Spanningstransformator (VT) — meetklasse en burden bij indirecte spanningsmeting, het spiegelbeeld van de stroomtransformator

De gids over stroomtransformator-meetklasse en burden bij indirecte kWh-meting behandelt hoe een stroomtransformator (CT) een grote primaire stroom omzet naar een meetbare secundaire stroom. Bij indirecte meting van hogere spanningsniveaus — bijvoorbeeld op de middenspanningszijde van een transformatorstation — wordt de spanning op vergelijkbare wijze omgezet door een spanningstransformator (VT, voltage transformer, ook wel PT, potential transformer). Dit artikel behandelt de meetklasse en burden van de VT, en het cruciale verschil met de CT op het punt van veilig gebruik.

Nauwkeurigheidsklassen volgens IEC 61869-3

IEC 61869-3 (spanningstransformatoren) kent voor meetdoeleinden de volgende nauwkeurigheidsklassen:

• Klasse 0,1 en 0,2: primair bedoeld voor laboratorium- en referentietoepassingen, met de strengste foutgrenzen.
• Klasse 0,5 en 1: de klassen die in de meeste industriële en facturatie-gerelateerde meettoepassingen worden gebruikt.
• Klasse 3: een ruimere klasse, met name toegepast waar een grove indicatie volstaat.

Elke klasse specificeert de maximale verhoudingsfout en hoekfout die de VT mag hebben bij zijn nominale spanning en nominale burden.

Burden: twee reeksen, afhankelijk van de vermogensfactor

Net als bij een stroomtransformator is de burden van een VT de belasting (uitgedrukt in VA) die op de secundaire wikkeling is aangesloten — in de praktijk het meetinstrument plus de bekabeling ertussen. IEC 61869-3 kent twee standaardreeksen voor de nominale burden:

• Burdenbereik I (cos φ = 1): standaardwaarden 1,0 – 2,5 – 5,0 – 10 VA.
• Burdenbereik II (cos φ = 0,8 inductief): standaardwaarden 10 – 25 – 50 – 100 VA.

Zoals bij een CT geldt de opgegeven nauwkeurigheidsklasse van een VT uitdrukkelijk bij de nominale burden; een burden die sterk afwijkt van de waarde waarvoor de VT is gekarakteriseerd, kan de daadwerkelijke meetfout buiten de klasseaanduiding brengen.

Het spiegelbeeld van de CT: nooit kortsluiten, wél openlaten

Het belangrijkste praktische verschil tussen een VT en een CT zit in het tegenovergestelde faalrisico op de secundaire zijde:

• Een stroomtransformator (CT) mag nooit onbelast (open) worden bedreven zolang er primaire stroom doorheen loopt: de volledige primaire doorgang gedraagt zich dan als de magnetiseringswikkeling, wat een gevaarlijk hoge secundaire spanningspiek oplevert.
• Een spanningstransformator (VT) mag daarentegen nooit op de secundaire zijde worden kortgesloten: de VT gedraagt zich immers als een spanningsbron met een relatief lage inwendige impedantie, en een kortsluiting op de secundaire zijde drijft een zeer grote stroom door de wikkeling, met oververhitting en mogelijk doorbranden van de VT als gevolg.

Deze twee faalmodi zijn tegengesteld aan elkaar, wat bij het gelijktijdig werken met zowel CT's als VT's in dezelfde meet- of beveiligingsinstallatie een reële bron van verwarring — en dus van fouten — kan zijn.

Tijdelijke overspanning en de rol van de VT bij een aardfout

Bij een aardfout in een net met een geïsoleerde sterpunt of een Petersen-spoel kan de spanning op de gezonde fasen tijdelijk oplopen (vergelijkbaar met het principe uit de gids over tijdelijke overspanning door een aardfout in het hoogspanningsnet, zij het op een ander spanningsniveau en in een andere context). Een VT die voor foutdetectie in zo'n net wordt gebruikt, moet gedurende die tijdelijke overspanning nauwkeurig en zonder verzadiging blijven meten — dit vermogen wordt door de fabrikant vastgelegd als de rated voltage factor (Vf) van de VT. De exacte Vf-waarde en de bijbehorende toegestane duur hangen af van het aardingsstelsel van het net waarin de VT wordt toegepast; de volledige tekst van IEC 61869-3 en de opgave van de netbeheerder of fabrikant zijn hiervoor bepalend.

Praktische relevantie

Bij het beoordelen van een meet- of beveiligingsopstelling met VT's — bijvoorbeeld op de middenspanningszijde van een transformatorstation — is het zinvol om te controleren of de secundaire bekabeling en het aangesloten instrument geen risico vormen voor een onbedoelde kortsluiting van de VT-secundair, en of de opgegeven burden van het instrument past bij de nominale burden van de VT. Bij werken aan VT-secundaire circuits is het, net als bij de tegenovergestelde regel voor CT's, essentieel om vooraf te weten welke handeling voor déze transformator juist gevaarlijk is.

Veelgemaakte fouten

1. De CT-regel ("nooit open laten") verkeerd toepassen op een VT — voor een VT geldt juist het omgekeerde risico: nooit kortsluiten op de secundaire zijde.
2. De burden van het aangesloten instrument niet vergelijken met de nominale burden van de VT, waardoor de daadwerkelijke meetnauwkeurigheid buiten de opgegeven klasse kan vallen.
3. Klasse 0,1/0,2 kiezen voor een gewone facturatie- of procesmeting waar klasse 0,5 of 1 ruim voldoet, met onnodige meerkosten als gevolg.
4. Geen rekening houden met de rated voltage factor (Vf) bij toepassing van een VT voor foutdetectie in een net met geïsoleerde of Petersen-spoel-geaarde sterpunt, waardoor de VT tijdens een tijdelijke overspanning kan verzadigen en onbetrouwbaar gaat meten.

Gerelateerd

• Stroomtransformator meetklasse en burden bij indirecte kWh-meting
• Tijdelijke overspanning door een aardfout in het hoogspanningsnet (§442)
• IT-stelsel — IMD en eerstefoutdetectie
• Harmonischen meten met een netanalyzer en de K-factor