CFD-Untersuchungen über den Einfluss unterschiedlicher Parameter auf das thermische Verhalten von Scheibenwicklungen in Leistungstransformatoren

Abstract:
Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Leistungstransformatoren hängt besonders von den thermischen Bedingungen in den Wicklungen ab. Eine übermäßige Wärmeerzeugung ist der Hauptgrund für die Verschlechterung der Isolationseigenschaften und für die Verringerung der Lebensdauer. Ein optimiertes Design der Kühlung ist so von großer Bedeutung, um Betriebsstörungen und Materialalterung aufgrund von thermischen Schäden zu vermeiden. In diesem Beitrag werden Simulationen durch numerische Strömungsmechanik (engl.: Computational Fluid Dynamic – CFD) und experimentelle Untersuchungen zur Kühlleistung eines Zick-Zack-Wicklungsmodells mit pumpenbetriebenem Ölumlauf (engl.: Oil-directed – OD) im Transformator vorgestellt. Das thermische Verhalten der Wicklung und die Kühlleistung werden durch die Verwendung verschiedener Parameter bewertet, um signifikante Einflüsse auf die Heißpunkttemperatur (engl.: Hot Spot Temperature – HST) und den Heißpunkt (Hot Spot Location – HSL) in der Wicklung zu prognostizieren. Zu den Konstruktionsparametern einer Wicklung zählen die horizontale Kühlkanalhöhe, die vertikale Kühlkanalbreite sowie die Anzahl der Scheiben pro Passage. Darüber hinaus haben Betriebsparameter, wie Einlassströmungsrate und Einlasstemperatur der Wicklung, einen beträchtlichen Einfluss auf das thermische Verhalten. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen der Hauptparameter untersucht und die Kühlungsbedingungen bei unterschiedlichen Konstruktionsrandbedingungen verglichen. Die Ergebnisse der CFDSimulationen zeigen, dass die Prognose und die Evaluierung der Wicklungskühlleistung angewendet werden kann, um die Kühlung eines ölgefüllten Leistungstransformators zu optimieren.