Nieuwe NEN 1010 en Power Quality. Prof. dr. ir. Sjef Cobben

Nieuwe NEN 1010 en Power Quality Prof. dr. ir. Sjef Cobben

Waarom een nieuwe NEN 1010!  Nieuwe technologie (PV-systemen, Laadpalen,…)  Meer aandacht voor EMC (hoogfrequente stromen)  Meer aandacht voor spanningsverstoring  Europese normalisatie (medische ruimten, minder NL)

 Doorvoeren van verbeteringen

PQ

Deel 1: Uitgangspunten Nieuwe informatie/bepalingen betreffende:  Bescherming tegen spanningsverstoringen

 Maatregelen tegen elektromagnetische beïnvloeding  Bescherming tegen onderbreking van de voedingsspanning  Documentatie die nodig is

 Periodieke inspectie

PQ

Deel 3: Algemene kenmerken Meer aandacht voor diverse stelsels:  Naast AC ook voor DC  Aardingsystemen (TT-, en TN)

 Aarding met diverse voedingsbronnen  Aarding TT-stelsel met gemeenschappelijke aardverbinding (afgeschermde datakabel)

 Verhoogde stromen in de PE-geleider

Deel 4: Leidingbeveiliging  Aandacht voor de beveiliging/overbelasting van de nul i.v.m. harmonische stromen  Meer bepalingen over wel/niet toepassen van beveiliging tegen overstroom  Meer aandacht voor kortsluitvastheid (van railsystemen)

 Meer aandacht voor beveiligingstoestellen/harmonische stromen

Deel 4: Aarding en overspanning  Beveiliging tegen overspanning is nu normatief  Verbod op PEN-leidingen in gebouwen met veel elektronische apparatuur  Vierpolig omschakelen bij meerdere voedingen

 Extra eisen ten aanzien van opbouw aardingssysteem  Meer bepalingen over overspanningsbeveiliging

Deel 5: Dimensionering leidingen  Maatregelen om stromen in PE-leiding te beperken  Dimensionering kabels bij aanwezigheid harmonische stromen

 Spanningsverlies in de installatie (of spanningsopdrijving)

Benodigde berekeningen Ook economisch Van belang Deel 8 NEN 1010

Bepaling van de te verwachten kortsluitstromen De te verwachten kortsluitstroom moet worden bepaald voor elk relevant punt van de installatie.

Efficiency (Energiebesparing) Deel 8 van de NEN 1010 (in ontwikkeling)

EMC-aspecten en aarding  Gevoeligheid apparatuur vraagt om extra maatregelen

 EMC neemt in belangrijkheid toe  Aarding niet alleen voor veiligheid (NEN 1010 ook niet: Veiligheidsbepalingen voor….)  NEN-EN 50310 ”Application of equipotential bonding and earthing in buildings with

information technology equipment  Meer stromen door nulgeleider of PE(N)-geleider  Meer hoogfrequente stromen

Gekoppelde aarding in TT-stelsels

Gemeenschappelijke voorziening

Aardingssystemen TT-stelsel TN-stelsel

Meest betrouwbaar

Sluiting in distributienet INSTALLATIE

L PE Ook 5 seconde toepasbaar!

NET

Schakelen nul bij TN-stelsel In TN-S-stelsels hoeft de nulleiding niet te worden geschakeld of gescheiden  Bij een TN-S stelsel wordt de spanning op de nulleiding geacht onder normale omstandigheden niet meer te bedragen dan 12 V ten opzichte van aarde.

In installaties voor tot bewoning bestemde gebouwen moet de nul worden geschakeld en gescheiden

Geen toestemming van netbeheerder meer nodig!

installatie

Netbeheerder levert aardingsvoorziening bij alle installaties >3*80A (Netcode)

Schakelen nul bij meerdere voedingen Onnodig schakelen ALS Onverwachte stromen door nul-geleider

Aardlekbeveiliging?

Aarding bij meerdere voedingen

1 punt waar voedingen met aarde worden verbonden

Potentiaalvereffening Aardingssysteem voor:  Veiligheidsaarding  Voorkomen overspanningen  Functionele aarding

Inschakelstromen + harmonischen

Harmonische stromen In een meerfasestroomketen waar de harmonische component van de fasestromen zodanig is dat wordt verwacht dat de stroom in de nulleiding de hoogste toelaatbare stroom van die geleider overstijgt, moet zijn voorzien in beveiliging tegen overbelasting voor de nulleiding. De beveiliging tegen overbelasting moet geschikt zijn voor de aard van de stroom door de nulleiding en moet leiden tot het afschakelen van de faseleidingen maar niet noodzakelijkerwijs van de nulleiding.

Harmonische stromen Wanneer de totale harmonische vervorming van derde harmonische en oneven veelvouden van derde harmonische stromen hoger is dan 33 %, kan het nodig zijn de kerndoorsnede van de nulleiding te vergroten OPMERKING 1 Deze niveau’s komen bijvoorbeeld voor in stroomketens voor toepassingen binnen de informatietechnologie. a) Bij meeraderige kabels, waarin de kerndoorsnede van de faseleidingen gelijk is aan de kerndoorsnede van de nulleiding, wordt een kerndoorsnede gekozen die past bij een stroom door de nulleiding gelijk aan 1,45 × IB van de faseleidingen. b) Bij eenaderige kabels mag de kerndoorsnede van de faseleidingen kleiner zijn dan de kerndoorsnede van de nulleiding volgens de volgende berekening: voor de faseleiding: passend bij IB; voor de nulleiding: passend bij een stroom gelijk aan 1,45 × IB van de faseleidingen.

Voorbeeld leidingberekening Showroom met veel verlichting (schema)

B-16A

3

16 mm2 koper

3

63 A Meerdere kabels bij elkaar: 0,82

relais 40 lampen/groep Totaal 80 groepen

Metingen Spaarlamp 12 W

CF=3,75

Harmonischen spaarlamp

THD(i) = 115%

Eigenschappen harmonischen Meedraaiend, tegendraaiend, homopolair

Berekening volgens NEN 1010 I1

31A

I3

23,25

I5

17,05

I7

14,88

I9

13,02

I11

12,4

I13

13,02

I15

9,3

I17

8,68

I19

9,92

I21

5,58

I23

4,65

I25

6,2

P 80 * 40 * 6W I1    31 A DPF  U f  3 0,9  230  3

I rm s

IN 

P 80 * 40 * 6W    53 A PF  U f  3 0,52  230  3

(3  I 3 ) 2  (3  I 9 ) 2  (3  I1 5 ) 2  (3  I 2 1)  86 A

70A

Voorbeeld leidingberekening Zonder harmonische:

Met 3e harmonische:

Met alle veelvouden van 3:

IZ

69,6   85 A    25mm 2 0,82

IZ

70   85 A    25mm 2 0,82

IZ

86   104 A    35mm 2 0,82

Keuze elektrisch materieel Al het elektrisch materieel moet zo zijn gekozen dat het geen schadelijke effecten heeft op ander materieel, of de voeding nadelig beïnvloedt bij normaal bedrijf en gedurende schakelhandelingen. In dit verband kunnen de volgende factoren van invloed zijn:  De arbeidsfactor;  De inschakelstroom;  Asymmetrische belasting;

 (hogere) harmonischen;  Transiënte overspanningen opgewekt door het materieel in de installatie.

Vermijden van schadelijke effecten Al het elektrisch materieel moet zo zijn gekozen dat het geen schadelijke effecten heeft op ander materieel, of de voeding nadelig beïnvloedt bij normaal bedrijf en gedurende schakelhandelingen. In dit verband kunnen de volgende factoren van invloed zijn:  De arbeidsfactor;  De inschakelstroom;  Asymmetrische belasting;

 (hogere) harmonischen;  Transiënte overspanningen opgewekt door het materieel in de installatie.

Vermogen, blindvermogen

Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen

S P

S 

Q

P2  Q2

Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen S

P

D

S

Q

P2  Q2  D2

Distortie blindvermogen Ook door harmonische vervorming ontstaat blindvermogen Dit is voor de hogere frequenties niet te compenseren met condensatoren

Analyseer dus hoe het blindvermogen is opgebouwd

Deel 7: Veel veranderingen/aanpassingen  Zwembaden: natuurterreinen en natuurlijke waterpartijen zijn toegevoegd.  Veeteelt: Toepassen van toestellen voor aardlekbeveiliging is vervallen voor distributieketen

 Jachthavens: De eisen aan de elektrische installatie van pleziervaartuigen zijn vervallen  Medische ruimten: Inhoudelijk veel veranderingen  PV-systemen: Geheel vernieuwd naar nieuwste inzichten

 Verlichtingsinstallaties: Er zijn bepalingen voor led-modules toegevoegd  Nieuw onderwerp ‘laadinrichtingen voor elektrische voertuigen’  Nog veel andere verschuivingen e.d. (vooral in NL-rubrieken)

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt In eindgroepen met contactdozen met een toegekende stroom tot en met 32 A, een toestel voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 30 mA; In eindgroepen met contactdozen met een toegekende stroom hoger dan 32 A, een toestel voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 100 mA; In alle overige stroomketens, met uitzondering van distributiegroepen, toestellen voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 300 mA. (NL)

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt Bij toepassing TN-stelsel -> Alleen TN-S Er moet worden voorzien in de volgende documentatie, die moet worden overgedragen aan de gebruiker van de installatie: een plattegrond met daarop de plaats van al het elektrisch materieel,  de loop van alle weggewerkte kabels,  een vereenvoudigd distributieschema en  een potentiaalvereffeningsschema met daarop de plaatsen van de vereffeningsverbindingen.

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt Potentiaalvereffening

Ruimte voor veeteelt,…

Automatische levensondersteunende voorzieningen voor intensieve veehouderij Indien de toevoer van voer, water, lucht en/of licht aan de levende have niet gewaarborgd is bij een storing in het openbare net, moet zijn voorzien in een zekere stroomvoorziening zoals een alternatieve of back-upvoeding Voor de voeding van ventilatie- en verlichtingseenheden moet zijn voorzien in aparte eindgroepen. Deze stroomketens mogen alleen elektrisch materieel voeden dat nodig is voor de werking van de ventilatie en verlichting.  De voedingsketens van de ventilatie moeten onafhankelijk worden bedreven en niet worden beïnvloed door situaties met overstroom en/of kortsluiting naar aarde in andere stroomketens. Indien elektrisch aangedreven ventilatie in een installatie noodzakelijk is moet zijn voorzien in een van onderstaande maatregelen:  een stand-by elektrische voedingsbron met voldoende vermogen voor de elektrische ventilatie of  bewaking van temperatuur en voedingsspanning

PV-systemen en Elektrische auto’s

Effect van DC-componenten  toestellen voor aardlekbeveiliging type AC niet toegelaten (algemeen)

Aansluiten op bestaande groep

IB  IN  IZ I 2  I P V  1,45  I Z

Toestellen <2,25A

PV en het openbare net  Spanningsniveau belangrijk aspect

Praktijkprobleem Aansluiting PV-systeem op stal boerderij

Aandachtspunten aanleg PV  Let op: DC-kant blijft onder spanning

 Kortsluitstroom PV-panelen niet veel meer dan 1,1 In  Leg leidingen + en – op een zodanige wijze dat kans op sluiting nihil is  Zorg voor geschikt materieel (schakelaars)

 Aardlekbeveiliging geschikt voor het PV-systeem (type B)  Potentiaalvereffening van metalen delen

Rubriek 712 van de NEN bijgewerkt naar laatste stand der techniek

Benodigde berekeningen Spanningsverlies/variatie

Kortsluitstroom (kortsluitvastheid)

Aardfoutstroom

Voorbeeld leidingberekening 125A

M

In grond YMvKas 0,8 K.m/W l=60m

100 MVA

10kV/400V 400 kVA Uk=5%

Op houten wand 25°C l=5m

Licht 30% , 3e harmonische C: 40A

Berekenen doorsnede grondkabel 125A

In grond YMvKas 0,8 K.m/W, l=60m

Berekenen leiding licht verdeelinrichting

Op houten wand 25°C Licht 30% , 3e harmonische C: 40A

Berekenen maximale lengte

Spanningsverlies 125A

l=60m 25 mm2 Cu 𝑅 = 48𝑚Ω ; 𝑋 = 4,8𝑚Ω l=5m 16 mm2 Cu

𝑅 = 6,25𝑚Ω ; 𝑋 = 0,4𝑚Ω

C: 40A

4,8𝑉

𝑈𝑣 = 125 ∗

48 ∗ 1000

0,8 + 125 ∗

4,8 ∗ 1000

0,6 + 40 ∗

6,25 ∗ 1000

0,8 + 40 ∗

0,4 ∗ 1000

0,6 = 5,37𝑉 2,33%

Spanningsvariatie  Maximaal 3% op overdrachtspunt

Spanningsvariatie 125A

M

l=60m 25 mm2 Cu

𝑃𝑎𝑠 = 11𝑘𝑊 𝐼𝑛 = 22𝐴 𝐼𝑎 = 110𝐴 𝑃𝐹𝑎 = 0,4

𝑅 = 48𝑚Ω ; 𝑋 = 4,8𝑚Ω l=5m 16 mm2 Cu

𝑅 = 5𝑚Ω ; 𝑋 = 16𝑚Ω

𝑅 = 6,25𝑚Ω ; 𝑋 = 0,4𝑚Ω

C: 40A

Δ𝑈 = 110 ∗

5+48 ∗ 1000

0,4 + 110 ∗

16+4,8 ∗ 1000

0,92 = 4,44𝑉 1,9%

Max. 2/minuut

Kortsluitvastheid componenten 125A

l=60m 25 mm2 Cu 𝑅 = 48𝑚Ω ; 𝑋 = 4,8𝑚Ω l=5m 16 mm2 Cu

𝑅 = 5𝑚Ω ; 𝑋 = 16𝑚Ω

𝑅 = 6,25𝑚Ω ; 𝑋 = 0,4𝑚Ω

C: 40A

𝐼𝑘 =

230 (5 + 48 +

6,25)2 +(16 + 4,8

+

0,4)2

= 3650𝐴

Conclusies  Meer denk- en rekenwerk  Niet vanwege norm maar vanwege technische ontwikkelingen  Meer kennis van componenten/toestellen nodig

 Norm is aangepast aan nieuwe technologie

Onderlinge verwevenheid en afhankelijkheid van toestellen/installatie/net wordt groter