|
|
| Regel 19: |
Regel 19: |
| <br/>Langs de waterval zijn trappen aangelegd voor de bezoekers. | | <br/>Langs de waterval zijn trappen aangelegd voor de bezoekers. |
| :*<big>''De Loenense waterval is de hoogste waterval van ons land.''</big> | | :*<big>''De Loenense waterval is de hoogste waterval van ons land.''</big> |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
| '''Vetgedrukte tekst'''=Bruggelijkrichter=
| |
| Bij veel elektronische apparatuur worden eisen gesteld aan de voedingsspanning. Veelal zal hierbij gelijkspanning nodig zijn. Als regel wordt deze gelijkspanning verkregen door middel van gelijkrichting met behulp van diodes.
| |
| Hiervoor zijn diverse schakelingen bedacht; ieder met hun specifieke eigenschappen.
| |
|
| |
| ==Effectieve waarde==
| |
| Om meer inzicht te krijgen in de verschillen tussen de aanwezige wisselspanning van het net en een gelijkgerichte spanning, worden hier de bijbehorende begrippen van de wisselspanning aangehaald.
| |
| <br/>Bij een sinusoïdevormige wisselspanning wordt onderscheid gemaakt tussen de topwaarde <big>'''''U<sub>max'''''</sub></big> van de sinus en de effectieve waarde <big>'''''U<sub>eff'''''</sub></big>. De effectieve waarde is ook de waarde waarmee de netspanning wordt aangeduid.Voor Europa is dit <big>'''''230 V'''''</big>.
| |
| <br/>Voor de effectieve waarde wordt algemeen als definitie aangehouden:
| |
| *''De warmte die in een weerstand wordt ontwikkeld, wordt bepaald door de effectieve waarde van de wisselspanning die in een weerstand gemiddeld hetzelfde elektrisch vermogen ontwikkelt als bij een gelijkspanning''.
| |
| [[Afbeelding:Sinusoïde.jpg|300px|left]]
| |
| De effectieve waarde <big>'''''U<sub>eff'''''</sub></big> van de spanning is af te leiden van de topwaarde <big>'''''U<sub>max'''''</sub></big>, namelijk:
| |
| *<big>'''''U<sub>eff</sub>''''' = '''''{{vbreuk|U<sub>max</sub>|√2}}'''''</big>
| |
| Zodat dus bij een netspanning van <big>'''''230 V'''''</big>,
| |
| <br/>de topwaarde <big>'''''U<sub>max'''''</sub> = '''''230 • √2 = 325 V'''''</big>.
| |
| <br/>De spanning <big>'''''U<sub>max'''''</sub></big> varieert dus tussen <big>'''''325 V'''''</big> en <big>'''''-325 V'''''</big>.
| |
| <br/>De gemiddelde waarde <big>'''''U<sub>gem'''''</sub></big> bij een sinusvormige wisselspanning = <big>'''''0'''''</big>.
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
|
| |
| ==Enkelzijdige gelijkrichting==
| |
| [[Afbeelding:Enkelgelijk.jpg|390px|left]]
| |
| <br/>
| |
| De meest eenvoudige manier van gelijkrichten gebeurt door enkelzijdige eenfasegelijkrichting. Dit gebeurt met één diode die de positieve of negatieve zijde van een wisselstroom doorlaat en de andere zijde tegenhoudt.
| |
| <br/>De rimpel bij deze vorm van gelijkrichting is relatief groot en de resulterende spanning zal bij enige belasting relatief laag zijn, namelijk:
| |
| :*:<big>'''''U<sub>gem</sub>''''' = {{vbreuk| '''''U<sub>max</sub> |π'''''}}</big>
| |
| *''De gemiddelde waarde is een zeer belangrijke parameter in de elektrotechniek en elektronica. Het is de spanning die universeelmeters aanwijzen en die algemeen wordt aangehouden.''
| |
| ==Graetzschakeling==
| |
| [[Afbeelding:Graetzschakeling.jpg|400px|left]]
| |
| Een veel gebruikte schakeling – een zogeheten bruggelijkrichter, die meestal '''Graetzschakeling'''<sup>1)</sup> wordt genoemd - bestaat uit vier diodes die de wisselspanning omzetten naar een ''pulserende'' gelijkspanning.
| |
| Hiervoor wordt eerst via een transformator de aanwezige netspanning omlaag of omhoog gebracht naar een geschikte waarde en aangeboden aan de schakeling.
| |
| <br/>
| |
| ==Uitgangsspanning==
| |
| Zoals uit het voorgaande blijkt, is de onbelaste uitgangsspanning <big>'''''U'''''</big> van een bruggelijkrichter bij een sinusvormige ingangsspanning, <big>'''''√2'''''</big> x de effectieve waarde van de ingangsspanning.
| |
| Deze ingangsspanning is meestal afkomstig van een transformator die de netspanning van <big>'''''230 V'''''</big> omzet naar bijvoorbeeld <big>'''''12 V'''''</big> of een andere spanning.
| |
| [[Afbeelding:Uitspanning.jpg|400px|left]]
| |
| Voor de gelijkgerichte uitgangsspanning geldt nu een gemiddelde spanning:
| |
| *:<big>'''''U<sub>gem</sub>''''' = '''''U<sub>max</sub> {{vbreuk|2|π'''''}}</big>
| |
| *''Van de uitgangsspanning moet bij gebruik van siliciumdiodes, <big>'''2 • 0,7 = 1,4'''</big> volt worden afgetrokken, vanwege de spanningsval over de diodes.''
| |
|
| |
| ==Afvlakking==
| |
| [[Afbeelding:Rimpelsp.jpg|470px|right]]
| |
| De pulserende gelijkspanning wordt in de gegeven vorm zelden toegepast. In de praktijk zal de na de gelijkrichting aanwezige pulserende gelijkspanning verder worden afgevlakt. Dit wordt uitgevoerd met behulp van [[Condensator|condensatoren]], waardoor een aanvaardbare rimpelspanning overblijft.<sup>2)</sup> Voor de condensatoren worden in dit geval meestal elektrolytische condensatoren ( elco's ) gekozen.
| |
| [[Afbeelding:Gelijksppuls.jpg|280px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| De uiteindelijke grootte van de rimpel – ook wel brom genoemd - hangt af van de capaciteit <big>'''''C'''''</big> van de condensator, de netfrequentie <big>'''''f'''''</big> en de grootte <big>'''''I<sub>0</sub>'''''</big> van de belasting. Dit wordt uitgedrukt in de volgende formule:
| |
| :[[Afbeelding:Riimpel.jpg|120px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| Waarin:
| |
| * <big>'''''U<sub>r'''''</sub></big> = piekwaarde rimpelspanning (<big>'''''V'''''</big> )
| |
| * <big>'''''I<sub>0</sub>'''''</big> = stroom door het object ( <big>'''''A'''''</big> )
| |
| * <big>'''''f'''''</big> = netfrequentie ( <big>'''''Hz'''''</big> )
| |
| * <big>'''''C'''''</big> = capaciteit condensator ( <big>'''''F'''''</big> )
| |
| ===Rekenvoorbeeld===
| |
| De capaciteit van de condensator berekenen, als:
| |
| *De ingangsspanning <big>'''''U<sub>in'''''</sub></big> = <big>'''''12 V'''''</big>, bij een netfrequentie <big>'''''f'''''</big> = <big>'''''50 Hz'''''</big>,zodat de uitgangsspanning
| |
| :<big>'''''U<sub>max'''''</sub></big> = <big>'''''12 • √2 = 16,97 V'''''</big>. Verminderd met <big>'''''2 • 0,7 = 1,4 volt'''''</big> van de dioden, wordt dit ongeveer <big>'''''15,6 V'''''</big>.
| |
| Voor de stroom <big>'''''I<sub>0</sub>'''''</big> door de weerstand <big>'''''R'''''</big> wordt bijvoorbeeld <big>'''''2 A'''''</big> genomen. Als rimpelspanning <big>'''''U<sub>r'''''</sub></big> wordt meestal <big>'''''2%'''''</big> aangehouden van <big>'''''U<sub>max'''''</sub></big>, dus ongeveer <big>'''''0,3 V'''''</big>. De piekwaarde van de brom wordt dan: <big>'''''0,3 • 2√2 = 0,85 V'''''</big>.
| |
| <br/>Uit de eerder gegeven formule is af te leiden:
| |
| :[[Afbeelding:Formule Cap.jpg|120px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>Waaruit de capaciteit <big>'''''C'''''</big> wordt berekend:
| |
| :[[Afbeelding:XXXCapaciteit.jpg|300px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <br/>Een elco van <big>'''''23500 μF'''''</big> is een gangbare waarde.
| |
| * Bij keus van een nabijgelegen gangbare capaciteit van <big>'''''25000 μF'''''</big> wordt de rimpelspanning <big>'''''< 2%'''''</big>, namelijk: <big>'''''1,88%'''''</big>.
| |
|
| |
| ==Driefasige bruggelijkrichter==
| |
| [[Afbeelding:Driefbrug.jpg|220px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <big>'''''Ingangsspanning'''''</big>
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| Bij aanwezigheid van een [[Transport en distributie van elektriciteit|driefasensysteem]] '''''RST''''', kan met 6 diodes een
| |
| bruggelijkrichter worden samengesteld.
| |
| <br/>Als met zo'n driefasengelijkrichter een driefasige
| |
| spanning wordt gelijkgericht, dan is de overblijvende rimpelspanning
| |
| uitermate klein.
| |
| <br/>Bij een driefasige spanning kan ook ''enkelfasig'' worden gelijkgericht.
| |
| <br/>Het zal duidelijk zijn, dat hierbij de rimpelspanning groter is dan
| |
| bij dubbelfasige gelijkrichting.
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| <big>'''''Uitgangsspanning'''''</big>
| |
| {{Bron|bronvermelding=
| |
| {{References}}
| |
| *<sup>1)</sup>'''Karol Pollak''' – een Poolse ingenieur ( 15 november 1859 – 17 december 1928 ) – ontdekte een brugschakeling waarmee wisselspanning kon worden gelijkgericht. De schakeling werd in 1895 geoctrooieerd in Engeland en in Duitsland. Onafhankelijk hiervan vond de wis- en natuurkundige '''Leo Graetz''' ( Breslau, 26 september 1856 – München, 12 november 1941 ) een soortgelijke schakeling uit en publiceerde in Elektronische Zeitung in 1897 de bruggelijkrichter. Sinds die tijd wordt dit circuit bijna altijd aangeduid als : '''''Graetzschakeling'''''.
| |
| *<sup>2)</sup>Heel zelden worden ook nog wel smoorspoelen toegepast, aangezien deze een blokkade vormen voor wisselspanning. Wegens de vrij grote afmetingen kan dit echter problemen opleveren.
| |
| }}
| |
| [[Categorie: Elektrotechniek]]
| |
| [[Categorie: Elektriciteit]]
| |
| [[Categorie: Elektronica]]
| |
| [[Categorie: Natuurkunde]]
| |
| [[Categorie: Wiskunde]]
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
|
| |
| {{essay|Franciscus:30-07-2018}}
| |
| Installateurs beschikken als regel over een ruime ervaring met het ontwerpen en uitvoeren van installaties voor woonhuizen en winkels. De kennis van gelijkspanningsinstallaties blijft hierbij helaas meestal wat achter. Toch moet af en toe een gelijkspanningsinstallatie worden ingericht, zeker nu de vraag naar noodstroomvoorzieningen ( [[Noodstroomvoorzieningen|UPS-installaties]] ) stijgende is en ook veel voorzieningen voor zonnepanelen ( PV–installaties ) worden geïnstalleerd.
| |
| <br/>Uit de praktijk en uit onderzoek blijkt, dat een gelijkspanningsinstallatie zich in een aantal opzichten ''anders'' gedraagt dan de installateur gewend is. Smeltveiligheden en installatieautomaten bijvoorbeeld houden er bij gelijkspanning ''andere'' afschakeltijden op na dan bij aansluiting op wisselspanning. Ook contacten van magneetschakelaars en relais kunnen bij gelijkspanning problemen ondervinden.
| |
| <br/>Met dit afwijkende gedrag voor ogen, moet natuurlijk vooraf zoveel mogelijk rekening worden gehouden, anders komen de installateur en de gebruiker naderhand voor vervelende verassingen te staan.
| |
| <br/>Nog een belangrijk aandachtspunt zijn de benodigde accubatterijen. Uit de diverse typen en accucapaciteiten moet een keus worden gemaakt, waarvoor enkele belangrijke criteria gelden.
| |
|
| |
| ==PV-installaties==
| |
| PV-installaties zijn te onderscheiden in twee soorten, namelijk :
| |
| * autonome PV-installaties
| |
| * direct aan het net gekoppelde installaties
| |
| De autonome PV-installaties zijn uitgevoerd met accubatterijen en zijn ''niet'' gekoppeld aan het openbare elektriciteitsnet, maar zijn via een omvormer rechtstreeks met de gebruiker verbonden. Bij de direct aan het net gekoppelde installaties ontbreekt de accu en wordt via de regelaar en de omvormer rechtstreeks aan de gebruiker en het openbare elektriciteitsnet geleverd. Bij beide soorten installaties blijft natuurlijk aan de orde, dat de zonnecellen gelijkstroom afleveren aan de regelaar.
| |
| [[Afbeelding:PV-installatie.jpg|500px|centre]]
| |
| ==Accubatterijen==
| |
| Voor UPS-installaties hangt de keuze tussen de gebruikelijke stationaire lood-zwavelzuur accubatterijen en alkalische accubatterijen, nauw samen met de eisen die aan het gebruik ervan worden gesteld. Als er vaak grote ontlaadstromen voorkomen, dan is het veel gebruikte nikkel-cadmium type ( NiCd ) op zijn plaats. Bovendien heeft dit type het grote voordeel, dat ze geen of weinig schadelijke dampen afgeven en om die reden dan ook in dezelfde ruimte mogen worden opgesteld met de bijbehorende gelijkrichters en de regelapparatuur. Bij niet al te grote autonome
| |
| <br/>PV-installaties worden vaak loodaccubatterijen gebruikt, die dan in de buitenlucht worden opgesteld.
| |
| <br/>Bij de grote loodaccubatterijen voor UPS-installaties is dit niet mogelijk en ook niet toegestaan, maar dienen de accuruimten goed te worden geventileerd. De normbladen NEN 1010 en de NEN 3140 geven daar aanwijzingen over. De aanvullende richtlijnen NPR 3299 en ATEX hebben tot doel om de veiligheid en gezondheid van werknemers in ruimten met explosiegevaar te waarborgen.
| |
| ===Werkzaamheden in accuruimten===
| |
| In het algemeen moeten tijdens werkzaamheden in accuruimten altijd rekening worden gehouden met:
| |
| :• brand- en explosiegevaar door gasontwikkeling tijdens het laden
| |
| :• elektrisch aanrakingsgevaar van niet uitschakelbare en in serie verbonden cellen
| |
| :• vlambogen bij het kortsluiten van cellen
| |
| :• de aanwezigheid van accuzuur
| |
| Vanwege genoemde gevaarlijke omstandigheden, mogen werkzaamheden, anders dan inspectiewerkzaamheden, in accuruimten uitsluitend worden uitgevoerd door ''twee'' personen.
| |
| ==Keuzemogelijkheden==
| |
| In vergelijking met de lood-zwavelzuur accubatterijen vragen de NiCd-accubatterijen wat meer plaatsruimte, wegens de lagere spanning per cel. Ook het laden van de NiCd-accubatterijen is iets ingewikkelder dan bij loodaccubatterijen. Door dit alles kan de prijs wat verschillen opleveren, ten gunste van de loodaccubatterijen.
| |
| <br/>De levensduur van NiCd-accubatterijen wordt door de fabrikanten gesteld op 25 jaar. Ook loodaccu-batterijen kunnen bij een goed onderhoud gemakkelijk een levensduur van 25 jaar halen. De vraag hierbij kan zijn, of dit altijd nodig is.
| |
| ::''De laatste tijd worden NiCd-accu’s steeds minder gebruikt en winnen nikkel-metaal-hydride-accu’s ( NiMH ) geleidelijk aan meer terrein''.
| |
| Om een zo verantwoord mogelijke keus te maken, ligt het voor de hand met een goed bestek een leverancier te vinden, die de diverse typen accubatterijen kan leveren, zodat de voor- en nadelen van elk type kan worden afgewogen en een goede keus kan worden gemaakt.
| |
| ===Capaciteit van de accubatterij===
| |
| Welk type accubatterij ook wordt gekozen; de vraag blijft hoe groot de capaciteit hiervan moet zijn, om verantwoord bedrijf te kunnen voeren.
| |
| <br/>Afhankelijk van de toepassing, wordt er een back-up tijd gevraagd van enkele minuten tot enige uren. Bij grote computers en computernetwerken volstaat soms een back-up tijd van enkele minuten, hoewel afhankelijk van de belangrijkheid van het systeem, ook soms enkele uren gelden. Voor andere systemen als ziekenhuizen, vliegvelden, centrale antenne-installaties en telecommunicatienetwerken worden bijna altijd back-up-tijden van enkele uren gevraagd. Voor UPS-installaties ligt dat allemaal anders, aangezien als regel continu geladen en ontladen wordt.<sup>1)</sup>
| |
| ===Ontlaadtijd===
| |
| Afhankelijk van het doel waarvoor een accubatterij wordt geplaatst, zal de ontlaadtijd hiervan van belang zijn. Als slechts gedurende een zeer korte tijd stroom geleverd moet worden, is er een andere capaciteit nodig dan wanneer vele uren vermogen moet worden geleverd.
| |
| [[Afbeelding:Accu 200Ah.jpg|400px|right]]
| |
| De capaciteit van accubatterijen wordt uitgedrukt in ampère-uren ( Ah ) en gedefinieerd bij een ontlaadtijd van 10 uur bij een constante stroom, en bij een eindspanning van 1,8 V per cel. Een accubatterij van 200 Ah kan volgens deze definitie dus gedurende 10 uur dus een stroom afgeven van 20 ampère.
| |
| <br/>In de praktijk wordt er als regel ''niet zo gelijkmatig'' bedrijf gevoerd en kunnen af en toe kleinere of grotere stromen aan de orde zijn. Naarmate de stroom groter wordt dan volgens de definitie van de accubatterij geldt, wordt de ontlaadtijd belangrijk korter, en wel zoveel korter, dat de capaciteit met sprongen achteruit gaat.
| |
| <br/>In de ontlaadkromme van een loodaccubatterij van 200 Ah is duidelijk te zien, dat als bijvoorbeeld 60 ampère wordt afgenomen, de accubatterij al na 2,5 uur ontladen is, zodat nog maar een capaciteit van 2,5 x 60 = 150 Ah aanwezig is. Bij 1 uur en 100 A geldt nog maar een capaciteit van 100 Ah.
| |
| <br/>
| |
| <br/>Het is - bij het ontwerpen van een installatie - niet altijd eenvoudig aan de weet te komen hoe groot het vermogen van de apparatuur is die aangesloten gaat worden aan de UPS-installatie. Soms laat men zich hierbij leiden door ervaringscijfers van overeenkomstige installaties, maar soms ook moet op een redelijke manier worden geschat wat het verbruik is van de diverse apparaten.
| |
| <br/>Bij de autonome PV-installaties is de keus van de capaciteit van de accu ook niet altijd eenvoudig.
| |
| :''Als voorbeeld kan dienen een autonoom werkende installatie in een tuinhuis. Als het verbruik van de aan te sluiten elektrische apparaten bekend is, kan de capaciteit van de accu worden bepaald. Als er ook nog eens 2 dagen moeten kunnen worden overbrugd, dan zou met een accubatterij van bijvoorbeeld 200 Ah bedrijf kunnen worden gevoerd.''
| |
| <br/>Fabrikanten van grote computersystemen hebben nogal eens de gewoonte het vermogen van hun apparatuur wat ''te laag'' in te schatten, en houden niet altijd rekening met het rendement van de apparatuur. Ook aan uitbreidingen wordt minder vaak gedacht dan wenselijk is, waardoor soms al na betrekkelijk korte tijd de capaciteit van de accubatterij te klein blijkt te zijn.
| |
| ===Kortsluitstroom===
| |
| Belangrijk voor onder meer de beveiliging van een installatie is, te weten hoe groot de kortsluitstroom van een accubatterij is. Van belang hierbij is de inwendige weerstand van de accubatterij, en de weerstand van de toe- en afvoerkabels.
| |
| <br/>Een cel van een loodaccubatterij van 250 Ah heeft een inwendige weerstand van ongeveer
| |
| <big>'''''R<sub>i'''''</sub></big> = <big>'''''0,0005'''''</big> ohm, zodat bij een directe klemmenkortsluiting <big>'''''R<sub>u</sub> = 0'''''</big> ohm) uitgaande van een geladen cel volgens:
| |
| :<big>'''''I<sub>k</sub> = {{vbreuk|U|R<sub>i</sub> + R<sub>u'''''</sub>}}</big>
| |
| een kortsluitstroom <big>'''''I<sub>k</sub>'''''</big> aanwezig is van :
| |
| :<big>'''''I<sub>k</sub> = {{vbreuk|2,23|0,0005 + 0'''''}} = '''''4,5 kA'''''</big>
| |
| Bij een NiCd-accubatterij is de inwendige weerstand <big>'''''R<sub>i</sub>'''''</big> lager dan bij een loodaccubatterij, waardoor de kortsluitstroom dus nog wat hoger wordt!
| |
| <br/>Een accubatterij bestaat in de praktijk natuurlijk nooit een enkele cel, maar wordt gevormd door een aantal in serie geschakelde cellen, waardoor de inwendige weerstand <big>'''''R<sub>i</sub>'''''</big> net zoveel keren omhoog gaat als het aantal aanwezige cellen.
| |
| <br/>Stel, dat er een loodaccubatterij voor 250 Ah/230 volt aanwezig is - een niet ongebruikelijke spanning bij computernetwerken - dan bestaat deze uit 103 cellen van elk 2,23 volt. Als de weerstand van de zeer laagohmige tussenverbindingen wordt verwaarloosd, dan is de inwendige weerstand van de accubatterij nu '''''0,0515''''' ohm en is de klemmenkortsluitstroom <big>'''''I<sub>k'''''</sub></big> dus ook weer 4,5 kA, aangezien de spanning ook 103 keer zo groot is geworden. Deze 4,5 kA is aanwezig bij een direct verbinding van de aansluitklemmen van de accubatterij. Aangezien de aan te sluiten apparatuur meestal op enige afstand van de accubatterij verwijderd is, neemt de kortsluitstroom af naarmate de lengte van de toe te passen aansluitkabel toeneemt. Dit houdt dus in, dat hiermee bij de keuze van de smeltveiligheden of automaten rekening moet worden gehouden, anders is er geen sprake meer van een selectieve beveiliging van de installatie.
| |
| <br/>Ook bij installaties met zonnepanelen dient met de kortsluitstroom rekening te worden gehouden.
| |
| ==Smeltveiligheden==
| |
| ===Kapstroom===
| |
| [[Afbeelding:Kapstroom 2.jpg|400px|left]]
| |
| <br/>
| |
| <br/>Op de afbeelding is te zien, dat bij een wisselspanning van 50 Hz een periode 1/50 = 0,02 = 20 msec duurt en een kwart periode dus 20msec/4 = 5 msec. Ontwerpers van installaties zien graag, dat het smeltproces bij een kortsluiting op gang is gekomen vóór deze kwartperiode is verlopen, dus <5 msec. Op die manier tracht men de topwaarde van de kortsluitstroom te ontlopen, aangezien zowel de krachtwerking als de verwarming afhankelijk zijn van <big>'''''I<sub>k</sub><sup> 2'''''</sup></big>. Dit gebeurt doordat bij bijvoorbeeld mespatronen een stroombegrenzing – ook wel kapstroom <big>'''''I<sub>kap'''''</sub></big> genoemd - aanwezig is. Hierdoor worden de afschakeltijd en de kortsluitstroom <big>'''''I<sub>k'''''</sub></big> begrensd, en ontstaat er geen schade aan de achterliggende installatie.
| |
| <br/>
| |
| <br/>
| |
| ===Onderzoek===
| |
| Smeltveiligheden, maar ook installatieautomaten, blijken zich bij het beveiligen van gelijkspanningsinstallaties enigszins ''anders'' te gedragen dan in wisselspanningsinstallaties. In de literatuur en bij fabrikanten van smeltveiligheden zijn daar weinig of geen gegevens over te vinden, hoewel sinds de toename van de UPS-installaties en de komst van de PV-installaties daar meer onderzoek naar is gedaan.<sup> 2)</sup>
| |
| <br/>Uit een op grote schaal uitgevoerd onderzoek bijvoorbeeld, is onder meer gebleken, dat de afschakeltijden '''''t''''' van de voor wisselspanning ontwikkelde smeltveiligheden, - lopend van 16 A tot 315 A - bij aansluiting op gelijkspanning ''langer'' duren dan bij wisselspanning.
| |
| <br/>Bij aansluiten op gelijkspanning blijkt het meer tijd te kosten voordat het smeltproces inzet. Dit ligt natuurlijk ook wel voor de hand, aangezien in gelijkspanningsinstallaties de stroom er - in vergelijking met wisselstroom - relatief lang over doet om zijn maximale waarde te bereiken, waardoor de kapstroom I<sub>kap</sub> pas later intreedt.
| |
| [[Afbeelding:E-kromme.jpg|450px|right]]
| |
| Het bereiken van de maximumwaarde van de stroom <big>'''''I<sub>max'''''</sub></big> verloopt namelijk volgens een ''e-functie'':
| |
| :<big>'''''I = I<sub>max</sub> ( 1 - e<sup> t / τ '''''</sup> )</big>
| |
| waarbij <big>'''''t'''''</big> de tijd is en <big>'''''τ'''''</big> de tijdconstante van het net voorstelt.
| |
| De tijdconstante van het net is de verhouding tussen de zelfinductie <big>'''''L'''''</big> en de weerstand <big>'''''R'''''</big> van het net, tijdens een kortsluitsituatie ofwel <big>'''''τ = L / R'''''</big> (sec).
| |
| <br/>De tijdconstante <big>'''''τ'''''</big> bepaalt dus de stijging van de stroom in de tijd.
| |
| <br/>Voor gelijkspanningsinstallaties wordt volgens IEC- en VDE- voorschriften meestal een tijdconstante <big>'''''τ'''''</big> van het net van 15 à 30 msec aangehouden, zodat een volledige ''e-functie'' (<big>≈ '''''5 τ'''''</big>) = 75 à 150 msec nodig heeft om de eindwaarde <big>'''''I<sub>max</sub>'''</big> te bereiken.
| |
| :''Uit eerder genoemd onderzoek kwam onder meer naar voren, dat kortsluitstromen onder gelijkspanningsomstandigheden bij een ''lagere'' stroom kappen dan bij wisselspanning van 50 Hz, zodat daar dus ook rekening mee moet worden gehouden. Het kappen bij gelijkspanning bleek in de reeks van 16 A tot 315 A namelijk te beginnen bij een 1,5 tot 3x lagere kortsluitstroom dan bij 50 Hz.''
| |
| Dit verschijnsel kan worden verklaard, doordat de smeltveiligheden bij gelijkstroom weliswaar - in tijd - gezien ''later'' tot doorsmelten komen dan bij wisselspanning, maar bij een ''kleinere'' kortsluitstroom. Dit is in de bijgaande afbeeldingen verduidelijkt.
| |
| [[Afbeelding:I-kwadraat x t.jpg|500px|centre]]
| |
| Het kortluitstroombegrenzende effect - de kapstroom - van de smeltveiligheid zorgt er voor, dat de smeltenergie beperkt blijft. Het gearceerde oppervlak geeft het gebied aan waarin dit proces zich afspeelt. De smeltenergie is aanwezig in de vorm van
| |
| <br/><big>'''''i<sup> 2</sup>t</big> • R''''' Dit wordt ook wel de stroom/tijdintegraal van de smeltveiligheid genoemd. In het spraakgebruik, noemt men dit meestal de <big>'''''i<sup> 2</sup>t-waarde'''''</big> van de smeltveiligheid. Deze waarde is bij een eendere smeltveiligheid voor zowel wissel- als gelijkspanning gelijk, al zijn tijd <big>'''''t'''''</big> en stroom <big>'''''I<sub>k'''''</sub></big> verschillend.
| |
|
| |
| ==Magneetschakelaars en relais==
| |
| Bij onderbreking van gelijkstroom door de contacten van magneetschakelaars en relais, kan zich het verschijnsel van een ''niet-dovende'' boogontlading voordoen. Als de belasting namelijk bestaat uit een component met wikkelingen, zoals spoelen of motoren, dan is ook hier een zelfinductie <big>'''''L<sub>a'''''</sub></big> aanwezig. Samen met de zelfinductie <big>'''''L'''''</big> van het net en die van de aangesloten belasting is dan een actieve component <big>'''''L<sub>v'''''</sub></big> = <big>'''''L<sub>a</sub> + L''''' </big> werkzaam. Bij onderbreken van de stroom tussen de contacten van de magneetschakelaar zal dan een inductiespanning <big>'''''U<sub>i</sub>'''''</big> optreden volgens:
| |
| :<big>'''''U<sub>i</sub> = L<sub>v</sub> {{vbreuk|di|dt}} ( V )'''''</big>
| |
| Deze inductiespanning <big>'''''U<sub>i</sub> '''''</big> , die tot wel 3000 volt<sup> 3)</sup> of meer kan oplopen door een grote stroomverandering (<big> '''''di'''''</big> ) en een korte afschakeltijd (<big> '''''dt'''''</big> ), kan problemen veroorzaken, doordat in bepaalde gevallen een boog wordt ingeleid die niet gelijk dooft aangezien er ''geen'' nuldoorgang is. In de praktijk worden om die reden dan ook wel enige contacten in serie gezet, waardoor de overspanning over enkele contactparen wordt verdeeld, en verbranding van de contacten op die manier uitblijft. Een andere - zeer veel toegepaste methode is - een diode in sperrichting te plaatsen, waardoor de ( negatieve ) inductiespanning wordt kortgesloten en gedoofd.
| |
| <br/>Het verschijnsel van de inductieve spanningsopbouw wordt niet altijd onderkend, aangezien bij het testen van schakelinstallaties voor gelijkspanning meestal een gelijkrichtinstallatie wordt gebruikt. Het nadeel hiervan kan zijn, dat de inwendige weerstand <big>'''''R<sub>i</sub>'''''</big> van de gelijkrichtinstallatie in vergelijking met die van een accubatterij ''hoog'' is, en een afvlakfilter aanwezig is, voorzien van condensatoren, waardoor hoge overspanningen worden kortgesloten. Er is dan ogenschijnlijk geen noodzaak aanwezig om verdere maatregelen te nemen.
| |
| <br/>Bij aansluiten aan de werkelijke installatie met accubatterijen, komen dan de problemen, en verbranden de contacten van de magneetschakelaars en relais alsnog. Bij de speciaal voor gelijkspanning ontwikkelde installatieautomaten houdt men tegenwoordig steeds meer rekening met dit fenomeen.
| |
|
| |
| ==Nawoord==
| |
| In deze verhandeling wordt de keus van de voor de gelijkspanningsinstallaties benodigde accubatterijen uiteengezet en wordt gewezen op een belangrijke ''afname'' van de capaciteit daarvan bij toenemende stromen.
| |
| ::''Hier bestaan nogal wat misverstanden over!''
| |
| Uit de verhandeling blijkt verder, dat bij toepassing van gelijkstroom, smeltveiligheden en installatieautomaten zich anders gedragen dan bij wisselstroom. Uit proefnemingen met een reeks smeltveiligheden in een opstelling volgens de geldende normen, is gebleken, dat afschakeltijden en kapstromen verschillen van afschakeltijden en kapstromen bij wisselspanning. Ook installatieautomaten vertonen een ander gedrag.
| |
| <br/>Uit de proefnemingen kwam duidelijk naar voren, dat de smeltveiligheden in alle beproefde gevallen selectief bleken te zijn met de voorliggende grotere smeltveiligheden of installatieautomaten.
| |
| <br/>Tot slot kan worden vermeld, dat contacten van magneetschakelaars en relais problemen kunnen ondervinden bij het afschakelen van inductieve belastingen, waardoor hoge spanningen kunnen ontstaan, vergezeld door vlambogen.
| |
| {{Bron|bronvermelding=
| |
| {{References}}
| |
| :<sup> 1)</sup> Zie:[[Noodstroomvoorzieningen]]. Vaak wordt bij belangrijke installaties de eis gesteld, dat bepaalde functies en werkzaamheden ''ononderbroken'' dienen te kunnen doorgaan, onafhankelijk van de aan- of afwezigheid van de primaire voeding, meestal de netspanning.Deze no breakinstallaties ( UPS-installaties) die zijn aangesloten op accubatterijen - kunnen draaistroom leveren met vermogens van enkele kilovoltampére’s ( kVA's ) tot enkele honderden kVA's. Voor de wat kleinere vermogens worden meestal statische omvormers toegepast. Een en ander houdt dus in, dat de bijbehorende accubatterijen een overeenkomstige capaciteit moeten bezitten. Voor dit doel wordt meestal gebruik gemaakt van loodaccubatterijen of nikkel-cadmiumbatterijen, die beide hun specifieke eigenschappen bezitten.
| |
| :<sup> 1)</sup> ''Beproeving van een reeks smeltveiligheden voor toepassing op 220V=, met een tijdconstante'' <big>'''''τ = L / R'''''</big>. Uitvoerend onderzoeker: Franciscus.
| |
| :<sup> 3)</sup> In de praktijk bleken zich bij compoundmotoren voor aandrijvingen problemen voor te doen. Bij aansluiting op het gelijkstroomnet van 220 volt, werd na korte tijd vastgesteld, dat de compoundmotoren zich als seriemotor gingen gedragen. Nader onderzoek bracht aan het licht dat door ''afschakelingen'' van de motoren inductieve piekspanningen van bijna <big>'''- 5 kV'''</big> optraden die tot doorslag van de isolatie leidden. Door dioden in sperrichting aan te brengen, werden de piekspanningen gedempt tot aanvaarbare waarden.
| |
| }}
| |
| [[Categorie: Elektrotechniek]]
| |
| [[Categorie: Elektriciteit]]
| |
| [[Categorie: Natuurkunde]]
| |
| [[Categorie: Motor]]
| |
