Wie wählt man einen Temperaturregler für Transformatorwicklungen aus? Prinzip der thermischen Simulation und wichtige Punkte bei der Installation

• Der einzigartige Mehrwert von Wicklungsthermostaten: Eine normale Öloberflächentemperatur bedeutet nicht, dass die Wicklungstemperatur unbedenklich ist. Der Wicklungstemperaturwächter berechnet anhand thermischer Simulationsverfahren die Temperatur an den heißen Stellen der Wicklung und überwacht dabei insbesondere die Temperatur an den kritischsten Stellen des Isoliermaterials des Transformators. Bei Haupttransformatoren mit einer Spannung von 110 kV und mehr ist der Wicklungstemperaturwächter eine unverzichtbare Schutzeinrichtung.
• Grundlagen der thermischen Simulation: Der Strom wird über einen Stromwandler aus dem Laststrom des Transformators entnommen; die von den Heizelementen im Temperaturfühler erzeugte Wärme ist proportional zum Quadrat des Laststroms (simuliert den Kupferverlust). Durch Addition der Öloberflächentemperatur wird daraus die Temperatur an den heißen Stellen der Wicklung berechnet. Es ist absolut nicht erforderlich, Sensoren im Inneren der Hochspannungswicklung zu verlegen.
• Zusammenhang mit dem Ölthermostat: Der Öltemperaturregler erfasst den allgemeinen thermischen Zustand, während der Wicklungstemperaturregler interne Hotspots erkennt. Das Verhältnis zwischen beiden lässt sich mit dem komplementären Verhältnis zwischen einem Fieberthermometer (das die Oberflächentemperatur misst) und einer CT-Untersuchung (die die Lage innerer Krankheitsherde aufzeigt) vergleichen.

1. Ausführliche Erläuterung der thermischen Simulationstechnik

Das Herzstück des Wicklungstemperaturreglers ist die thermische Simulationstechnik – also die Frage, wie sich die Temperatur am heißesten Punkt im Inneren der Wicklung indirekt berechnen lässt, ohne die Hochspannungswicklung zu berühren. Technisch wird dies wie folgt umgesetzt: In einem Temperaturfühler wird ein Heizelement platziert, das über einen Stromwandler (CT) mit Strom versorgt wird, der an der Niederspannungsseite des Transformators an der Mantelleitung angebracht ist. Der Sekundärstrom des Stromwandlers ist proportional zum Laststrom des Transformators, und die von dem Heizelement abgegebene Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms, was genau dem physikalischen Gesetz des Kupferverlusts (I²R) in der Wicklung entspricht. Der durch das Heizelement erzeugte Temperaturanstieg addiert sich zur Öltemperatur, und auf dem Zeigerzifferblatt wird der berechnete Wert der Temperatur am heißesten Punkt der Wicklung angezeigt.

Der größte Vorteil dieses indirekten Messverfahrens liegt in der Sicherheit: Alle Temperaturmesskomponenten sind an der Außenseite des Transformatorbehälters angebracht und vollständig von den Hochspannungswicklungen isoliert, sodass für die Installation und Wartung kein Zugang zum Inneren des Transformators erforderlich ist. Die thermische Simulationstechnik hat sich über Jahrzehnte hinweg bewährt und weist unter stationärer Last eine hohe Genauigkeit auf.

2. Wichtige Punkte und Hinweise zur Installation

2.1 Installation von CT

Der Stromwandler wird an den Anschlussleitungen der Durchführungen auf der Niederspannungsseite des Transformators angebracht. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers muss genau auf die Parameter des Heizelements des Temperaturreglers abgestimmt sein, da sonst die simulierte Temperaturanstiegsrate ungenau wird. Achten Sie bei der Installation auf die richtige Ausrichtung des Stromwandlers und auf fest sitzende Anschlüsse im Sekundärkreis – ein offener Stromkreis auf der Sekundärseite des Stromwandlers kann gefährliche Hochspannungen verursachen.

2.2 Einbau des Temperaturfühlers

Die Fühler des Wicklungstemperaturreglers und des Ölstandstemperaturreglers sind jeweils in zwei separaten Fühlerhalterungen an der Oberseite des Transformatorbehälters angebracht. Beide Fühler ragen in die oberste Ölschicht hinein, doch der Fühler des Wicklungstemperaturreglers enthält ein Heizelement; bei der Montage ist daher auf den Schutz der Kapillarleitung zu achten.

2.3 Schutz der Kapillaren

Das Kapillarrohr ist das empfindlichste mechanische Bauteil des Thermostats. Bei der Verlegung sollten scharfe Biegungen, Vibrationen und mechanische Druckbelastungen vermieden werden. Falls erforderlich, sollte zum mechanischen Schutz ein Metallschlauch oder ein Kunststoffwellschlauch angebracht werden.

3. häufig gestellte Fragen

3.1 Frage: Ist der Temperaturregler der Wicklung genau?

Antwort: Die thermische Simulationsmethode weist unter stationären Lastbedingungen eine gute Genauigkeit auf und erfüllt die Anforderungen der meisten technischen Anwendungen. Bei transienten Prozessen mit starken Lastschwankungen tritt jedoch eine thermische Trägheit auf – die thermische Trägheit des Temperaturfühlers führt dazu, dass die angezeigten Werte hinter den tatsächlichen Temperaturänderungen der Wicklung zurückbleiben. Wenn sich die Last innerhalb von einigen zehn Minuten stark ändert, benötigt der Temperaturregler eine gewisse Zeit, bis sich dies auf der Anzeige widerspiegelt.

3.2 Frage: Welche Folgen hat eine falsche Wahl des CT-Übersetzungsverhältnisses?

Antwort: Ein zu hoher CT-Übersetzungsverhältnis führt zu unzureichender Erwärmung und zu niedrigen Wicklungstemperaturanzeigen – das Betriebspersonal geht fälschlicherweise davon aus, dass die Wicklungstemperatur im sicheren Bereich liegt, obwohl diese tatsächlich bereits überhitzt ist. Ein zu kleiner CT-Übersetzungsverhältnis führt zu Überhitzung und zu hohen Anzeigen – das Betriebspersonal hält die Temperatur fälschlicherweise für normal, was zu unnötigen Lastabwürfen oder Stillständen führt. Bei der Auswahl muss der Hersteller unbedingt anhand der Nennparameter des Transformators einen passenden CT berechnen.

3.3 Frage: Können die Kapillarröhrchen des Wicklungstemperaturreglers und des Ölstandstemperaturreglers gemeinsam verwendet werden?

Antwort: Nein. Die beiden Temperaturregler verfügen jeweils über einen eigenen Temperaturfühler und ein eigenes Kapillarrohr, die in separaten Fühlerhalterungen montiert sind. Es handelt sich um zwei völlig unabhängige Temperaturmesssysteme, die jeweils unterschiedliche Temperaturdaten messen und ausgeben.

Haftungsausschluss: Der Inhalt dieses Artikels dient nur dem technischen Austausch und als Referenz und stellt keine Form von Beschaffungsverpflichtung oder Vertragsangebot dar. Die technischen Parameter, Konfigurationsprogramme und Preise der Produkte unterliegen den tatsächlich unterzeichneten Verträgen und technischen Vereinbarungen.

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