Wat is een spanningsval?
Definitie
De spanningsval is het verschil tussen de spanning aan het begin en aan het einde van een elektrische leiding. In een elektrisch netwerk kan de spanning worden verminderd door de weerstand en de impedantie van de leidingen, waardoor er een lagere spanning bij de verbruiker aankomt dan oorspronkelijk werd ingevoerd. Dit spanningsverlies is vooral relevant bij lange leidingen of bij hoge belastingen en beïnvloedt de efficiëntie en stabiliteit van een stroomvoorzieningsnetwerk.
Spanningsdalingen in het midden- en hoogspanningsnet
Bij middenspanning (1 kV tot 36 kV) en hoogspanning (36 kV tot 150 kV) kunnen spanningsdalingen door verschillende oorzaken ontstaan. Een van de belangrijkste oorzaken zijn hoge stromen die door lange leidingen vloeien, wat leidt tot een verhoogde weerstand en daarmee tot een spanningsverlies. Dit verlies kan vooral optreden in landelijke gebieden, waar de afstanden tussen transformatorstations en verbruikers groot zijn.
Andere oorzaken van spanningsdalingen in het midden- en hoogspanningsnet kunnen zijn:
- Grote schommelingen in de belasting: bij een hoge netbelasting kan de spanning in het net dalen.
- Slecht onderhouden leidingen of transformatoren met een hogere weerstand.
- Weersomstandigheden, zoals harde wind of stormen, die schade aan de leidingen kunnen veroorzaken en daardoor spanningsdalingen tot gevolg kunnen hebben.
De gevolgen van deze spanningsdalingen kunnen variëren van kleine schommelingen in de stroomvoorziening tot ernstige storingen in het elektriciteitsnet. In extreme gevallen kan dit leiden tot een stroomuitval (black-out), wat de volledige werking van het elektriciteitsnet in gevaar kan brengen.
REGSys®
Ons »spanningsregelsysteem REGSys®« is speciaal ontworpen om spanningsschommelingen en spanningsdalingen in hoog- en middenspanningsnetten te compenseren. Naast de automatische regeling, bewaking en monitoring van transformatoren met tredenschakelaars kan REGSys® per toepassing individueel worden aangevuld met extra functies zoals stroombeïnvloeding (bijv. compensatie van de leidingimpedanties) of parallelbedrijf.
Spanningsdalingen in het laagspanningsnet
In het laagspanningsgebied (tot 1 kV) treden spanningsdalingen op om soortgelijke redenen als bij midden- en hoogspanning, waarbij twee oorzaken van spanningsdalingen hier een bijzonder veelvoorkomend probleem vormen:
- Spanningsdalingen in kabelbanen in parallelschakelingen bij de voeding van meerdere huishoudens via een gemeenschappelijke laagspanningskabel: wanneer veel verbruikers tegelijkertijd een hoge belasting veroorzaken – bijvoorbeeld ’s avonds/’s nachts, tijdens de gebruikelijke oplaadtijden van elektrische voertuigen – kan de spanning op de gemeenschappelijke kabel dalen.
- Spanningsdalingen door lange leidingen: Hoe langer de leiding, hoe groter de weerstand en dus ook het spanningsverlies. Vooral in landelijke gebieden met lange transmissieleidingen leidt deze oorzaak vaak tot een spanningsdaling.
In beide gevallen kunnen spanningsdalingen leiden tot problemen zoals storingen, inefficiënte werking van elektrische apparaten, een hoger energieverbruik of zelfs schade aan gevoelige apparatuur.
LVRSys®
Het »LVRSys®-laagspanningsregelsysteem« is speciaal ontwikkeld om problemen met de spanningsstabiliteit in het laagspanningsnet op te lossen die het gevolg zijn van de integratie van elektromobiliteit, fotovoltaïsche installaties en warmtepompen of van lange transmissielijnen. Het biedt een voordelig en flexibel alternatief voor de kostbare en tijdrovende uitbreiding van het leidingnet. Het systeem heeft zich bewezen, is eenvoudig in het net te integreren en onderhoudsvrij.
Richtlijnen voor de stroomvoorziening voor energieleveranciers
Energiebedrijven moeten zich aan strenge normen en richtlijnen houden om een stabiele en betrouwbare stroomvoorziening te garanderen. Deze normen definiëren de toegestane spanningsdaling en de toegestane schommelingen in de netspanning.
- Duitsland (nationaal): In Duitsland geldt de norm DIN EN 50160, die de toegestane spanningsdaling voor energieleveranciers vastlegt. Hierin wordt bepaald dat de netspanning binnen een tolerantiemarge van ±10 % van de nominale waarde moet blijven.
- Europa (internationaal): Ook op Europees niveau geldt de norm EN 50160, die vergelijkbare eisen stelt aan de spanningskwaliteit.
- Internationale normen: Wereldwijd bestaan er verschillende normen die de toegestane spanningsval vastleggen, waaronder de IEC-normen (International Electrotechnical Commission). Deze normen verschillen per regio, maar het doel blijft hetzelfde: het waarborgen van een gelijkmatige stroomvoorziening.
In het algemeen zijn deze richtlijnen bedoeld om de leveringszekerheid te waarborgen en netstoringen als gevolg van onaanvaardbare spanningsdalingen te voorkomen.
Waar treden spanningsvallen doorgaans op?
In elektrische netwerken kunnen spanningsdalingen op verschillende plaatsen optreden; enkele veelvoorkomende typische oorzaken van spanningsdalingen zijn:
Spanningsval in parallelschakelingen
In parallelschakelingen wordt de stroom over meerdere paden verdeeld, waardoor de totale weerstand lager is dan in een serieschakeling. Toch kunnen ook hier spanningsdalingen optreden. Bij een parallelschakeling blijft de spanning weliswaar voor alle verbruikers gelijk, maar de stroom verdeelt zich over de afzonderlijke takken, wat bij hoge stromen kan leiden tot spanningsdalingen op de verbindingsleidingen. Een voorbeeld van een spanningsval in parallelschakelingen is de voeding van meerdere huishoudens via een gemeenschappelijke laagspanningsleiding. Wanneer veel verbruikers tegelijkertijd stroom afnemen, kan de spanning op de gemeenschappelijke leidingen dalen (bijvoorbeeld door e-mobiliteit en steeds meer geïnstalleerde warmtepompen).
Spanningsval in leidingen en kabels
De spanningsval in leidingen is een van de meest voorkomende oorzaken van spanningsverlies in elektrische systemen. Hoe langer de leiding, hoe groter de weerstand en hoe groter het spanningsverlies. Deze oorzaak van een spanningsval (leidinglengte) leidt vooral in landelijke gebieden met lange transmissieleidingen vaak tot problemen.
- Een voorbeeld hiervan is de spanningsval in kabels in het transmissie- of distributienet, dus met name bij hoge stroomsterktes en lange kabellengtes. De kabeldoorsnede speelt bij dit soort spanningsval een doorslaggevende rol, aangezien een kleine doorsnede bij hoge stromen tot aanzienlijke spanningsverliezen leidt.
- Een spanningsverlies door lange kabels kan niet alleen in het openbare elektriciteitsnet voorkomen, maar ook in de industrie, waar vaak lange kabeltrajecten nodig zijn om machines en installaties te laten draaien.
Spanningsval over weerstanden in elektrische voedingsnetten
Een typische plek waar een spanningsval ontstaat, is als gevolg van de elektrische weerstand van componenten zoals transformatoren, schakelaars en verbruikers. Deze weerstanden zorgen ervoor dat de spanning afneemt wanneer er stroom doorheen vloeit.
Voorbeelden van spanningsval over de weerstand:
- Elke verbruiker biedt weerstand tegen de elektrische stroom. Hoe groter de weerstand, hoe groter het spanningsverlies.
- In transformatoren leidt de wikkelingsweerstand tot spanningsdalingen, die de uitgangsspanning verlagen.
- In schakelaars en zekeringen kan de contactweerstand voor extra spanningsverliezen zorgen.
- In midden- en hoogspanningsleidingen ontstaan spanningsverliezen door de ohmse weerstand van de leidingen, met name bij lange transmissieafstanden.
Korte uitweiding – Spanningsval over de weerstand berekenen
Om de spanningsval over de weerstand te berekenen, maakt men gebruik van de wet van Ohm. Deze wet beschrijft het verband tussen spanning, stroom en weerstand in een elektrische schakeling.
Formule:
Uitleg van de variabelen:
- ΔU: spanningsval (in volt, V)
- I: stroomsterkte die door de weerstand vloeit (in ampère, A)
- R: Weerstand van het onderdeel of de leiding (in ohm, Ω)
Berekening:
Om de spanningsval te berekenen, vermenigvuldigt men de stroomsterkte die door de weerstand vloeit met de weerstandswaarde.
Voorbeeld:
Als er een stroom van I=5 AI = 5 \, \text{A}I=5A door een weerstand van R=10 ΩR = 10 \, \OmegaR=10Ω vloeit, wordt de spanningsval als volgt berekend:
De spanningsval over de weerstand bedraagt in dit voorbeeld dus 50 volt.
Spanningsval over weerstanden in gelijkstroom- en wisselstroomsystemen
Zowel in gelijkstroom- als in wisselstroomsystemen treden er spanningsdalingen over weerstanden op. In het gelijkstroomnet is de spanningsdaling recht evenredig met de weerstand, terwijl in het wisselstroomnet naast de ohmse weerstand ook de inductie en de capaciteit van de leidingen een rol spelen.
- Bij gelijkstroom treedt de spanningsval bijvoorbeeld op in batterijsystemen. Dit gebeurt doorgaans wanneer de interne weerstand van de batterij de stroomdoorvoer belemmert.
- In het wisselstroomnet beïnvloeden zowel de ohmse weerstand als de reactantie van de leidingen de spanningsval bij wisselstroom, wat leidt tot complexere spanningsverliezen.
Hoe kan een spanningsval worden gemeten?
De spanningsvalin een elektriciteitsnet kan worden vastgesteld door de spanning op verschillende punten in het systeem rechtstreeks te meten. Om de spanningsval te meten, vergelijkt men de spanning aan het begin en aan het einde van een leiding, een stroomkring of vóór en achter een verbruiker. Het verschil tussen de twee spanningswaarden komt overeen met de spanningsval.
- Voor het meten van de spanningsval wordt de spanning op twee punten tegelijkertijd of achtereenvolgens gemeten, bijvoorbeeld bij het aansluitpunt en bij de verbruiker.
- Het is belangrijk dat de meting onder belasting wordt uitgevoerd, aangezien de spanningsval alleen optreedt wanneer er stroom vloeit.
Spanningsval meten met een multimeter
Een eenvoudig hulpmiddel om de spanningsval te meten is de multimeter. Een multimeter kan spanningen in het laagspanningsbereik (< 1000 volt) nauwkeurig meten en is vaak het eerste apparaat dat wordt gebruikt bij kleinere toepassingen, zoals de installatie of het onderhoud van elektrische systemen. Om de spanningsval met een multimeter te meten, wordt het apparaat parallel aan de belasting geschakeld en wordt de spanning aan de ingang en uitgang van het circuit gemeten.
Werkwijze:
- De multimeter wordt ingesteld op de spanningsmeetmodus.
- De meetkabels worden aangesloten op het begin en het einde van de te onderzoeken kabel of het te onderzoeken onderdeel.
- De spanningsval wordt berekend als het verschil tussen de twee meetwaarden.
De spanningsval aan de zekering meten
De spanningsval over zekeringen kan worden veroorzaakt door de weerstand van de zekering zelf, slechte contactpunten of een onjuiste installatie. Wanneer de stroom door de zekering vloeit, veroorzaakt de weerstand een spanningsval die doorgaans gering is, maar toeneemt bij overbelasting of een hoge stroomsterkte. Om de spanningsval aan een zekering te meten, wordt de multimeter eveneens parallel aan de zekering aangesloten. Door de spanning voor en na de zekering te meten, kan worden vastgesteld of de zekering een significante weerstand heeft en daardoor een spanningsval veroorzaakt.
Beperkingen van multimeters
Multimeters zijn handig voor eenvoudige metingen, maar hebben hun beperkingen als het gaat om complexere analyses of het monitoren van het net. Hoewel je met een multimeter de spanningsval kunt meten, zijn ze niet in staat om gedetailleerde en complexere analyses en inzichten in de netkwaliteit te bieden, laat staan spanningsschommelingen over een langere periode te registreren. Multimeters hebben een zeer beperkte functionaliteit en geven altijd slechts een momentopname van de huidige spanning weer.
Netwerkanalysatoren van A. Eberle – uiterst nauwkeurige en krachtige apparaten die meer kunnen dan alleen spanningsvalmetingen
Een uitgebreidere en uiterst nauwkeurige analyse van de netkwaliteit, evenals een langetermijnvisie op spanningsdalingen of spanningsschommelingen voor foutanalyse en foutpreventie, is alleen mogelijk door het gebruik van netanalysatoren. Netanalysatoren van A. Eberle bieden in vergelijking met multimeters een groot aantal functies die speciaal zijn ontwikkeld voor de eisen van openbare en industriële energievoorzieningsnetten. Ze meten niet alleen de spanningsdaling, maar leveren ook informatie over spanningsschommelingen, harmonischen, flikkeringen en andere netkwaliteitsparameters.
Enkele voordelen van A. Eberle-netwerkanalysatoren ten opzichte van multimeters
- Langdurige monitoring: Netwerkanalysatoren van A. Eberle maken continue bewaking van het netwerk mogelijk en kunnen spanningsschommelingen over langere perioden registreren, waardoor ze een goed beeld geven van de netkwaliteit op het meetpunt.
- Storingsmeldingen: Onze vast geïnstalleerde netanalysatoren registreren kortstondige storingen en afwijkingen in de netspanning en -stroom en genereren een storingsdiagram, zodat de oorzaken van storingen en de gevolgen daarvan gedetailleerd kunnen worden geanalyseerd (functionaliteit afhankelijk van de gekozen bestelkenmerken).
- Analyse van de netkwaliteit: Naast het meten van de spanningsval registreren onze netanalysatoren gedetailleerde gegevens over de spanningskwaliteit, wat met name van belang is in transmissie-, distributie- en industriële netwerken.
- Hoge precisie: De netwerkanalysatoren van A. Eberle meten spanningsdalingen en andere netwerkafwijkingen met zeer hoge nauwkeurigheid en leveren gegevens die van cruciaal belang zijn voor de planning en optimalisatie van het netwerk. Alle netwerkanalysatoren van A. Eberle zijn uiterst nauwkeurige meetapparaten van klasse A. In de norm IEC 61000-4-30 klasse A zijn netkwaliteitsparameters vastgelegd voor meetprocedures, tijdsaggregatie, nauwkeurigheid en evaluatie. Dit garandeert betrouwbare, herhaalbare en vergelijkbare meetresultaten.
- Extra functies: In tegenstelling tot multimeters bieden onze netwerkanalysatoren de mogelijkheid om verschillende netparameters te analyseren die wijzen op spanningsproblemen, zoals spanningsschommelingen, boventoningen, faseverschuivingen, transiënten of flikkeringen.
PQMobiel - onze mobiele netwerkanalysatoren
Detecteer op betrouwbare wijze spanningsval/spanningsschommelingen en netvervuiling zoals boventoningen, flikkeringen en transiëntenn
De PQ-box reeks bestaat uit krachtige, draagbare net- en frequentieanalysatoren, vermogensmeters en transiëntrecorders voor spanningsbewaking en meting van de stroomkwaliteit.
Bij de ontwikkeling stond zowel gebruiksvriendelijkheid als praktische toepasbaarheid voorop. Om de oorzaak van netwerkstoringen snel te kunnen lokaliseren, zijn de apparaten uitgerust met een groot aantal triggeropties.
Alle mobiele stroomkwaliteitsanalysatoren voldoen aan de hoge beschermingsklasse IP65 en kunnen ook buiten worden geïnstalleerd en gebruikt. Bovendien hebben de PQ-boxen een zeer groot temperatuurbereik van –20 °C tot +60 °C.
Bovendien voldoen ze aan alle eisen van de meetinstrumentnormen IEC 61000-4-30 Ed. 3, IEC 62586-1 en IEC 62586-2 Ed. 2 voor apparaten van klasse A.
PQSys – onze vast geïnstalleerde Power Quality-netwerkanalysatoren en storingsrecorders
Nu al voorbereid zijn op de eisen van morgen
De vast geïnstalleerde storingsrecorders en Power Quality-netwerkanalysatoren PQI-LV, PQI-DA smart, PQI-DE en PQI-D zijn de centrale componenten in een systeem waarmee alle meetopdrachten in een laag-, midden- en hoogspanningsnet kunnen worden uitgevoerd. De analysatoren kunnen worden ingezet als storingsrecorder met een bemonsteringsfrequentie tot 41 kHz, als meetapparatuur voor de stroomkwaliteit volgens EN50160 / IEC 61000-2-2/4 of als vermogensanalysator.
De componenten zijn geschikt om leveringskwaliteiten of kwaliteitsafspraken tussen energieleveranciers en hun klanten te monitoren, te registreren en beschikbaar te stellen voor analyse of opslag.
Moderne meetapparatuur voor de kwaliteit van de spanning werkt volgens de norm IEC 61000-4-30, editie 3. Deze norm beschrijft meetmethoden om voor de gebruiker een vergelijkbare basis te creëren.
Hoe wordt een spanningsval berekend?
Om de spanningsval te berekenen, bestaan er verschillende formules die variëren naargelang het soort stroom – gelijkstroom, wisselstroom of draaistroom.
Basisformule voor de spanningsval
De eenvoudigste formule voor de spanningsval is gebaseerd op de wet van Ohm en luidt als volgt:
ΔU = I * R
Hierbij staat:
- ΔU: de spanningsval (in volt)
- I: de stroom (in ampère)
- R: de elektrische weerstand van de leiding of kabel (in ohm)
Deze basisformule is met name geschikt voor gelijkstroomtoepassingen en eenvoudige weerstandsnetwerken. Bij wisselstroom- en draaistroomnetwerken moet met nog andere factoren rekening worden gehouden.
Spanningsval bij gelijkstroom berekenen
Om de spanningsval bij gelijkstroom te berekenen, gebruikt men de eerder genoemde formule ΔU=I⋅R\Delta U = I \cdot RΔU=I⋅R, waarbij de weerstand van de leiding of kabel een belangrijke rol speelt.
Voor de weerstand RRR van een leiding geldt:
R = ( p * L ) / A
Hierbij staat:
- ρ: soortelijke weerstand van het geleidermateriaal (in ohm·mm²/m)
- L: lengte van de leiding (in meters)
- A: Doorsnede van de kabel (in mm²)
De volledige formule voor spanningsval bij gelijkstroom luidt dus:
ΔU = I * ( ( p * L ) / A )
Voorbeeld: Om de spanningsval van een kabel bij gelijkstroom te berekenen, worden de stroom in de kabel, de lengte van de kabel en de doorsnede gebruikt.
Spanningsval bij wisselstroom berekenen
De spanningsval bij wisselstroom is complexer dan bij gelijkstroom, omdat naast de ohmse component ook rekening moet worden gehouden met de inductieve en capacitieve weerstand (reactantie). De formule voor de spanningsval bij wisselstroom luidt:
ΔU = I * Z
Hierbij is Z de schijnweerstand (impedantie) van de leiding en wordt deze bepaald door:
Z = √( R² + ( XL - XC )² )
Hierbij staat:
- R: de ohmse weerstand van de leiding
- XL: de inductie van de leiding (in ohm)
- XC: de capaciteit van de leiding (in ohm)
De impedantie is afhankelijk van de frequentie en de elektrische eigenschappen van de leiding, wat de berekening van de spanningsval bij wisselstroom bemoeilijkt. In veel praktische toepassingen wordt het capacitieve aandeel vaak verwaarloosd, zodat de impedantie wordt berekend als een combinatie van ohmse weerstand en inductie.
Heeft u nog vragen over
spanningsval of over onze producten?
Neem gerust contact met ons op!
Neem nu contact op
