Thermohydraulische Untersuchung von Transformatorwicklungen durch Messung und Simulation

Abstract:
In der modernen Entwicklung von Transformatoren besteht eine starke Forderung einerseits nach einer zuverlässigen thermischen Berechnung des Transformators, andererseits nach einer Ersparnis von Material und anderen Ressourcen so weit als möglich. Diese beiden Ziele können nur dann gemeinsam erfüllt werden, wenn die Möglichkeit einer genauen Berechnung der Temperaturverteilung in den Wicklungen besteht. Die konventionelle Methode, die Temperaturverteilung zu berechnen, besteht darin, die über den Kanalquerschnitt gemittelte Öltemperatur über die Energiebilanz aus den Verlusten und der Durchflussrate des Öls zu berechnen. Die Temperatur in der festen Isolation wird weiterhin über einen angenommenen Wärmeübertragungskoeffizienten berechnet, welcher in Wirklichkeit nur sehr grob bekannt ist. Ebenfalls konnte die o.g. Durchflussrate des Öls bisher auch nur schlecht im Voraus ermittelt werden. Das Thema dieses Artikels ist eine wesentlich genauere, alternative Methode um die Temperaturverteilung zu berechnen. Zunächst wird die Strömungsverteilung in der Wicklung mittels CFD (Computational Fluid Dynamics)-Modellen berechnet um darauf aufbauend über empirische Korrelationen wesentlich zuverlässiger den lokalen Wärmeübertragungskoeffizienten an der Grenzfläche zwischen Öl und fester Isolation zu ermitteln.