LABO. Elektriciteit. OPGAVE: Elektrische arbeid bij hoogspanning. Totaal :.../ /.../ Datum van afgifte:

Transcriptie

1 LABO Elektriciteit OPGAVE: Elektrische arbeid bij hoogspanning Datum van opgave:.../.../ Datum van afgifte: Verslag nr. : 6 Leerling: Assistenten: Klas: 3.1 EIT.../.../ Evaluatie :.../10 Theorie :.../10 Meetopstelling :.../... Berekeningen :.../... Meetresultaten :.../... Grafieken :.../... Oefeningen :.../10 Besluiten :.../20 School: KTA Ieper Sub Totaal :.../50 Totaal :.../20 Remediering:

2 Proef 6 De elektrische arbeid bij hoogspanning 6.1 Theorie Meettransformatoren Inleiding Het direct meten van grote wisselstromen bij laagspanning en van wisselstromen en spanningen bij hoogspanning kan bezwaarlijk op de klassieke manier gebeuren, wegens de montagemoeilijkheden die ermee samengaan, de hoge eisen op gebied van isolatie en het bedieningsgevaar dat eraan verbonden is. Waar gewone meettoestellen onbruikbaar worden, wegens te grote stroom of te hoge spanning, wordt gebruik gemaakt van meettransformatoren Stroommeettransformator a. Opstelling De stroomtransformator is een meettransformator die gebruikt wordt voor het meten van grote wisselstromen of stromen onder hoge spanning. In beide gevallen wordt de primaire geschakeld in de lijndraad waarin de te meten stroom vloeit (fig. 6.1). De primaire wikkeling is dus in serie met de belasting geschakeld. Op de secundaire is een ampèremeter met een meetbereik van meestal 5 A aangesloten. Fig. 6.1 Stroommeting met stroomtransformator en ampèremeter Fig. 6.2 Stroomtransformator Fig. 6.2 toont een stroomtransformator. Bij hoogspanningsinstallaties is om veiligheidsreden de secundaire en de kern van meettransformatoren steeds geaard. 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 2

3 b. Stroommeting Op het kenplaatje van een stroomtransformator is de nominale primaire en de nominale secundaire stroom aangegeven, bijvoorbeeld 100 A / 5 A. Deze verhouding tussen de primaire en de secundaire stroom noem je de stroomverhouding. Om de primaire stroom te kennen moet je de secundaire stroom vermenigvuldigen met de stroomverhouding van de transformator. De stroomverhouding = I I p s = N N s p Voorbeeld: is in de leiding waarin je de stroom wilt meten de maximumstroom 400 A dan zul je een stroomtransformator gebruiken van 400 A / 5 A. Wanneer de ampèremeter die op de secundaire aangesloten is bijvoorbeeld 4,5 A aanwijst, dan is de primaire stroom = 4,5 A 80 =360 A. 400A 4,5A 5A Bij een vaste meetopstelling met een stroomtransformator is in de schaalaanduiding van de ampèremeter reeds rekening gehouden met de stroomverhouding van de te gebruiken stroomtransformator, zodat de waarde van de primaire stroom rechtstreeks op de ampèremeter kan afgelezen worden. De ampèremeter voor de transformator van het voorgaande voorbeeld heeft een meetbereik van 5 A maar de schaal is dan getekend van A en ze draagt de vermelding 400 A / 5 A. c. Voordelen van het gebruik van een stroomtransformator Het gebruik van een stroommeettransformator geeft de volgende voordelen: - Er zijn geen zware leidingen naar de ampèremeter nodig. - De stroomtransformator wordt in de afgesloten hoogspanningsruimte gemonteerd, maar de ampèremeter kan op veilige afstand buiten de hoogspanningsruimte geplaatst worden. - De meetketen is van de hoogspanningskring gescheiden en door de aarding van de secundaire is het gevaar dat je bij aanraking van de secundaire in contact komt met de hoogspanning, vermeden. 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 3

4 d. Belangrijke opmerking Een stroomtransformator is zo gebouwd dat hij slechts normaal werkt als de secundaire belast is door een zeer kleine impedantie, b.v. een ampèremeter. Over het algemeen is de kern namelijk ontworpen voor de kleine fluxwaarde, die aanwezig is bij een belaste secundaire keten. Veronderstel dat de secundaire niet belast is (open secundaire keten). De secundaire ontmagnetiserende m m k I s N s die het primair veld (aangegeven door I p N p ) verzwakt, valt weg. Door de primaire wikkeling die in de lijndraad is geschakeld blijft dezelfde stroom vloeien met als gevolg dat de magnetische flux in de kern abnormaal hoog wordt. De gevolgen hiervan zijn de volgende: 1. In de primaire wikkeling ontstaat een grote t e m k van zelfinductie (e m k z = E L ) waardoor de impedantie van de primaire sterk gaat toenemen en bijgevolg ook de spanning op de primaire klemmen. 2. Ook in de secundaire die zich evenals de primaire in dit te sterk wisselend magnetisch veld bevindt, ontstaat een zeer grote e m k. Deze hoge spanning in primaire en secundaire leveren elektrokutiegevaar op en kunnen een doorslag van de isolatie tussen de windingen veroorzaken. 3. Ook de kern bevindt zich in dit te sterk wisselend magnetisch veld. De kern zal als gevolg van de overdreven grote ijzerverliezen sterk verwarmen (wervelstromen en hysteresis). Besluit De secundaire keten van een stroomtransformator is bedrijf mag nooit geopend worden. Om deze redenen kan een kortsluitinrichting in de secundaire keten aangebracht zijn (fig. 6.1). Steeds moet eerst de secundaire keten kortgesloten worden, alvorens de meetinrichting te ontkoppelen. Daar de secundaire keten niet mag worden onderbroken, mogen hierin NOOIT SMELTVEILIGHEDEN geplaatst worden. 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 4

5 e. Bijzondere uitvoeringen: 1. De staaftransformator De staaftransformator bestaat uit een kern met een secundaire wikkeling waarop de ampèremeter is aangesloten. De lijndraad of stroomrail waarin de te meten stroom vloeit, wordt door de kern aangebracht. De lijndraad fungeert hier bijgevolg als primaire spoel (fig. 6.3). Fig. 6.3 Staaftransformator 2. De stroommeettang (ampèretang) De kern heeft twee bekken die aan een zijde door een scharnier zijn verbonden. De secundaire wikkeling is op die kern aangebracht en verbonden aan een op de tang gemonteerd meettoestel (fig. 6.4). Je kunt de bekken openen en om de geleider plaatsen, waarin de stroomsterkte moet worden gemeten. De geleider vervult hier de rol van primaire spoel. Met de meettang kun je bijgevolg stromen meten zonder de geleider te moeten onderbreken of van zijn isolatie te ontdoen. 6.4 De stroommeettang 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 5

6 6.1.2 Spanningsmeettransformatoren a. Opstelling Wisselstroomvoltmeters worden normaal slechts geleverd voor een meetbereik tot ongeveer 500 V. Voor het meten van hogere wisselspanningen wordt de spanningstransformator aangewend. De primaire wikkeling van de spanningstransformator wordt parallel geschakeld op de te meten spanning. De secundaire wikkeling is aangesloten op een voltmeter (fig. 6.5). De spanningstransformator heeft dus tot taak de hoge primaire spanning omlaag te transformeren zodat deze onrechtstreeks kan gemeten worden met een voltmeter met meetbereik van b.v. 100 V of 110 V. Om veiligheidsredenen is één zijde van de secundaire evenals de ijzeren kern en de metalen beschermkast geaard. b. Spanningsmeting Is de spanning van een hoogspanningsnet b.v. maximaal V, dan moet de verhouding N p / N s een zodanige waarde hebben dat bij U p = V, de secundaire spanning U s gelijk is aan 100 V. In dit geval moet N p / N s bijgevolg gelijk zijn aan 100 ; of m. a. w. het secundair aantal windingen moet 100 maal kleiner zijn dan het primair aantal windingen. Fig. 6.5 Spanningsmeting bij hoogspanning Is de spanning waarop de primaire is geschakeld b.v V, dan is de secundaire spanning 100 maal kleiner of 97,5 V. De schaal van de voltmeter is veelal zo geijkt dat je rechtstreeks de waarde van de primaire spanning kunt aflezen. 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 6

7 c. Voordelen van het gebruik van een spanningstransformator - Het meten van hoge spanningen kan gebeuren met een gewone voltmeter. - De spanningstransformator wordt in de hoogspanningsruimte gemonteerd. De secundaire wordt met laagspanningsleidingen verbonden aan de voltmeter, die buiten de gevaarlijke hoogspanningsruimte op een schakelbord of controletafel is opgesteld (fig. 6.6). Fig. 6.6 controlezaal d. Belangrijke opmerking Een spanningsmeettransformator is een gewone transformator, dus mag de secundaire nooit kortgesloten worden. Als beveiliging tegen kortsluiting plaats je in de primaire toevoerdraden, en soms ook in de secundaire, smeltveiligheden (veelal 0,5 A). 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 7

8 6.1.3 Vermogenmeting Het meten van vermogen in hoogspanningsnetten geschiedt ook met behulp van meettransformatoren. Op de secundaire van de spanningstransformator is de spanningsspoel van de wattmeter geschakeld en op de secundaire van de stroomtransformator is de stroomspoel verbonden. In fig. 6.7 is de aansluiting van een wattmeter en een voltmeter door gebruik van meettransformatoren voorgesteld. Fig. 6.7 Meten van spanning en vermogen bij hoogspanning 6.2 Schakeling van de arbeidsmeter bij hoogspanning Schema s kunnen bespreken Daarvan bestaan er 3 uitvoeringen: Conventionele aansluiting driefasig actief vermogenteller met meettransformatoren Conventionele aansluiting twee W-meter actief vermogenteller met meettransformatoren (2TP's in V) Conventionele aansluiting twee W-meter actief vermogenteller met meettransformatoren (3TP's) 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 8

9 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 9

10 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 10

11 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 11

12 Uitvoering en besluit 6.3 Bezoek hoogspanningscabine school Neem de nodige nota's zodat je onderstaande vragen achteraf kunt oplossen. / Opgaven 1 Waarom zijn er 2 toevoerkabels voorzien? 2 Wie mag de scheidingsschakelaars openen (onderbreken van de toevoerkring)? 3 Mag men dit doen onder vollast? 4 Welke veiligheidsvoorwaarden moet men in acht nemen om de hoogspanning te onderbreken? 5 Welke methode past men toe om de elektrische arbeid te meten? 6 Hoe wordt de transformator geschakeld (primaire en secundaire)? 7 Hoe wordt de secundaire spanning op de juiste waarde gebracht? 8 Waarom meet men zowel de actieve als de reactieve arbeid? 9 Waarom is er steeds een buitendeur voorzien in de cabine? 10 Mag men met water blussen in geval van brand? 6.5 Besluit /20 Beantwoord volgende vragen: 1. Hoe gaat men te werk om elektrische arbeid te meten (praktisch zijn). 2. Waarom meet men deze arbeid aan de primaire zijde en niet aan de secundaire zijde (hier is de spanning veel lager en bijgevolg moet men minder eisen stellen aan de meetsysteem)? 3. Hoe beveiligt men het geheel? 6 Elektrische arbeid bij hoogspanning 3.1EIT pagina 12