Hoogte inductiespanning berekenen van stroomvoerende geleider op een andere geleider

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 4 januari 2017 17:30:27 schreef Balkonplant:
Ik was in eerste instantie vooral op zoek naar het effect van 1 stroomvoerende geleider op 1 stroomloze geleider.

Nogmaals: maak een schetsje met de hoogten van de geleiders boven aarde en hoever uit elkaar; de dikte of doorsnede van de leidingen, en de lengte waarover je wilt kijken.
Daarna teken je het vervangschema met de onderlinge inductie en de onderlinge capaciteit, en dan rekenen we dat even uit.

--
Hoe er gelijkspanning op een lijn kan staan door een nabijgelegen wisselstroomgeleider snap ik ook niet helemaal.
Ik kan me nog wel voorstellen dat als de 'primaire' stroom uitgeschakeld wordt, er op de 'secundaire' geleider door toeval een grotere of kleinere gelijkspanning kan overblijven, en als de isolatie prima is, ook even kan blijven staan.
Maar onder een werkende primaire leiding zou ontladen van de secundaire niet helpen, omdat er steeds wisselspanning in wordt geïnduceerd.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
mvdk

Golden Member

Nog meer leesvoer (nog steeds die havenspoorlijn): http://www.arbovakbase.nl/artikel/vg-plan-ontslaat-uitvoerder-niet-van…

Edit: Had dit stukje tekst geschreven, en toen weer weggehaald. Ik zet 't toch maar neer:
Ik vind formules en rekensommetjes niet zo belangrijk. Er zijn voorschriften voor het werken aan hoogspanningskabels, als je die volgt is de kans op dit soort verrassingen niet zo groot. Een van die voorschriften is dat je, als het mogelijk is, op de werkplek, of anders een plaats die vanaf de werkplek zichtbaar is, een aarding aanbrengt. Een werkaarde, bij de schakelinstallatie moet een kortsluitvaste aarding zitten. Nou kan je simpel in zo'n 1200al een gaatje boren, en met een parkertje je aarddraad naar een aardelektrode brengen. Op het moment dat je de doorverbinders erop gaat zetten moet je die aardvoorziening er weer afhalen. Maar dan ben je alweer een dag verder, dat schillen en veld afbouwen houdt je wel even bezig.

Sine

Moderator

Op 4 januari 2017 18:09:59 schreef Balkonplant:
@Toeternietoe
Ik heb zelf geen metingen verricht, dus ik kan je niet exact vertellen hoe dat gebeurd is.

Als je niet precies weet hoe en wat er gemeten is dan wordt enige analyse natuurlijk nog al moeilijk.

Wat is er gemeten? Gelijk of wisselspanning?

Wat is de toestand van de kabel? Volledig in de grond of los in een open geul ?

...

mvdk

Golden Member

Als ik de foto zie, schat ik in dat de kabel goeddeels al toegedekt is. Om meerdere redenen. Maar een lasput voor 150 of 380 kV kan makkelijk zo'n 100 meter lang zijn, je moet die overlengtes kwijt. Op zo'n trace als dit kom je dan op zo'n 2 km open liggende kabel.

Op 4 januari 2017 20:54:53 schreef mvdk:
..Ik vind formules en rekensommetjes niet zo belangrijk.
..
Nou kan je simpel in zo'n 1200al een gaatje boren, en met een parkertje je aarddraad naar een aardelektrode brengen...

..en in één flits is het parkertje met je aarddraad verdampt, omdat je zonder berekening geen idee hebt hoe hoog de spanning en hoe sterk de stroom wordt.

hoe moet ik dit zien, men legt een extra ondergronds veld 150kV aan langs het bovengrondse 150kV net? om extra net capaciteit op die lijn te verkrijgen? er ligt nu 2x 240 MVA naar westwoud..

waar rook was, werkt nu iets niet meer

Correct!
Hier kan je wat meer over vinden http://www.energytracker.nl/nl/http-www-energeia-nl-news-php-id-55557, maar hoeveel MVA deze ondergrondse kabel is kan ik niet zo snel vinden.

mvdk

Golden Member

@ohm pi: u moet wel mijn hele post lezen, waarin staat dat zo'n kabel als eerste aan een schakelinstallatie moet worden afgewerkt. Daar word kortsluitvast geaard. Je kan daaraanvolgend op je werkplek een werkaarde maken.
Please, lees alstublieft dat rapport: http://www.arbovakbase.nl/artikel/vg-plan-ontslaat-uitvoerder-niet-van…
De opdrachtgever, dus de eigenaar van de kabels, behoort een V&G plan te maken, waarin het verschijnsel waar het hier over gaat is opgenomen. Het gaat hier niet over een nieuw fenomeen. De uitvoerder van het werk hoort ook op de hoogte te zijn van deze verschijnselen. Aan de hand daarvan maak je je plan.
Op de schakelinstallatie waar geaard is, horen op de schakelaar en de aarder sloten te zitten, waarvan er minstens 1 van de uitvoerder van het werk, en minstens 1 van de ploegleider is. Dat soort slothouders bestaan.
Maar dit soort veiligheidsregels stond al in het elektrotechnisch veiligheidsbesluit 1938.
Het kan in de tijd tussen het leggen van de kabels, en het maken van de moffen, ook nog hebben geonweerd. Dan staan er enige tienduizenden volts op zo'n kabel.

men is blijkbaar bezig met de aanleg van een nieuw station bij t'veld , tevens algemene uitbreiding van de netcapaciteit in de kop van noord holland en de aftakking van het nog te bouwen windmolenpark wat vanuit anna palowna aangesloten gaat worden. de nieuwe ondergrondse 150kV kabel komt in een ringlus te liggen ook nog..

waar rook was, werkt nu iets niet meer

@mvdk: Dat rapport heeft het over reststroom als oorzaak. Wat is reststroom? Als reststroom betekent 3-fasen onbalans stroom door de aarde, dan gaat het dus helemaal niet over inductieve/capacitieve spanningsoverdracht. Maar ik vind op internet maar weinig artikelen waarin reststroom die betekenis heeft.
Albert (leek op dit gebied)

Deze http://electrical.theiet.org/wiring-matters/20/singlecore.cfm?type=pdf past ook wel binnen dit topic.
Aan de hand van de tekst en afbeeldingen in deze pdf is ook inzichtelijk dat een spanning/stroom geinduceerd in een kabelmantel door een parallel liggende kabel of lijn een spanning induceerd in de binnen liggende kabeladers ook al zijn deze nergens op aangesloten.

[Bericht gewijzigd door LeovanWallenburg op donderdag 5 januari 2017 20:36:03 (56%)

Hier betekent 'reststroom': Ik heb geen verstand van electrotechniek en iemand is onder elektrische spanning komen te staan maar we hebben nagenoeg geen idee hoe dat kan, dus laten we het maar reststroom noemen.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 4 januari 2017 17:30:27 schreef Balkonplant:
Ik was in eerste instantie vooral op zoek naar het effect van 1 stroomvoerende geleider op 1 stroomloze geleider.

Het schetsje laat nog op zich wachten.

Nou goed, dan verzinnen we wat.
Primair: één draad, heel lang, straal 1 cm, 150 kV, 560 A.
Secundair: effectief één draad, straal 1 cm, 1 m boven de grond, 1 km lang. Afstand tot primair: 40 m (geen idee of dat realistisch is, maar vooruit).

Inductief: onderlinge inductie naar de lus gevormd door de aarde en 1 km secundaire leiding: 4,94 µH.
Inductief geïnduceerde spanning door de primaire stroom dus 0,87 V. e: maal twee; invloed aarde verdubbelt veld.
Zelfinductie van secundaire boven aarde: ca. 1100 µH. Kortsluitstroom door inductie dus ca. 2,5 A ca. 5 A.

Capacitief: onderlinge capaciteit primair-secundair, over 1 km: 3,34 nF. Capaciteit tussen secundair en aarde: 10,48 nF.
Door de capacitieve spanningsdeling geïnduceerde spanning door de primaire spanning dus 36,2 kV.
Dit capacitieve circuit is nogal hoogohmig; vervangcapaciteit is 13,82 nF; kortsluitstroom door capacitieve overdracht dus ca. 0,157 A.

Correcte berekening verderop (bij plaatje van Duits boek)

In dit voorbeeld is dus de capacitieve spanning veel en veel hoger dan de inductieve spanning.
Sluit je de secundaire draad echter kort, dan is de inductieve stroom juist groter dan de capacitieve stroom.

De formules voor onderlinge en zelfinductie, en voor de capaciteiten, kun je zelf eventueel googelen; het rekenen met de vervangschema's en met de wet van Ohm zal al bekend zijn.
Bij drie primaire draden wordt het veld natuurlijk héél anders, en de geïnduceerde spanning en stroom dus ook. (Groter of kleiner? Waarom?)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
mvdk

Golden Member

@Frederick E. Terman: Ik ben oprecht onder de indruk. Dit is waar ts om vraagt. Het is jammer dat er niet wat nauwkeuriger info is gegeven over het openliggende stuk bijvoorbeeld, waar ik een schatting maak van 2 kilometer, maar soit.
Ik weet uit ervaring dat dit soort kabels, nieuw gelegd, onder spanning kunnen staan, ik vind 't interessant te zien hoe je zoiets uitrekent.
Dank daarvoor.

Het lijkt mij zeer vreemd dat de capacitieve overdracht met zo'n grote factor zou gaan. Ik zou denken dat de geleider gewoon de potentiaal volgt die er op 1m boven de grond zou zijn als de geleider er niet was. De elektrische veldsterkte neemt af van HSP-leiding naar grond. Het potentiaalverschil tussen geleider en grond zal dan dus nog kleiner zijn dan 1/40 van het potentiaalverschil tussen HSP en grond.

Edit: ik kom aldus op een factor 0.005 . Logaritmisch afhankelijk van de dikte van de HSP-leiding. Bij 5 cm i.p.v. 1 cm wordt de factor krap 0.007 .

[Bericht gewijzigd door aobp11 op vrijdag 6 januari 2017 19:33:10 (16%)

Was het niet zo dat bij een trafo de spanning in de secundaire 180 graden faseverschil heeft met de spanning in de primaire ?
Qua trafo is de hoogspanningslijn de primaire en de draad op de grond de secundaire.
Qua spanning zou de geinduceerde spanning in de draad op de grond dan 180 graden faseverschil hebben met de spanning op de hoogspanningslijn.
Qua capaciteit is er 90 graden faseverschil tussen de spanning in de draad op de grond en de hoogspanningslijn.
E.a. zou elkaar wel moeten beinvloeden.

Bij de trafo is het 0 of 180 graden, maar net hoe je de spanningsrichtingen kiest.
Dat geldt hier net zo bij de capacitieve overdracht van HSP op de andere geleider (zolang die geïsoleerd is). Bij 2 in serie geschakelde condensatoren zou je dat ook krijgen, maar dat is geen goed model hiervoor.

Op 6 januari 2017 20:10:49 schreef LeovanWallenburg:
Was het niet zo dat bij een trafo de spanning in de secundaire 180 graden faseverschil heeft met de spanning in de primaire ?

Hangt er vanaf welk eind van de wikkeling je als referentie neemt. Als je de referenties gelijk neemt, dan hebben ze gelijke fase.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Bij een gewone trafo is de koppelfactor bijna 1, en overheerst de ohmse belasting. In ons geval is de koppelfactor bijna nul en is er bijna geen ohmse belasting. De geïnduceerde spanning zal daarom zo goed als 90 graden uit fase zijn met de stroom in de 'primaire' leiding, en trouwens niet afhankelijk zijn van de spanning daarop.

Het lijkt mij zeer vreemd dat de capacitieve overdracht met zo'n grote factor zou gaan. Ik zou denken dat de geleider gewoon de potentiaal volgt die er op 1m boven de grond zou zijn als de geleider er niet was.

Dat klinkt ook wel aannemelijk. Ik was gewoon uitgegaan van de capaciteiten tussen de lijnen en aarde, en vindt 'mijn' factor ook hoog.
Ik moet nog ergens een boek hebben dat dit soort dingen in termen van lading behandelt. 'Reverting'.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Volgens mij houd je bij de EMK geen rekening met het "ground plane". De EMK is daardoor twee keer zo groot als aangegeven, dus 1.76 V.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Ik heb de aarde en de 'secundaire' samen als een lus behandeld. Juist daardoor komt de magnetische koppeling zo laag. Dit is de reden dat kabels van allerlei installaties liefst zo dicht mogelijk langs aarde gelegd worden, of in elk geval in geaarde kabelgoten of langs kabelladders.

De lage draad alléén zou veel meer spanning geïnduceerd krijgen door de primaire stroom, maar dat zou dan tussen de twee einden staan - een kilometer uit elkaar, en dus niet meetbaar. Door de lus te sluiten om de voltmeting te doen, heffen de inducties in de aarde en in de draad elkaar grotendeels op.
Als de draad op de (ideaal veronderstelde) aarde zou liggen, zou de inductie nul zijn. In de praktijk is het niet helemaal nul; wat er nog wél overblijft, hangt af van de geleiding van de aarde.

--
Wat de capacitieve koppeling betreft, daar ben ik nog niet uit. Ik denk dat ik de veldverdeling goed moet bekijken: de meeste krachtlijnen gaan van de 'primaire' naar aarde, en niet naar de secundaire. De effectieve capaciteit tussen de twee draden zou daardoor wel eens heel anders kunnen uitvallen dan als de aarde er niet zou zijn.
Het bedoelde boek heb ik nu niet bij de hand, dus ik zoek nog verder.

Misschien kunnen we intussen het idee van de 'field probe' gebruiken als schatting, zodat we op een 'open' capacitieve spanning van krap 4 kV komen. De kortsluitstroom hiervan zou dan ruim 0,012 A zijn.
Kwalitatief zien we nog steeds dat, in dit voorbeeld, bij een open secundair circuit de spanning door de capaciteit het grootst is, maar bij kortsluiting naar aarde, de stroom door de inductie.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik heb ook zo geredeneerd, de aarde en de secundaire draad als lus behandeld en de kringintegraal van de spanning berekend. Zonder aarde zou de B door de lus ongeveer µ0I/(2πD) zijn met D = 40 m. Met I = 560 A, oppervlakte 1000 m2 en f = 50 Hz volgt dan de EMK van 0.87 V. Maar het (ideaal geleidend) grondvlak verdubbelt de B die net boven het grondvlak, dus binnen de lus, heerst. En daarmee ook de EMK.

Mijn redenering voor de capacitieve overdracht klopt wel, maar zegt inderdaad niets over de belaste situatie.
De situatie van 3 geleidende objecten is te gecompliceerd voor een paarsgewijze beschouwing waarbij aanwezigheid van het derde genegeerd wordt. Dat komt omdat (het oppervlak van) het derde object doorgaans niet samenvalt met een equipotentiaalvlak van het veld van het beschouwde paar. Doet me erg denken aan het meten van capaciteiten tussen buiselektroden. Bij het HSP probleem ligt de secundaire draad wel geheel in een equipotentiaalvlak van het veld dat door de HSP-draad en aarde wordt gegenereerd als de secundaire er niet zou zijn. Voor de HSP-draad ligt dat al moeilijker en moeten eindeffecten genegeerd worden. Het aardoppervlak is duidelijk geen equipotentiaalvlak van het veld gegenereerd door de twee draden.
Ik weet ook niet zo een-twee-drie hoe het moet bij belasting.(*)

(*)Edit: vanwege de extreme afstandsverhouding klopt jouw (FET) kortsluitstroom denk ik wel. Je zou de capaciteit moeten kennen die de secundaire draad heeft t.o.v. doorverbonden aarde+HSP. Maar die HSP-draad draagt in verhouding vrijwel niets meer bij.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Maar het (ideaal geleidend) grondvlak verdubbelt de B die net boven het grondvlak, dus binnen de lus, heerst.

Daar zeg je wat. En eigenlijk had ik daar zelf aan moeten denken, want op hogere frequenties is dat ook zo - een van onze bakensystemen werkt op onder andere dat principe. :D
Eens zien of ik de simulator zo gek kan krijgen dat hij 0,00005 MHz als zendfrequentie accepteert...

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op zaterdag 7 januari 2017 20:58:30 (99%)

Twee opmerkingen;
- Hoogspanningslijnen bestaan gewoonlijk uit drie draden van één set stroomkringen bij elkaar; ik zou verwachten dat hun elektrische- en magnetische velden elkaar op enige afstand voor een groot deel opheffen.

- Diëlectrica zoals de isolatie van kabels kunnen soortgelijk condensatoren velerlei niet-ideaal gedrag vertonen. Ik kan mij zomaar voorstellen dat bij het mechanische ontrol- en leg-proces flinke potentiaalverschillen in de kabel onstaan, en ook dat die of andere ladingen geïntroduceerd door b.v. meggeren niet in één klap volledig te ontladen zijn.
Bij HS zal het om centimeters dikke isolatie en daaromheen halfgeleidende lagen (om hotspots tegen te gaan) gaan.

- Ik denk dat er angstwekkend veel Joules in de capaciteit van een flinke lengte 150 kV kabel passen :)