12
Roel Ritsma, Entheq Technology Group (Voorzitter van de Nederlandse normcommissie laagspannings-schakelmateriaal en lid van de IEC-werkgroep)
Schakelkasten bouwen is een vak Nieuwe IEC 61439-norm geeft meer aanwijzingen voor samenbouw Schakelkasten, verdeelsystemen en besturingskasten zijn benamingen die in essentie allemaal op hetzelfde duiden: de samenbouw van elektrische componenten in één kast. Op het eerste zicht lijkt dat misschien eenvoudig: het is een kwestie van componenten vastzetten, draden aansluiten en afdekplaten aanbrengen. Maar als je nadenkt over waar allemaal rekening mee moet worden gehouden om een veilig en betrouwbaar product te maken, blijkt het echt niet zo simpel te zijn. Sterker nog, ik durf best de stelling neer te leggen dat het bouwen van een veilige en betrouwbare schakelkast een vak is.
13
22.32 uur Bij de brandweerpost in het centrum komt een automatische brandmel ding binnen van een gallerie. Het uitgerukte team bereikt om 22.43 uur het betreffende pand en stelt vast dat de verlichting is uitgevallen. Er is sprake van een sterke brandlucht en door de ruiten wordt in het pand rookontwik keling vastgesteld. Daar de gealarmeerde galeriehouder nog niet ter plaatse is, verschaft de brandweer zich toegang tot het pand door de deur te force ren. De bron van de rookontwikkeling blijkt de schakelkast te zijn. De begin nende brand kan snel en eenvoudig worden geblust. Nader onderzoek levert op dat de oorzaak van de brand een te dun gedimensioneerde draad doorsnede van de nul-geleider in de schakelkast is. Die heeft uiteindelijk tot kortsluiting geleid.
Het scenario hierboven is een voorbeeld van wat er kan gebeuren als een schakelkast niet goed is ontworpen. Branden veroorzaakt door elektriciteit, in de volksmond altijd onder de noemer ‘kortsluiting’ geschaard, komen meer dan eens voort uit overbelasting door foutief ontwerp of foutief gebruik. De nieuwe norm voor schakelkasten is de IEC 61439-reeks. Voordat ik inga op de vraag waarom er een nieuwe norm is gekomen en uitleg welke eisen er in die norm w orden gesteld, is het goed om stil te staan bij het gebruik ervan.
“Een producent mag ook zelf ‘bedenken’ hoe aan de essentiële eisen van de richtlijn wordt voldaan” 14
In tegenstelling tot wat soms wordt gedacht, is de
In de betreffende richtlijn wordt echter wel gerefe-
toepassing van normen in het algemeen niet ver-
reerd aan normen, en dat is van belang. Over het
plicht. Voor producten als schakelkasten is
algemeen gaat men er vanuit dat als volgens de
het wettelijk verplicht om aan de Europese richtlij-
gerefereerde normen wordt gehandeld, in princi-
nen te voldoen. De meest belangrijke op dit
pe ook aan de essentiële eisen van de richtlijn is
gebied zijn de Laagspanningsrichtlijn en de EMC-
voldaan. Dat is in geval van calamiteiten of con-
richtlijn. In tegenstelling tot wat veel mensen den-
flicten wel zo gemakkelijk: als een product vol-
ken, hoort de Machinerichtlijn niet thuis in dit
gens een gerefereerde norm is gebouwd, dient de
rijtje. De genoemde richtlijnen die op Europees
klagende partij aan te tonen dat niet aan de
niveau zijn opgesteld, zijn conform Europese
essentiële eisen van de richtlijn is voldaan. Dit
afspraken omgezet in nationale wetgeving. De
wordt wel de ‘omgekeerde bewijslast’ genoemd,
eisen in de richtlijnen hebben echter een globaal
maar de verplichting tot de norm bestaat niet. Een
karakter. Zo stelt de Laagspanningsrichtlijn in
producent mag ook zelf ‘bedenken’ hoe aan de
essentie dat een elektrisch product elektrisch vei-
essentiële eisen van de richtlijn wordt voldaan,
lig moet zijn. Over de manier waarop die veilig-
echter bij het niet hanteren van een gerefereerde
heid moet worden bereikt, wordt in de tekst van
norm is de omgekeerde bewijslast niet meer van
de richtlijn geen gedetailleerde uitleg gegeven.
toepassing.
15
“Een verdeelsysteem is een samenstelsel van een of meer laagspanningsschakeltoestellen”
Normen voor schakelkasten
De Machinerichtlijn zegt, wederom eenvoudig
In de Laagspanningsrichtlijn en de EMC-richtlijn
gesteld, dat een machine met bewegende delen
wordt gerefereerd naar de ‘oude’ EN/IEC 60439-
mechanisch veilig moet zijn. Een besturingskast
reeks, en in de EMC-richtlijn bovendien ook al naar
als zodanig valt niet onder de Machinerichtlijn.
de nieuwe EN/IEC 61439-reeks.
Natuurlijk kan er een ventilator in de besturingskast
Deze voorschriften zijn van toepassing op verdeel-
zitten, maar dat zorgt er nog niet voor dat
systemen, in de volksmond ook wel ‘schakel
het een (deel)machine wordt. Toch is elektrische
kasten’ genoemd. In de beschrijving van het
veiligheid ook dan van belang.
toepassingsgebied van beide normen wordt een identieke definitie gegeven van wat een verdeel
De Machinerichtlijn refereert aan de
systeem is: “een verdeelsysteem is een samenstel
EN/IEC 60204-norm voor ‘elektrische u itrusting
van één of meer laagspanningschakeltoestellen,
van machines’. In het hoofdstuk over samenbouw
met de daarbij behorende stuur-, meet-,
noemt de EN/IEC 60204-norm met naam en toe-
beveiligings-, signalerings- en regelcomponenten,
naam de EN/IEC 60439-norm (en op korte termijn
volledig met alle inwendige elektrische en
zal de EN/IEC 61439-norm worden genoemd). Let
mechanische verbindingen en constructiedelen
wel dat het hier om elektrische veiligheid gaat.
samengebouwd”.
Veelal worden bouwers van besturingskasten om
Op basis van deze definitie is duidelijk dat zowel
een zogenoemde IIB-verklaring gevraagd. Dit is
een schakelkast als een besturingskast, en zelfs
een verklaring voor een deelmachine. Daar een
een werkschakelaar in een kastje, onder het toe-
besturingskast geen deelmachine is, is deze vraag
passingsgebied van de genoemde normen valt.
helemaal niet van toepassing. Sterker nog: zo’n IIB-verklaring kan helemaal niet worden afgegeven
Bouwers van besturingskasten van (elektrische)
‘voor iets wat het niet is’. In deze context zou om
machines krijgen regelmatig vragen aangaande de
een verklaring moeten worden gevraagd waarin
Machinerichtlijn.
staat dat aan de EN/IEC 61439-, of algemener, aan de EN/IEC 60204-norm wordt voldaan.
16
17
Het ontstaan van de nieuwe EN/IEC 61439-
Opbouw EN/IEC 60439 en EN/IEC 61439
reeks
Ter vergelijking is in figuur 1 de opbouw van
Het ontstaan van de nieuwe EN/IEC 61439-reeks
zowel de EN/IEC 60439-norm als de
gaat terug tot 1998. In dat jaar werd het voorstel
EN/IEC 61439-norm opgenomen. De
ingediend om de IEC 60439-norm radicaal te
EN/IEC 60439-norm wordt gekenmerkt door deel
wijzigen. Twee zaken werden daarbij met naam
1, dat een type verdeelsysteem beschrijft.
en toenaam genoemd:
De overige productdelen geven aan waar ze afwij-
1 De verandering van de structuur van het voor-
ken van deel 1, dan wel wanneer er specifieke
schrift. Achtergrond hiervan is dat de IEC
eisen zijn. Met name in EN/IEC 60439-2:
60439-norm in vergelijking met andere normen
voor busbarsystemen worden veel aparte eisen
een afwijkende opzet heeft.
gedefinieerd die specifiek van toepassing zijn.
2 Daarnaast, en dat is belangrijker, werd voorgesteld TTA (geheel typegekeurd verdeelsysteem)
De EN/IEC 61439-norm kenmerkt zich,
en PTTA (gedeeltelijk typegekeurd verdeelsys-
volledig volgens het originele veranderingsvoor-
teem) te elimineren uit het voorschrift en met
stel, door een algemeen deel 1 en de delen 2 tot
een duidelijkere wijze van verificatie te komen.
en met 6 die specifieke typen verdeelsystemen
De motivatie hierbij was dat er in het geval van
beschrijven. Op basis van de structuur volgt dat
PTTA in toenemende mate sprake was van ver-
EN/IEC 60439-1 wordt vervangen door
deelsystemen die niet aan de 60439-norm vol-
EN/IEC 61439-1 en -2.
deden (zoals de Engelsen het mooi zeggen: ‘compliance by lip rather than by fact’).
Het verwijderen van de termen TTA en PTTA
Bedacht moet worden dat het in het geval van
Waar de verandering van de structuur ‘redactio-
PTTA moeilijk is om overeenstemming te reali-
neel’ is, dat wil zeggen dat het bestaande op een
seren met de 60439-norm, omdat daar duidelij-
andere manier wordt opgeschreven, leidt
ke aanwijzingen in ontbreken.
het verwijderen van de termen TTA (geheel typegekeurde verdeelsystemen) en PTTA (gedeeltelijk
In januari 2009 is er na elf jaar een nieuwe norm
typegekeurde verdeelsystemen) tot een belangrij-
uitgekomen, in de twee delen IEC 61439-1 en
ke inhoudelijke verandering. Waar stonden deze
IEC 61439-2. Deze beide delen samen vervangen
termen voor?
de norm IEC 60439-1. De IEC 61439-norm is ook aangenomen als EN-norm en daarmee
• Geheel typegekeurde verdeelsystemen
conform Europese regelgeving tevens als
(‘TTA: type-tested assemblies’)
Nederlands of Belgische norm. De overgangs
Bij een geheel typegekeurd verdeelsysteem is
termijn (dat wil zeggen de termijn waarbinnen
het volledige verdeelsysteem, dus zowel alle
beide voorschriften naast elkaar geldig zijn) is in
afzonderlijke functionele delen als de volledige
2009 vastgesteld op vijf jaar. Dat betekent dat EN/
samenbouw, beproefd volgende de eisen van
IEC 60439-1 in november 2014 wordt terugge-
60439-1. Een eventueel andere samenbouw
trokken en niet meer van kracht is.
van het verdeelsysteem zal niet zodanig afwijken van de beproefde samenbouwen, dat het gedrag hierdoor beïnvloed wordt. Praktisch gezegd wordt er bij geheel typegekeurde
18
Figuur 1a Schematische opbouw IEC 60439
Deel 1: Geheel of gedeeltelijk aan typeproeven onderworpen samenstellingen EN-IEC 60439-1
‘Basis eisen’ maar ook productdeel Aanvullende eisen
EN-IEC
EN-IEC
EN-IEC
EN-IEC
60439-2
60439-3
60439-4
60439-5
Deel 2: Bijzondere eisen voor railkokersystemen Deel 3: Bijzondere eisen voor laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen Deel 4: Bijzondere eisen voor bouwkasten Deel 5: Bijzondere eisen voor inrichtingen bestemd voor verdeelkasten
in openbare netwerken
Figuur 1b Schematische opbouw IEC 61439
Deel 1: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen
Algemene regels
EN-IEC 61439-1
Alleen ‘basis eisen’
Aanvullende eisen EN-IEC
EN-IEC
EN-IEC
EN-IEC
EN-IEC
61439-2
61439-3
61439-4
61439-5
61439-6
aanvullende eisen Deel 2: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen - Vermogensschakel- en verdeelinrichtingen Deel 3: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen - Distributieborden Deel 4: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen - Bouwkasten Deel 5: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen - Verdeelkasten in openbare netwerken Deel 6: Laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen - Railkokersystemen
19
verdeelsystemen weinig of niets aan het toeval
Bovendien leidt het ontbreken van specifieke
overgelaten: de onderbouwing moet compleet
aanwijzingen ertoe dat de controleerbaarheid van
en volledig zijn getest.
PTTA een probleem is.
• Gedeeltelijk typegekeurde verdeelsystemen
Om aan te tonen of aan de eisen van het voor-
(‘PTTA: partially type-tested assemblies’)
schrift is voldaan, gaat de nieuwe EN/IEC 61439-
Bij een gedeeltelijk typegekeurd verdeel
norm uit van verschillende wijzen van verificatie:
systeem komen naast typegekeurde afzonder-
testen, opmeten, berekenen of het opvolgen van
lijke functionele delen als samengebouwd
ontwerpregels. Uitgangspunt hierbij is dat er
geheel ook niet-typegekeurde uitvoeringen
meer aanwijzingen voor samenbouw in acht moe-
voor. Van deze niet-typegekeurde uitvoeringen
ten worden genomen als er minder wordt getest.
dient formeel door middel van extrapolatie van
Doelstelling is in alle gevallen een kwalitatief veilig
een afwijkende beproefde uitvoering, bijvoor-
verdeelsysteem te waarborgen, waarbij het voor-
beeld door berekeningen, worden aangetoond
schrift betere en duidelijkere aanwijzingen geeft
dat ze voldoen aan de eisen van 60439-1.
voor de samenbouw.
Praktisch gezien is de onderbouwing van gedeeltelijk typegekeurde verdeelsystemen
Eisen in de EN/IEC 61439-norm
veel minder sterk dan die voor geheel typege-
Het verschil tussen EN/IEC 60439 en
keurde verdeelsystemen. De EN/IEC 60439-
EN/IEC 61439 is niet zozeer gelegen in de speci-
norm geeft namelijk geen aanwijzingen voor
fieke eisen, maar veel meer in de wijze waarop
hoe ‘extrapolatie’ moet plaatsvinden of hoe
wordt aangetoond dat aan de technische eisen is
‘berekeningen’ moeten worden uitgevoerd.
voldaan. Als voorbeeld wordt het thermisch
De uiteindelijke kwaliteit van de gedeeltelijk
gedrag van een schakelkast genomen.
typegekeurde verdeelsystemen is erg afhankelijk van de kennis en kunde van de fabrikant en
Een van de belangrijkste doelstellingen van de
van de kwaliteit van de toegepaste berekening.
norm is de totale dissipatie in de kast zodanig te begrenzen, dat de temperatuurstijging niet te
20
In de praktijk is het onderscheid tussen TTA en
groot wordt. Net als zijn voorganger stelt de
PTTA niet altijd gemakkelijk aan te geven. Zelfs bij
EN/IEC 61439-norm limieten aan de
specialisten is de manier waarop hiermee moet
temperatuurstijging binnen en buiten de kast.
worden omgegaan slechts ‘matglashelder’.
Voor het geval er niet wordt getest, worden nu
In België en Nederland wordt geen controle uitgevoerd of de schakel- en verdeelkasten daadwerkelijk aan de norm voldoen echter wel duidelijke berekeningsmethoden en
tot 630 A gaat. Dit is niet bedoeld om verificatie
aanwijzingen voor de doorsnede van de interne
door middel van berekening te ontmoedigen, de
bedrading gegeven.
regel vloeit voort uit de manier waarop individuele componenten volgens het componentenvoor-
Een mogelijke optie is dat een fabrikant van lege
schrift worden beproefd. Dat gebeurt in de open
kasten voor zijn product specificeert bij welke
lucht, met aan beide kanten een meter draad van
hoeveelheid dissipatie de luchttemperatuur in
de voorgeschreven dikte. Bij deze opstelling
de kast met 20 °C stijgt ten opzichte van de
wordt de component belast met zijn nominale
buitenlucht. Verder geven leveranciers van
stroom en de temperatuurstijging moet daarbij
componenten op hoeveel deze dissiperen en
binnen de voor de component vastgestelde
voor de verliezen in de interne bedrading worden
grenswaarden blijven. Deze test vindt echter wel
in het voorschrift aanwijzingen en waarden gege-
plaats onder gunstige omstandigheden, met vrije
ven. Als de som van de dissipatie van de inge-
convectie en relatief lange geleiders die bijdragen
bouwde componenten en de interne bedrading
aan het afvoeren van warmte. In een kast zitten de
beneden de kastspecificatie voor 20 °C blijft, is de
componenten veel dichter op elkaar gepakt. Een
samengebouwde kast goed.
belasting tot 80 procent beperkt de temperatuurstijging en dat levert voldoende marge op om de
Een tweede optie lijkt hier erg op, maar verwijst
onderlinge opwarming en slechtere koeling te
naar IEC 60890. Dat is een berekeningsmetho-
compenseren.
diek voor het bepalen van de gemiddelde temperatuurstijging van de lucht in een kast, rekening
Wat nogal eens wordt vergeten is het effect van
houdend met de opstelling, afmetingen, interne
de interne bedrading. De doorsnede van de
dissipatie, enzovoort.
kabels is essentieel. Waar veel bordenbouwers voor 63 A standaard een interne bedradingdoor-
Van belang is ook dat de EN/IEC 61439-norm bij
snede van 10 mm² toepassen, geeft de
het toepassen van berekeningen voorschrijft dat
EN/IEC 61439-norm hier specifieke aanwijzingen
componenten maar tot 80 procent
voor. Zo scheelt het nogal of je aders
van hun nominale waarde mogen worden belast.
bundelt, gescheiden houdt of gezamenlijk door
Ontwikkelaars zullen daarom soms een zwaarde-
een kabelgoot laat lopen. Bij het samenbouwen
re uitvoering moeten kiezen, bijvoorbeeld een
moet daar rekening mee worden gehouden.
800 A-voedingsschakelaar voor een systeem dat
De EN/IEC 61439-norm verwijst in dit kader naar
21
