title: Verhalten des Drehstromtransformators für unsymmetrische Netzzustände im Verteilnetz
Creators: name: Batorowicz, Damian Stanislaw
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2021

description: Als Standardmodell jedes Drehstromtransformators gilt die T-Ersatzschaltung eines Zweiwicklungstransformators, welche für die Netzberechnung in einem symmetrischen elektrischen Drehstromnetz eingesetzt wird. Diese Ersatzschaltung wird von einem detaillierten geometrischen Modell mit validen Vereinfachungen für die Netzberechnung im Niederfrequenzbereich abgeleitet. In dieser Arbeit wird ein alternatives Modell des Drehstromtransformators untersucht, welches für die Netzberechnung unsymmetrischer Netzzustände infolge einer Spannungsunsymmetrie geeignet ist. Das Modell bildet das Verhalten für ausgewählte Fehlerfälle besser nach als die T‑Ersatzschaltung. Darüber hinaus ermöglicht das Modell, welches als topologisch korrektes Modell (TK‑Modell) bezeichnet wird, einen höheren Freiheitsgrad bei der Berücksichtigung des geometrischen Aufbaus des Drehstromtransformators. In dieser Arbeit wird auf die Ausbreitung einer Spannungsunsymmetrie in Energieversorgungssystemen sowie auf ihre Auswirkung auf einen Drehstromtransformator eingegangen. Als Drehstromtransformator wird ein dreiphasiger Leistungstransformator mit einem gemeinsamen Eisenkern für drei Leiter ausgewählt. Weiterhin werden allgemeine Erkenntnisse über die Strangspannung bei unsymmetrischen Netzzuständen gewonnen. Der unsymmetrische Netzzustand wird durch eine Spannungsunsymmetrie an den Transformatorklemmen nachgebildet. Das Verhalten des Drehstromtransformators unter Berücksichtigung dieser Fehlerbetrachtung wird theoretisch beschrieben. Anschließend wird eine Ersatzschaltung des topologisch korrekten Modells in symmetrischen Komponenten abgeleitet. Diese Darstellung bietet die Möglichkeit, die magnetische Kopplung zwischen den Schenkeln im Transformator bei einem unsymmetrischen Netzzustand theoretisch zu analysieren und zu bewerten. Im Anschluss wird ein elektrisches Energieversorgungsnetz mit einer einpoligen Leiterunterbrechung analysiert. Einerseits verursacht diese Fehlerart Probleme mit seiner Erkennung durch herkömmliche Netzschutzeinrichtungen. Andererseits ist sein elektromagnetisches Verhalten stark vom geometrischen Aufbau und der für ein Netzgebiet typischen Sternpunktbehandlung abhängig. Ein Ziel dieser Untersuchung ist die Ermittlung der Leiter-Erde-Spannung am Netztransformator in Netzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien. Dafür werden typische Schaltgruppen und unterschiedliche Sternpunktbehandlungen im Netz untersucht. Die Windenergieanlagen werden sowohl als doppeltgespeister Asynchrongenerator als auch als Vollumrichter nachgebildet. Durch die in den Netzanschlussbedingungen geforderte dynamische Spannungsstützung beteiligen sich die Windenergieanlagen aktiv an der Regelung der Blindstromeinspeisung bei Spannungseinbruch im Mit- und Gegensystem. Dies hat eine symmetrierende Wirkung auf die Spannung, besonders im unsymmetrischen Kurzschlussfall. Der Einfluss der Windenergieanlagen mit aktiver dynamischer Netzstützung bei einer Leiterunterbrechung wird in dieser Arbeit aufgezeigt. Zudem haben unsymmetrische Netzzustände eine direkte Auswirkung auf die Erdschlussströme und die Spannungsverlagerung. Diese sind je nach Sternpunktbehandlung eines Drehstromnetzes und gültiger Personenschutzmaßnahmen wichtige Kriterien für die Auswahl geeigneter Schutzeinrichtungen. Unsymmetrische Netzzustände, im Besonderen die einpolige Leiterunterbrechung, sind durch die vorhandenen Schutzeinrichtungen schwer im Drehstromnetz zu detektieren. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Erkennung der Leiterunterbrechung ausgearbeitet. Durch eine Überwachung der Leiter-Erde-Spannung ist es möglich, einen unsymmetrischen Belastungszustand der Schenkel im Fall einer Leiterunterbrechung zu erkennen und bei Überschreitung eines Grenzwerts eine Anregung bzw. ein Meldesignal für die Netzleitstelle bereitzustellen.