Alle Informationen rund um das Thema Spannungshaltung erscheinen ab sofort in einem neuen übersichtlicheren Gewand!
Um die wichtigsten Informationen rund um die Spannungshaltung und alle Spannungshaltungsmaßnamen übersichtlich und prägnant darzustellen, betreiben wir eine neue Homepage.
Dort finden Sie neben dem rONt Informationen zu allen Spannungshaltungsmaßnahmen, theoretische Aspekte zur Netzphysik und die Systemvergleiche in der Nieder- und Mittelspannungsebene.

Beschreibung

Regelbare Ortsnetztransformatoren stellen neben der Dezentralisierung der Erzeugungsanlagen eine weitere Entwicklung in unserem Energiesystem dar, die aktiv Einfluss auf die Betriebsparameter des Netzes nimmt, ohne durch eine zentrale Steuerung stets unter der Kontrolle der netzführenden Institutionen zu sein. Ihr Einfluss auf systemrelevante Störfälle ist aber bis dato nicht untersucht worden. Gerade beim Spannungskollaps wird den Stufenschaltern der Transformatoren eine große Bedeutung zugesprochen bzw. diese beim drohenden Kollaps blockiert und damit dem Kollaps entgegengewirkt. Für die Stufensteller regelbarer Transformatoren in der Ortsnetzebene gibt es kein solches Konzept.

Aus diesem Grund soll die Frage geklärt werden ob der flächendeckende Einsatz von regelbaren Ortsnetztransformatoren systemrelevanten Einfluss auf die Spannungsstabilität im Übertragungsnetz hat und wie sich dieser in Zukunft entwickeln wird.

Beschreibung

Derzeit lässt sich immer häufiger eine vorzeitige Alterung von Ortsnetztransformatoren beobachten. Dies führt dazu, dass die Kosten für die Wartung zunehmen, bzw. neue Kosten durch den Ersatz alter Ortsnetztransformatoren entstehen. Um die Ursachen dieses Sachverhalts genauer zu untersuchen, wird ein Alterungsmodell nach DIN-IEC 60067-7 verwendet. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich aus den Eingangsgrößen Umgebungstemperatur und Lastprofil der Verlauf der sogenannten Heißpunkttemperatur bestimmen. Diese beschreibt die heißeste an den Transformatorwicklungen auftretende Temperatur, woraus sich direkt die relative Alterung berechnen lässt. Integriert man diese nun über den betrachteten Zeitraum, ergibt sich der kumulierte Lebensdauerverbrauch.

Hintergrund dieser Betrachtung ist, dass die Erhitzung von Transformatoren zu verschiedenen Effekten führt. Ein kurzzeitiger Notbetrieb mit extremer Auslastung des Transformators führt zu einer verstärkten Gasbildung aus Restfeuchtigkeit im Isolieröl. Diese Gasblasen stellen eine hohe Herausforderung für die Durchschlagfestigkeit in den Wicklungen dar und können deshalb zum Ausfall führen. Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften des Transformators herabgesetzt und die Kurzschlussfestigkeit sinkt. Kommt es zu einem über mehrere Wochen oder Monateandauernden Notbetrieb, führt bereits eine geringere Überlastung zu einer hohen Temperatur und somit zu einer starken Zersetzung (Hydrolyse) des Isolierpapiers, was wiederum mit einer dauerhaften Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften der Leiterisolierung einhergeht. Weiterhin werden andere Bauteile wie Dichtungen ebenfalls negativ beeinflusst.

Um nun das Alterungsverhalten von Ortsnetztransformatoren zu untersuchen, ist es wichtig, verschiedene Lastprofiltypen differenziert zu betrachten. Vor allem in ländlichen Ortsnetzen ist eine Zunahme des Durchdringungsgrads, welcher die gesamte, in einem Ortsnetz installierte Peakleistung von dezentralen Erzeugungsanlagen normiert auf die maximale Last beschreibt, zu beobachten. Die hohe Einspeisung von dezentralen PV-Anlagen im Sommer kann dabei zu einer Rückspeisung in das überlagerte Mittelspannungsnetz führen. Betrachtet man also eine konstante Verbraucherlast und steigert den Anteil an installierter PV-Leistung, so nimmt vorerst die mittlere resultierende Belastung des Transformators ab. Ebenso sinkt die maximal auftretende Heißpunkttemperatur und damit der kumulierte Lebensdauerverbrauch. Ab dem Punkt, an dem die PV-Einspeisung so hoch wird, dass zeitweise die jeweilige Momentanlast übertroffen wird, kommt es zur Rückspeisung und der mittlere resultierende Lastfluss am Transformator nimmt wieder zu. Die maximal auftretende Belastung tritt hierbei im Winter auf, wenn die PV-Einspeisung gering ist und die volle Verbraucherlast anliegt. Erst, wenn der Durchdringungsgrad einen hohen Wert von ca. 1,5 – 2 annimmt, übertrifft die resultierende Rückspeisung die maximale Last. Damit steigt ebenfalls die maximal auftretende Heißpunkttemperatur und damit der kumulierte Lebensdauerverbrauch.

Erste Untersuchungen zeigen somit, dass für jedes Lastprofil ein optimales Verhältnis von maximaler Verbraucherlast und installierter PV-Leistung existiert, bei dem der Lebensdauerverbrauch einen minimalen Wert annimmt. Im Laufe dieses Projekts sollen diese Ergebnisse genauer analysiert und noch weitere Faktoren, wie beispielsweise der Einfluss einer Einhausung, untersucht werden.