Modellierung der Impedanzcharakteristik von Leistungstransformatoren bei der induzierten Spannungsprüfung in Abhängigkeit der Frequenz und der Amplitude der induzierten Spannung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung und Modellierung der Abhängigkeit der von unbelasteten Leistungstransformatoren aufgenommenen Wirk-, Blindund Scheinleistung von Amplitude und Frequenz der Grundschwingung der speisenden Spannung. Dieses Hauptziel, die Entwicklung eines Verfahrens zur Berechnung des Leistungsbedarfs für ein- und dreiphasige Transformatoren bei der Prüfung mit induzierter Spannung, wurde erreicht. In dieser Arbeit wurde versucht, parallel zur messtechnischen Ermittlung die von leerlaufenden Transformatoren aufgenommene Leistung für verschiedene Amplituden und Frequenzen der Grundschwingung der speisenden Spannung zu berechnen. Hierzu wurden zunächst J-H-Hystereseschleifen an einer Vergleichsprobe gemessenen. Es wurde untersucht Hystereseschleifen durch zwei verschiedene Verfahren möglichst gut nachzubilden. Zum einen wurden B-H-Hystereseschleifen mit verschiedenen Variationen und Erweiterungen des Jiles-Atherton-Modells in Verbindung mit unterschiedlichen Parametersätzen berechnet. In einem zweiten Ansatz wurden B-H-Hysteresekurven mit dem Preisach-Modell generiert. Es führte jedoch keines der beiden Modelle zu optimalen Ergebnissen für alle betrachteten Aussteuerungen beim vorliegenden Transformatorenblech. Dennoch kann als Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zur Modellierung von Hystereseschleifen das Verfahren nach Jiles und Atherton als geeigneter für den Einsatz zur Nachbildung des magnetischen Verhaltens des Transformatorkerns in einem Transformatorenmodell betrachtet werden. Des Weiteren wurde ein Simulationsmodell für ein- und dreiphasige Transformatoren aufgestellt, bei denen die Topologie des magnetischen Kreises und das elektrische Ersatzschaltbild mit Hilfe von Zustandsgleichungen beschrieben werden. Die Ergebnisse variieren hierbei in Abhängigkeit vom benutzen Verfahren zur Nachbildung der magnetischen Eigenschaften des Kerns, von der Weise wie die Wirbelstromverluste im Kern sowie auftretende Streuflüsse und Phasenstreuflüsse berücksichtigt werden. Insbesondere Hersteller, die umfassende Kenntnis über den Aufbau des zu prüfenden Transformators besitzen, können die für die Prüfung mit induzierter Spannung benötigte Wirk-, Blind- und Scheinleistung mithilfe des entwickelten Simulationsmodells bestimmen und dabei eine gute Annäherung an die realen Leistungswerte erzielen. Externe Dienstleister, die mit der Prüfung von Transformatoren betraut sind und die keinen Zugang zu den für die Modellierung notwendigen Daten besitzen, können das vorgestellte Berechnungsverfahren nur in sehr eingeschränktem Umfang nutzen, da eine Abschätzung relevanter Parameter die Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den tatsächlichen Leistungswerten zum Teil deutlich reduzieren kann. In diesem Fall ist es sinnvoll, bei der näherungsweisen Ermittlung des Leistungsbedarfs für die Prüfung mit induzierter Spannung vornehmlich auf eventuell vorhandene Erfahrungswerte zurückzugreifen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Untersuchungen zur frequenz- und spannungsabhängigen Leistungsaufnahme leerlaufender Transformatoren. In: ETG Fachbericht 134, Fachtagung: Diagnostik elektrischer Betriebsmittel 2012, Fulda, 15. – 16. November, 2012
Mößner, K., Buschmann, I. und Leibfried, T.
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Untersuchungen zur frequenzabhängigen Leistungsaufnahme unbelasteter Leistungstransformatoren, Dissertation, Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2013
Mößner, K.
