Auswertung und Analyse der Lastcharakteristiken von Verteilungstransformatoren

Tiefe Analyse und wesentliche Überlegungen zur Bewertung der Lastcharakteristika

Die Bewertung der Lastcharakteristika ist ein Grundpfeiler des Entwurfs von Verteilungstransformatoren und beeinflusst direkt die Kapazitätsauswahl, die Verlustverteilung, die Temperatursteigerungsregelung und den Betriebswirtschaftlichkeit. Die Bewertung muss anhand dreier Dimensionen durchgeführt werden: Lasttyp, zeitliche Dynamik und Umweltkoppelung, wobei ein verfeinertes Modell auf Basis der tatsächlichen Betriebsbedingungen erstellt wird.

1. Verfeinerte Analyse der Lastarten

• Klassifizierung und Eigenschaften

• Haushaltslasten: Geprägt durch Beleuchtung und Haushaltsgeräte, mit einer täglichen Lastkurve, die zwei Spitzen (morgens und abends) zeigt und einem niedrigen jährlichen Lastfaktor (ca. 30%–40%).

• Industrielle Lasten: Eingeteilt in kontinuierlich (z.B. Stahlwerke), intermittierend (z.B. Zerspanung) und Impulsbelastungen (z.B. Lichtbogenöfen), wobei Harmonische, Spannungsschwankungen und Einschaltströme zu beachten sind.

• Gewerbliche Lasten: Wie Einkaufszentren und Rechenzentren, gekennzeichnet durch saisonale Schwankungen (z.B. Sommerklimatisierung) und nichtlineare Eigenschaften (z.B. USV, Frequenzumrichter).

• Lastmodellierung

• Verwendung von äquivalenten Schaltkreismodellen oder Anpassung gemessener Daten, um Leistungsfaktor (PF), harmonischen Gehalt (z.B. THDi) und Lastfluktuationen zu quantifizieren.

2. Dynamische Analyse über zeitliche Dimensionen

• Tägliche Lastkurve

• Abgeleitet aus Feldmessungen oder Standardkurven (z.B. IEEE), die Spitzen- und Tiefperioden sowie deren Dauer hervorheben.

• Beispiel: Die tägliche Kurve eines Industrieparks zeigt zwei Spitzen von 10:00–12:00 und 18:00–20:00, wobei die Nachtslast unter 20% liegt.

• Jährliche Lastkurve

• Berücksichtigt saisonale Schwankungen (z.B. Sommerkühlung, Winterheizung) und prognostiziert zukünftiges Lastwachstum anhand historischer Daten.

• Wichtige Kennzahlen: Jährliche maximale Lastnutzungsstunden (Tmax), Lastfaktor (LF) und Lastkoeffizient (LF%).

3. Umweltkoppelung und Korrelationsbewertung

• Temperaturauswirkungen

• Jede Erhöhung der Umgebungstemperatur um 10°C reduziert die Nennleistung des Transformators um etwa 5% (basierend auf thermischen Alterungsmodellen), was eine Überprüfung der Überlastfähigkeit erforderlich macht.

• Höhenauswirkungen

• Jede Erhöhung der Höhe um 300 m verringert die Isolationsstärke um etwa 1%, was Anpassungen im Isolierdesign oder eine Kapazitätsreduzierung erfordert.

• Verschmutzungsgrad

• Eingeteilt nach IEC 60815 (z.B. leichte, schwere Verschmutzung), was die Auswahl von Bushings und Isolatoren sowie den Kriechweg beeinflusst.

4. Bewertungsmethoden und -werkzeuge

• Messbasierte Methode

• Sammelt reale Lastdaten über Smart-Meter und Oszilloskope, gefolgt von statistischer Analyse (z.B. Lastverteilung, harmonisches Spektrum).

• Simulationsbasierte Methode

• Nutzt Software wie ETAP oder DIgSILENT, um Stromsysteme unter verschiedenen Szenarien zu modellieren.

• Empirische Formeln

• Wie die Lastfaktorformel in IEC 60076 für eine schnelle Abschätzung der Transformatorkapazität.

5. Anwendung der Bewertungsergebnisse

• Kapazitätsauswahl

• Bestimmt die Transformatorkapazität basierend auf dem Lastgrad (z.B. 80%-Designreserve) und der Überlastfähigkeit (z.B. 1,5× Nennstrom für 2 Stunden).

• Verlustverteilung

• Eisenverluste (PFe) sind lastunabhängig, während Kupferverluste (PCu) quadratisch mit der Last steigen, was eine Balance zwischen Leerlauf- und Belastungsverlusten erfordert.

• Temperatursteigerungsregelung

• Berechnet die heißen Punkte der Wicklungen basierend auf den Lastcharakteristika, um die Einhaltung der thermischen Klassifizierung der Isoliermaterialien (z.B. Klasse A ≤105°C) sicherzustellen.

Fazit

Die Bewertung der Lastcharakteristika muss Lastart, zeitliche Dynamik und Umweltkoppelung integrieren, indem Mess-, Simulations- und empirische Methoden verwendet werden, um ein verfeinertes Modell zu erstellen. Die Ergebnisse beeinflussen direkt die Kapazitätsauswahl, die Verlustverteilung und die Betriebssicherheit und bilden die Grundlage des Entwurfs von Verteilungstransformatoren.

• Wirtschaftliche Analyse

• Vergleicht die Investitionsrenditen verschiedener Kapazitäten mittels Lebenszykluskostenanalyse (LCC).