Heißpunkt-Temperatur und Lebensdauer von Transformatoren

Info-Brief Nr. 16

Leistungstransformatoren sind Schlüsselkomponenten der elektrischen Versorgungsnetze. Der Ausfall eines Transformators bringt nicht nur große wirtschaftliche Nachteile für den Energieversorger, sondern kann auch zu extremen Einbußen für die Verbraucher führen. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, den Transformator möglichst gut zu überwachen, seine „Fieberkurve“ (das thermisches Abbild) aufzunehmen, um auf diese Weise Informationen über die aktuelle Belastung und die zu erwartende Restlebensdauer zu gewinnen. Diese Aufgabe lässt sich – gestützt auf  IEC-Vorschriften – durch elektronische Mess- und Recheneinrichtungen lösen. Die thermische Situation im Transformator kann grafisch dargestellt (siehe Bild 1) werden, wobei es sich um eine vereinfachte Darstellung einer komplexen Situation handelt.

Folgende Vereinfachungen sind notwendig:

  1. Man unterstellt, dass sich die Öltemperatur im Tank linear von unten nach oben erhöht.
  2. Als weitere Annahme gilt, dass sich die mittlere Temperatur der Wicklung ebenfalls linear parallel zur Öltemperatur mit einer konstanten Differenztemperatur gr von unten nach oben erhöht.
  3. Es wird angenommen, dass die Heißpunkt-Temperatur (P) höher ist als die Temperatur der Wicklung am oberen (heißen) Ende der Wicklung. Die Temperaturerhöhung zwischen dem Heißpunkt in der Wicklung und der Öltemperatur oben im Tank wird als Konstante Hgr (Heißpunkt zu Top-Öl-Gradient) bezeichnet. Untersuchungen konnten belegen, dass der Faktor H, je nach Transformatorgröße, Kurzschlussimpedanz und Wicklungsdesign zwischen 1.0 und 2,1 variieren kann.

Die im Diagramm verwendeten Abkürzungen werden weiter unten erklärt. Gemessene Werte sind mit ausgefülltem Quadrat, errechnete Werte sind mit einem ausgefüllten Punkt gekennzeichnet.

Für die Ermittlung der Heißpunkttemperatur benötigt man neben der Öltemperatur Q0 einen Phasenstrom I und einige transformatorspezifische Kenngrößen.

In der Mehrzahl der Fälle wird diese Auslegung zu hinreichend guten Ergebnissen führen, weil davon ausgegangen werden darf, dass der Transformator näherungsweise gleichmäßig belastet wird.

Für diesen Betriebsfall gilt nämlich: I1 ~ I2 ~ I3

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