Kort uitgelegd
Wie een spanningsval meten wil, vergelijkt de spanning op twee punten in een elektrisch systeem, bijvoorbeeld aan het begin en het einde van een leiding. Daardoor kan het verschil tussen beide spanningswaarden als spanningsval worden bepaald. Bovendien is het belangrijk om onder belasting te meten, omdat een spanningsval optreedt wanneer er stroom vloeit. Voor eenvoudige metingen kan een multimeter worden gebruikt. Daarentegen kunnen netwerkanalysatoren ook spanningsschommelingen over langere perioden en andere parameters van de netkwaliteit registreren.
Belangrijkste punten
- Een spanningsval is het verschil tussen twee spanningswaarden binnen een elektrisch systeem.
- Voor de meting worden spanningswaarden op twee punten gelijktijdig of na elkaar met elkaar vergeleken.
- Daarbij moet de meting onder belasting worden uitgevoerd.
- Multimeters zijn geschikt voor eenvoudige metingen. Daarnaast maken netwerkanalysatoren een langdurige analyse van de netkwaliteit mogelijk.
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 verlaagd door de weerstand en impedantie van de leidingen. Daardoor komt bij de verbruiker een lagere spanning aan dan oorspronkelijk werd ingevoerd. Dit spanningsverlies is vooral relevant bij lange leidingen of hoge belastingen en beïnvloedt daarom de efficiëntie en stabiliteit van een stroomvoorzieningsnetwerk.
Spanningsvallen in midden- en hoogspanningsnetten
Bij middenspanning (1 kV tot 36 kV) en hoogspanning (36 kV tot 150 kV) kunnen spanningsvallen door verschillende oorzaken ontstaan. Een van de belangrijkste oorzaken zijn hoge stromen die door lange leidingen vloeien. Hierdoor neemt de weerstand toe en ontstaat spanningsverlies. Vooral in landelijke gebieden kan dit verlies relevant zijn, omdat de afstanden tussen transformatorstations en verbruikers daar vaak groot zijn.
Daarnaast kunnen spanningsvallen in midden- en hoogspanningsnetten onder andere door de volgende factoren ontstaan:
- Grote belastingsschommelingen: bij een hoge netbelasting kan de spanning in het net dalen.
- Bovendien kunnen slecht onderhouden leidingen of transformatoren een hogere weerstand vertonen.
- Ten slotte kunnen weersomstandigheden, zoals harde wind of stormen, schade aan leidingen veroorzaken en daardoor spanningsvallen tot gevolg hebben.
Daardoor kunnen de gevolgen van spanningsvallen variëren van kleine schommelingen in de stroomvoorziening tot ernstige storingen in het elektriciteitsnet. In extreme gevallen kan zelfs een spanningsinstorting (black-out) optreden. Hierdoor kan de volledige werking van het elektriciteitsnet in gevaar komen.
REGSys®
Ons »spanningsregelsysteem REGSys®« is speciaal ontworpen om spanningsschommelingen en spanningsvallen 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.
Spanningsvallen in het laagspanningsnet
In het laagspanningsgebied (tot 1 kV) treden spanningsvallen op om soortgelijke redenen als bij midden- en hoogspanning. Daarbij komen twee oorzaken bijzonder vaak voor:
- Spanningsvallen in leidingstrengen van parallelschakelingen bij de voeding van meerdere huishoudens via een gemeenschappelijke laagspanningsleiding: wanneer veel verbruikers tegelijkertijd een hoge belasting veroorzaken, kan de spanning op de gemeenschappelijke leiding dalen. Dit kan bijvoorbeeld 's avonds of 's nachts tijdens gebruikelijke laadtijden van elektrische voertuigen optreden.
- Spanningsvallen 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 daarom vaak tot een spanningsval.
In beide gevallen kunnen spanningsvallen leiden tot storingen, inefficiënte werking van elektrische apparaten en een hoger energieverbruik. Bovendien kan gevoelige apparatuur hierdoor beschadigd raken.
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. Daardoor biedt het systeem een voordelig en flexibel alternatief voor de kostbare en tijdrovende uitbreiding van het leidingnet. Bovendien heeft het systeem zich bewezen, is het 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. Daarom definiëren deze normen de toegestane spanningsval en de toegestane schommelingen in de netspanning.
- Duitsland (nationaal): In Duitsland geldt de norm DIN EN 50160, die eisen aan de spanning in openbare distributienetten vastlegt. Zo 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. Deze stelt eveneens eisen aan de spanningskwaliteit.
- Internationale normen: Wereldwijd bestaan verschillende normen voor de spanningsvoorziening, waaronder IEC-normen (International Electrotechnical Commission). Hoewel deze normen per regio verschillen, blijft het doel hetzelfde: een gelijkmatige spanningsvoorziening waarborgen.
In het algemeen zijn deze richtlijnen bedoeld om de leveringszekerheid te waarborgen. Daarnaast moeten ze netstoringen als gevolg van ontoelaatbare spanningsvallen helpen voorkomen.
Waar treden spanningsvallen doorgaans op?
In elektrische netwerken kunnen spanningsvallen op verschillende plaatsen optreden. Zo zijn er verschillende veelvoorkomende oorzaken en locaties:
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 spanningsvallen optreden. Bij een parallelschakeling blijft de spanning voor alle verbruikers gelijk, terwijl de stroom zich over de afzonderlijke takken verdeelt. Bij hoge stromen kan dit daarom tot spanningsvallen op de verbindingsleidingen leiden. Een voorbeeld is de voeding van meerdere huishoudens via een gemeenschappelijke laagspanningsleiding. Wanneer veel verbruikers tegelijkertijd stroom afnemen, kan de spanning op de gemeenschappelijke leidingen dalen. Dit kan bijvoorbeeld samenhangen met e-mobiliteit en het toenemende aantal 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. Daardoor neemt ook het spanningsverlies toe. Vooral in landelijke gebieden met lange transmissieleidingen kan dit daarom vaak tot problemen leiden.
- Een voorbeeld is de spanningsval in kabels in het transmissie- of distributienet, met name bij hoge stroomsterktes en lange kabellengtes. Daarbij speelt de kabeldoorsnede een belangrijke rol, omdat een kleine doorsnede bij hoge stromen tot aanzienlijke spanningsverliezen leidt.
- Daarnaast kan een spanningsval door lange kabels niet alleen in het openbare elektriciteitsnet voorkomen, maar ook in de industrie. Daar zijn bijvoorbeeld vaak lange kabeltrajecten nodig om machines en installaties te voeden.
Spanningsval over weerstanden in elektrische voedingsnetten
Een spanningsval kan ontstaan over de elektrische weerstand van componenten zoals transformatoren, schakelaars en verbruikers. Wanneer er stroom door deze weerstanden vloeit, neemt de spanning daardoor af.
Een spanningsval over een weerstand kan bijvoorbeeld in de volgende situaties optreden:
- Elke verbruiker biedt weerstand tegen de elektrische stroom. Daarom geldt: hoe groter de weerstand, hoe groter de spanningsval.
- In transformatoren leidt de wikkelingsweerstand tot spanningsvallen. Daardoor wordt de uitgangsspanning lager.
- Bovendien kan in schakelaars en zekeringen de contactweerstand extra spanningsverlies veroorzaken.
- Ten slotte ontstaan in midden- en hoogspanningsleidingen spanningsverliezen door de ohmse weerstand van de leidingen, met name over lange transmissieafstanden.
Kort voorbeeld - spanningsval over een weerstand berekenen
Om de spanningsval over een weerstand te berekenen, wordt de wet van Ohm gebruikt. Deze beschrijft namelijk 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, wordt de stroomsterkte die door de weerstand vloeit vermenigvuldigd met de weerstandswaarde.
Voorbeeld:
Als een stroom van I = 5 A door een weerstand van R = 10 Ω 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 spanningsvallen over weerstanden op. In een gelijkstroomnet is de spanningsval recht evenredig met de weerstand. Daarentegen spelen in een wisselstroomnet naast de ohmse weerstand ook de inductie en capaciteit van de leidingen een rol.
- Bij gelijkstroom treedt een spanningsval bijvoorbeeld op in batterijsystemen. Dit gebeurt doorgaans omdat de interne weerstand van de batterij de stroomdoorgang belemmert.
- In het wisselstroomnet beïnvloeden zowel de ohmse weerstand als de reactantie van de leidingen de spanningsval bij wisselstroom. Daardoor ontstaan complexere spanningsverliezen.
Hoe kan een spanningsval worden gemeten?
De spanningsval in een elektriciteitsnet kan worden vastgesteld door de spanning op verschillende punten in het systeem rechtstreeks te meten. Om een spanningsval te meten, wordt bijvoorbeeld de spanning aan het begin en aan het einde van een leiding of stroomkring vergeleken. Daarnaast kan de spanning vóór en achter een verbruiker worden gemeten. Daardoor kan het verschil tussen beide spanningswaarden als spanningsval worden bepaald.
- Voor het meten van de spanningsval wordt de spanning op twee punten gelijktijdig of na elkaar gemeten, bijvoorbeeld bij het aansluitpunt en bij de verbruiker.
- Bovendien moet de meting onder belasting worden uitgevoerd, omdat de spanningsval optreedt wanneer er stroom vloeit.
Spanningsval meten met een multimeter
Een multimeter is een eenvoudig hulpmiddel om een spanningsval te meten. Zo kan een multimeter spanningen in het laagspanningsbereik (< 1000 volt) nauwkeurig meten en wordt het apparaat vaak gebruikt bij kleinere toepassingen, zoals installatie of onderhoud van elektrische systemen. Om de spanningsval met een multimeter te meten, worden de spanningswaarden aan de relevante meetpunten geregistreerd. Vervolgens worden deze waarden met elkaar vergeleken.
Werkwijze:
- Stel eerst de multimeter in op de spanningsmeetmodus.
- Sluit vervolgens de meetkabels aan op het begin en einde van de te onderzoeken leiding of het onderdeel.
- Bereken ten slotte de spanningsval als het verschil tussen de twee meetwaarden.
Spanningsval over een zekering meten
De spanningsval over een zekering kan worden veroorzaakt door de weerstand van de zekering zelf, slechte contactpunten of een onjuiste installatie. Wanneer er stroom door de zekering vloeit, veroorzaakt de weerstand meestal een geringe spanningsval. Bij overbelasting of hoge stroom kan deze echter toenemen. Om de spanningsval over een zekering te meten, wordt de multimeter parallel aan de zekering aangesloten. Vervolgens wordt de spanning vóór en na de zekering vergeleken. Daardoor kan worden vastgesteld of een significante weerstand de spanningsval veroorzaakt.
Beperkingen van multimeters
Multimeters zijn nuttig voor eenvoudige metingen. Ze hebben echter beperkingen bij complexere analyses of langdurige bewaking van het net. Met een multimeter kan een spanningsval worden gemeten, maar het apparaat kan geen gedetailleerd inzicht in de netkwaliteit geven. Bovendien kan het spanningsschommelingen niet over een langere periode registreren. Daarom geeft een multimeter vooral een momentopname van de actuele spanning.
Netwerkanalysatoren van A. Eberle - meer dan alleen spanningsvalmetingen
Voor een uitgebreidere en zeer nauwkeurige analyse van de netkwaliteit kunnen netwerkanalysatoren worden gebruikt. Daarnaast kunnen daarmee spanningsvallen en spanningsschommelingen over langere perioden worden onderzocht voor foutanalyse en foutpreventie. Netwerkanalysatoren van A. Eberle bieden ten opzichte van multimeters bovendien een breed scala aan functies voor openbare en industriële energievoorzieningsnetten. Ze meten niet alleen spanningsvallen, maar leveren ook informatie over spanningsschommelingen, boventoningen, flikkeringen en andere netkwaliteitsparameters.
Voordelen van A. Eberle-netwerkanalysatoren ten opzichte van multimeters
- Langdurige monitoring: Netwerkanalysatoren van A. Eberle maken continue bewaking van het netwerk mogelijk. Daardoor kunnen ze spanningsschommelingen over langere perioden registreren en een uitgebreid beeld van de netkwaliteit op het meetpunt geven.
- Storingsregistratie: onze vast geïnstalleerde netwerkanalysatoren registreren kortstondige storingen en afwijkingen in netstroom en netspanning. Daarnaast genereren ze storingsregistraties waarmee oorzaken en gevolgen gedetailleerd kunnen worden geanalyseerd (functionaliteit afhankelijk van de gekozen bestelkenmerken).
- Analyse van de netkwaliteit: Naast het meten van de spanningsval registreren onze netwerkanalysatoren gedetailleerde gegevens over de spanningskwaliteit. Daarom zijn deze gegevens met name relevant in transmissie-, distributie- en industriële netwerken.
- Hoge precisie: De netwerkanalysatoren van A. Eberle meten spanningsvallen en andere netwerkafwijkingen met zeer hoge nauwkeurigheid. Daardoor leveren ze belangrijke gegevens voor de planning en optimalisatie van het netwerk. Bovendien zijn alle netwerkanalysatoren van A. Eberle uiterst nauwkeurige meetapparaten van klasse A. In IEC 61000-4-30 klasse A zijn netkwaliteitsparameters voor meetprocedures, tijdsaggregatie, nauwkeurigheid en evaluatie vastgelegd. Hierdoor kunnen betrouwbare, herhaalbare en vergelijkbare meetresultaten worden verkregen.
- Extra functies: In tegenstelling tot multimeters kunnen onze netwerkanalysatoren verschillende netparameters analyseren die op spanningsproblemen wijzen. Voorbeelden hiervan zijn spanningsschommelingen, boventoningen, faseverschuivingen, transiënten en flikkeringen.
PQMobil - onze mobiele netwerkanalysatoren
Spanningsvallen, spanningsschommelingen, boventoningen, flikkeringen en transiënten betrouwbaar detecteren
De PQ-Box familie bestaat uit krachtige draagbare net- en frequentieanalysatoren, vermogensmeters en transiëntrecorders voor spanningsbewaking en Power Quality-metingen.
Bij de ontwikkeling stonden gebruiksvriendelijkheid en praktische toepasbaarheid centraal. Daarom zijn de apparaten uitgerust met een groot aantal triggeropties om de oorzaak van netwerkstoringen snel te lokaliseren.
Daarnaast voldoen alle mobiele Power Quality analysatoren aan de hoge beschermingsklasse IP65 en kunnen ze ook buiten worden geïnstalleerd en gebruikt. Bovendien hebben de PQ-Boxen een zeer groot temperatuurbereik van -20 °C tot +60 °C.
Ten slotte voldoen ze aan de 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 centrale componenten in een systeem waarmee meetopdrachten in laag-, midden- en hoogspanningsnetten kunnen worden uitgevoerd. Daarnaast kunnen de analysatoren worden ingezet als storingsrecorder met een bemonsteringsfrequentie tot 41 kHz. Ook kunnen ze worden gebruikt als meetapparatuur voor de stroomkwaliteit volgens EN 50160 / IEC 61000-2-2/4 of als vermogensanalysator.
De componenten zijn geschikt om leveringskwaliteiten of kwaliteitsafspraken tussen energieleveranciers en hun klanten te monitoren en te registreren. Vervolgens kunnen de gegevens beschikbaar worden gesteld voor analyse of opslag.
Moderne meetapparatuur voor de spanningskwaliteit werkt volgens IEC 61000-4-30 Ed. 3. Daardoor beschrijft deze norm meetmethoden die voor de gebruiker een vergelijkbare basis moeten creëren.
Hoe wordt een spanningsval berekend?
Om de spanningsval te berekenen, bestaan verschillende formules. Welke formule wordt gebruikt, hangt namelijk af van het type stroom: gelijkstroom, wisselstroom of draaistroom.
Basisformule voor de spanningsval
De eenvoudigste formule voor de spanningsval is gebaseerd op de wet van Ohm:
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 echter met aanvullende factoren rekening worden gehouden.
Spanningsval bij gelijkstroom berekenen
Om de spanningsval bij gelijkstroom te berekenen, wordt de formule ΔU = I · R gebruikt. Daarbij speelt de weerstand van de leiding of kabel een belangrijke rol.
Voor de weerstand R van een leiding geldt:
R = ( ρ * 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 leiding (in mm²)
Daarom luidt de volledige formule voor de spanningsval bij gelijkstroom als volgt:
ΔU = I * ( ( ρ * L ) / A )
Voor het berekenen van de spanningsval van een kabel bij gelijkstroom worden bijvoorbeeld de stroom in de leiding, de kabellengte en de doorsnede gebruikt.
Spanningsval bij wisselstroom berekenen
De spanningsval bij wisselstroom is complexer dan bij gelijkstroom. Naast de ohmse component moet namelijk ook rekening worden gehouden met de inductieve en capacitieve weerstand (reactantie). Daarom luidt de formule voor de spanningsval bij wisselstroom:
ΔU = I * Z
Hierbij is Z de 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. Daardoor is de berekening van de spanningsval bij wisselstroom complexer. In veel praktische toepassingen wordt het capacitieve aandeel echter verwaarloosd. Hierdoor wordt de impedantie berekend als een combinatie van ohmse weerstand en inductie.
FAQ - Veelgestelde vragen
Wat is een spanningsval?
Een spanningsval is het verschil tussen de spanning aan het begin en aan het einde van een elektrische leiding of tussen twee meetpunten binnen een elektrisch systeem.
Hoe meet je een spanningsval?
Om een spanningsval te bepalen, wordt de spanning op twee meetpunten gelijktijdig of na elkaar onder dezelfde bedrijfsomstandigheden gemeten. Het verschil tussen beide meetwaarden is de spanningsval.
Waarom moet een spanningsval onder belasting worden gemeten?
De meting moet onder belasting worden uitgevoerd, omdat een spanningsval optreedt wanneer er stroom vloeit.
Kun je een spanningsval meten met een multimeter?
Ja. Een multimeter kan voor eenvoudige metingen worden gebruikt. Vervolgens worden de spanningswaarden op de relevante meetpunten met elkaar vergeleken.
Waar treden spanningsvallen doorgaans op?
Spanningsvallen treden op waar stroom door een elektrische impedantie vloeit, bijvoorbeeld in leidingen, kabels of elektrische componenten. Ze nemen vooral toe bij langere leidingen en hogere stromen.
Hoe wordt een spanningsval berekend?
De basisformule is gebaseerd op de wet van Ohm: ΔU = I · R. Bij gelijkstroom, wisselstroom of draaistroom moeten echter aanvullende factoren in de berekening worden meegenomen.
Heeft u nog vragen over
spanningsval of over onze producten?
Neem gerust contact met ons op!
Neem nu contact op
