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Zusammenfassung  Durch die voranschreitende Energiewende und den stetig steigenden Ausbau der Erneuerbaren Energien besteht vermehrt die Notwendigkeit des Ausbaus von Umspannwerken mit neuen Transformatoren. Dieser Ausbau erfolgt meist auf Basis der maximalen Einspeisung im Jahr. Um hierbei dem Netzbetreiber einen besseren Überblick in Bezug auf die Überlastbarkeit des Transformators zu geben, wird im Rahmen eines Projektes die thermische Überlastbarkeit von Transformatoren untersucht. Für eine genauere Betrachtung des thermischen Verhaltens von Leistungstransformatoren wird eine numerische Berechnung mittels computergestützter Strömungsmechanik (CFD) verwendet. Diese erfolgt anhand im Labor gemessener Messdaten an einem Wicklungsmodell. Dieses numerische 3D-Modell ermöglicht es, die Heißpunkttemperatur eines natürlich ON-gekühlten Transformators zu bestimmen und die Veränderung des Heißpunktfaktors in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anfangstemperaturen im Labor zu berechnen. Durch die Berechnung des Heißpunktfaktors kann das transiente thermische Verhalten untersucht und im zeitlichen Verlauf verglichen werden.  Des Weiteren werden im Rahmen des beschriebenen Projektes über den Zeitraum von einem Jahr Temperatur‑, Leistungs- und Umgebungsmessdaten eines Windparktransformators gezeigt, anhand derer das thermische Verhalten des Transformators untersucht wird. Mit einem Trainingssatz der Messdaten werden unterschiedliche thermische Modelle zur Berechnung der oberen Öltemperatur in Abhängigkeit der Auslastung und der Umgebungstemperatur erstellt und zur Validierung mit einem weiteren Datensatz verglichen. Mithilfe des Heißpunktfaktors aus dem numerischen 3D-Modell kann die Heißpunkttemperatur des natürlich gekühlten Transformators abgeschätzt und mit den Temperaturen aus der Simulation verglichen werden.  Basierend auf der nach DIN IEC 60076‑7 empfohlenen maximalen Heißpunkttemperatur und dem erstellten thermischen Modell wird eine Überlastungskurve in Abhängigkeit der Außentemperatur erzeugt. Mit dieser kann die Überlastbarkeit des Leistungstransformators bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen errechnet und somit der Transformator ohne erhöhtes Risiko nach Bedarf mit höherer Last entsprechend der Überlastungskurve betrieben werden.

Untersuchung der thermischen Überlastbarkeit von Leistungstransformatoren