Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Gebruiker:Franciscus/kladblok 2
Nettransformatoren
Een transformator is een elektrisch apparaat, dat wordt toegepast voor het omzetten van een bepaald spanningsniveau naar een lager of hoger spanningsniveau.
Zo wordt bijvoorbeeld voor het gebruik van een elektrisch apparaat de netspanning van 230 volt (V) naar een gewenste lagere wisselspanning omgezet. Dat kan variëren tussen een beltransformator - die spanningen aflevert van 3 V, 5 V en 8 V - en transformatoren voor verlichtingsdoeleinden.
Het omzetten van de netspanning naar het gewenste spanningsniveau gebeurt voor kleine vermogens met eenfasetransformatoren, waarbij meestal sprake is van geringe elektrische vermogens.
Op plaatsen waar grote vermogens worden afgenomen en getransporteerd, wordt in plaats van de eenfasige wisselspanning, een hoge driefasige wisselspanning van 50 Hz toegepast, onder meer om het transportverlies te beperken. Voor het omzetten naar diverse spanningsniveaus worden om die reden driefasentransformatoren toegepast. Een driefasentransformator kan worden beschouwd als een combinatie van drie eenfasetransformatoren.
Principe van de transformator
![](/w/images/thumb/3/31/Net1.jpg/300px-Net1.jpg)
De sterk vereenvoudigde afbeelding van een eenfasetransformator, laat de voornaamste elementen zien. Een eenfasetransformator is namelijk opgebouwd uit een weekijzeren kern waarop twee wikkelingen zijn aangebracht: de primaire wikkeling en de secundaire wikkeling. Als de primaire wikkeling op een wisselspanning U1 wordt aangesloten, dan wordt er in de weekijzeren kern een wisselend magnetisch veld φ opgewekt. Dit magnetische veld – de flux - is door het gesloten ijzercircuit gekoppeld met de secundaire wikkeling en wekt daardoor in die wikkeling een inductiespanning U2 op. De hoogte van deze opgewekte spanning is afhankelijk van het aantal windingen van de secundaire wikkeling. Het verband tussen de aangesloten spanning U1 en de flux φ is:
Ook de secundaire spanning U2 is op gelijke wijze te berekenen als U1 , namelijk:
Als nu verder wordt gekeken naar de verhouding tussen beide spanningen, dan geldt het volgende:
De primaire spanning U1 en de secundaire spanning U2 blijken zich dus evenredig met het aantal windingen te verhouden. De verhouding tussen het aantal windingen van de primaire spoel en de secundaire spoel geeft de factor aan waarmee de spanning omhoog, dan wel omlaag wordt getransformeerd. Dit noemt men de transformatieverhouding.
Als er van wordt uitgegaan, dat het in- en uitgaande vermogens van de transformator gelijk aan elkaar zijn (P2=P2), dan zijn daaruit de stromen I1 en I2 in de transformator af te leiden uit de algemene formule voor het vermogen, namelijk:
Getallenvoorbeeld:
De primaire spanning van eenfasetransformator bedraagt 400 volt (V). De secundaire spanning van deze transformator = 230 V. Het vermogen van de transformator = 6,300 kVA. Met deze gegevens kunnen de stromen I1 en I2 worden berekend, namelijk:
Nettransformatoren
Middenspanningsruimten
Via het hoofdtransportnet - bestemd voor grootschalig, bovenregionaal transport van elektriciteit - wordt de in de centrales opgewekte energie verder geleid. Via de transportnetten van 110 kV en 150 kV wordt verbinding gemaakt met de distributienetten. Deze verbindingen vormen dus de schakel tussen de transportnetten en de verbruikers, en verzorgen de voeding van de middenspanningsruimten.
De distributie van elektriciteit is in twee categorieën te verdelen, namelijk de middenspanningsdistributie van 12 kV tot ca 30 kV en de laagspanningsdistributie van 400 V en 230 V. De laagspanningsdistributie wordt vanaf de middenspanningsruimten verder naar de gebruikers geleid. Deze middenspanningsruimten zijn uitgevoerd als schakelstations, waar in- en afschakelingen worden uitgevoerd.
Transformatorhuisjes
Voor de distributie van de elektriciteit in de woonwijken van de steden, zijn de zogenaamde transformatorhuisjes aanwezig, waar het spanningsniveau via nettransformatoren geschikt wordt gemaakt voor bedrijven en voor huishoudelijk gebruik. De vermogens van de in de transformatorhuisjes aanwezige nettransformatoren zijn genormaliseerd, en lopen van 50 kVA tot 2500 kVA, meestal bij een primaire spanning van 12 kV en een secundaire spanning van 420 V.
- Hoewel de normale driefasige netspanning 400 V is, moet de spanning op de uitgaande transformatorklemmen hoger zijn dan de netspanning, wegens het spanningsverlies over de kabels naar de hoofdverdeelinrichting en de afgaande groepen. Om die reden kiest men een secundaire spanning van 420 V op de klemmen van de transformator.
Voor een middelgrote wijk kunnen in een transformatorhuisje enkele transformatoren zijn opgesteld van 630 kVA of 1000 kVA.
Grootverbruikers in de industrie hebben over het algemeen een aansluiting van 12 kV of 30 kV of zijn rechtstreeks met het transportnet verbonden.
Klemaanduidingen en schakelingen
De aansluitingen van de hoogspanningswikkelingen bij een nettransformator, worden aangeduid met 1U, 1V en 1W. De aansluitingen van de laagspanningswikkelingen worden aangeduid met 2U, 2V en 2W, zoals op de afbeelding is te zien. Als de sterpunten van de nettransformatoren naar buiten worden uitgevoerd, dan worden deze aangeduid met N voor de hoogspanningszijde en met n voor de laagspanningszijde. De wikkelingen van een nettransformator kunnen op drie manieren worden geschakeld, namelijk in:
- sterschakeling
- driehoekschakeling
- zigzagschakeling
Sterschakeling
Zijn de hoogspanningswikkelingen in ster geschakeld, dan wordt dit met Y aangeduid.
Zijn de laagspanningswikkelingen in ster geschakeld, dan wordt dit met y aangeduid.
Bij een Yy-schakeling zijn dus zowel de hoog- als de laagspanningswikkelingen in ster geschakeld. In de afbeelding is een Yy-schakeling weergegeven met naar buiten uitgevoerde sterpunt aan de secundaire zijde.
De spanning aan de laagspanningszijde tussen 1V en 1U, tussen 1U en 1W en tussen 1V en 1W noemt men de lijnspanning Ulijn ( Ul ). De lijnspanning wordt ook wel met de gekoppelde spanning aangeduid. De spanning tussen 1U en n, tussen 1V en n en tussen 1W en n wordt de fasespanning Ufase (( Uf ) genoemd.
Het verband tussen Ul en Uf wordt gegeven door de betrekking:
Driehoekschakeling
Zijn de hoogspanningswikkelingen in driehoek geschakeld, dan wordt dit met D aangeduid.
Zijn de laagspanningswikkelingen in driehoek geschakeld, dan wordt dit met d aangeduid.
Bij een Dd-schakeling zijn dus zowel de hoog- als de laagspanningswikkelingen in ster geschakeld, zoals de afbeelding laat zien.
Bij een driehoekschakeling wordt het verband tussen Ul en Uf gegeven door de betrekking:
Zigzagschakeling
In situaties waarbij nettransformatoren niet gelijkmatig worden belast, past men soms een zogenaamde zigzagschakeling toe.
Meestal is de laagspanningszijde uitgevoerd als zigzagschakeling (z) en de primaire zijde in ster (Y). De secundaire zijde van de transformator bevat dan zes gelijke wikkelingen in plaats van drie. Elke fase is hierbij over twee kernen verdeeld, waarmee de belasting zoveel mogelijk in evenwicht blijft.
Soms worden aan de hoogspanningszijde omschakelbare aftakkingen aangebracht, om de netspanning aan de laagspanningszijde zo constant mogelijk te houden bij toename van het afgenomen vermogen.
Normalisatie
De nettransformatoren zijn genormaliseerd in een reeks, lopend van een vermogen van 50 kVA tot 2500 kVA. In de tabel zijn deze vermogens opgenomen met de bijbehorende nullast- en kortsluitverliezen, en de kortsluitspanningen. Deze inwendige verliezen zijn zeer belangrijk, aangezien de nettransformatoren als regel het gehele jaar door onder spanning staan. Dit houdt dus in, dat ook gedurende het gehele jaar de zogenaamde nullastverliezen (ijzerverliezen) doorgaan, ook als een transformator niet of nauwelijks belast wordt. De kortsluitverliezen (koperverliezen) – die samenhangen met het kwadraat van de stroom I - zijn er alleen als de transformator wordt belast.
De kortsluitspanning is het percentage van de spanning waarbij – als de aansluitklemmen secundair zijn kortgesloten – de nominale stroom Il aanwezig is.
P (kVA) | Nullastverlies (W) | Kortsluitverlies (W) | Kortsluitspanning (%) |
---|---|---|---|
100 | 145 | 1750 | 4 |
160 | 210 | 2150 | 4 |
250 | 300 | 2460 | 4 |
400 | 405 | 3325 | 4 |
630 | 545 | 5000 | 4 |
1000 | 695 | 7575 | 6 |
1600 | 990 | 11075 | 6 |
2000 | 1205 | 14150 | 6 |
2500 | 1450 | 17400 | 6 |
Tabel van vermogens, verliezen en kortsluitspanningen van
genormaliseerde, met olie gevulde nettransformatoren bij nominale belasting
Uitvoeringsvormen
De aansluitingen van de wikkelingen worden door het deksel van de bak naar aansluitklemmen aan de bovenzijde van de transformator naar buiten uitgevoerd. Voor dit doel worden meestal porseleinen doorvoerisolatoren gebruikt, hoewel hiervoor tegenwoordig steeds meer exemplaren van giethars worden toegepast.
De meest gebruikte nettransformatoren worden uitgevoerd in gesloten metalen omhulsels en met olie gevuld, en wel om twee redenen, namelijk om de transformator te koelen en om de isolatie van de wikkelingen in goede staat te houden.
Nettransformatoren met gietharsisolatie past men meestal toe op plaatsen waar brandgevaar absoluut moet worden vermeden. Door de toepassing van organische stoffen als kwartsmeel of glasweefsel wordt het giethars zo goed als onbrandbaar gemaakt.
Het merendeel van de nettransformatoren heeft een schakeling Dyn 5, waarbij dus de primaire wikkeling in driehoek is geschakeld (D) en de secundaire wikkeling in ster (y). De letter n geeft aan, dat aan de secundaire zijde het sterpunt - de nul - naar buiten is uitgevoerd. Het getal 5 heeft te maken met het zogenaamde klokgetal.
In het kort kan hierover worden gezegd, dat het klokgetal de faseverschuiving per 30° aangeeft tussen de primaire en de secundaire spanning.
Op de afbeelding is een met olie gevulde nettransformator weergegeven van 630 kVA, opgesteld op een fabrieksterrein in de openlucht. Om te voorkomen, dat de aansluitingen door weersomstandigheden in het ongerede raken, is de bovenzijde afgedekt. De nettransformatoren zijn voorzien van koelribben om het afkoelend oppervlak te vergroten. Bovendien is een primerlaag en een aflaklaag aangebracht ter bescherming en met als doel het stralingsaandeel bij de afvoer van warmte te verhogen. Als waarborg, dat de gegevens van deze transformator altijd ter beschikking staan, wordt een zogenaamde naam- en gegevensplaat op een goed leesbare plaats aangebracht. Deze bevat de voornaamste gegevens van de transformator als vermogen, primaire en secundaire spanning, klokgetal en kortsluitspanning.
Rekenvoorbeeld
De kortsluitstroom berekenen van een transformator van 630 kVA, als de aansluitklemmen secundair zijn kortgesloten.
Rekenvoorbeeld De belastingsgraad in procenten van een transformator van 630 kVA vaststellen, waarbij de kortsluitverliezen gelijk zijn aan de nullastverliezen.