Electriciteitsverdeling
in de Verenigde Staten
Electriciteit
Root server » TechTalk » Electriciteit » Wisselspanning » Verenigde Staten
De electriciteitsverdeling in de Verenigde Staten is aangepast aan de eigen situatie en komt niet overeen met onze electriciteitsverdeling.
-

-

Verenigde Staten


Transfo voor een groep huizen met “split phase” aansluiting.


Gespleten monofasig net


High Leg Delta

De electriciteitsverdeling in de Verenigde Staten is niet vergelijkbaar met onze stroomverdeling omdat er rekening gehouden wordt met de lokale situatie:
  • In landelijke gebieden zijn gemeenschappen vaak klein en ver van elkaar verwijderd.
  • De electriciteitsverdeling gebeurde vaak op 115V voor de eindgebruikers, en de meeste kleine apparaten zijn gemaakt om op 120V te werken.
In de Verenigde Staten gebruikt men een spanning van 120V 60Hz. Deze lagere spanning is historisch, en kan niet ongedaan gemaakt worden. Toen men in Europa op grote schaal omschakelde van 110V naar 220V waren er weinig gebruikers (dit was begin jaren 1950). In Amerika hadden de meeste gezinnen echter al grote electrische toestellen (wasmachine,...) en was een omschakeling minder evident. De algemene overstap naar 230V wordt daarom niet in overweging genomen. De toestellen die op 120V gevoed worden zijn gelukkig vooral de kleinere, mobiele gebruikers en de verlichting. De aansluitingen voeren 120V (aansluiting tussen fase en nulgeleider).

Theoretisch zijn er dus viermaal zoveel verliezen in de kabels, maar men kan deze vermijden door de transfo's dichter bij de uiteindelijke gebruikers te zetten. Daar waar men in Europa een transformatorhuisje per dorp of wijk heeft, heeft ieder huizenblok (maximum een 10-tal afnemers) zijn eigen transfo (vaak gemonteerd op de electriciteitspaal zelf). Wolkenkrabbers hebben allemaal hun eigen transfo in de kelder. Voor dunbevolkte gebieden is het lonend de spanningsverlaging zo dicht mogelijk bij de gebruikers te laten gebeuren.

Een normale transformator is voorzien voor 50A, dus een vermogen van 12kVA. De middenspanning wordt gestandardiseerd naar 7.2kV.

Een nadeel van het amerikaan systeem is dat de transfo zwaar genoeg berekend moet zijn voor het klein aantal gebruikers (gemiddeld een 10-tal). In andere landen zijn er meer gebruikers, waardoor de reserve-capaciteit lager kan zijn (uitmiddeling van het verbruik over meer huishoudens). Het amerikaans systeem werkt met veel en relatief kleine transfos die minder efficient zijn.


Split Phase

gespleten monofasig net

Draaistroom wordt niet gebruikt voor residentieële klanten, wel een zogenaamde “split phase” aansluiting met 3 draden, waarbij je twee keer 120V kan gebruiken (kleine gebruikers zoals de verlichting en de prisen (convenience)) of éénmaal 240V (grote gebruikers). De transformator neemt slechts stroom af van één enkele fase (sterschakeling) of twee fasen (driehoekschakeling, zie voorbeelden rechts) maar heeft twee uitgangen in tegenfase en een nulgeleider (neutre, zoals ze hier zeggen).

Grote vaste verbruikers (electrische verwarming, motoren, wasmachines) worden tussen twee fasen aangesloten. Ten opzichte van de massa zijn de fasen L1 en L2 in tegenfase (180° gedraaid): we hebben hier dus 240V tussen de twee fasegeleiders. Men gebruikt een speciale stekker voor 240V (je moet een sumo-worstelaar importeren om die uit de prise te trekken).

Deze vreemde situatie is even ingeburgerd als de monophasé/triphasé bij ons. Maar het kan nog meer "weird".


High Leg Delta

Indien driefasenspanning nodig zou zijn, dan vervangt men de transfo van de abonnee. In Amerika heeft iedere grote verbruiker zijn eigen nettransfo die de middenspanning omlaag transformeert. Men gebruikt hier ook een speciale aansluitingswijze om 120V en 240V mogelijk te maken: high leg delta.

De nulleiding wordt niet in het midden van de ster aangesloten (in het midden van de drie fasen), maar in het midden van twee fasen. Een van de transfowikkelingen heeft daarvoor een middenaftakking. De tegenoverliggende fase heeft daardoor een hogere fasesspanning en wordt high leg genoemd. Deze fase heeft altijd de RODE of ORANGE kleur.

De nulgeleider wordt hier ook aan de massa gelegd in het transformatorhuis.

Een driefasige driehoekaansluiting (delta) is mogelijk (de fasespanning bedraagt 240V), maar een steraansluiting (Wye) kan niet, omdat de nulgeleider niet symmetrisch ligt tussen al de fasen. De nulgeleider mag nooit op een driefasige gebruiker aangesloten worden! De nulgeleider wordt enkel gebruikt bij monofasige kleine gebruikers op 120V.

De driefasenspanning "high leg delta" is enkel van toepassing na de laatste transfo (de transfo die de middenspanning omzet naar de lagere spanning voor de gebruikers). Het is de manier van aansluiten van de nulgeleider die een gewone driefasenspanning omzet in high leg delta. Indien er geen "zwakke netgebruikers" zijn kan de consument kiezen voor een normale aansluiting van de nulgeleider, dit vergt wel het vervangen van de transfo's.

High leg delta veroorzaakt een ongebalanceerde belasting van zodra er monofasige gebruikers aangesloten worden. het Europees systeem heeft dit nadeel niet, omdat de monofasige gebruikers afwisselend op één van de drie fasen aangesloten worden, waardoor de verschillen uitgemiddeld worden.

De schakeling rechts toont de verschillende spanningen:

  • De lijnspanning bedraagt 240V (voor driefasige gebruikers).

  • De fasespanning bedraagt 120V (tussen fase a of c en de nulleiding) voor de kleine gebruikers en 240V voor de grote monofasige gebruikers.

  • De high leg fasespanning bedraagt 208V (tussen nulgeleider en high leg). Men kan deze spanning omlaag transformeren naar 120V d.m.v. een autotransfo.
De 120V en de verlaagde 208V vormen een bifasig net met een hoek van 90°.

De kleurcodering van de kabels is ook in de Verenigde Staten vastgelegd:

  • Ground: groen (massa aansluiting)
  • Neutre: wit
  • L1 L3: zwart
  • High leg: orange

Men gebruikt nauwelijks driefasige transformatoren, maar meestal monofasige transformatoren omdat de belasting op de verschillende fasen verschillend kan zijn. Gebruikt men toch driefasige transformatoren, dan moeten die "flee flow" zijn (5 colonnen) en niet "bound flow" (gebonden flux) met 3 kolonnen.

De "LIGHTING XFRMR" (120/240V, verlichting en normale gebruikers) is meestal zwaarder uitgevoerd dan de twee "POWER XFRMR" die voor het driefasig net zorgen.

De schakeling die hier getoond wordt is een sterschakeling aan primaire zijde (WYE). Aan secundaire zijde hebben we altijd een driehoekschakeling (DELTA). De primaire zijde kan ook in driehoek geschakeld zijn (hangt af van de middenspanning en de beschikbare transformatoren).

Gebruikt men een sterschakeling aan primaire zijde, dan moet de neutre ook voorzien worden en moet de NEUTRAL GROUNDING SWITCH altijd gesloten zijn. Omdat de belasting over de verschillende fases ongelijk is, zit het midden van de ster niet op een gemiddelde spanning.

Om de belasting evenwichtig te verdelen worden de aansluitingen gealterneerd, met de lighting transformer die bij ieder aftappunt op een andere fase aangesloten wordt.


Maar als je zou denken dat het verhaal hier zou stoppen heb je het mis. Indien de driefasige belasting laag is in vergelijking met de monofasige belasting, dan kan een van de power transformers achterwege gelaten worden en bekomt men een open delta schakeling.


Deze configuratie (open delta) gebruikt men ook in Europa, bijvoorbeeld als men in de toekomst een verhoogd verbruik verwacht in een bepaalde streek. Men gebruikt dan twee transformatoren in open delta configuratie, en als het verbruik stijgt plaatst men de derde transfo om de driehoek te sluiten. Dit zijn transformatoren voor de middenspanning, de laatste transformator in de keten heeft altijd een sterschakeling op de uitgang om de neutre te voorzien.

Rechts zien we dat er een driefasige spanning opgewekt wordt met twee fasen en een neutre (primair is een sterschakeling), maar men kan evengoed een driehoekschakeling gebruiken (de drie fasen worden benut).

De verschillende regio's in de Verenigde Staten hebben verregaande bevoegdheden en kunnen autonoom de regels opleggen voor de stroomverdeling, maar de situatie is ook historisch gegroeid.

Wat denk je bijvoorbeeld van de "Wild cat" aansluiting? De naam is gekozen naar analogie van de dog leg aansluiting die bij stroomgroepen gebruikt wordt als men een zware monofasige belasting moet aansluiten.

Met deze configuratie heeft men twee bifasige uitgangen 120/240V.


Gebruik van het 208V high leg electriciteitsnet

Het lijkt vreemd, maar het 208V electriciteitsnet wordt wel degelijk gebruikt, en in het bijzonder voor grote computers (servers). Deze computers zijn uitgerust met een schakelende voeding die kan werken met een spanning tussen 110 en 240V. In ziekenhuizen wordt deze spanning gebruikt voor het operatiekwartier, terwijl de algemene diensten (onthaal, keuken, enz) gevoed worden op het 120/240V net.

De reden van dit gebruik is dat het electriciteitsnet op 208V onafhankelijk is van het normaal huishoudelijk electriciteitsnet op 120/240V. Het 208V net wordt apart gelegd vanaf de electriciteitskast, heeft normaal gezien één zekering per aansluitpunt (speciale prises enkel voor 208V). Dit maakt dat het 208V net minder snel zal uitvallen bij een kortsluiting in de gebouwen. Bij het 208V net is er één zekering in iedere prise, waardoor de kans dat het volledig net uitvalt gering is.

Ook de beveiliging van het gebouw (brand, camerabewaking, enz) wordt vaak aangesloten op een apart net, en dan is het 208V net natuurlijk ideaal, want er worden enkel speciale apparaten op dit net aangesloten.

Maar veel electriciens weten niet hoe ze de verschillende toestellen moeten aansluiten: 120V, 208V, 240V... Het wordt er niet gemakkelijk, als je weet dat er ook nog een klassiek driefasig netwerk bestaat 120/208V (aangesloten zoals ons triphasé 230/400V).

Het indikatieplaatje van deze stroomgenerator van het amerikaans leger (netfrekwentie 60Hz) geeft duidelijk de mogelijke werkspanningen aan: 120/240V (split phase mono) en 120/208V (driefasig met high leg delta).


208Y120 en 480Y277



Het "high leg delta" wordt eerder op het platteland en in oude wijken gebruikt. In de nieuwe woonwijken wordt de symmetrische driefasenspanning met neutre (sterschakeling of "Wye") gebruikt.

In woonwijken gebruikt men een driefasige spanning 208Y120V. De lijnspanning bedraagt 208V en de fasespanning 120V. Kleine gebruikers worden tussen neutre en fase aangesloten (120V, dit is de standaardspanning in de Verenigde Staten) en grote verbruikers worden op een driefasige spanning aangesloten, of gebruiken de lijnspanning. Talrijke toestellen zijn specifiek gebouwd om te kunnen werken op 208V, die eveneens de "high leg" spanning is van de asymmetrische "high leg delta" stroomverdeling (zie hoger).

Industrieele gebruikers werken met een symmetrische steraansluiting 480Y277V. Deze spanningen zijn niet compatibel met residentieele toepassingen (kantoor, verlichting, enz) en de spanning wordt ter plaatse verlaagd met een driefasige autotransformator.


Hoe een stroomaggregaat in de Verenigde Staten gecableerd wordt leest u hier
Om het nog ingewikkelder te maken moet ik u vermelden dat er nog een type distributienetwerk in gebruik is met één enkele stroomgeleider (en retour via de aarde): SWER (Single Wire Earth Return). Dit netwerk wordt gebruikt in zeer dun bewoonde gebieden van de Verenigde Staten, maar heeft eigenlijk zijn oorsprong in Nieuw Zeeland en Australië.

Publicités - Reklame

-