Onderstations de aarde. Bij kortsluiting vloeit een

Onderstations
kunnen worden gezien als knooppunten in het distributie en transportnet van
electriciteit welke de energieverdeling in het electriciteitsnet op betrouwbare
wijze dient te beheersen en de veiligheid van het systeem moet verzekeren. Een
onderstation bestaat uit diverse schakelcomponenten zoals vermogensschakelaars,
scheiders en aarders. Daarnaast zijn er andere componenten aanwezig die de
beveiligingsfunctie realiseren zoals spannings- en stroommeettransformatoren.
Een onderstation bestaat in het algemeen uit een aantal voedende velden(
incomming bays) en een aantal afgaande velden(outgoing bays) bijvoorbeeld
transformatorvelden. Deze velden worden door middel van 1 of meer railsystemen
verbonden met elkaar.
De componenten in een onderstation kunnen vrij opgesteld staan of ze kunnen
geplaatst zijn in geheel gesloten schakelinstalaties. Bij geheel gesloten
schakelinstallaties bevinden de diverse componenten zich in een metalen
omhulling(metalclad switchgear).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TRANSFORMATOREN

We Will Write a Custom Essay Specifically
For You For Only $13.90/page!


order now

 

Indien er een kortsluiting optreedt of het net overbelast wordt, kan het
nodig zijn om een bepaald netgedeelte uit te schakelen, omdat netcomponenten
zoals transformatoren, aansluitklemmen, railsystemen en schakelaars door
kortsluiting kunnen worden getroffen. Kortsluiting kan ontstaan doordat
bijvoorbeeld de isolatie in een kabel defect raakt, of veroudering van een
kabel. Kortsluiting kan ook het gevolg zijn van uitwendige oorzaken,
bijvoorbeeld als een mast omver wordt geslagen en de kabels een verbinding maken
met de aarde. Bij kortsluiting vloeit een grote stroom die voor een grote
warmte-ontwikkeling zorgt in de stroomvoerende delen. De grootte van de
kortsluitstroom is afhankelijk van het kortsluitvermogen aan de voedingsbron,
de impedantie van de kortsluitbaan en de soort kortsluiting. Hoge
kortsluitstromen kunnen grote mechanische krachten op geleiders veroorzaken,
door de werking van de Lorentzkrachten.

 

Overbelasting in een net kan bijvoorbeeld ontstaan door een plotselinge
toename van de belasting. Een andere oorzaak voor overbelasting is dat het
aantal verbruikers toeneemt zonder dat er maatregelen zijn getroffen hiervoor.
In geval van overbelasting moeten de betreffende stroomvoerende delen of
componenten worden afgeschakeld. Vb als 120MVA gaat op een lijn van 100MVA, dan
is de lijn 20MVA overbelast. Dan zal de beveiliging afhankelijk van de
instelling in een bepaalde tijd (x-seconden) uitschakelen.

 

Transformatoren zetten een wisselspanning van een bepaalde waarde om in een
wisselspanning van een andere waarde bij gelijkblijvende frequentie. De
omzetting vindt plaats zonder bewegende delen. Er zijn energietransformatoren
en meettransformatoren.

 

 

 

 

 

 

Energietransformatoren
Het werkingsprincipe van een transformator is afgebeeld in de volgende figuur

 

De transformator is opgebouwd uit een gesloten magnetisch ijzercircuit, dat
bestaat uit gelamelleerd blik, waarop 2 wikkelingen zijn aangebracht nl.
primaire wikkeling en secundaire wikkeling. Als de primaire wikkeling wordt
aangesloten o een wisselspanning U1, dan wordt er in het blik een
wisselend magnetisch veld opgewekt die op zijn beurt een secundaire spanning U2
opwekt in de secundaire wikkeling. Er is een relatie tussen het aantal
windingen van de wikkelingen en de daarbij behorende spanningen
Up:Us=Np:Ns

Up= primaire spanning
Us= secundaire spanning
Np= aantal wikkelingen aan de primaire zijde
Ns= aantal wikelingen aan de secundaire zijde

Uit deze vergelijking kan het volgende worden gehaald: de verhouding tussen
het aantal wikelingne van de primaire spoel( of wikkeling)  en het aantal windingen van de secundaire
spoel is dezelfde als de verhouding der spanningen.

De belangrijkste kenmerken van een transformator zijn:

–         
Nominale spanning
Elke transformator heeft een primaire en een secundaire wikkeling en soms ook
een tertiaire wikkeling.Voor elke wikkeling is de nominale spanning gegeven in
volt V

–         
Nominaal vermogen:
Het nominale vermogen is het schijnbare vermogen dat de transformator kan
transporteren. Het nominaal vermogen wordt uitgedrukt in voltampere VA

–         
Relatieve kortsluitspanning:
Dit is de spanning die over de primaire zijde komt te staan, indien de
secundaire zijde wordt kortgesloten. De relatieve kortsluitspanning wordt in
procenten van de nominale spanning uitgedrukt.

–         
Schakeling
 De manier waarop de 3 fasewikkelingen
met elkaar worden geschakeld. De meest gebruikte vorm is de driehoekschakeling,
of een sterschakeling.

 

Meettransformatoren

Meettransformatoren worden gebruikt om de aanwezige stromen en spanningen
te meten in hoogspanningsnetten. De secundaire spanningen en stromen worden
gebruikt voor meetdoeleinden. De secundaire stromen en spanningen worden verder
gebruikt om  beveiligingssystemen aan te
sturen tegen ongewenste situaties in een
hoogspanningsnet(overbelasting,kortsluitingen)

 

Stroomtransformator

De stroomtransformator (CT) is een transformator die ontworpen is om een
wisselstroom te produceren in zijn secundaire wikkeling, die evenredig is met
de stroom die in de primaire wikkeling vloeit. Een stroomtransformator
reduceert hoogspanningsstromen naar een lagere waarde, die met een standaard
amperemeter gemeten kan worden en 
isoleert de amperemeter  van
hoogspanningscircuits. De lijnstroom is heel groot en zou niet gemeten kunnen
worden met een normale ampere meter, dus de stroomtransformator verlaagt de
stroom die wel gemeten kan worden. Bij een stroomtransformator mag de
stroomkring nooit openblijven, anders kunnen de windingen verbranden. Het is
belangrijk om de primaire stroom te meten om de volgende redenen:

1.     
Voor verrekening van geleverde energie

2.     
Vor beveiligig tegen overbelasting en korsluiting

3.     
Voor indicatie(vb schakelborden)

Bij transformatie treden er fouten op die te onderscheiden zijn in een
stroomfout en een hoekfout. Afhankelijk van het gebruiksdoel zijn er
nauwkeurigheidseisen gesteld. Voor meettransformatoren moeten de fouten zo
klein mogelijk zijn. Voor de stroommeettransformatoren wordt een
nauwkeurigheidsklasse bepaald die de maximaal toelaatbare afwijking in een
meetbereik aangeeft.

De primaire en secundaire wikkelingen van een stroomtransformator kunnen
overbelastbaar zijn, maar een te grote secundaire stroom kan nadelig zijn voor
de aangesloten meetinstrumenten. Er wordt een instrumentveiliheidsfactor(FS)
hiervoor ingevoerd dat een veelvoud is van de primaire stroom bij de
transformatiefout>10%. Voor beveiligingsstroomtransformatoren wordt er een
overstroomcijfer toegekend. Dit geeft het maximale aantal malen
van de nominale secundaire stroom aan bij de nominale belasting van de
stroomtrafo.

Primaire wikkelingen van de
stroomtransformator moeten bestand zijn tegen kortsluitstromen. Er wordt een onderscheid
gemaakt tussen de volgende 2 kortsluitstromen: thermische kortsluitstroom en
dynamische kortsluitstroom.

   voorbeeld berekening stroomtransformator
Als door een lijn een stroom van 50A vloeit en een 50:1 stroommeettransformator
gebruikt wordt, dan gaat men op de amperemeter 1A aflezen. Als men 1.5 Aafleest,
betekent het dat de stroom door de lijn 75A bedraagt.

 

 

 

De spanningstransformator(PT) is een transformator die gebruikt wordt om
een spanning van een hoge waarde  om te
zetten naar een veilige spanning die gemeten kan worden met een
laagspanningsinsturment zoals een voltmeter. Het is belangrijk om
hoogspanningsmetingen uit te voeren om de volgende redenen:

–         
 Verrekening
van geleverde energie

–         
Meten van storingen

–         
Indicatie op schakelborden

Op de primaire wikkeling van een spanningstransformator staat de te meten
spanning. De spanningstranformator verschilt qua bouw niet veel van de
stroomtransformator, ze hebben beide een pirimaire wikkeling, een ijzeren kern
en 1 of meerdere secundaire wikkelingen. Bij een ideale verliesvrije en
onbelaste spannigstransformator is de primaire windingsspanning altijd gelijk
aan de secundaire windingsspanning. De stroomkring bij een
spanningstransformator mag openblijven.

De fouten die bij transformatie van spanningstranformatoren optreden kunnen
verdeeld worden in procentuele spanningsfouten en hoekfouten. Ook bij de
spanningstranformatoren zijn er nauwkeurigheidsklassen die afhankelijk zijn van
het gebruiksdoel.

voorbeeldberekening spanningstransformator:
Als de lijnspanning 33kV is, en een 33kV:100V spanningstransformator gebruikt
wordt, zal men op een voltmeter 100V aflezen. Indien men 200V afleest op de
voltmeter, is de lijnspanning 66kV. Meestal wordt de spanning niet zo groot.

 

 

 

 

Stroomtrafo

Grootte(A)

beveiliging

 1

1600:1

Differentiaal,
overcurrent, distantie

2

1600:1

Differentiaal,
overcurrent, distantie

3

500:1

Differentiaal, overcurrent

4

1400:1

Differentiaal, overcurrent

5

300:1

Overcurrent

6

300:1

Overcurrent

7

300:1

Overcurrent

8

300:1

Overcurrent

9

300:1

Overcurrent

10

400:1

Differentiaal,
overcurrent, distantie

11

500:1

Differentiaal, overcurrent

12

2800:1

Differentiaal, overcurrent

13

600:1

Overcurrent

14

600:1

Overcurrent

15

600:1

Overcurrent

16

600:1

Overcurrent

17

600:1

Overcurrent

 

 

Spanningstransformator

verhouding

1

36kV:100V

2

36kV:100V

3

36kV:100V

4

12.6kV:100V

5

6.3kV:100V

 

 

Veronderstellingen:

–         
Lijn 1 en 2 zijn inkooplijnen

–         
Staalfabriek koopt energie via lijn 8

–         
Goudbedrijf koopt energie via lijn15

 

 

 

 

 

 

 

Trafo

Vermogen(MVA)

Verhouding(KV:KV)

T1

30

36:12.6

T2

30

36:6.3

 

Lijn

S(KVA)

U(KV)

I(A)

CT

A(

1

40000

36

642

1600->1

2

40000

36

642

1600->1

3

30000

36

481

500->1

4

30000

12.6

1375

1500->1

5–9

6000

12.6

275

300->1

10

20000

36

321

350->1

11

30000

36

481

500->1

12

30000

6.3

2750

3000->1

 

Comptabele meters worden geplaatst bij
CT1 en CT2 en CT8 en CT15. Bij CT1 en CT2 
worden comptabele meters geplaatst, omdat ze inkooplijnen zijn en het
zou onprettig zijn als er minder energie binnen zou komen dan afgestemd. Voor
de bedrijven die energie opkopen, worden ook comptabele meters geplaatst om na
te gaan hoeveel energie geleverd wordt aan die bedrijven. De rest van de lijnen
krijgen geen comptabele meters, omdat bij de huisaansluitingen de kWh-meter het
energie verbruik registreert.

De 100MVA lijnen transporteren echter
40MVA aan schijnbaar vermogen. Toch is er gekozen voor een lijn met capaciteit
100MVA. Dit in verband met redundantie, redundantie houdt in dat in geval een
van de lijnen uitvalt, de andere lijn het vermogen zou moeten overnemen en
transporteren, zodat de gebruiker ongestoord energie kan ontvangen.

 

 

Schakeltoestellen in een onderstation

Vermogensschakelaars
De vermogensschakelaar moet alle mogelijke stromen(nominale stromen en
kortsluitstomen) die in het net aanwezig zijn kunnen inschakelen, voeren en
afschakelen. Afhankelijk van het gebruikte blusmiddel kan er een onderscheid
worden gemaakt tussen de volgende vermogensschakelaars:

–         
Schakelaar in gas:lucht of SF6

–         
Schakelaar in vloeistof:olie

–         
Vacuümschakelaar

Lastschakelaar

De lastschakelaars kunnen de normale
belastingsstroom afschakelen, maar geen kortsluitstromen en worden daarom
beveiligd door smeltveiligheden.
Principe smeltveiligheden: indien een te hoge stroom door de stroomkring loopt,
dan smelt de smeltdraad van de zekering en wordt de stroomkring onderbroken.
Hiedoor kan er ergens anders in de stroomkring(electriciteitsdraden of kabels)
geen warmte ontwikkelen.

 

 

Scheidingsschakelaars

Scheidingsschakelaars(ookwel
scheiders genoemd) hebben geen onderbrekingsvermogen en mogen niet onder
belasting worden geopend. Wordt de scheidingsschakelaar toch geopend onder
belasting, dan kan een vlamboog ontstaan.

 

Blusmedia

–         
Olie als blusmedium
Er vindt een boogontlading plaats, waardood de olie in een groot aantal
gasvormige componenten wordt ontleed. Onder standaard condities wordt ca 0.7
liter gas gevormd per kJ boogenergie. Dit gas stijgt met de temperatuur in
druk, waardoor de koeling sterk toeneemt. Een nadeel bij olie als blusmedium is
het ontstaan van vaste koolresten die het isolatievermogen verlagen.

–         
Lucht als blusmedium
Lucht is goedkoop, licht, onbrandbaar, chemisch weinig actief en goed
isolerend. Bij stilstaande lucht is de warmtegeleiding niet groot, maar de door
turbulenties veroorzaakte stromingen verhogen de geleiding

–         
SF6 als blusmedium
Bij lage druk is SF6 een uitstekende isolator. Dit komt doordat het
SF6-molekuul elektronegatief is. Dit houdt in dat vrije elektronen makkelijk
worden gebonden zodat een negatief ion onstaat.

–         
Vacuüm
als blusmedium
het vacuüm dient als isolatie-medium. Vacuüm heeft een zeer hoge
doorslagveldsterkte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kabels

Kabels bestaan
uit aders, een afscherming en een buitenmantel. Een ader is een geleider(van
koper of aluminium) die wordt omgeven door isolatie. De constructie van de
kabel kan verschillen afhankelijk an het spanningsniveau en de toepassing van
de kabel.

Er zijn 2 type
geleiders te onderscheiden:

1.      
Geleider
die is opgebouwd uit meerdere draden van kleine doorsnede. De draden met een
kleiner doorsnede zijn compact “geslagen” tot een dikke geleider van de
gewenste geleiderdoorsnede.

2.      
Geleiders
van aluminium die “massief” worden uitgevoerd. Bij deze type is er maar 1
geleider van de gewenste geleiderdoorsnede.

De buigzaamheid vormt een probleem voor de massieve geleiders. Om deze
reden worden massieve geleiders in drieadrige kabels toegepast tot een
geleiderdoorsnede van 240mm2. Bij enkeladerige kabels is dit
tot  een geleiderdoorsnede van 800mm2.

  

 

Voor MS-niveau en
hoger worden het geleiderscherm en het aderscherm toegepast om het elektrisch
veld in de isolatie homogeen te verdelen. De scherm bestaat uit een
halfgeleidende laag, die om de geleider en om de isolatie wordt aangebracht,
zodat het elektrisch veld zich homogeen verdeeld in de isolatie.

Als er gekeken wordt
naar de isolatie van de kabel, kan er een onderscheid worden gemaakt tussen de
volgende 2 typen:

1.      
Massa-geimpregneerde
papierisolatie voorbeeld GPLK(Gepantserde Papier Lood Kabel) voor
geleiderdoorsneden tot 300mm2

2.      
Kunststofisolatie
voorbeeld XLPE(Cross Linked Poly Etylene)

 

 

 

 

 

 

De belangrijkste
kenmerken van beide typen zijn in de volgende tabel weergegeven. De nummering
verwijst naar de figuur hierboven

GPLK

XLPE

1.      
Koperen
of aluminium geleiders

1.      
Koperen
of aluminium geleiders, gealsgen of massief

2.      
Aderisolatie(massa-geimpregneerd)

2.      
Aderscherm(halfgeleidende
laag)

3.      
Gordelisatie(massa
geimpregneerd)

3.      
Cross-linked
polyethyleen isolatie

4.      
Afscherming
van lood( geextrudeerd)

4.      
Aderscherm(halfgeleidende
laag)

5.      
Tussenlaag
van gebitumeerd papier

5.      
Afscherming
van koperdraden

6.      
Tussenlaag
van kunststofgaren of jute

6.      
Zwelband
tegen indringing van vocht

7.      
Wapening
van verzinkt staalband

7.      
Polyethyleen
of PVC buitenmantel

8.      
Buitenmantel
van kunststofgaren of jute en bitumen of PVC of PE

 

 

 

Impedanties van
kabels

Een kabel heeft
een impedantie die bestaat uit een weerstand en een reactantie. De diameter en
het materiaal van de geleider bepalen de weerstand van d ekabel voornamelijk. De
reactantie wordt berekend vanuit de zelfinductie, die afhangt van de
geleiderdiameter, de diameter van de afscherming en de ligging van de aders van
de 3 fasen ten opzichte van elkaar.

 

Stroombelastbaarheid

Uit de
internationale erkende norm IEC 60287

 

 

 

 

 

 

Metalclad switchgear

 

 

Go Top
x

Hi!
I'm Rita!

Would you like to get a custom essay? How about receiving a customized one?

Check it out