Spanningsniveau

Het spanningsniveau geeft weer welke spanning een elektrisch apparaat, elektrische installatie of elektrisch netwerk kan verdragen zonder beschadiging op te lopen. De spanningsniveaus zijn gestandaardiseerd om het aantal te beperken. Het spanningsniveau is nauw verbonden met het isolatieniveau. Een elektrische installatie die een bepaalde spanning moet kunnen weerstaan moet ook overeenkomstig geïsoleerd worden. Een apparaat, aangesloten op een elektrisch net van een bepaald spanningsniveau, behoort minstens tot hetzelfde spanningsniveau.

Soorten spanningen

Een elektrisch apparaat dat aangesloten is op elektrisch netwerk wordt belast met verschillende soorten spanning gedurende een bepaalde tijd die elk hun eigen eisen stellen aan de isolatiestructuur. De bestendigheid tegen een elektrische spanning voor een bepaald isolatiemateriaal is tijdsafhankelijk en daarom wordt de installatie ook met deze spanningen getest.

De nominale spanning U_n is de effectieve spanning die permanent door de installatie verdragen wordt. Vaak wordt ook gesproken over U_r van het Engelse Rated voltage.
Tijdelijke overspanning of T.O.V. (Temporary Over Voltage) is een effectieve spanning, hoger dan de nominale spanning die enkele seconden tot enkele uren op de installatie aanwezig kan zijn. Deze spanningen kunnen ontstaan door een plotse daling van de belasting. Om concreet de bestendigheid tegen overspanningen te kunnen weergeven is de 1 minuut AC testspanning gedefinieerd.
De maximale systeemspanning U_m is de effectieve spanning waarvoor de installatie ontworpen is. Ze is iets groter dan de nominale spanning en wordt door de norm vastgelegd. Vb De norm kent maximale systeemspanningen van 170kV en van 245kV maar heel wat installaties hebben een nominale spanning van 220kV. Alle isolatiematerialen moeten voldoen aan 245kV isolatieniveau.
De korte duur AC-testspanning ofwel de "Power Frequency" testspanning U_PF is de effectieve spanning die ofwel 1 minuut verdragen wordt door de elektrische apparatuur in droge toestand ofwel 10 seconden in natte toestand. De natte test is verplicht voor apparatuur bestemd voor buitenopstelling.
De lange duur AC-testspanning is test waarbij de effectieve spanning in 2 stappen van 5 minuten wordt opgedreven tot U_m; deze spanning wordt 1 minuut aangehouden en vervolgens wordt de spanning verminderd tot 1,5.U_m/√3 gedurende 30 minuten of 60 minuten. Daarna wordt de spanning opnieuw verminderd tot 1,1.U_m/√3 gedurende 5 minuten en daarna tot 0V. Gedurende de 30 of 60 minuten worden de deelontladingen gemeten.
De stootspanning of "Basic Insulation Level" U_BIL is een spanningspiek die een blikseminslag op of nabij het elektrisch net simuleert. Het is een golf waarvan de vorm door de norm is vastgelegd met een stijgtijd T₁ van 1,2 µs en een tijd T₂ tot halve spanning van 50 µs.
De schakelpuls-spanning of "Switching Impulse Level" U_SIL is een spanningspiek ten gevolge van schakelingen op het net. Deze spanning vervangt de stootspanning voor spanningsniveaus vanaf 300kV en stelt de isolatie nog meer op proef. Het aanduiden van het spanningsniveau gebeurt dan ook door opgave van meerdere spanningen.
De spanning U₀ bij kabels. Het is de maximale effectieve spanning tussen de geleider en het geaarde scherm van een kabel. Bijgevolg is in een kabel de maximale spanning tussen 2 geleiders voor enkelfasige systemen 2.U₀ ( = U_m ) en voor driefasige systemen √3.U₀ ( = U ). De spanningsklasse van een kabel wordt dan ook aangeduid met U₀/U (U_m).

Elektrische afstanden in lucht

Voor elk spanningsniveau is er een afstand (Engels: clearance) fase-fase en/of fase aarde opgegeven die moet aangehouden worden. Deze afstanden zijn gedefinieerd in Tabel 5 van IEC60076-03.

Tabel 5 - IEC60076-03

Tabel 5 van IEC60676-03 geeft voor systeemspanningen U_m kleiner of gelijk aan 170 kV het stootspanningsniveau (lightning impulse) en de overeenkomstige afstanden fase-aarde en fase-fase. Merk op dat voor een bepaalde systeemspanning U_m er soms meerdere stootspanningsniveaus in de tabel staan. Het gebruikelijke stootspanningsniveau is de hoogste waarde. Oude netten hebben voor een bepaalde systeemspanning U_m een lager stootspanningsniveau wegens mindere kwaliteit van het gebruikte isolatiemateriaal. De systeemspanning U_m die aangeduid is met * is een verouderde combinatie en niet in overeenstemming met IEC60071-1

Highest voltage for equipment U_m (kV r.m.s.)	Rated lightning impulse withstand voltage (kV peak)	Minimum clearance (mm)
3.6	20
3.6/7.2	40	60
7.2/12	60	90
12/17.5	75	110
17.5/24	95	170
24	125	210
24/36	145	275
36	170	280
52	250	450
72.5/100	325	630
100/123/145*	450	830
123/145/170*	550	900
145/170	650	1250
170	750	1450

Tabel 4 - IEC60076-03

Tabel 4 van IEC 60076-3 geeft het verband tussen de verschillende spanningen U_SIL, U_PF, U_m, U_BIL voor U_m > 170 kV.

note 1: U_m spanningen, aangeduid met * zijn niet in overeenstemming met IEC60071-1 maar worden wel toegepast in sommige landen
note 2: Voor transformatoren met een zeer laag U_PF niveau voor een bepaalde Um kan het nodig zijn om speciale maatregelen te treffen om de korte-duur geïnduceerde AC test uit te voeren
note 3: korte-duur geïnduceerde AC test is niet van toepassing tenzij anders afgesproken
note 4: voor de lagere isolatieniveaus voor een bepaalde U_m kunnen hogere U_PF testspanningen nodig zijn om aan te tonen dat de fase-fase spanningsniveau gehaald wordt.

Rated switching impulse withstand voltage phase-to-earth (kV peak)	Rated short-duration induced or separate source AC withstand voltage (kV r.m.s.)	Highest voltage for equipment U_m (kV r.m.s.)	Rated lightning impulse withstand voltage (kV peak)
550	325	245*	650*
650	360	245*	750*/850
750	395	245*/300	850/950
850	460	245*/300/362	950/1050
950	510	362	1050/1175
850	460	420	1050/1175
950	510	420/550	1175/1300
1050	570	420/550	1300/1425
1175	630	420*/550	1425/1550
1300	note 3	800	1675/1800
1425	note 3	800	1800/1950
1550	note 3	800	1950/2100