TRAST
Der laufende Prozess der Energiewende und die damit verbundenen Änderungen im Energiesystem stellen für das bestehende Stromnetz eine massive Herausforderung dar. Durch den Wandel zu überwiegend dezentraler Erzeugung von Strom wird es notwendig einen weitgreifenden Um- und Ausbau der Übertragungs- und Versorgungsnetze in Deutschland voranzutreiben. Neben den Netzen stehen auch Betriebsmittel wie Transformatoren stärker im Fokus, die Leistung zwischen Spannungsebenen übertragen. Sie gewährleisten somit, dass beispielsweise im Norden Deutschlands erzeugter Windstrom ins Höchstspannungsnetz eingespeist und in den Süden Deutschlands, wo er gebraucht wird, transportiert werden kann. In unserer Gesellschaft nimmt eine störungsfreie Stromversorgung nicht zuletzt durch die fortschreitende Digitalisierung einen immer höheren Stellenwert ein. Die Anforderungen an die Betriebsmittel zur Erzeugung und Übertragung von Energie können im Wesentlichen als Dreieck dargestellt werden, das in einer optimalen Balance aus Versorgungssicherheit, Umweltschutz und Wirtschaftlichkeit stehen soll.
Aus diesen Gründen stehen im Zuge des Kooperationsprojekts TRAST (Forschung an TRAnsformatoren und MonitoringsySTem – Herausforderungen künftiger Stromnetze) Transformatoren im Mittelpunkt der Untersuchungen. Ziel der Untersuchungen ist ein erheblich verbessertes Transformatordesign. Die Verluste innerhalb des Transformators beeinflussen die Wärmeverteilung. Durch eine optimierte Konstruktion können diese reduziert und somit Heißpunkte vermieden werden, wodurch sich die Lebensdauer des Transformators verlängert. Elektromagnetische Feldberechnungen im Eisenkern und den Wicklungen des Transformators stellen die Grundlagen zur Verbesserung der Konstruktion dar. Dazu werden die Erkenntnisse über die genaue Verteilung der Felder – und damit der Verluste – aus den Simulationen eingebracht. Die Alterung von Transformatoren ist maßgeblich bestimmt durch deren thermischer Belastung. Das Modell zur Temperaturverteilung ist die Basis zur Weiterentwicklung eines bestehenden thermischen Normmodells, das punktuell erweitert werden soll. Hintergrund ist, dass die Prognose der Lebensdauer durch weitere Verfeinerung dieses Modells genauere Ergebnisse liefert. Damit ist gewährleistet, dass für Transformatoren im Betrieb ein zuverlässigerer Austauschzeitpunkt ermittelt und damit die Wertschöpfung erhöht wird.
Auf Grundlage eines genauen physikalischen Modells zum Schwingungsverhalten von Wicklungen soll eine Berechnungsmethode entwickelt werden, um Vorhersagen über Geräuschemissionen zu treffen. Außerdem werden auch Untersuchungen zur Entwicklung eines Kesselresonanzmodells durchgeführt. Bei Resonanzfrequenzen von ganzzahligen vielfachen der doppelten Netzfrequenz treten oft hohe Geräuschpegel auf. Ziel dieser Untersuchungen ist die Entwicklung von Designkriterien zur Geräuschreduzierung von Transformatoren.
Die theoretischen und simulativen Erkenntnisse der vorangehend beschriebenen Aufgabenstellungen werden durch Messungen an Transformatoren durch die Starkstrom Gerätebau GmbH verifiziert. Gemeinsam mit den Wissenschaftlern der OTH Regensburg werden aus praktischen und theoretischen Erkenntnissen Rückschlüsse auf Verbesserungen des Transformatordesigns zur Steigerung von Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit gezogen. Dazu werden Konstruktionstools aus den gewonnenen Erkenntnissen entwickelt, die einen praxisrelevanten Abschluss bilden.
Das Projekt TRAST wird durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie gefördert. Die Starkstrom Gerätebau GmbH übernimmt in Kooperation mit Wissenschaftlern der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg die Bearbeitung der Themen.
