Transformatoren
voor het hoogspanningsnet
Electriciteit

In deze inleiding bespreken we in het kort de twee types transformatoren die op het hoogspanningsnet gebruikt worden.
-

-

Het hoospanningsnet bestaat uit twee grote delen:

  • Het transportnetwerk dat het vermogen van de grote producenten naar het distributienetwerk stuurt. Het transportnetwerk verbindt meerdere landen en heeft een maasstruktuur, dat wil zeggen dat de stroom van punt A naar punt B via verschillende lijnen gestuurd kan worden, een beetje zoals het internet, waarbij IP's (internet packets) verschillende wegen kunnen volgen om tot op hun bestemming te komen. De mazen van het netwerk zijn kenmerkend voor het transportnetwerk.

  • Het distributienetwerk dat het vermogen over de verschillende verbruikers verdeelt. In tegenstelling met het transportnetwerk heeft het distributienetwerk een boomstruktuur.

De maas- en boomstruktuur is kenmerkend voor ieder netwerk, maar niet alle mazen van het netwerk zijn noodzakelijk gesloten: lees meer over de >struktuur van het electriciteitsnetwerk.

Om de werking (en het verschil) uit te leggen van de transformatoren die gebruikt worden in hoogspanningsinstallaties moeten we eerst een omweg doen via de stroomgeneratoren, en meer bepaald wat er gebeurt bij het parallel schakelen van meerdere generatoren.

We hebben in ons voorbeeld twee generatoren A en B die een zware last van vermogen moeten voorzien.

Op de generator kunnen we twee zaken regelen: zijn uitgangsspanning (door de exciterstroom te regelen) en zijn frekwentie (door de hoeveelheid brandstof in te stellen). Dit is wat er gebeurt als de generator in eilandbedrijf werkt.

In ons voorbeeld, als we de bekrachtiging van een alternator verhogen, dan zullen we de gemiddelde spanning wat verhogen, maar wat er vooral zal gebeuren is dat er een sterk blindvermogen zal lopen tussen beide generatoren. Dit is wat we absoluut willen vermijden! Om het blindvermogen te beperken moeten we ervoor zorgen dat beide alternatoren eenzelfde magnetisch veld hebben (bekrachtiging). De exciterstromen moeten zodanig ingesteld worden totdat de stroom minimaal is (dit is de wereldberoemde curve van Mordey). Bij ieder vermogen hoort een ideale bekrachtiging.

Maar we willen nu dat generator A 70% van het vermogen levert en generator B 30% van het vermogen. Om dit te bereiken gaan we meer bandstof inspuiten bij stroomgroep A en minder bij stroomgroep B. Pas op, hier wordt het interessant...

De generator die meer vermogen moet leveren zal een faseverschuiving krijgen ten opzichte van de andere generator. De faseverschuiving hangt van verschillende faktoren af: de kenmerken van de stroomgroep en de impedantie van de gebruikte lijnen. Ten gevolge van de impedantie is de koppeling van de generator met de verbruiker "elastisch", je moet dit zien als een soort elastische koppeling die min of meer verwrongen wordt naargelang de belasting.

De generator die meer aktief vermogen levert zal een voorwaartse faseverschuiving hebben ten opzichte van de andere generator.


Spanningsregeltransformator

Spanningsregeltransformator

Laten we nu even de faseverschuiving opzij en concentreren we ons op de regeltransformator (tip: lees eerst volledig deze pagina). Om de spanning aan de uitgang te verlagen of te verhogen zal men wikkelingen bijplaatsen of uitschakelen (er wordt doorgaans aan primaire zijde geschakeld omdat de stromen hier lager zijn). We werken hier met het driefasig net, er zijn dus drie wikkelingen nodig. Enkel de regeling voor de blauwe fase is getekend. De blauwe regelspoel wordt op dezelfde zuil geplaatst als de blauwe hoofdspoel. Met de regeling kan de betreffende fasespanning verhoogd of verlaagd worden. Doorgaans worden de drie spanningen terzelfdertijd bijgesteld.

De regelspoel wordt op het primair geschakeld aan de kant van de neutre zodat de opgewekte spanningen lager zijn (dus omgekeerd van wat ik hier getekend heb, sorry, ik zal het niet meer doen). De wikkelingen worden in- en uitgeschakeld door middel van een lastschakelaar (zie regeltransformator).

De regeltransformator wordt gebruikt om de spanning van het distributienetwerk te stabiliseren. De regeltransformator zit aan één kant (primair) op het transportnetwerk en aan de andere kant op het distributienetwerk (secundair). Als de spanning op het distributienetwerk zou veranderen, dan wordt de wikkelverhouding indien nodig aangepast.

Deze regeling kan niet gebruikt worden op het transportnetwerk, want door het wijzigen van de spanning zal er een egalisatiestroom lopen over het transportnetwerk. Dat is dezelfde stroom die tussen de twee generatoren hierboven loopt als men d eexciterspanning van één generator wijzigt. Wij willen geen egalisatiestroom in ons transportnetwerk, dit is blindvermogen dat niet nuttig is.

Via de omweg van de stroomgenerator hebben we geleerd dat een faseverschuiving ontstaat als één generator meer vermogen levert dan de andere. Het omgekeerde is ook waar: als we bewust een faseverschuiving op het transportnetwerk veroorzaken, dan kunnen we ook de vermogensverdeling beïnvloeden.

Dwarsregeltransformator

In ons voorbeeld hebben we twee zware leidingen van ons transportnetwerk. We willen meer vermogen door één van de leidingen sturen (of vermogen naar een ander land sturen, het principe is hetzelfde).

We gaan het hier uitleggen aan de hand van een dubbele motor-generatorcombinatie. Tegenwoordig worden zulke combinaties niet meer gebuikt. De twee systemen zijn volkomen identiek. De motor is een synchrone motor, zodat die fasegekoppeld is aan het net.

Om meer vermogen door de rechtse tak te laten lopen, zal men de koppeling tussen motor en generator verschuiven zodat de tweede generator 5° voorloopt. De tweede generator die voorloopt op de eerste zal een grotere deel van het vermogen moeten leveren. De bijhorende motor wordt daardoor ook meer belast en er loopt meer aktief vermogen door de rechtse tak.

Voor alle duidelijkheid hebben we ook het reactief vermogen getekend. Het reactief vermogen is het vermogen dat nodig is om het magnetisch veld op te bouwen. Beide motoren nemen reactief vermogen op van het net en beide generatoren leveren reactief vermogen op het net (instelbaar met de bekrachtiging).

In de praktijk zal men geen motor-generatorcombinatie gebruiken, maar een dwarsregeltransformator die de fase tussen ingang en uitgang kan regelen. Het zou nu duidelijk moeten zijn dat door een faseverschuiving te creëren men meer vermogen door één van de takken kan sturen. Maar hoe kan men in de praktijk een dergelijke faseverschuiving realiseren?


Om de verdeling van het aktief vermogen te regelen, moeten we de fase van leiding B (rechtse leiding) verschuiven ten opzichte van leiding A, dit is de paarse faseverschuiving.

Om de faseverschuiving te veroorzaken moeten we een deel van de spanning optellen of aftrekken (zoals bij de regeltransformator), maar de spanning moet 90° verschoven zijn. We beperken ons hier weer tot de blauwe fase.

De groene fase en de rode fase hebben een faseverschuiving van 120° en zijn dus onbruikbaar (ook in de politiek zijn de groenen en de roden niet bruikbaar).


Dwarsregeltransformator


Maar we hebben de gele fase (die we realiseren door de lijnspanning van de rode en de groene fase te gebruiken). De gele fase maken we door een transformator in driehoekschakeling (terwijl de andere wikkelingen in ster zijn). Het secundair van de gele wikkeling heeft aftappunten om de faseverschuiving te regelen (hoe dat in de praktijk gebeurt ziet u op de pagina van de dwarsregeltransformator). Nu hebt je ook een idee waarom die transformator dwarsregeltransformator genoemd wordt. De engelse benaming is quadrature booster. Om de schakeling niet te verzwaren wordt enkel één fase getoond.

Met deze schakeling wordt er dus extra vermogen in een bepaalde richting gestuurd, meestal van het ene land naar een ander land. Voor België zijn er dwarsregeltransformatoren geplaatst in Monceau-sur-Sambre (verbinding met Frankrijk), in Zandvliet (verbinding met Nederland) en in Kinrooi (verbinding met Nederland en Duitsland).

Er is ook een verbinding met Groot Brittanië, maar dit electriciteitsnetwerk is niet gesynchroniseerd met het continentaal netwerk waardoor het systeem met dwarsregeltransformatoren niet gebruikt kan worden. De transportlijn is een gelijkspanningslijn (HVDC). Gelijkspanning is ook nodig als men lange afstanden onder water moet overbruggen. De omvormers zijn in Zeebrugge geplaatst (station Nemo.

Het is niet noodzakelijk een dwarsregeltransformator op te nemen op alle mazen van een transportnetwerk. In het voorbeeld rechts hebben we een generator en een gebruiker. We hebben hier twee verbindingskabels A en B. Door op één van de kabels een dwarsregeltransformator te plaatsen kan met één lijn meer of minder belasten. Aangezien de transformatoe de fase zowel vooruit als achteruit kan regelen is een tweede regeltransformator niet nodig op de andere lijn.

In dit voorbeeld is het nut van een dergelijke mogelijkheid ver te zoeken, maar je moet deze installatie zien als deel uitmakend van een veel groter netwerk, waarbij het wel nodig kan zijn om een lijn te ontlasten. Het moet nu ook duidelijk zijn dat een dwarsregeltransformator enkel nuttig is in een gekoppeld netwerk.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-