Maximale inductiespanning parallele geleiders berekenen

[Dirickteur]

Beste allemaal,

Op mijn werk zijn we laatst gestuit op een klein probleem: bij het aanleggen van een kabel in een geultje in de grond is deze kabel flink onder spanning komen te staan. De oorzaak hiervan is een aantal hoogspanningslijnen (150 kV, ik schat 1.000A) die parallel lopen aan onze kabel. Ik schat de afstand van de kabel tot de lijnen ongeveer 40 meter en de lengte van de kabel is ca. 20 kilometer.

Wij hebben een spanning gemeten van ongeveer 120 V ten opzichte van aarde, en dat geeft een flinke opdonder. Ik ben me hier wat nader aan in het verdiepen en voor de volledigheid ben ik op zoek naar hoe ik kan uitrekenen van (theoretisch gezien) de maximale spanning is die over zo'n lengte geïnduceerd wordt op onze kabel.

Ik ben bezig geweest met de wet van Biot-Savart en de wet van Ampere, maar deze heren hebben het mij niet duidelijk gemaakt. Ik heb dit jaren geleden ooit moeten uitrekenen op school, maar dat is zo ver weggezakt, dat ik me er geen raad meer mee weet.

Een andere vraag die ik nog kreeg: hoe kan het zijn dat je toch een schok krijgt als in feite de stroomkring niet gesloten is? Ik las op internet dat een en ander te maken heeft met ladingsvereffening: je lichaam werkt als een soort condensator die 100x per seconde ge- en ontladen wordt, dat veroorzaakt een stroom die je voelt. Klopt dit verhaal?

Alvast bedankt voor het meedenken

Dit is de situatie ter plekke:

[farlane]

Heb je hier wat aan?

https://www.physicsforums...rallel-conductors.420555/

[Techneut]

De exacte formules zijn bij mij ook een beetje weggezakt, maar het belangrijkste deel van waar het om gaat heb ik wel onthouden: Dat is µ₀ maal de stroom door de draad, gedeeld door de afstand.

Je tweede vraag is heel eenvoudige elektrotechniek. In elke situatie waar sprake is van twee van elkaar geïsoleerde geleiders ontstaat een condensator. En bij wisselstroom en -spanning leidt dat tot een schijnbare weerstand of correcter gezegd impedantie, bestaande uit een bij droge lucht zeer hoge ohmse weerstand en een capacitieve weerstand genaamd capacitantie. Weliswaar vrij hoog, maar niettemin aanwezig en wel terdege iets om rekening mee te houden. Van dit principe wordt b.v. ook gebruik gemaakt bij een spanningszoeker.

[Flake]

Dit is zo'n beetje (een van) de meest pittige vragen die ik hier ben tegengekomen. Mijn eerste opmerking zou zijn, waarom wil je dit weten als je het kan meten, en wat ben je hier in 's hemelsnaam aan het doen?

Ik heb nooit les gehad in hoogspanning en mijn elektromagnetisme is een tikkie roestig, maar ik denk dat je hier de wet van Gauss wil hebben. Voor een inductief veld wil je een verandering in de stroom hebben (en die is er, want wisselstroom) dus in de tijd gaat dat veld 50x van richting veranderen. Met de rechterhandregel weet je welke kant dat veld opgaat, dat is altijd loodrecht op de stroom, dus de hoek (dwarsdoorsnede tweedimensionaal) die jouw kabel maakt ten opzichte van de hoogspanningskabel zou je ook moeten weten. Dit sommetje is kneiters ingewikkeld ik zie het nut er niet van in als je het kunt meten.

Een andere vraag die ik nog kreeg: hoe kan het zijn dat je toch een schok krijgt als in feite de stroomkring niet gesloten is?

Die schok die je hebt ervaren is een lading die zich verplaatst. Door dat inductief veld wordt er lading op die kabel aangebracht en die verplaatst door jouw lichaam. Pas als je een lading hebt die constant in beweging is, dan praat je pas over een stroom, en daarvoor moet je een kring hebben.

[kraats]

Ik denk dat het een lastige berekening wordt omdat je ook nog rekening moet houden met de verschillende hoogspanningsfasen die getransporteerd worden. Ik zou verwachten dat ze zich in het ideale geval (gelijke afstand tot de verschillende kabels) uit zouden doven, maar dat is in realiteit natuurlijk niet zo.
Daarnaast nog de invloed van de grond en andere kabels in het veld wat de gelegde kabels nog bereikt.

Misschien minder moeilijk om gewoon beter afgeschermde kabels te leggen?

[jeroen3]

De spanning kan dan weliswaar 120V zijn, het vermogen kan alsnog niets zijn. Een spanningsmeter belast het te meten signaal theoretisch niet.

Als je thuis de meterdraden naast een verlengsnoer legt krijg je ook spanning. Maar het vermogen is nihil.
Zodra de kabel afgemonteerd is merk je er niets meer van.

Waarom vraag je het trouwens hier? Je moet bij de netbeheerder zijn. Die heb je toch ook moeten vragen om daar te graven?
Volgens mij gaat Tennet over het hoogspanningsnet.

[Techneut]

Flake schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 15:31:
Die schok die je hebt ervaren is een lading die zich verplaatst. Door dat inductief veld wordt er lading op die kabel aangebracht en die verplaatst door jouw lichaam. Pas als je een lading hebt die constant in beweging is, dan praat je pas over een stroom, en daarvoor moet je een kring hebben.

Bijna goed Flake, inductief moet in dit geval eigenlijk zijn capacitief, maar het is niet echt relevant.
Die (stroom)kring is uiteraard waar, maar die heb je ook door die condensatorwerking die ik in mijn vorige antwoord noemde. Continu bij wisselspanning en een (doorgaans kort) moment na het inschakelen bij gelijkspanning. Een simpele toepassing ervan is b.v. ook de spanningzoeker.

kraats schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 15:45:
Ik denk dat het een lastige berekening wordt omdat je ook nog rekening moet houden met de verschillende hoogspanningsfasen die getransporteerd worden. Ik zou verwachten dat ze zich in het ideale geval (gelijke afstand tot de verschillende kabels) uit zouden doven, maar dat is in realiteit natuurlijk niet zo.
Daarnaast nog de invloed van de grond en andere kabels in het veld wat de gelegde kabels nog bereikt.

Misschien minder moeilijk om gewoon beter afgeschermde kabels te leggen?

Inderdaad is dit heel lastig te berekenen, ook als we wel met de formules op zouden komen draven zijn er te veel moeilijk in te schatten parameters die een rol spelen, afgezien van de zin ervan. Hooguit misschien bevrediging van nieuwsgierigheid. En dat kan ik me nog wel voorstellen ook.

[Dirickteur]

Om te beginnen: de reden dat ik dit vraag is puur nieuwsgierigheid. We hebben in het veld iets raars geconstateerd en ik wil dat graag kunnen verklaren, waarbij het mooi zou zijn als je met een simpel model en bijbehorende formules de werkelijkheid kan benaderen. Uiteindelijk is heel veel 'gewoon te meten', maar als we niets zouden proberen te verklaren, dan komen we geen stap verder.

kraats schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 15:45:
Ik denk dat het een lastige berekening wordt omdat je ook nog rekening moet houden met de verschillende hoogspanningsfasen die getransporteerd worden. Ik zou verwachten dat ze zich in het ideale geval (gelijke afstand tot de verschillende kabels) uit zouden doven, maar dat is in realiteit natuurlijk niet zo.
Daarnaast nog de invloed van de grond en andere kabels in het veld wat de gelegde kabels nog bereikt.

Ik was daarom eigenlijk ook op zoek naar de invloed van 1 geleider op de andere. Je kan het nodeloos ingewikkeld maken, maar dat gaat ook mij iets te ver. In feite lopen de drie fasen 120 graden gedraaid van elkaar. Dat betekent dat de verandering van het magnetisch veld deels gedempt wordt en daarmee de inductie ook.

jeroen3 schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 16:04:
De spanning kan dan weliswaar 120V zijn, het vermogen kan alsnog niets zijn. Een spanningsmeter belast het te meten signaal theoretisch niet.

Waarom vraag je het trouwens hier? Je moet bij de netbeheerder zijn. Die heb je toch ook moeten vragen om daar te graven?

De hoeveelheid lading was in ieder geval groot genoeg om iemand even naar het ziekenhuis te sturen die de geleider aanraakte en hier geen rekening mee hield. Gelukkig niets ernstigs. En ik vraag het hier, omdat hier volgens mij veel mensen zitten die hier verstand/ervaring mee hebben en ik het leuk vind om van verschillende mensen te horen hoe zij dit oplossen/bekijken/ervaren/etc. Het hele idee van een forum dacht ik zo?

[Dirickteur]

farlane schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 14:00:
Heb je hier wat aan?

https://www.physicsforums...rallel-conductors.420555/

Ik denk dat dit voorlopig het beste beschrijft naar waar ik op zoek ben. Bedankt!

[Flake]

Techneut schreef op woensdag 4 januari 2017 @ 16:52:
[...]

Bijna goed Flake, inductief moet in dit geval eigenlijk zijn capacitief, maar het is niet echt relevant.

Nee wacht even, dat die kabel onder spanning komt te staan komt van het inductieve veld van die hoogspanningskabel. Bij die discharge door een lichaam schijnen wat capaciteitjes te spelen, dat verhaal heb ik vaker gehoord en wil ik wel geloven. Maar je moet het met me eens zijn dat er tussen die hoogspanningslijn en die kabel in de grond geen capaciteit kan zitten.

Maar ik besefte me later pas dat zolang die kabel in dat veld van die hoogspanning blijft er stroom door die kabel blijft lopen. Vandaar ook mijn vraag aan OP, waar ben je hiermee bezig, want als je hier geen rekening mee gehouden hebt kan dit je plannen in het water gooien. Omdat die kabels zo te zien exact parallel lopen is het effect hiervan bijna maximaal. Alleen de afstand kan nog wat korter. Misschien dat het effect voor jullie onverwachts is, maar in principe is dit geen raar verschijnsel.

Tijdens mijn studie werden deze filmpjes gebruikt en die hebben mij enorm geholpen om dit verschijnsel te snappen (al is het maar dat die filmpjes sorta 3D zijn). Maar pas op, dit zijn wel echte wetenschappelijke videos: YouTube: Elektromagnetische velden. Misschien heb je er wat aan, al is het even zoeken welk filmpje je hiervoor moet hebben.

[Techneut]

Wat betreft capacitief of inductief, bij het ene speelt dit, bij het andere dat, ik denk dat we als we even doorgaan we het wel eens worden. Maar dat er geen capaciteit ten opzichte van de aarde zou zijn is absoluut niet waar. Die informatie moet gewoon uit een verkeerde informatie afkomstig zijn. Die capaciteiten zijn ook door de lengte van de trajecten ook beslist niet te verwaarlozen. Helaas heb ik zelf hiervoor geen bron die dit bevestigt.

Aardige YouTube filmpjes.

[ Voor 3% gewijzigd door Techneut op 05-01-2017 11:17 ]

[Verwijderd]

Goeiedag!

Ik heb een vergelijkbare vraag. Op een project waar ik aan het werk ben moest ik een motorschakeling aanpassen waardoor de blauwe (Nul leiding) overbodig was. Deze heb ik losgehaald en verder de alles in orde gemaakt.

Omdat ik de nul niet meer nodig heb, heb ik deze aan beide kanten los gehaald. Hierna heb ik gemeten tussen de nul leiding en de aardeleiding. Hier meten ik 65v. Dit zal dus een inductief opgewekte spanning zijn.

- Kabel is 20m lang.
- het is een 5 aderige kabel. 3 fase, aarde en nul.
- 3 fases zijn aangesloten, aarde is aangesloten en de nul ligt aan beide kanten los.
- In de kabelgoot lopen veel 3-5x2,5 en stuurkabels. Ook liggen er enkele dikkere kabels van ik denk 50mm2.
- Door deze spanning dacht ik in eerste instantie dat de kabel defect was en daarom heb ik de kabel vervangen.

Mijn vraag is hoe het kan dat er op zo'n korte afstand zo'n hoge inductiespanning ontstaat?
Is het ook slim om de nul leiding aan één kant aan aarde te monteren zodat deze spanning weg loopt?

Alvast bedankt!

[Techneut]

Een echt vergelijkbare vraag is dit niet, maar oké.
Door het verbreken van de nul krijg je een zwevende nul op het oorspronkelijke sterpunt. En de spanning op dat zwevende nulpunt ten opzichte van de aarde is alleen nul volt als de fasen absoluut gelijk belast zijn. Bij een motor zal daaraan doorgaans ook beantwoord worden, maar slechts een gering verschil in belasting van de fasen heeft tot gevolg dat het sterpunt gaat wandelen naar een ander punt op de oppervlakte van de vectordriehoek (een gelijkzijdige driehoek).

De vraag is dan ook of de belasting alleen maar een motor is, want dan is ongeacht of hij in ster of in driehoek draait de nul nooit nodig. Er wordt echter verteld dat het een aanpassing is op een bestaande schakeling. In die bestaande situatie was de nul dus blijkbaar wel nodig. Misschien voor een lamp boven een machine? Hoe dan ook, bij het loshalen van de nulleider zal de fase waarop die extra belasting zit een lagere spanning krijgen dan de gebruikelijke en is wat je constateert gewoon verklaarbaar. In dat geval zou die nul eigenlijk weer vast gemaakt moeten worden.

Is het ook slim om de nul leiding aan één kant aan aarde te monteren zodat deze spanning weg loopt?

Kortweg nee!

[ Voor 5% gewijzigd door Techneut op 05-05-2017 15:06 ]

[Jorn]

Maar de nul is aan beide zijden los gemaakt
Maar dit is inderdaad inductief/capacitief, ik heb dit ook al wel eens gehad, was van 3-fasen voeding 1 mes-patroon doorgebrand, deze kabel was dan wel iets langer, ik schat zo'n 50 meter maar met uitgeschakelde hoofdschakelaar van de machine(dus geen belasting) meet je met een hoogohmige multimeter ook op de fase waarvan de zekering eruit ligt ongeveer 400volt, puur en alleen door velden van de andere aders in de voedingskabel.

[Techneut]

Ja, dat klopt allemaal. Een hoogohmige meter, zoals de huidige multimeters dat zijn. moet je daar altijd rekening mee houden. Met mijn uitleg ging ik er van uit dat het nulpunt waar de vraag over ging het oorspronkelijke punt was waar de nuldraad aan vast zat. Dus met de spanning er op een zwevende nul.
Maar als dat één van de beide einden van de kabel was dan heb jij gelijk met je verklaring, dan is die losse ader als het ware een antennedraad die van alles uit de omgeving inductief of capacitief oppikt.

Sowieso mooi laten zitten, geen enkel probleem zo'n spanning. Zou je een weerstandje van een paar honderd kΩ parallel aan de meter zetten, dan zou er vrijwel niets meer van die spanning over zijn. Behalve ingeval van mijn uitleg, want dan is die spanning er echt. Nogmaals, nooit aan dat stuntwerk beginnen van aan de aarde verbinden van die losse ader. Totaal zinloos en vooral onoverzichtelijk voor iemand die onbekend met de situatie dit later tegenkomt..

[ Voor 4% gewijzigd door Techneut op 05-05-2017 21:50 ]