST magnetische Streuflüsse in Phase oder in Phasenopposition zum magnetischen Erregerfluss. Durch die Superposition dieser magnetischen Flüsse ergeben sich lokale Flussdichteänderungen im Transformatorkern. Diese sind, damit ein zuverlässiger Betrieb des PST gewährleistet wird, bereits in der Auslegungsphase zu bestimmen.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Einflussgrößen der belastungsabhängigen Flussdichteänderungen im Transformatorkern von PST mit Durchgangsleistungen von einigen 100MVA bis zu Grenzleistungen von 2000MVA untersucht. Der wissenschaftliche Mehrwert der Arbeit liegt dabei in der Abbildung der lokalen, zumeist dreidimensionalen magnetischen Flüsse, in Verbindung mit den großen geometrischen Abmessungen der Transformatoren, dem nichtlinearen Materialverhalten und der Bestimmung des durch die Spannung festgelegten Arbeitspunkts.
In dieser Arbeit wird eine Methodik für die Bestimmung des Arbeitspunkts mit möglichst geringem Berechnungsaufwand basierend auf der Finiten-Elemente-Methode entwickelt. Diese Methodik wird für die Analyse von Einflussfaktoren auf die magnetische Kernbelastung eingesetzt und an einem skalierten Transformator durch Messungen validiert.