Upload
vongoc
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Schakelen op hoogspanning
Woensdag 28 april 2004J. Peuteman
2
Schakelen op hoogspanning
• Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?• Hoofdstuk 2: Schakelaars• Hoofdstuk 3: Het schakelen• Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
3
Waarom Hoogspanning?
• Windenergiepark op de Thorntonbank
• 60 windturbines van 3,6 MW tot 5 MW
• generatorspanning optransformeren tot 33 kV
4
Waarom hoogspanning?
• Windturbines verbonden via 33 kV netwerk
• transformatorplatform welke 33 kV transformeert naar 150 kV
5
Waarom hoogspanning?
• 150 kV zeekabel van 38 km lengte
• transporteert energie alle windturbines samen
• komt toe in “Slijkens” te Bredene
6
Waarom hoogspanning?
• Tenslotte de 150 kV terug naar beneden transformeren om verbruikers te voeden.
• Laagspanningsnet 400 V / 230 V• Waarom hoogspanning?• Beperken joule verliezen tijdens
energietransport
7
Waarom hoogspanning?
• Rekenvoorbeeld:
• P = 240 MW en lijnspanning van 150 kV.• Koperen kabels met sectie 625 mm2
• Jouleverlies = 2,7 MW, ongeveer 1%.• AANVAARDBAAR
8
Waarom hoogspanning?
• Rekenvoorbeeld:
• Alle gegevens blijven dezelfde, maar 33 kV• Jouleverlies = 56 MW• ONAANVAARDBAAR!!
9
Waarom hoogspanning?
• Inderdaad:
• P = U I
• hoe hoger U, hoe lager I• hoe lager jouleverliezen
10
Waarom hoogspanning?
• Natuurlijke reflex:• spanning zo hoog mogelijk
• Is foute reflex! Waarom?
• veiligheid• isolatie en andere apparatuur is duurder
11
Waarom hoogspanning?
• P ~ U2
12
Waarom hoogspanning?
• HS-net: AC of DC?
• Meestal AC dankzij transformatoren
• Soms DC
13
Waarom hoogspanning?
• HVDC
• High Voltage Direct Current
14
Waarom hoogspanning?
• DC-transmissie: HVDC
• Voor zelfde hoeveelheid koper, zelfde isolatieniveau en zelfde hoeveelheid getransporteerd vermogen
• minder jouleverlies
15
Waarom hoogspanning?
• Voor zelfde hoeveelheid getransporteerd vermogen en zelfde jouleverlies
• minder koper nodig = besparing• Rendeert enkel bij lange afstanden (> 750
km) want er is behoefte aan dure• gelijkrichter• wisselrichter
16
Waarom hoogspanning
• HVDC • grote vermogens
transporteren over lange afstand
• koppelen 50 Hz en 60 Hz net
• koppelen niet gesynchroniseerde netten
17
Schakelen op hoogspanning
• Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?• Hoofdstuk 2: Schakelaars• Hoofdstuk 3: Het schakelen• Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
18
Schakelaars
• Belangrijk onderscheid tussen
• vermogenschakelaar• lastschakelaar
• scheidingsschakelaar
19
Schakelaars
• Vermogenschakelaar kan kortsluitstromen onderbreken
• Lastschakelaar kan belastingsstromen onderbreken
• Scheidingsschakelaar enkel stroomloos bediend
• m
20
Schakelaars
21
Schakelaars
• Bij openen stroomvoerende kring:• eerst openen vermogenschakelaar• dan openen scheidingsschakelaars
• Bij sluiten kring:• eerst sluiten scheidingsschakelaars• daarna sluiten vermogenschakelaar
22
Schakelaars
• Nut scheidingsschakelaar?
• Nadat vermogenschakelaar of lastschakelaar geopend is, zorgt de scheidingschakelaar voor zichtbare onderbreking.
• Als je aan installatie werkt wil je ZIEN dat deze spanningsloos is.
23
Schakelaars
• Uitvoeringsvormen
• Openbouwinstallaties• Gasdicht-metaalomsloten installaties• Omsloten installaties
24
Schakelaars
• Openbouwinstallaties
• voor hoge spanningen• snelle montage,
bereikbaarheid en uitbreiding
• relatief goedkoop
25
Schakelaars
26
Schakelaars
• Gasdicht-metaal-omsloten installaties
• isolatie via perslucht of SF6
• veiligheid en weinig onderhoud
• neemt weinig plaats in
27
Schakelaars
• Omsloten installaties
• elektrische en mechanische afscherming
• niet gasdicht• enkel MS en LS, geen HS
28
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars• Persluchtschakelaars• Vacuümschakelaars
29
Schakelaars
• SF6-schakelaars
– bij hoogspanning en middenspanning– kan hoge kortsluitstromen onderbreken– SF6 heeft goede isolerende eigenschappen
– geen SF6-lekken toegelaten
30
Schakelaars
• SF6-schakelaars: eendrukschakelaars
31
Schakelaars
• figuur A: bewegend en vaststaand contact zijn op elkaar gedrukt
• figuur B: openen contacten vormt boog en bewegend zwart stuk comprimeert SF6
• figuur C: eenmaal boog gedoofd via nuldoorgang stroom, ontsnapt de SF6. Verse SF6 voorkomt herontsteken
32
Schakelaars
• SF6-schakelaars: zelfblusschakelaars
33
Schakelaars
• figuur A: bewegend en vaststaand contact zijn op elkaar gedrukt
• figuur B: openen contacten vormt boog en boog levert energie om drukverschil op te bouwen
• figuur C: eenmaal boog gedoofd via nuldoorgang stroom, ontsnapt de SF6. Verse SF6 voorkomt herontsteken
34
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars• Persluchtschakelaars• Vacuümschakelaars
35
Schakelaars
• Persluchtschakelaars
– bruikbaar tot hoogste spanningen (765 kV)– persluchtlek is onschadelijk voor milieu
– veel lawaai
36
Schakelaars
• Persluchtschakelaars
37
Schakelaars
• Bij openen contacten ontstaat een boog• Toevoer van perslucht ververst het medium
tussen de contacten, heeft dus isolerende eigenschappen
38
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars• Persluchtschakelaars• Vacuümschakelaars
39
Schakelaars
• Vacuümschakelaars
– weinig onderhoud– geen brand of explosiegevaar– geruisloos
– bovengrens op uit te schakelen spanning
40
Schakelaars
• Vacuümschakelaars
41
Schakelaars
• Bij openen contacten ontstaat een boog• Verdampen metaaldeeltjes doch ook
neerslag metaaldeeltjes op de wand• De boog dooft bij nuldoorgang, productie
metaaldamp stopt maar neerslag gaat nog tijdje door
• Terug een echt vacuüm tussen de contacten
42
Schakelen op hoogspanning
• Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?• Hoofdstuk 2: Schakelaars• Hoofdstuk 3: Het schakelen• Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
43
Het schakelen
• Ohmse kring: R1 = net, R2= belasting
• R1 << R2
44
Het schakelen
• Bij kortsluiting wordt de stroom enkel beperkt door R1
• Grote kortsluitstroom welke gedurende meerdere netperiodes vloeit
• Openen kring op t = t0 en ontstaan boog
• Boog dooft bij nuldoorgang op t = t1
• Boog mag niet heropkomen
45
Het schakelen
46
Het schakelen
• Inductieve kring: L1 = net, L2 = belasting
• L1 << L2, parasitaire C
47
Het schakelen
• Bij kortsluiting wordt de stroom enkel beperkt door L1, stroom ijlt na op spanning
• Grote kortsluitstroom welke gedurende meerdere netperiodes vloeit
• Openen kring op t = t0 en ontstaan boog
• Boog dooft bij nuldoorgang op t = t1
• Boog mag niet heropkomen
48
Het schakelen
• Spanning over schakelaar S verandert vanaf t = t1 niet ogenblikkelijk, maar wel snel.
• Spanning over S is de netspanning met een hoogfrequent overgangsverschijnsel er op gesuperponeerd.
• Spanning over S stijgt snel en wordt groot, er mag geen nieuwe boog gevormd worden.
49
Het schakelen
50
Het schakelen
• Conclusie:
– het onderbreken van een inductieve kring is veel moeilijker dan het onderbreken van een ohmse kring.
51
Het schakelen
• Ohms-inductieve kring:
– er ontstaat een gedempt overgangsverschijnsel na doven boog op t = t1
52
Het schakelen
• Tot nu toe: boogdoving bij natuurlijke nuldoorgang
• Alternatief: stroomafrukking
• Voorbeeld: onderbreken primaire onbelaste transformator (inductief)
53
Het schakelen
• Stroomafrukking
54
Het schakelen
• Op het ogenblik van de stroomafrukking:– energie in L1 en parasitaire C1
– als energie uit L1 in C1 komt, wordt spanning over C1 erg hoog zodat boog herontstaat
– via nieuwe boog afvoer ladingen van C1, spanning daalt terug
– verdere omzetting energie uit L1 naar C1
– alles herhaalt zich een aantal keer
55
Schakelen op hoogspanning
• Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?• Hoofdstuk 2: Schakelaars• Hoofdstuk 3: Het schakelen• Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
56
Elektrische veiligheid
• Bij het uitvoeren van schakelingen zijn de vitale vijf erg belangrijk.
• DE VITALE VIJF– vrijschakelen– vergrendelen– meten– aarden– afbakenen
57
Elektrische veiligheid
• Vrijschakelen– stroom onderbreken via vermogenschakelaar
(lastschakelaar) en daarna via scheidingsschakelaar
58
Elektrische veiligheid
• Vergrendelen– beveiligt de werkplaats tegen herinschakelen
tijdens uitvoeren werken– via hangsloten herinschakelen vermijden– signalisatieborden
59
Elektrische veiligheid
• Meten– controleren of het elektrisch onderdeel effectief
spanningsloos is.– Ondubbelzinnig meettoestel
60
Elektrische veiligheid
• Aarden– Elektrische installatie verbinden met de aarde– Aarden via geleiders met gepaste sectie die
stevig bevestigd zijn
61
Elektrische veiligheid
• Afbakenen– afbakenen gebied waarin gewerkt wordt– via platen (+signalisatie) contact vermijden met
andere installaties die nog onder spanning staan
62
Schakelen op hoogspanning
• Bedankt voor uw aandacht
• zie: http://www.khbo.be/~peuteman/schakelenHS.htm