Schakelen op hoogspanning

Schakelen op hoogspanning
Woensdag 28 april 2004
J. Peuteman
1
Schakelen op hoogspanning
•
•
•
•
Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?
Hoofdstuk 2: Schakelaars
Hoofdstuk 3: Het schakelen
Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
2
Waarom Hoogspanning?
• Windenergiepark op
de Thorntonbank
• 60 windturbines van
3,6 MW tot 5 MW
• generatorspanning
optransformeren tot
33 kV
3
Waarom hoogspanning?
• Windturbines
verbonden via 33 kV
netwerk
• transformatorplatform
welke 33 kV
transformeert naar
150 kV
4
Waarom hoogspanning?
• 150 kV zeekabel van
38 km lengte
• transporteert energie
alle windturbines
samen
• komt toe in “Slijkens”
te Bredene
5
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
6
Waarom hoogspanning?
• Rekenvoorbeeld:
•
•
•
•
P = 240 MW en lijnspanning van 150 kV.
Koperen kabels met sectie 625 mm2
Jouleverlies = 2,7 MW, ongeveer 1%.
AANVAARDBAAR
7
Waarom hoogspanning?
• Rekenvoorbeeld:
• Alle gegevens blijven dezelfde, maar 33 kV
• Jouleverlies = 56 MW
• ONAANVAARDBAAR!!
8
Waarom hoogspanning?
• Inderdaad:
• P=UI
• hoe hoger U, hoe lager I
• hoe lager jouleverliezen
9
Waarom hoogspanning?
• Natuurlijke reflex:
• spanning zo hoog mogelijk
• Is foute reflex! Waarom?
• veiligheid
• isolatie en andere apparatuur is duurder
10
Waarom hoogspanning?
• P ~ U2
11
Waarom hoogspanning?
• HS-net: AC of DC?
• Meestal AC dankzij
transformatoren
• Soms DC
12
Waarom hoogspanning?
• HVDC
• High Voltage Direct
Current
13
Waarom hoogspanning?
• DC-transmissie: HVDC
• Voor zelfde hoeveelheid koper, zelfde
isolatieniveau en zelfde hoeveelheid
getransporteerd vermogen
• minder jouleverlies
14
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
15
Waarom hoogspanning
• HVDC
• grote vermogens
transporteren over
lange afstand
• koppelen 50 Hz en 60
Hz net
• koppelen niet
gesynchroniseerde
netten
16
Schakelen op hoogspanning
•
•
•
•
Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?
Hoofdstuk 2: Schakelaars
Hoofdstuk 3: Het schakelen
Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
17
Schakelaars
• Belangrijk onderscheid tussen
• vermogenschakelaar
• lastschakelaar
• scheidingsschakelaar
18
Schakelaars
• Vermogenschakelaar
kan kortsluitstromen
onderbreken
• Lastschakelaar kan
belastingsstromen
onderbreken
• Scheidingsschakelaar
enkel stroomloos
bediend
• m
19
Schakelaars
20
Schakelaars
• Bij openen stroomvoerende kring:
• eerst openen vermogenschakelaar
• dan openen scheidingsschakelaars
• Bij sluiten kring:
• eerst sluiten scheidingsschakelaars
• daarna sluiten vermogenschakelaar
21
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.
22
Schakelaars
• Uitvoeringsvormen
• Openbouwinstallaties
• Gasdicht-metaalomsloten installaties
• Omsloten installaties
23
Schakelaars
• Openbouwinstallaties
• voor hoge spanningen
• snelle montage,
bereikbaarheid en
uitbreiding
• relatief goedkoop
24
Schakelaars
25
Schakelaars
• Gasdicht-metaalomsloten installaties
• isolatie via perslucht
of SF6
• veiligheid en weinig
onderhoud
• neemt weinig plaats in
26
Schakelaars
• Omsloten installaties
• elektrische en mechanische
afscherming
• niet gasdicht
• enkel MS en LS, geen HS
27
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars
• Persluchtschakelaars
• Vacuümschakelaars
28
Schakelaars
• SF6-schakelaars
– bij hoogspanning en middenspanning
– kan hoge kortsluitstromen onderbreken
– SF6 heeft goede isolerende eigenschappen
– geen SF6-lekken toegelaten
29
Schakelaars
• SF6-schakelaars: eendrukschakelaars
30
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
31
Schakelaars
• SF6-schakelaars: zelfblusschakelaars
32
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
33
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars
• Persluchtschakelaars
• Vacuümschakelaars
34
Schakelaars
• Persluchtschakelaars
– bruikbaar tot hoogste spanningen (765 kV)
– persluchtlek is onschadelijk voor milieu
– veel lawaai
35
Schakelaars
• Persluchtschakelaars
36
Schakelaars
• Bij openen contacten ontstaat een boog
• Toevoer van perslucht ververst het medium
tussen de contacten, heeft dus isolerende
eigenschappen
37
Schakelaars
• Technologische uitvoering schakelaars
• SF6-schakelaars
• Persluchtschakelaars
• Vacuümschakelaars
38
Schakelaars
• Vacuümschakelaars
– weinig onderhoud
– geen brand of explosiegevaar
– geruisloos
– bovengrens op uit te schakelen spanning
39
Schakelaars
• Vacuümschakelaars
40
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
41
Schakelen op hoogspanning
•
•
•
•
Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?
Hoofdstuk 2: Schakelaars
Hoofdstuk 3: Het schakelen
Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
42
Het schakelen
• Ohmse kring: R1 = net, R2= belasting
• R1 << R2
43
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
44
Het schakelen
45
Het schakelen
• Inductieve kring: L1 = net, L2 = belasting
• L1 << L2, parasitaire C
46
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
47
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.
48
Het schakelen
49
Het schakelen
• Conclusie:
– het onderbreken van een inductieve kring is
veel moeilijker dan het onderbreken van een
ohmse kring.
50
Het schakelen
• Ohms-inductieve kring:
– er ontstaat een gedempt overgangsverschijnsel
na doven boog op t = t1
51
Het schakelen
• Tot nu toe: boogdoving bij natuurlijke
nuldoorgang
• Alternatief: stroomafrukking
• Voorbeeld: onderbreken primaire onbelaste
transformator (inductief)
52
Het schakelen
• Stroomafrukking
53
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
54
Schakelen op hoogspanning
•
•
•
•
Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning?
Hoofdstuk 2: Schakelaars
Hoofdstuk 3: Het schakelen
Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid
55
Elektrische veiligheid
• Bij het uitvoeren van schakelingen zijn de
vitale vijf erg belangrijk.
• DE VITALE VIJF
–
–
–
–
–
vrijschakelen
vergrendelen
meten
aarden
afbakenen
56
Elektrische veiligheid
• Vrijschakelen
– stroom onderbreken via vermogenschakelaar
(lastschakelaar) en daarna via
scheidingsschakelaar
57
Elektrische veiligheid
• Vergrendelen
– beveiligt de werkplaats tegen herinschakelen
tijdens uitvoeren werken
– via hangsloten herinschakelen vermijden
– signalisatieborden
58
Elektrische veiligheid
• Meten
– controleren of het elektrisch onderdeel effectief
spanningsloos is.
– Ondubbelzinnig meettoestel
59
Elektrische veiligheid
• Aarden
– Elektrische installatie verbinden met de aarde
– Aarden via geleiders met gepaste sectie die
stevig bevestigd zijn
60
Elektrische veiligheid
• Afbakenen
– afbakenen gebied waarin gewerkt wordt
– via platen (+signalisatie) contact vermijden met
andere installaties die nog onder spanning staan
61
Schakelen op hoogspanning
• Bedankt voor uw aandacht
• zie: http://www.khbo.be/~peuteman/schakelenHS.htm
62