Belastbarkeit von Transformatoren

Im Rahmen der Energiewende kommt es zu einem starken Zubau von Photovoltaikanlagen in Niederspannungsnetzen. Während zu Beginn die dezentral erzeugte Energie noch direkt regional verbraucht wurde, übersteigt die erzeugte Energie nun immer häufiger die Verbraucherleistungen. Überlagern sich optimale Wetterbedingungen für dezentrale Erzeugungsanlagen und Schwachlastzeiten, kommt es oft zu einer Rückspeisung aus dem Nieder- ins Mittelspannungsnetz. Durch diesen bidirektionalen Energiefluss werden die Verteilnetzbetreiber mit ihren Betriebsmitteln vor neue Herausforderungen gestellt.

Transformatoren zählen dabei zu den kostenintensivsten Betriebsmitteln im Stromnetz. Derzeit lässt sich immer häufiger eine vorzeitige Alterung von Ortnetztransformatoren beobachten, wodurch Kosten für Wartung und Reparatur zunehmen, bzw. neue Kosten durch den Ersatz alter Ortsnetztransformatoren entstehen. Entscheidendes Kriterium für die technische Lebensdauer ist hierbei die Isolierung der Wicklungen, welche aus ölimprägniertem Zellulosepapier besteht. Dieses Papier ist ab dem Zeitpunkt der Fertigung einem Alterungsprozess ausgesetzt, welcher durch verschiedene Faktoren begünstigt wird.

Den wichtigsten Faktor stellt dabei die Pyrolyse dar, welche zu einer Abspaltung einzelner Moleküle von der Zellulose-Polymerkette führt und damit den Polymerisationsgrad verringert. Dieser Abbauprozess lässt sich nur schwer vermeiden, da er durch eine erhöhte Temperatur und somit durch eine hohe Auslastung des Transformators beschleunigt wird.

Um die Ursachen der vorzeitigen Alterung von Ortsnetztransformatoren detailliert in deren Auswirkungen zu betrachten, wird im Rahmen eines Projektes mithilfe eines thermischen Modells der Einfluss verschiedener Parameter auf das Alterungsverhalten von Ortsnetztransformatoren untersucht. Das Modell zeigt auf, welche Faktoren allgemein einen Einfluss auf die Alterung von Transformatoren haben und wie verändernde Umgebungsbedingungen eine vorzeitige Alterung begünstigen. Weiterhin wird aufgezeigt, wie durch den optimierten Einsatz dezentraler Erzeugungsanlagen im Niederspannungsnetz eine erhöhte Last angeschlossen werden kann, ohne eine vorzeitige Alterung zu bewirken. Daraus kann abgeleitet werden, bis zu welchem Ausbaugrad von PV-Anlagen Transformatoren betrieben werden können, ohne zulässige Betriebstemperaturen zu überschreiten.