MECHANICA DEEL 1
Toegepaste Mechanica in de Procesindustrie
en Elektrische Systemen
🏭 Procesindustrie en Transport
De procesindustrie omvat diverse toepassingen van toegepaste mechanica.
Elektrische motoren zijn essentieel voor aandrijvingen.
Er zijn verschillende soorten pompen voor vloeistoftransport.
Leidingen vormen de infrastructuur voor transport.
Transport van vloeistoffen gebeurt voornamelijk met pompen.
Transport van gassen wordt gerealiseerd door compressoren, ventilatoren en
vacuümtechniek.
Transport van vaste stoffen en poeders vereist specifieke systemen.
Opslag is een cruciaal onderdeel van industriële processen.
Industriële pompen zijn gespecialiseerde apparaten voor vloeistoftransport.
⚡ Elektriciteitsgeneratie en Transformatoren
Elektriciteitsgeneratie zet mechanische energie om in elektrische energie.
Dit proces maakt gebruik van een rotor/stator-configuratie.
Er bestaan verschillende uitvoeringen van generatoren, zowel 1-fasig als meerfasig.
Het principe berust op elektromagnetische inductie.
Een transformator (1-fase) werkt volgens het principe van elektromagnetische
inductie, bekend als de Wet van Faraday.
Een step-down transformator verlaagt de spanning (Us < Up).
Een step-up transformator verhoogt de spanning (Us > Up).
Bij een ideale transformator is het vermogen in gelijk aan het vermogen uit.
Bij een reële transformator geldt: Vermogen in = Vermogen uit + verliezen.
Als de spanning omhoog gaat, daalt de stroomsterkte om het vermogen (quasi) gelijk
te houden.
Hoogspanningsnetten transporteren stroom met lage stroomsterkte en hoge spanning
om vermogensverlies over grote afstanden te minimaliseren.
Een step-down transformator zet hoogspanning om in laagspanning, bijvoorbeeld
naar 230V/400V.
🔌 Driefasige Transformatoren en Schakelingen
, Een driefasige transformator bestaat uit primaire spoelen (P1, P2, P3) en secundaire
spoelen (S1, S2, S3).
De spoelen zijn niet in elektrisch contact met elkaar, maar wel in magnetisch
contact.
Standaard zouden zes draden in en zes draden uit nodig zijn, wat omslachtig is.
Door speciale schakelingen (ster- of driehoekschakeling) wordt het aantal draden
verminderd.
⭐ Sterschakeling
In een sterschakeling is er een onderscheid tussen fasespanning en lijnspanning.
Wisselspanning heeft ook een polariteit, maar er wordt geen dubbele pijl gebruikt voor
spanningspijlen.
De fasespanning is de spanning tussen een lijngeleider en het sterpunt.
De lijnspanning is de spanning tussen twee lijngeleiders (bijv. Ulijn12 tussen
lijngeleider 1 en 2).
Fasespanning en lijnspanning hebben NIET dezelfde waarde; de lijnspanning is √3
keer de fasespanning (Ulijn = Ufase * √3).
🔺 Driehoekschakeling
In een driehoekschakeling hebben fasespanning en lijnspanning dezelfde waarde.
Ook hier heeft wisselspanning een polariteit en wordt geen dubbele pijl gebruikt voor
spanningspijlen.
💡 Vermogen in Wisselstroom (AC) Circuits
De oppervlakte onder de vermogenscurve representeert de energie.
Als spanning en stroom in fase zijn, is er sprake van een zuiver resistieve weerstand.
Bij een inductieve belasting zijn spanning en stroom niet meer in fase.
Actief vermogen (P) is het vermogen dat daadwerkelijk wordt omgezet in nuttige
arbeid (bijv. verbruikt door een lamp), gemeten in Watt.
Reactief vermogen (Q) is het vermogen dat pendelt tussen de bron en de belasting
(bijv. laden/ontladen van een inductor), gemeten in VAR (Volt-Ampère Reactief).
Schijnbaar vermogen (S) is de totale hoeveelheid vermogen die door een circuit
stroomt, gemeten in VA (Volt-Ampère).
Het schijnbaar vermogen is niet de som van actief en reactief vermogen, maar
een vectorsom (S = √(P² + Q²)).
De power factor (cos Φ) ligt tussen 0 en 1 en geeft de verhouding aan tussen actief
vermogen en schijnbaar vermogen (PF = P/S).
Stroom en spanning zijn vectoren in AC-circuits, en daarmee ook de vermogens.
,💡 Chapter 1: Toegepaste Mechanica:
Elektriciteitsnetwerken en Driefasenspanning
Dit document, 'Toegepaste Mechanica', omvat essentiële aspecten
van elektriciteitsnetwerken, met een focus op de basisprincipes en de complexiteit van
driefasenspanning.
🇧🇪 België als Energie-Importeur
België kenmerkt zich als een grote importeur van energie, wat de afhankelijkheid van
externe energiebronnen en het belang van een robuust en efficiënt nationaal
elektriciteitsnetwerk benadrukt. België is voor meer dan 95% afhankelijk van de invoer van
primaire energie (energie die direct in de natuur beschikbaar is). De belangrijkste ingevoerde
primaire energiebronnen zijn aardolie en aardgas, gevolgd door vaste brandstoffen
(steenkool) en nucleaire brandstof (uranium). Aardgas wordt getransporteerd via
pijpleidingen (uit Nederland, Noordzee, Duitsland, VK) of met methaantankers (vloeibaar
gemaakt aardgas). De terminal van Zeebrugge (actief sinds 1987) ontvangt methaantankers
en heeft een aanzienlijke capaciteit. Elektriciteit is een secundaire energiebron, wat
betekent dat het altijd wordt geproduceerd door omzetting van primaire energie.
⚡ Het Huidige Elektriciteitsnetwerk
Het huidige elektriciteitsnetwerk is een complex systeem dat essentieel is voor de
energievoorziening. De structuur en werking van dit netwerk zijn cruciaal voor de stabiliteit
en betrouwbaarheid van de energiedistributie.
🌐 Onderscheid tussen Transmissie- en Distributienetten
Er wordt een duidelijk onderscheid gemaakt tussen transmissienetten en distributienetten.
Transmissienetten zijn verantwoordelijk voor het transport van elektriciteit over
lange afstanden op hoge spanningsniveaus (380 kV, 220 kV, 150 kV) naar
hoogspanningstransformatorstations. Grote industriële klanten zijn hierop aangesloten.
Regionale transmissienetten opereren op 30 kV, 36 kV en 70 kV.
Distributienetten vertrekken vanuit hoogspanningstransformatorstations en leveren
energie op middenspanning (1 kV tot 50 kV) aan industriële klanten en
distributieposten. Vanuit hier vertrekken laagspanningsnetten (lager dan 1 kV) voor
residentiële klanten.
🗺️
Praktische Opsplitsing van Netten in Vlaanderen
, Een praktische opsplitsing van de netten in Vlaanderen wordt behandeld. Dit omvat de
specifieke configuratie en beheer van de elektriciteitsinfrastructuur binnen de regio
Vlaanderen.
🔌 Driefasenspanning
Driefasenspanning (draaistroom) is een fundamenteel concept in de elektrotechniek, vooral
voor industriële toepassingen en grootschalige energiedistributie. Het bestaat uit drie
wisselspanningen die 120º in fase zijn verschoven. Het biedt voordelen op het gebied van
efficiëntie en vermogensoverdracht in vergelijking met eenfasige systemen.
Fasespanning (Ufase): Spanning tussen een fase en het nulpunt.
Lijnspanning (Ulijn): Spanning tussen twee fasen, waarbij Ulijn = Ufase * √3. Een
wisselspanning kan worden voorgesteld als een signaal dat verandert in de tijd, een
roterende vector of een wiskundige formule.
Amplitude: Maximumwaarde van het signaal.
Frequentie (f): Hoe snel het signaal verandert (f = 1/T).
Cirkelfrequentie (ω): Hoe snel de vector ronddraait (ω = 2πf).
Periode (T): De tijd waarin het signaal zich herhaalt.
Faseverschuiving (φ): Hoeveel graden of radialen een signaal is verschoven ten
opzichte van een ander signaal (120° bij driefasenspanning).
🔋 Transformatoren en Distributiecabines
De rol van transformatoren en distributiecabines is essentieel voor het beheer van
spanningsniveaus in het netwerk.
Transformatoren worden gebruikt om spanning te verhogen voor transmissie en te
verlagen voor distributie.
Distributiecabines huisvesten transformatoren en schakelapparatuur om elektriciteit
veilig en efficiënt te verdelen naar consumenten. Deze worden steeds meer
gedigitaliseerd.
Driefasentransformatoren worden gebruikt voor grote vermogens om
spanningsniveaus te wijzigen, vaak in elektriciteitscentrales en bij grote industriële
gebruikers.
⚡️
Productie van Elektriciteit in België
Kerncentrales: Genereren 55% van de elektriciteit met zeven reactoren (Doel en
Tihange).
Thermische centrales: Draaien op steenkool, aardolie of aardgas; het aandeel gas
neemt toe, terwijl steenkool afneemt.
Toegepaste Mechanica in de Procesindustrie
en Elektrische Systemen
🏭 Procesindustrie en Transport
De procesindustrie omvat diverse toepassingen van toegepaste mechanica.
Elektrische motoren zijn essentieel voor aandrijvingen.
Er zijn verschillende soorten pompen voor vloeistoftransport.
Leidingen vormen de infrastructuur voor transport.
Transport van vloeistoffen gebeurt voornamelijk met pompen.
Transport van gassen wordt gerealiseerd door compressoren, ventilatoren en
vacuümtechniek.
Transport van vaste stoffen en poeders vereist specifieke systemen.
Opslag is een cruciaal onderdeel van industriële processen.
Industriële pompen zijn gespecialiseerde apparaten voor vloeistoftransport.
⚡ Elektriciteitsgeneratie en Transformatoren
Elektriciteitsgeneratie zet mechanische energie om in elektrische energie.
Dit proces maakt gebruik van een rotor/stator-configuratie.
Er bestaan verschillende uitvoeringen van generatoren, zowel 1-fasig als meerfasig.
Het principe berust op elektromagnetische inductie.
Een transformator (1-fase) werkt volgens het principe van elektromagnetische
inductie, bekend als de Wet van Faraday.
Een step-down transformator verlaagt de spanning (Us < Up).
Een step-up transformator verhoogt de spanning (Us > Up).
Bij een ideale transformator is het vermogen in gelijk aan het vermogen uit.
Bij een reële transformator geldt: Vermogen in = Vermogen uit + verliezen.
Als de spanning omhoog gaat, daalt de stroomsterkte om het vermogen (quasi) gelijk
te houden.
Hoogspanningsnetten transporteren stroom met lage stroomsterkte en hoge spanning
om vermogensverlies over grote afstanden te minimaliseren.
Een step-down transformator zet hoogspanning om in laagspanning, bijvoorbeeld
naar 230V/400V.
🔌 Driefasige Transformatoren en Schakelingen
, Een driefasige transformator bestaat uit primaire spoelen (P1, P2, P3) en secundaire
spoelen (S1, S2, S3).
De spoelen zijn niet in elektrisch contact met elkaar, maar wel in magnetisch
contact.
Standaard zouden zes draden in en zes draden uit nodig zijn, wat omslachtig is.
Door speciale schakelingen (ster- of driehoekschakeling) wordt het aantal draden
verminderd.
⭐ Sterschakeling
In een sterschakeling is er een onderscheid tussen fasespanning en lijnspanning.
Wisselspanning heeft ook een polariteit, maar er wordt geen dubbele pijl gebruikt voor
spanningspijlen.
De fasespanning is de spanning tussen een lijngeleider en het sterpunt.
De lijnspanning is de spanning tussen twee lijngeleiders (bijv. Ulijn12 tussen
lijngeleider 1 en 2).
Fasespanning en lijnspanning hebben NIET dezelfde waarde; de lijnspanning is √3
keer de fasespanning (Ulijn = Ufase * √3).
🔺 Driehoekschakeling
In een driehoekschakeling hebben fasespanning en lijnspanning dezelfde waarde.
Ook hier heeft wisselspanning een polariteit en wordt geen dubbele pijl gebruikt voor
spanningspijlen.
💡 Vermogen in Wisselstroom (AC) Circuits
De oppervlakte onder de vermogenscurve representeert de energie.
Als spanning en stroom in fase zijn, is er sprake van een zuiver resistieve weerstand.
Bij een inductieve belasting zijn spanning en stroom niet meer in fase.
Actief vermogen (P) is het vermogen dat daadwerkelijk wordt omgezet in nuttige
arbeid (bijv. verbruikt door een lamp), gemeten in Watt.
Reactief vermogen (Q) is het vermogen dat pendelt tussen de bron en de belasting
(bijv. laden/ontladen van een inductor), gemeten in VAR (Volt-Ampère Reactief).
Schijnbaar vermogen (S) is de totale hoeveelheid vermogen die door een circuit
stroomt, gemeten in VA (Volt-Ampère).
Het schijnbaar vermogen is niet de som van actief en reactief vermogen, maar
een vectorsom (S = √(P² + Q²)).
De power factor (cos Φ) ligt tussen 0 en 1 en geeft de verhouding aan tussen actief
vermogen en schijnbaar vermogen (PF = P/S).
Stroom en spanning zijn vectoren in AC-circuits, en daarmee ook de vermogens.
,💡 Chapter 1: Toegepaste Mechanica:
Elektriciteitsnetwerken en Driefasenspanning
Dit document, 'Toegepaste Mechanica', omvat essentiële aspecten
van elektriciteitsnetwerken, met een focus op de basisprincipes en de complexiteit van
driefasenspanning.
🇧🇪 België als Energie-Importeur
België kenmerkt zich als een grote importeur van energie, wat de afhankelijkheid van
externe energiebronnen en het belang van een robuust en efficiënt nationaal
elektriciteitsnetwerk benadrukt. België is voor meer dan 95% afhankelijk van de invoer van
primaire energie (energie die direct in de natuur beschikbaar is). De belangrijkste ingevoerde
primaire energiebronnen zijn aardolie en aardgas, gevolgd door vaste brandstoffen
(steenkool) en nucleaire brandstof (uranium). Aardgas wordt getransporteerd via
pijpleidingen (uit Nederland, Noordzee, Duitsland, VK) of met methaantankers (vloeibaar
gemaakt aardgas). De terminal van Zeebrugge (actief sinds 1987) ontvangt methaantankers
en heeft een aanzienlijke capaciteit. Elektriciteit is een secundaire energiebron, wat
betekent dat het altijd wordt geproduceerd door omzetting van primaire energie.
⚡ Het Huidige Elektriciteitsnetwerk
Het huidige elektriciteitsnetwerk is een complex systeem dat essentieel is voor de
energievoorziening. De structuur en werking van dit netwerk zijn cruciaal voor de stabiliteit
en betrouwbaarheid van de energiedistributie.
🌐 Onderscheid tussen Transmissie- en Distributienetten
Er wordt een duidelijk onderscheid gemaakt tussen transmissienetten en distributienetten.
Transmissienetten zijn verantwoordelijk voor het transport van elektriciteit over
lange afstanden op hoge spanningsniveaus (380 kV, 220 kV, 150 kV) naar
hoogspanningstransformatorstations. Grote industriële klanten zijn hierop aangesloten.
Regionale transmissienetten opereren op 30 kV, 36 kV en 70 kV.
Distributienetten vertrekken vanuit hoogspanningstransformatorstations en leveren
energie op middenspanning (1 kV tot 50 kV) aan industriële klanten en
distributieposten. Vanuit hier vertrekken laagspanningsnetten (lager dan 1 kV) voor
residentiële klanten.
🗺️
Praktische Opsplitsing van Netten in Vlaanderen
, Een praktische opsplitsing van de netten in Vlaanderen wordt behandeld. Dit omvat de
specifieke configuratie en beheer van de elektriciteitsinfrastructuur binnen de regio
Vlaanderen.
🔌 Driefasenspanning
Driefasenspanning (draaistroom) is een fundamenteel concept in de elektrotechniek, vooral
voor industriële toepassingen en grootschalige energiedistributie. Het bestaat uit drie
wisselspanningen die 120º in fase zijn verschoven. Het biedt voordelen op het gebied van
efficiëntie en vermogensoverdracht in vergelijking met eenfasige systemen.
Fasespanning (Ufase): Spanning tussen een fase en het nulpunt.
Lijnspanning (Ulijn): Spanning tussen twee fasen, waarbij Ulijn = Ufase * √3. Een
wisselspanning kan worden voorgesteld als een signaal dat verandert in de tijd, een
roterende vector of een wiskundige formule.
Amplitude: Maximumwaarde van het signaal.
Frequentie (f): Hoe snel het signaal verandert (f = 1/T).
Cirkelfrequentie (ω): Hoe snel de vector ronddraait (ω = 2πf).
Periode (T): De tijd waarin het signaal zich herhaalt.
Faseverschuiving (φ): Hoeveel graden of radialen een signaal is verschoven ten
opzichte van een ander signaal (120° bij driefasenspanning).
🔋 Transformatoren en Distributiecabines
De rol van transformatoren en distributiecabines is essentieel voor het beheer van
spanningsniveaus in het netwerk.
Transformatoren worden gebruikt om spanning te verhogen voor transmissie en te
verlagen voor distributie.
Distributiecabines huisvesten transformatoren en schakelapparatuur om elektriciteit
veilig en efficiënt te verdelen naar consumenten. Deze worden steeds meer
gedigitaliseerd.
Driefasentransformatoren worden gebruikt voor grote vermogens om
spanningsniveaus te wijzigen, vaak in elektriciteitscentrales en bij grote industriële
gebruikers.
⚡️
Productie van Elektriciteit in België
Kerncentrales: Genereren 55% van de elektriciteit met zeven reactoren (Doel en
Tihange).
Thermische centrales: Draaien op steenkool, aardolie of aardgas; het aandeel gas
neemt toe, terwijl steenkool afneemt.
