Les Distributienet

60
Basiselektriciteit Distributienet Lespakket Distributienet uitgave: voorjaar 2003 © Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming 1

Transcript of Les Distributienet

Page 1: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Lespakket

Distributienet

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

1

Page 2: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

AUTEURSRECHTEN

Het cursusmateriaal wordt ter beschikking gesteld onder een licentievorm die gratis gebruik in een onderwijscontext (non-profit) mogelijk moet maken, zijnde de Creative Commons-licentie ‘Naamsvermelding – NietCommercieel - GelijkDelen 2.0’.

De licentie bepaalt de voorwaarden voor het gebruik van auteursrechtelijk beschermde werken. Volgens de licentie mag het lesmateriaal alleen gebruikt worden voor niet-commerciële doeleinden en mits er verwezen wordt naar de Vlaamse overheid. Het materiaal mag door gebruikers vrij worden aangepast indien de nieuwe lesmaterialen die zo ontstaan terug onder dezelfde voorwaarden ter beschikking worden gesteld. De Vlaamse overheid blijft eigenaar van het materiaal.

Belangrijk: bovenstaande samenvatting is enkel ter info, ze beperkt op geen enkele wijze de voorwaarden die in de volledige licentietekst beschreven worden; zie hiervoor http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/be/legalcode.nl.

Elk verkeerd gebruik van het cursusmateriaal in en buiten Vlaanderen zal bestraft worden.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

2

Page 3: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

INHOUDSTAFEL

c,qInhoudstafel 3Inleiding 5Doelstellingen 61 Driefasespanning 7

1.1 Opwekken van een driefasespanning 7

1.1.1 Aanduiding van de fasen 8

1.1.2 Driefasestroom 8

1.1.3 Eigenschappen van een driefasespanning en een driefasestroom 9

1.2 Fasespanningen en lijnspanningen 9

1.2.1 Fasespanning en lijnspanning 11

1.2.2 Grootte van de lijnspanning 12

2 Soorten distributienetten 153 Schakelen van verbruikers 16

3.1 Verbruikers in ster aangesloten op een driefasenet met nulgeleider 16

3.2 Verbruikers in ster aangesloten op een driefasenet zonder nulgeleider 18

3.3 Verbruikers in driehoek aangesloten op een driefasenet. 19

4 Vermogen en verbeteren van arbeidsfactor in driefasenetten 224.1 Vermogen in driefasenetten 22

4.1.1 Actief vermogen P. 22

4.1.2 Schijnbaar vermogen S. 23

4.1.3 Reactief vermogen Q. 24

4.2 Verbeteren van de arbeidsfactor 24

5 Toepassingen 265.1 De huisinstallatie 26

5.1.1 Voorbeeld van een eenvoudige installatie 26

5.1.2 Eendraadschema 26

5.1.3 Stroombanen 27

5.1.4 Smeltveiligheid (zekering) 28

5.1.5 Automaat 29

5.1.6 Het verband tussen draaddoorsnede van de leidingen, verbruikers- en smeltveiligheid29

5.1.7 Het nut van een aardverbinding 30

5.1.8 Differentieelschakelaar 32

5.1.9 Beveiliging tegen overspanning 34

5.1.10 Aansluiting op het net 34

5.1.11 Kilowattuurmeter 36

5.2 Warmwaterbereiding 36

5.2.1 Boiler 37

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

3

Page 4: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5.2.3 Elektrische aansluiting 37

5.3 Elektrisch kookfornuis 38

5.3.1 Verwarmingsprincipes 39

5.3.2 Elektrisch aansluiting 39

5 Samenvatting 436 Oplossingen Zelftest 45Copyright 46Bijlage : Tekensymbolen 47

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

4

Page 5: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

INLEIDING

In lespakket 5 werden het opwekken en de kenmerken van een eenfasige wisselspanning verduidelijkt. Het elektriciteitsnet levert een wisselspanning met een spanning van bijvoorbeeld 230V tussen de twee aansluitdraden voor het voeden van éénfasige verbruikers zoals gloeilampen, een TV, een computer. We noemen zo'n elektriciteitnet ook een "éénfasenet".

Het transport en de verdeling van elektrische energie of het distributienet voor woningen en kleine bedrijven gebeurt via een "driefasenet" met vier geleiders. Een driefasenet levert een driefasespanning die bestaat uit drie gelijke spanningen met dezelfde frequentie en grootte maar die 120° t.o.v. elkaar zijn verschoven.

In dit lespakket bestuderen we de eigenschappen van een driefasespanning. We leggen aan de hand van enkele voorbeelden uit hoe je éénfase- en driefase-verbruikers kan aansluiten op eendriefasespanning.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

5

Page 6: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

DOELSTELLINGEN

Het opwekken van een driefasespanning verklaren.

De eigenschappen van een driefasespanning verduidelijken.

De begrippen fasespanning en lijnspanning aan de hand van een schema onderscheiden.

De mogelijke distributienetten in Belgie toelichten .

Het schakelen van verbruikers in ster en in driehoek op een driefasenet toelichten.

Begrippen asymmetrische en symmetrische belasting onderscheiden.

De formule voor de berekeningen van het actief, reactief en schijnbaar vermogen verklaren.

Het verbeteren van de arbeidsfactor in een driefasenet toelichten.

Een draadschema’s van een elektrische installatie van een huisinstallatie verklaren en tekenen.

De werking en toepassing van smeltveiligheden en automaten verklaren.

De noodzaak van de beschermingsgeleider aantonen.

De werking en de toepassing van de differentiaalschakelaar verklaren.

De aansluiting van een huisinstallatie op een driefasenet verduidelijken.

Het aansluiten van een boiler op een driefasenet verduidelijken.

Het aansluiten van een kookfornuis op een driefasenet verduidelijken.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

6

Page 7: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

1 DRIEFASESPANNING

1.1 Opwekken van een driefasespanning

Fig. 1

In lespakket 5 heb je geleerd dat in een wikkeling (of spoel) die draait tussen de polen van een magneet een wisselspanning wordt gegenereerd.

Figuur 1 toont drie van deze éénfasige generatoren waarvan de fasewikkelingen (spoelen waarin de spanning wordt gegenereerd) onderling 120° t.o.v. elkaar verschoven zijn. Plaatsen we deze drie fasewikkelingen 120 ° t.o.v. elkaar verschoven op een zelfde rotor die in hetzelfde magnetische veld ronddraait, dan ontstaat een driefasige generator.

In al de drie wikkelingen (of spoelen) wordt een sinusvormige spanning met een frequentie f opgewekt. De drie spanningen bereiken niet op hetzelfde ogenblik hun maximum waarde of

amplitude. De amplitudes zijn t.o.v. elkaar 120° of periode (T ) verschoven (zie figuur 2).

Fig. 2

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

7

Page 8: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Alle moderne elektriciteitscentrales wekken deze driefasespanning op. De driefasige generator zoals voorgesteld in figuur 1 waar de polen stilstaan en de fasespoelen draaien vind je in de praktijk enkel terug voor klein vermogen. Driefasige generatoren voor groot vermogen hebben draaiende polen (rotor) en de fasespoelen worden vast op de stator geplaatst. De principiële werking blijft voor beiden uitvoeringen dezelfde.

1.1.1 AANDUIDING VAN DE FASEN

Elk van de drie wikkelingen waarin een éénfasige spanning wordt opgewekt noemen we een fasewikkeling. De drie fasewikkelingen duiden we aan met de volgende lettertekens:

Fig. 3

De uiteinden die bij een generator naar buiten worden gebracht om op het verdeelnet te worden aangesloten, zijn die met de laagste cijferindex (U1, V1, W1).

1.1.2 DRIEFASESTROOM

Fig. 4

Als we de drie fasespanningen gebruiken voor het voeden van verbruikers, dan hebben we in principe zes geleiders nodig (figuur 4).

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

8

Page 9: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Sluiten we als verbruikers drie gelijke impedanties aan dan ontstaan drie fasestromen die gelijk zijn in waarde, die dezelfde frequentie hebben en die onderling 120° verschoven zijn.

In figuur 4 zijn de fasestromen gelijk als het vermogen van de drie lampen hetzelfde is. We spreken dan van een symmetrisch belast of gelijkmatig belast driefasenet.

We spreken van een asymmetrische belasting als we verbruikers aansluiten waarvan de impedanties niet gelijk zijn. Het driefasenet wordt dan niet gelijkmatig belast.

1.1.3 EIGENSCHAPPEN VAN EEN DRIEFASESPANNING EN EEN DRIEFASESTROOM

Bekijk je figuur 2 aandachtig, dan zie je dat als je de ogenblikkelijke waarden van de drie spanningen op elke willekeurig tijdstip samentelt, en rekening houdt met hun teken, de som altijd nul is. Een of twee waarden zijn altijd positief terwijl op datzelfde ogenblik de andere waarden negatief zijn. Dus:

Bij gelijk belaste fasen kan op dezelfde manier aangetoond worden dat de som van de ogenblikkelijke waarden van de drie stromen op elk willekeurig moment gelijk is aan nul.Dus:

1.2 Fasespanningen en lijnspanningen

Sterschakeling

Fig. 5

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

9

u1 + u2 + u3 = 0 (V)

i1 + i2 + i3 = 0 (A)

Page 10: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

In figuur 5 zijn de drie wikkelingen van de driefasegenerator aangesloten op drie identieke lampen (impedanties). De verbruikers worden gevoed via een driefasenet met zes draden.

Aan de stromen en spanning door de lampen (verbruikers) zal niets wijzigen als we de punten U2, V2 en W2 met elkaar verbinden (figuur 6). Dat punt noemen we nulpunt of sterpunt van de schakeling. De schakeling noemen we sterschakeling.

Fig. 6

Wanneer je de drie geleiders die de stromen terugvoeren naar het sterpunt vervangt door één geleider, dan is bij een gelijkmatige belasting van de drie fasespanningen, de stroom in deze geleider nul. We noemen deze geleider daarom "nulleider" , aangeduid door de letter N in figuur 7.

Op die manier verkrijgen we een driefasenet met vier geleiders (figuur 7):

Fig. 7

De drie geleiders die de stroomsterkte naar de verbruikers voeren, worden aangeduid door de letters L1, L2 en L3. We noemen ze de lijndraden of fasedraden van het driefasenet.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

10

Page 11: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

In de praktijk zal je het nulpunt van de driefasegenerator die je gebruikt als voeding van het distributienet veelal aarden. Het nulpunt en de nulgeleider komen dan op de nulpotentiaal van de aarde terecht (in figuur 7 aangeduid met ).

Bij symmetrische of gelijkmatige belasting van het driefasenet is de som van de stromen in de nulleider gelijk aan nul. De nulleider is bijgevolg overbodig en je bekomt men een driefasenet met drie geleiders zoals voorgesteld in figuur 8.

Fig. 8

Dus voor het aansluiten van een verbruiker die de drie fasen gelijkmatig belasten (bvb. driefasemotoren en driefaseverwarmingselementen van een oven) heb je slechts drie draden nodig i.p.v. vier.

1.2.1 FASESPANNING EN LIJNSPANNING

De spanning opgewekt in elk van de drie fasewikkelingen noemen we de fasespanning. In een driefasenet in ster met vier geleiders vinden we die fasespanning UF terug tussen de nulleider N en de lijndraden L1, L2 en L3 (figuur 9).

Tussen twee lijndraden L1en L2, L2 en L3, en L3 en L1 ontstaat eveneens een spanning die samengesteld is uit twee fasespanningen. Die spanningen noemen we lijnspanningen UL .

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

11

Page 12: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Fig. 9

1.2.2 GROOTTE VAN DE LIJNSPANNING

Je kan aantonen dat de effectieve waarde van lijnspanning bij de sterschakeling gelijk is aan de fasespanning vermenigvuldigd met .

Voorbeeld:

Een driefasenet 230/400V met nulleider (figuur 10) is een net met een fasespanning van 230V en een lijnspanning van 400V (controleer zelf deze waarde met de vorige formule).

Fig. 10

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

12

Page 13: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

ZelftestD1

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

13

Page 14: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

1. Welke van volgende stellingen is waar?

Een driefasespanninga. is samengesteld uit drie fasespanningen met dezelfde amplitude en

frequentie, maar waarvan de amplitudes t.o.v. elkaar 120 ° verschoven zijn.

b. is gelijk aan de som van drie éénfasige spanningen met dezelfde amplitude en frequentie.

c. is een fasespanning waarvan de amplitude driemaal per periode (120°) verandert.

d. is samengesteld uit drie fasespanningen met verschillende frequenties.

2. Alle moderne elektriciteitscentrale wekkena. gelijkspanning op.b. een driefasespanning op.c. een éénfasespanning op.d. een tweefasespanning op.

3. De spanning die in de drie wikkelingen van een driefasegenerator worden opgewekt noemen wea. lijnspanning.b. fasespanning.c. netspanning.d. generatorspanning.

4. De som van de ogenblikkelijke waarden van de drie fasespanningen is op ieder ogenblika. maximum.b. minimum.c. nul.d. veranderlijk.

5. Bij een generator in ster is de stroom die door nulleider vloeit bij een een symmetrische belasting gelijk aana. nulb. 3 x de stroomsterkte door één verbruikerc. 1/3 van de stroomsterkte door één verbruikerd. 3 x de fasespanning/impedantie van de verbruikers

6. Bij een distributienet met nulleider isa. de nulleider via het sterpunt van de generator verbonden met de aarde.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

14

Page 15: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

b. de nulleider nooit verbonden met aarde.c. de nulleider niet verbonden met de generator.d. de nulleider verbonden met de metalen behuizing van de verbruiker.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

15

Page 16: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

2 SOORTEN DISTRIBUTIENETTEN

Het is de elektriciteitsleverancier die bepaalt hoe de elektrische installatie van je woning zal worden gevoed in functie van de elektrische installatie en van de toestand van het net op de plaats van de woning. In principe wordt voor de voeding van een huisinstallatie de voorkeur gegeven aan een éénfasige (=monofasige) aansluiting. In bepaalde gevallen kan dat ook driefasig zijn.

Figuur 11 toont de spanningscombinaties die mogelijk zijn op de Belgische distributienetten.

Fig. 11

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

16

Page 17: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

3 SCHAKELEN VAN VERBRUIKERS

Het grote voordeel van een driefasenet is dat je beschikt over twee spanningen namelijk de fasespanning UF en de lijnspanning UL.

Op een net van 230/400V kunnen we éénfasige verbruikers zoals lampen met een brandspanning van 230V aansluiten tussen één van de fasen en de nulgeleider. Apparaten die veel energie vergen, zoals driefasige elektromotoren en ovens, kunnen we aansluiten tussen twee fasen. Die apparaten werken dus op de lijnspanning van 400 V.

We bespreken nu enkele mogelijke schakelingen van verbruikers op een driefasespanning.

3.1 Verbruikers in ster aangesloten op een driefasenet met nulgeleider

Als je de verbruikers zoals in figuur 12 in ster aansluit op een driefasenet dan is elke verbruiker aangesloten op een fasespanning.

Fig. 12

De werkspanning van de verbruiker moet dus aangepast zijn aan de fasespanning van het net.

Voorbeeld 1: aansluiten van eenfasige verbruikers

Als je een netaansluiting van 230/400V hebt, dan moet je éénfasige verbruikers van 230V verbinden tussen één lijndraad en de nulleider (figuur 13).

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

17

Page 18: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Fig. 13

Voorbeeld 2: Een boiler

Fig. 14

Opmerking: breuk in de nulleider

Bij een symmetrisch belasting (de impedanties zijn gelijk) vloeit er geen stroom door de nulgeleider en zal een breuk in de nulgeleider geen invloed hebben op stromen door en de spanningen over de verbruikers.

Worden de verschillende fasen echter niet gelijkmatig belast (de verbruikers hebben niet dezelfde impedantie) dan zal bij het onderbreken van de nulleider het ene toestel (impedantie) teveel spanning krijgen, terwijl een ander toestel te weinig spanning krijgt.De meeste toestellen zijn gemaakt om op bv. 230V te werken. Om een overspanning aan de verbruiker te verkomen moet je vermijden dat de nulgeleider wordt onderbroken.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

18

Page 19: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Daarom worden er in een driefasige installatie geen smeltveiligheden in de nulgeleider opgenomen.De manier waarop je éénfasige verbruikers op een driefasenet moet aansluiten hangt af van de werkspanning van de apparaten en het soort netspanning (zie figuur 11).

3.2 Verbruikers in ster aangesloten op een driefasenet zonder nulgeleider

Op een driefasenet met drie draden mag je de verbruikers enkel in ster aansluiten als ze de drie fasen gelijk belasten zoals bij driefasige motoren en ovens.

Fig. 15

Voorbeeld: Een boiler

Fig. 16

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

19

Page 20: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

3.3 Verbruikers in driehoek aangesloten op een driefasenet.

Sluit je de belasting zoals in figuur 19 in driehoek aan op een driefasenet dan moet de werkspanning van de verbruikers gelijk zijn aan de lijnspanning van het net.

Fig. 17

Sluit je de verbruikers in driehoek op een driefasig net aan, dan is het aan te raden de belasting gelijkmatig te verdelen over de verschillende fasen. Een beperkte asymmetrische belasting is bij deze schakeling toegelaten.

Voorbeeld 1: aansluiten van eenfasige verbruikers

Bij een driefasenet van 127/230V moet je verbruikers van 230V aansluiten tussen twee lijndraden (figuur 20), hetgeen een driehoekschakeling oplevert!

Fig. 18

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

20

Page 21: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Voorbeeld 2: driefasige motor

Fig. 19

ZelftestD2

7. Een driefasenet 230V/400V met nulleider is een net met

a. een lijnspanning van 230V en een fasespanning van 400V.b. een fasespanning van 230V en een lijnspanning van 400V.c. een lijnspanning van x400V en een fasespanning van x230V.

d. een fasespanning van en een lijnspanning van .

8. Als je een netaansluiting van 230/400V hebt, dan moet je éénfasige verbruikers van 230V verbinden tussen

a. de nulleider en de aarding.b. twee lijndraden.c. tussen één lijndraad en de nulleider.d. één lijndraad en de aarding.

9. Bij een netaansluiting van 127/230V sluit je een eenfasige verbruiker van 230 V aan tussen

a. de nulleider en de aarding.b. twee lijndraden.c. tussen één lijndraad en de nulleider.d. één lijndraad en de aarding.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

21

Page 22: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

10. Volgende figuur toont hoe gelijkstroomweerstanden met een werkspanning van 230V en respectievelijk 600W en 400W aangesloten worden tussen twee lijndraden van een net van 230/400V.

De lijnspanning van 400 V zal zich als volgt verdelen over R1 en R2

a. 200 V over R1 en 200 V over R2.b. 160 V over R1 en 240 V over R2.c. 240 V over R1 en 160 V over R2.d. 400 V over R1 en 0 V over R2.

11. In een driefasige installatie met nulleider wordt er geen smeltveiligheid in de nulleider opgenomen omdat

a. bij een gelijke belasting van de drie fasen de stroom door de nulleider gelijk is aan nul.

b. bij het onderbreken van de nulleider bij ongelijke belasting de ene eenfasige verbruiker te veel spanning krijgt en de andere te weinig.

c. de spanning over iedere verbruiker gelijk wordt aan de lijnspanning.d. de stroom door de verbruikers gelijk wordt aan nul.

12. Sluit je verbruikers in driehoek aan op een driefasenet dan moet de werkspanning van de verbruikers

a. kleiner zijn aan de lijnspanning. b. gelijk zijn aan de fasespanning. c. gelijk zijn aan de lijnspanning. d. kleiner zijn dan de fasespanning.

13. Bij een driefasenet van 127/230V moet je éénfasige verbruikers aansluiten tussena. een lijndraad en de nulleider.b. een lijndraad en de aarding.c. twee lijndraden.d. de nulleider en aarding.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

22

Page 23: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

4 VERMOGEN EN VERBETEREN VAN ARBEIDSFACTOR IN DRIEFASENETTEN

Bij het aansluiten van verbruikers op een driefasige spanning vloeien er stromen en verdeelt de beschikbare spanning zich over de aangesloten impedanties. Bij driefasige spanningen en stromen gelden dezelfde begrippen i.v.m. vermogen, energie en arbeidsfactor als bij éénfasige spanningen en stromen zoals we besproken hebben in lespakket 5.

4.1 Vermogen in driefasenetten

Zoals bij een éénfasige spanning onderscheid je bij driefasige spanningen het actief vermogen P, het schijnbaar vermogen S en het reactief vermogen R.

4.1.1 ACTIEF VERMOGEN P.

a. Algemeen

Het actief vermogen is het werkelijke vermogen dat in de driefasige verbruikers omgezet wordt in een andere vorm van energie.

Onafhankelijk van de schakeling van de verbruikers (in driehoek of ster) zal het driefasig actief vermogen gelijk zijn aan de som van de actieve vermogens dat per fase door de verbruikers wordt opgenomen.

Pdriefase = Pfase1 + Pfase2 + Pfase3

Het actief vermogen ontwikkeld in één fase kan je berekenen met

Pfase = Ufase . Ifase . cos

met de hoek tussen de fasespanning en de fasestroom.

b. Bij een symmetrisch belasting

Als de drie fasen gelijk belast worden met dezelfde impedantie (bv. van een driefasige motor figuur 19) dan is het ontwikkeld vermogen per fase hetzelfde zodat:

Pdriefase = 3. Pfase = 3. Ufase . Ifase . cos

In de praktijk rekenen we meestal met lijnspanningen en lijnstromen.

In ster geschakeld geeft dit:

en Ifase = Ilijn

Zodat Pdriefase = 3 . Ufase . Ifase . cos = 3 . . Ilijn . cos

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

23

Page 24: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Aangezien kan je het actieve vermogen bij een symmetrisch in ster belast driefasenet

berekenen met: Pdriefase = .Ulijn . Ilijn . cos (W)

In driehoek geschakeld geeft dit:

Ufase = Ulijn en

Zodat Pdriefase = 3 . Ufase . Ifase . cos = 3 . Ulijn . . cos

Je kan het actieve vermogen bij een symmetrisch in driehoek belast driefasenet dus berekenen met:

Pdriefase = .Ulijn . Ilijn . cos (W).

Het actief vermogen dat wordt ontwikkeld in een symmetrisch in ster of driehoek belast net kan je berekenen met de formule:

waarin de faseverschuivingshoek voorstelt tussen de fasestroom en fasespanning.

4.1.2 SCHIJNBAAR VERMOGEN S.

Op dezelfde manier vind je voor het schijnbaar vermogen de volgende formules:

a. Algemeen

Sdriefase = Sfase1 + Sfase2 + Sfase3

WaarbijSfase = Ufase . Ifase

b. Bij een symmetrische belasting

Geldt voor het schijnbaar vermogen:

Sdriefase = 3. Sfase = 3 . Ufase . Ifase

Reken je met lijnspanningen en lijnstromen dan is voor de ster- en driehoekschakeling:

Sdriefase = .Ulijn . Ilijn (VA)

of4.1.3 REACTIEF VERMOGEN Q.

Het reactief vermogen kan je berekenen met de volgende formules

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

24

S = .UL . IL (VA)

P = .UL . IL . cos (W)

Page 25: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

a. Algemeen

Qdriefase = Qfase1 + Qfase2 + Qfase3

Waarbij

Qfase = Ufase . Ifase . sin

b. Bij een symmetrische belasting

Geldt voor het reactief vermogen:

Qdriefase = 3. Qfase = 3 . Ufase . Ifase . sin

Reken je met lijnspanningen en lijnstromen dan geldt voor de belasting in ster of driehoek geschakeld:

Qdriefase = .Ulijn . Ilijn . sin (var)

of

4.2 Verbeteren van de arbeidsfactor

Uit het vorige weten we dat de faseverschuivingshoek tussen fasestroom en fasespanning voor het vermogen een grote rol speelt.

Bij motoren, transformatoren en condensatoren is de arbeidsfactor (cos) kleiner dan één omdat ze een inductieve of capacitieve belasting vormen die een grote faseverschuivingshoek veroorzaken tussen de stroom en de spanning.

Deze faseverschuivingshoek kan voor elke fase een andere waarde hebben. De arbeidsfactor kan dus verschillend zijn voor iedere fase en is afhankelijk van de impedantie die op elke fase is aangesloten.

In de aansluitvoorwaarden van de elektriciteitsbedrijven is meestal een artikel opgenomen waarin staat waaraan de gemiddelde cos van de installatie moet voldoen.

De reden hiervan is, dat bij een lagere arbeidsfactor voor het leveren van een zelfde vermogen een grotere stroom door de toevoerleiding van het distributienet stroomt waardoor de verliezen groter worden en dat doorsnede van deze leidingen groter moet worden genomen.

De arbeidsfactor van een driefasige inductieve verbruikers (motoren) kan worden verbeterd door condensatoren parallel te schakelen op de hele installatie (figuur 22). We proberen hierdoor de faseverschuiving tussen de fasestromen en fasespanningen te verkleinen en dus de arbeidsfactor te verbeteren.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

25

Q = .UL . IL . sin (var)

Page 26: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Fig. 20

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

26

Page 27: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5 TOEPASSINGEN

5.1 De huisinstallatie

De bedoeling van een elektrische huisinstallatie is de elektrische energie op doelmatige en vooral veilige wijze naar de plaats te brengen waar ze nodig is.

De huisinstallatie bestaat uit éénfasige kringen die gevoed worden door een driefasig net.

5.1.1 VOORBEELD VAN EEN EENVOUDIGE INSTALLATIE

Op figuur 23 hebben we een zeer eenvoudige elektrische installatie getekend, bestaande uit twee geleiders (fase en nul), een wandcontactdoos en een lamp met schakelaar.

Omdat het elektriciteitsbedrijf graag wil weten hoeveel elektriciteit we hebben verbruikt, is een kWh-meter opgenomen.

In de schakeling zijn smeltveiligheden opgenomen.

schakelaar

230 V ~

kWh-meter

1

N

L

smeltveiligheid

wandcontactdoos

Fig. 21

Deze schakeling laat zien dat zo'n eenvoudige installatie met één vaste aansluiting (de lamp) en één aansluiting voor "losse" toestellen (de wandcontactdoos) er toch tamelijk ingewikkeld uitziet, ondanks het gebruik van schema symbolen. Je kan je wel voorstellen hoe het schema van een echte huisinstallatie met tientallen schakelaar, lichtpunten en wandcontactdozen eruit zou zien als we dezelfde manier gebruiken.

5.1.2 EENDRAADSCHEMA

Voor het tekenen van de elektrische installatie gebruiken we een vereenvoudigde tekenwijze en speciale symbolen, daardoor kunnen ingewikkelde installaties toch op een overzichtelijke manier getekend worden. In figuur 24 hebben we het zogenaamde "eendraadschema" getekend van de schakeling van figuur 23.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

27

Page 28: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

kWh

lichtpuntschakelaar

verdeelkast

wandcontactdoos. .

. .

Fig. 22

Je zal merken dat de geleiders bij deze tekenwijze niet meer afzonderlijk zijn getekend. In de praktijk worden de draden in kunststof buizen getrokken en deze manier van tekenen sluit daarop aan. In feite zijn in figuur 24 alleen die buizen getekend, en is door middel van schuine dwarsstreepjes of een cijfer aangegeven hoeveel geleiders er op die plaats door de buis lopen.

De betekenis van de belangrijkste symbolen die worden gebruikt voor het tekenen van elektrische installatie vind je in de bijlage "symbolen".

In de schakeling van figuur 23 en 24 is nog geen rekening gehouden met de beschermingsgeleider die noodzakelijk is bij de praktische uitvoering (zie 5.1.7). Ook zullen stopcontacten en lichtpunten meestal op verschillende stroombanen aangesloten worden (zie figuur 33).

5.1.3 STROOMBANEN

De stroomkring van de figuren 23 en 24 noemen we een stroombaan. Een stroombaan kan bestaan uit een aantal aansluitpunten (lichtpunten, stopcontacten) die op een gemeenschappelijk punt van de verdeelkast zijn aangesloten.

Als er bijvoorbeeld kortsluiting optreedt in de wandcontactdoos, zal de smeltveiligheid doorbranden. Het gevolg daarvan is dat ook alle andere aansluitpunten van deze stroombaan spanningsloos worden omdat ze aangesloten zijn op dezelfde smeltveiligheid.

De stroomkring van figuur 23 kan je nog uitbreiden met meer stopcontacten en lichtpunten. Het aantal aansluitpunten per stroombaan kan je echter niet blijven uitbreiden.Omdat de leidingen van koperdraad enige weerstand hebben wordt de leiding een beetje warm door het jouleeffect. Het vermogen dat in de geleiders omgezet wordt in warmte kan je berekenen met de formule P = I² . Rleiding (W). Schakelen we steeds meer verbruikers op één stroombaan dan zal de warmteontwikkeling toenemen omdat de stroomsterkte I door de leiding groter wordt. Bij overbelasting worden de leidingen zo warm, dat er gevaarlijke situaties ontstaan.

Er kan brand uitbreken. De isolatie van de leidingen kan verbranden, met als gevolg kortsluiting. Dit kan ook

leiden tot brand. De leiding kan doorbranden.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

28

Page 29: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Om die redenen is het aantal aansluitpunten op een stroombaan beperkt tot 8 enkelvoudige of meervoudige stopcontacten per kring. De voorschriften vind je terug in het "Algemeen Reglement op de Elektrische Installaties" (afgekort A.R.E.I.).

Indien op een stroombaan zowel lichtpunten als stopcontacten liggen, telt elk verlichtingspunt voor één stopcontact.Het mengen van verlichtingspunten en stopcontacten wordt echter afgeraden, omdat bij het uitschakelen van de beveiliging zowel lichtpunten en stopcontacten spanningsloos worden.

Een elektrische installatie van een normaal woonhuis bestaat uit meerdere stroombanen. Meer over het indelen van stroomkringen vind je in de cursus “De elektrische huisinstallatie”.

5.1.4 SMELTVEILIGHEID (ZEKERING)

Het beperken van het aantal aansluitpunten per stroombaan is niet voldoende. Zet je bijvoorbeeld op alle stopcontacten van een stroombaan een straalkachel met een vermogen van 2000 W dan wordt de stroombaan overbelast. Een overbelasting is een abnormaal grote stroom in de geleiders, die meestal te wijten is aan het inschakelen van teveel verbruikers op hetzelfde ogenblik, een te groot vermogen van een apparaat of een fout van het toestel die geen kortsluiting of isolatiefout is (vb. blokkeren van een motor).

Wanneer er in de installatie een verbinding ontstaat tussen twee fasedraden, één fasedraad en nulleider of één fasedraad en aarding zonder dat er een verbruiker tussen geschakeld is, spreken we van een kortsluiting. Bij een kortsluiting ontstaat een grote kortsluitstroom in de geleiders.

De stroombaan verhit door een overbelasting of kortsluiting; wat brand kan veroorzaken.

Daarom moet elke stroombaan uitgerust zijn met een aangepaste smeltveiligheid in elke voedingsdraad. Een smeltveiligheid (figuur 25) is een kunstmatige zwakke plek in de stroombaan, die doorbrandt als de stroombaan dreigt verhit te raken door overbelasting of kortsluiting. De elektrische stroom wordt hierdoor onderbroken voordat er schade aan de installatie of brand kan ontstaan.

Fig. 23

Een doorgesmolten zekering mag je niet herstellen!

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

29

Page 30: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Aan de hand van de toegekende (nominale) waarde van de stroom van de smeltveiligheid kan je berekenen met welk vermogen een stroombaan mag belast worden:

We weten dat het vermogen (schijnbaar) kan berekend worden met S = U. I (VA) .Bij een cos =1 is P = S (ohmse verbruikers).

Als een stroombaan beveiligd is met een smeltveiligheid van 10 ampère bij een netspanning van 230 V is het aan te sluiten vermogen maximaal S = 10 A x 230 V = 2300 VA of 2300 W als cos =1.

5.1.5 AUTOMAAT

Fig. 24

Er zijn ook "automatische smeltveiligheden", die automaat worden genoemd. De werking berust niet op het doorsmelten van een draadje waardoor de stroomkring wordt verbroken, maar op andere principes.

De automaten (figuur 26) kunnen telkens opnieuw worden gebruikt. Bij een te grote stroomsterkte verbreekt zo'n automaat de stroomkring, net als een gewone smeltveiligheid. De automaat kan echter door de schakelaar te bedienen weer ingeschakeld worden. Je vergeet natuurlijk hierbij niet eerst na te gaan wat de oorzaak was van het uitschakelen van de automaat. Met de schakelaar op de automaat kan je altijd een stroombaan onderbreken.

Automaten zijn er voor verschillende nominale stroomsterkten.De werking van een automaat berust op een combinatie van een spoel en een bimetaal-element. Bij een kortstondige stroom van meer dan 3 à 4 maal de nominale waarde zorgt de spoel ervoor dat de automaat zichzelf uitschakelt. Dit is in het algemeen het geval bij kortsluiting. Is de stroomsterkte gedurende langere tijd te groot, dan trekt het bimetaalelement krom, waardoor de stroomkring ook wordt onderbroken. De automaat reageert dus zowel op kortstondige grote overbelastingen of kortsluitingen als op langdurige kleine overbelastingen.

5.1.6 HET VERBAND TUSSEN DRAADDOORSNEDE VAN DE LEIDINGEN, VERBRUIKERS- EN SMELTVEILIGHEID

De doorsnede van de geleiders van de stroombaan is bepaald door de stroomsterkte door de draad en dus door het voorziene vermogen van de aangesloten verbruikers.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

30

Page 31: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Voor verlichting mag de geleider van een stroombaan 1,5 mm² bedragen, voor gemengde stroombanen of stroombanen met uitsluitend stopcontacten is minstens een 2,5 mm² vereist. Voor het aansluiten van bijvoorbeeld kookplaten en oven is nog een grotere doorsnede verplicht.

Smeltveiligheden en automaten worden gekozen in overeenkomst met de doorsnede van de gebruikte installatiedraad.

Wanneer we een stroombaan met installatiedraad van minimaal 1,5 mm² doorsnede beveiligen met een automaat van 16 A dan kan je deze stroombaan bij 230 V maximaal belasten met:S = U x I = 230 V x 16 A = 3680 VA of 3680 W (cos =1).

Wil je een groter vermogen kunnen aansluiten, dan zal de een installatiedraad van 2,5 mm² moeten worden gebruikt. Deze draad is geschikt voor stromen tot 20A. De waarde van de automaat is dan 20 A.

In de cursus “Basisvaardigheden en basisschakelingen. Veiligheid” wordt in het lespakket “Veiligheid” dieper ingegaan op de werking en de juiste keuze van smeltveiligheden en automaten.

5.1.7 HET NUT VAN EEN AARDVERBINDING

Figuur 27 toont een straalkachel die door middel van een tweepolige contactstop verbonden is met het net (contactstop is de officiële benaming voor stekker). De straalkachel is voorzien van een metalen behuizing met metalen pootjes en rubber voetjes. Door een defect maakt de verwarmingsspiraal contact met de metalen behuizing.

Fig. 25

Wat kan er gebeuren?Zolang je de metalen mantel niet aanraakt zal er niets gebeuren. Op de mantel staat een spanning die afhankelijk is van de plaats waar de sluiting tussen verwarmingsspiraal en de mantel ontstaat. Is dat aan de faseleiding L1, dan is die spanning ongeveer 230 V , is het aan de kant van de nulleiding N, die in de elektriciteitscentrale verbonden is met de aarde, dan is

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

31

Page 32: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

die spanning zelfs veel lager of zelfs nul volt. Is dat laatste het geval en je steekt de volgende keer de contactstop andersom in de contactdoos, dan kan er een spanning van 230 V op de behuizing komen te staan. Hieruit kan je besluiten dat bij een sluiting tussen de metalen mantel en een onderdeel van een het toestel dat onder spanning staat, er op de mantel een gevaarlijke hoge spanning kan komen te staan. Doordat de straalkachel op isolerende pootjes staat, vloeit er geen stroom van verwarmingsspiraal naar de mantel. Er ontstaat geen kortsluiting, dus de smeltveiligheid zal niet doorbranden.

Staat de mantel onder hoge spanning en raak je hem aan (figuur 27), dan kan er plots wel stroom gaan vloeien via je vingers en je lichaam naar de aarde. De stroomkring is dan gesloten omdat de verwarmingsspiraal langs één kant langs de persoon met de aarde is verbonden en aan de andere kant het nulpunt van de generator verbonden is met de aarde.

Om deze levensgevaarlijke situatie te vermijden geven we de metalen mantel een extra verbinding met aarde, waardoor de situatie van figuur 28 ontstaat. Treedt er nu aan de kant van de faseleiding een sluiting op tussen de mantel en de verwarmingsspiraal, dan maakt de faseleiding kortsluiting met de geaarde mantel en brandt onmiddellijk de smeltveiligheid door. De mantel van de verwarming is een goede geleider en met de aarde verbonden. Er kan dus geen spanningsverschil ontstaan met de aarde zodat je ook nooit een elektrische "schok" kan krijgen.

Fig. 26

Deze extra verbinding noemen we beschermingsgeleider of aardingsdraad en wordt aangeduid door PE (van het Engels Protection Earth).

Wanneer de ohmse weerstand van de aarding niet op optimaal is (>100) zal de stroom door de beschermingsgeleider onvoldoende groot zijn om de smeltveiligheden te laten doorbranden. Dit probleem wordt opgelost door het plaatsen van een differentiaall schakelaar.

Alle toestellen met een metalen omhulsel die bij een defect “onder spanning” kunnen komen te staan , moeten uitgerust zijn met een drie-aderig snoer en een contactstop met drie

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

32

Page 33: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

aansluitingen zoals in figuur 28 weergegeven. Dat geldt voor was- en afwasmachines, boormachines met een metalen huis, straal- en ventilatorkachels en dergelijke.

Opmerking: Symbool dubbele isolatie

Veel moderne toestellen, zoals stofzuigers, scheermachines, mixers en handboormachines, hebben een omhulling in kunststof. De omhulling kan dus nooit onder spanning komen te staan. Omdat de motor in zo'n apparaat zelf ook geïsoleerd is, spreken we van dubbele isolatie.

Er zijn ook toestellen met een metalen omhulling, die zo zijn geconstrueerd dat de behuizing nooit onder spanning kan komen te staan. Deze zijn dus eveneens dubbel geïsoleerd.

Dergelijke toestellen zijn niet voorzien van een aardingsdraad en zijn met een twee-aderig snoer verbonden met de contactstop.

5.1.8 DIFFERENTIEELSCHAKELAAR

De differentieelschakelaar is verplicht voor alle nieuwe elektrische installaties in woningen.

Een differentieelschakelaar, ook wel verliesstroomschakelaar of aardlekbeveiliging genoemd, "voelt" lekstromen die naar de aarde vloeien. Hij beschermt ons tegen risico's op elektrocutie en tegen energieverspilling door lekstromen.

In lespakket “Veiligheid” van de cursus “Basisvaardigheden en basisschakelingen. Veiligheid” gaan we uitvoerig in op de veiligheid bij het werken met elektriciteit. Bij die veiligheid speelt de differentieelschakelaar een belangrijke rol.

We leggen hier de werking van dit apparaat in het kort uit.

a. Lekstroom

Beschouwen we de eenvoudige stroomkring met het straalkacheltje van figuur 26 dan is bij normale werking de stroomsterkte in de fasedraad L1 op elk ogenblik gelijk aan de stroomsterkte in de nulgeleider (I1 = I2). We kunnen deze stroomkring voorstellen zoals weergegeven in figuur 29.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

33

Page 34: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Fig. 27

Als de stroom I1 in de fasedraad niet meer gelijk is aan de stroom I2 in de nulgeleider dan is iets fout. Dit is het geval als in figuur 27 een sluiting ontstaat tussen de mantel en het verwarmingselement en een persoon het straalkacheltje aanraakt. We krijgen dan de situatie van figuur 30.

Fig. 28

I1 en I2 zijn nu niet meer gelijk omdat er door de persoon een stroom I3 gaat vloeien die langs de aarde en niet door de verwarmingsweerstand (=verbruiker) en de nulgeleider terug keert naar de generator in de elektriciteitscentrale.

Een stroom die langs de aarde vloeit noemt lekstroom, verliesstroom of aardlekstroom.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

34

Page 35: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5.1.9 BEVEILIGING TEGEN OVERSPANNING

Overspanning is elke spanning die, soms slechts gedurende een heel korte tijd, waarden bereikt die een veelvoud kunnen zijn van de normale netspanning.

Vooral elektronische schakelingen en componenten zijn gevoelig voor overspanning. Dus toestellen met deze componenten, zoals computers, TV, wasmachine, telefax enz. kunnen aanzienlijke schade oplopen bij overspanning.

Overspanning wordt veroorzaakt door:

Door blikseminslag op een gebouw, op bovengrondse leidingen (telefoon, kabeldistributie) of voedingskabels.

Door het inschakelen van een inductieve belasting (een motor), waardoor een grote tegenspanning op het net ontstaat.

Door kortsluiting tussen de hoog- en laagspanningsnetten. Door een grote ophoping van statische elektriciteit.

Overspanning kan niet worden voorkomen. Het enige wat je kan doen is beveiligen tegen de gevolgen ervan.

In lespakket 2 van de cursus Comfortschakelingen wordt uitgelegd hoe je en met welk materiaal je de toestellen in de woning kan beveiligen tegen overspanning.

5.1.10 AANSLUITING OP HET NET

Nadat de elektrische installatie is aangelegd en goedgekeurd door een keuringsorganisme, kan hij worden aangesloten op het net.Om te worden goedgekeurd moet de installatie voldoen aan de voorschriften van het A.R.E.I.

Het is de stroomleverancier die bepaalt hoe de elektrische installatie zal worden "gevoed".

In principe wordt door de elektriciteitsmaatschappij de voorkeur gegeven aan een éénfasige (=monofasige) voeding.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

35

Page 36: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

In bepaalde gevallen kan ook een driefasige aansluiting verkregen worden. Bij een driefasige aansluiting moet je er voor zorgen dat de drie fasen zo gelijk mogelijk worden belast.Figuur 33 toont een ééndraadschema van een huisinstallatie waarbij de verschillende éénfasige verbruikers zo gelijkmogelijk verdeeld worden over de drie fasen L1, L2 en L3.

Fig. 29

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

36

Page 37: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5.1.11 KILOWATTUURMETER

Om de gebruikte elektrische energie te meten installeert de elektriciteitsmaatschappij een kWh-meter. Deze meter is verzegeld.

Fig. 30

Een kWh-meter is uitgerust met een bijzonder type motor. Het anker wordt gevormd door een aluminium schijf waarin inductiestromen worden opgewekt. De stator is een spoel. De afgenomen stroom vloeit door deze spoel. Hoe meer energie we verbruiken, hoe krachtiger de wervelstromen zijn en hoe sneller de schijf zal ronddraaien.

De schijf drijft een telwerk aan dat het verbruik in kWh aangeeft. Elke meter wordt zorgvuldig geijkt voordat hij wordt geplaatst.kWh-meters zijn er in verschillende uitvoeringen, namelijk voor éénfase- en voor driefasespannigen. In het laatste geval heeft de meter drie spoelen (één voor elke fase) die wervelstromen opwekken op dezelfde schijf.Verder zijn er kWh-meters voor verschillende maximale stroomsterkten.

Dubbeltariefmeter

Een bijzondere uitvoering is de dubbeltariefmeter. Deze is uitgerust met twee telwerken, die beurtelings door de schijf worden aangedreven. Het elektriciteitsbedrijf kan vanuit de centrale door middel van toonsignalen via het net alle dubbeltariefmeters tegelijk omschakelen. Figuur 34 toont zo een dubbeltariefmeter. Op die manier is het mogelijk 's nachts en als er weinig elektrische energie wordt gevraagd, elektrisch energie te leveren tegen een lager tarief: het zogenaamde nachttarief. Deze elektrische energie wordt dan geregistreerd door een apart telwerk.Vooral het opwarmen van water in elektrisch boilers gebeurt daarom tijdens het nachttarief.

5.2 Warmwaterbereiding

Het elektrisch opwarmen van water voor de afwas en het bad kan op twee manieren gebeuren: met een doorstroomtoestel of met een voorraadtoestel (boiler).Voorraadtoestellen leggen een voorraad warm water aan van 5 tot 200 liter of meer. Doorstroomtoestellen verwarmen het water op het ogenblik dat je de waterkraan opendraait.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

37

Page 38: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5.2.1 BOILER

Figuur 35 toont een opengewerkte boiler. De koperen binnenketel is gevuld met water. De dikke staven in het midden zijn verwarmingselementen. De dunne buis daarachter is een temperatuurvoeler die de verwarmingselementen uitschakelt als de ingestelde temperatuur van het water wordt bereikt.Omdat warm water lichter is dan koud water, bevindt het warmste water zich boven in de boiler. Daarom steekt de afvoerbuis tot boven in de ketel. Tappen we een hoeveelheid water boven uit de boiler, dan wordt die aan de onderkant aangevuld met koud water. De boiler is zo geconstrueerd, dat het koude water zich vrijwel niet vermengt met het warme. Als je de boiler ledigt, zal je merken dat pas tegen het einde, als de voorraad warm water bijna verbruikt is, de temperatuur van het water tamelijk plotseling daalt.

Fig. 35

In de toevoerleiding, die op de waterleiding is aangesloten, bevindt zich een terugslagklep. Deze voorkomt dat er bij het verwarmen van het water (dat dan uitzet), water terugstroomt in het waterleidingnet. Het overtollige water wordt afgevoerd via een overdrukventiel, dat via een leiding is aangesloten op een afvoerbuis.

De binnenketel is goed geïsoleerd (bijvoorbeeld door glaswol) tegen warmteverliezen.5.2.3 ELEKTRISCHE AANSLUITING

De elektrische installatie voor een boiler of doorstromer dient steeds te voldoen aan de bepalingen van het Algemeen Reglement voor Elektrische Installaties (A.R.E.I.). In lespakket 3 van de cursus “Basisvaardigheden en basisschakelingen. Veligheid” gaan we uitvoeriger in op dit reglement.

Alle elektrische waterverwarmers dienen volgens voorschrift geaard. Voor het plaatsen van een toestel in de badkamer of wasruimte bestaan bijzondere voorschriften (zie lespakket “Veiligheid” van de cursus “Basisvaardigheden en basisschakelingen. Veligheid”). Volg ze nauwkeurig. Je veiligheid hangt ervan af.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

38

Page 39: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Figuur 36 toont een voorbeeld van aansluitmogelijkheden van een boiler op éénfasige of driefasige netspanning. Met de verbindingen op het klemmenblok bepaal je op welke netspanning je de boiler aansluit.

De boiler verwarmt het water met drie verwarmingsweerstanden (R1, R2, en R3), een thermostaat schakelt de netspanning uit wanneer de ingestelde watertemperatuur wordt bereikt.

Fig. 36

Let op: Sommige fabrikanten gebruiken de verouderde afkortingen R, S en T in plaats L1, L2 en L3 voor het aangeven van de lijnspanningen. Deze voorstellingswijze is niet meer toegelaten.

5.3 Elektrisch kookfornuis

Een elektrisch kookfornuis bestaat uit een kookvlak en een oven.Het kookvlak bestaat uit metalen kookplaten (figuur 37a) of vitrokeramisch glas (figuur 37b). Vitrokeramische kookvlakken zijn beschikbaar met volgende verwarmingsprincipes: verwarmingsweerstanden, halogeenwarmte of inductiewarmte.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

39

Page 40: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Fig. 37

5.3.1 VERWARMINGSPRINCIPES

a. Verwarmingsweerstanden

Bij metalen kookplaten bevinden er zich in het kookvlak verwarmingsweerstanden. Bij vitrokeramisch glazen kookplaten plaatsen we weerstanden onder het kookvlak.De vermogens van de weerstanden liggen tussen 1000 tot 2000 W of meer per kookveld.

b. Halogeenverwarming

Vitrokeramische kookvlakken zijn ook verkrijgbaar met halogeenlampen gemonteerd onder het vitro-keramisch glas. Het verwarmingsprincipe is gebaseerd op de feit dat bij lampen de elektrische energie niet alleen wordt omgezet in licht maar ook in warmte. De halogeenlampen worden in een reflecterende behuizing geplaatst. De warmteoverdracht gebeurt voor 80 % door straling en voor 20% door geleiding (zie ook lespakket 2 – 1.6.1 “Drie manieren om warmte af te staan”). De vermogens bedragen 400 tot 500 W per lamp. Per kookveld kunnen 2, 3 of 4 lampen gemonteerd zijn in functie van de doormeter.

c. Inductieverwarming

Vitrokeramische kookvlakken kunnen ook bestaan uit inductiekookplaten.Het principe van inductieverwarming is gebaseerd op het opwekken van een wisselend elektromagnetisch veld. Door dit wisselende elektromagnetisch veld ontstaat er een wervelstroom in de bodem van de kookpan. De bodem van de pan en niet het kookvlak wordt opgewarmd. Het vitrokeramisch glas blijft relatief koud. Er is alleen overdracht van warmte door geleiding van de kookpan naar het kookvlak. Het vermogen van een inductiekookplaat kan tot 2800W per kookveld bedragen.

5.3.2 ELEKTRISCH AANSLUITING

Een elektrisch fornuis of inbouwkookplaten kan je meestal aansluiten op een éénfasige of een driefasige netspanning.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

40

Page 41: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

In de documentatie of op de achterwand van het fornuis vind je meestal de aansluitmogelijkheden terug (figuur 38).

Fig. 38

Voor een éénfasige (230V) aansluiting van fornuis of inbouwkookplaten gebruik je draad van 3x6 mm² ( 2 stroomdraden + aardgeleider) en 2 automaten van 40 A of 2 smeltveiligheden van 32 A. (voor verdere informatie in verband met de doorsnede van de stroomdraden, smeltveiligheden en aansluitmogelijkheden: zie lespakket “Realisatie” van de cursus “De elektrische huisinstallatie”).

Voor driefasige aansluiting voorzien we meestal een draad van 5 x 4mm² (3 fasedraden + nulleider + beschermingsgeleider) die we beveiligen met een automaat van 25 A of smeltveiligheden van 20 A)

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

41

Page 42: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

ZelftestD3

14. Hoeveel aansluitpunten mag een stroombaan volgens het A.R.E.I. maximaal hebben?

a. 8b. 10c. 12d. 20

15. Een smeltveiligheid heeft als doel:

a. de verdeling van een elektrische installatie in stroombanen mogelijk te maken.

b. door te branden bij een lekstroom.c. de installatie te beveiligen tegen overbelasting en kortsluiting.d. te voorkomen dat je een elektrische schok krijgt.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

42

Page 43: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

16. De bedoeling van de aardverbinding is:

1. Ervoor te zorgen dat er geen spanningsverschil ontstaat met de aarde wanneer er een sluiting ontstaat tussen de metalen mantel van een toestel en de faseleiding, zodat je geen elektrische schok kan krijgen.

2. Dat er geen stroom gaat vloeien door je lichaam wanneer je de metalen mantel aanraakt van een toestel dat in sluiting ligt met de faseleiding.

a. Uitspraak 1 is juist en uitspraak 2 is onjuist.b. Uitspraak 1is onjuist en uitspraak 2 is juist.c. Beide uitspraken zijn juist.d. Beide uitspraken zijn onjuist.

17. Een differentiaal of aardlekschakelaar beveiligt een elektrische installatie tegen:

a. kortsluiting.b. overbelasting.c. zwerfstromen.d. stromen naar de aarde als gevolg van een lekstroom.

18. Een installatie is beveiligd met een differentiaal en met twee smeltveiligheden per stroombaan. Op één van de stroombanen wordt de straalkachel van fig. 27 aangesloten. Er ontstaat een kortsluiting tussen de fasedraad en de nulleider in het aansluitsnoer.

1. Het differentiaal zal onmiddellijk de netspanning uitschakelen.2. De smeltveiligheden zullen onmiddellijk doorbranden.

a. Uitspraak 1 is juist en uitspraak 2 is onjuistb. Uitspraak 1is onjuist en uitspraak 2 is juistc. Beide uitspraken zijn juistd. Beide uitspraken zijn onjuist

19. Dezelfde straalkachel van vraag 18 wordt nu aangesloten zoals weergegeven in fig. 28 pagina 29. Er ontstaat een sluiting tussen de metalen wand en fasegeleider. De totale aardingsweerstand is 100.

1. Het differentiaal zal onmiddellijk de netspanning uitschakelen.2. De smeltveiligheden zullen onmiddellijk doorbranden.

a. Uitspraak 1 is juist en uitspraak 2 is onjuist.b. Uitspraak 1is onjuist en uitspraak 2 is juist.c. Beide uitspraken zijn juist.d. Beide uitspraken zijn onjuist.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

43

Page 44: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

5 SAMENVATTING

Een driefasespanning is samengesteld uit drie spanningen met dezelfde frequentie en

amplitude, maar die onderling 120° of periode verschoven zijn.

De fasespanning (UF) is de spanning die opgewekt wordt in elk van de fasewikkelingen van een driefasegenerator.

Bij in ster geschakelde verbruikers is :

op elk willekeurig tijdstip de som van de ogenblikkelijke waarden van de drie fasespanningen gelijk aan nul;

bij gelijk belaste fasen de stroomsterkte door de nulleider gelijk aan nul (de som van de ogenblikkelijke waarden van de stromen is gelijk aan nul);

de lijnspanning, die samengesteld is uit twee fasespanningen, gelijk aan:

(V)

de lijnstroom gelijk aan de fasestroom:

In België zijn volgende distributienetten mogelijk: 127/230V, 3x230V en 230/400V.

Op een driefasenet kunnen willekeurige impedanties in ster of driehoek aangesloten worden.

Je spreekt van een symmetrisch belast net als alle impedanties per fase gelijk zijn. Is dit niet het geval dan is het net asymmetrisch belast.

Een onderbreking in een nulleider zal bij een asymmetrisch belasting in ster aangesloten meestal schadelijke gevolgen hebben.

Op een driefasenet zonder nulleider mag je de verbruikers enkel in ster aansluiten als ze de drie fasen gelijk belasten.

Voor een symmetrische belasting is het actieve opgenomen vermogen van de verbruiker gelijk aan:

P = .UL . IL . cos (W)

Voor het tekenen van elektrische installaties gebruik je het ééndraadschema.

Een stroombaan is een stroomkring die kan bestaan uit een aantal aansluitpunten en die aangesloten is op een gemeenschappelijk punt van de verdeelkast.

Het aantal aansluitpunten per stroombaan is beperkt tot 8.

Elke stroombaan moet uitgerust zijn met een aangepaste smeltveiligheid of automaat.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

44

Page 45: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

Doorgesmolten zekeringen mag je niet opnieuw gebruiken.

De doorsnede van de geleiders van een stroombaan is afhankelijk van de stroomsterkte door de draad.

De beschermingsgeleider of aardingsdraad (PE) is verbonden met de aarde en is noodzakelijk om ons te beschermen tegen elektrische schokken bij defecte elektrische apparaten.

De differentiaalschakelaar detecteert lekstromen die naar de aarde vloeien. Hij beschermt ons tegen risico’s van elektrocutie en tegen energieverspilling door lekstromen.

Bij een driefasige aansluiting van de huisinstallatie moet je er voor zorgen dat de drie fasen zo gelijk mogelijk worden belast.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

45

Page 46: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

6 OPLOSSINGEN ZELFTEST

1. a.

2. b.

3. b.

4. c.

5. a.

6. a.

7. b.

8. c.

9. b.

10. b.

11. b.

12. c.

13. c.

14. a.

15. c.

16. c.

17. d.

18. b.

19. a.

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

46

Page 47: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

COPYRIGHT

Fig 11, 33, 41: Electrabel

Fig 25, 26, 32: Vynchier

Fig 36: Siemens

Bijlage: Interelectra

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

47

Page 48: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

BIJLAGE : TEKENSYMBOLEN

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

48

Page 49: Les Distributienet

Basiselektriciteit Distributienet

uitgave: voorjaar 2003© Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming

49