Nieuwe NEN Prof. dr. ir. Sjef Cobben

Transcriptie

1 Nieuwe NEN Prof. dr. ir. Sjef Cobben

2 Uitleg en Toepassingen NEN 1010 Nieuwe NEN 1010 vraagt om uitleg Nieuwe toepassingen Nieuwe technologie Norm is (en kan geen leerboek zijn) Meer uitleg over benodigde berekeningen

3 Programma Welkom, aanleiding Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010 Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen Compatibiliteit, een onderbelicht probleem Aantal bijzondere ruimten Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk Discussie

5 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

6 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

7 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

8 Deel 4: Beschermingsmaatregelen De bescherming tegen alle thermische effecten en brand Eisen die verband houden met vluchtroutes en ontruiming in een noodsituatie zijn uitgebreid Eisen die verband houden met de aard van verwerkt of opgeslagen materiaal zijn aangepast Eisen die verband houden met brandbare materialen zijn aangepast. De eisen die verband houden met brandvoortplanting zijn aangepast. Nieuwe eisen voor de keuze en installatie van installaties op plaatsen met gevaar voor onvervangbare goederen zijn toegevoegd

9 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

10 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

11 Deel 5: Dimensionering leidingen Maatregelen om stromen in PE-leiding te beperken Dimensionering kabels bij aanwezigheid harmonische stromen Spanningsverlies in de installatie (of spanningsopdrijving)

12 Deel 5: Leidingbeveiliging Installatiemethoden D1 en D2 (kabels in de grond met of zonder mantelbuis) opgenomen Rubriek 523.9, over eenaderige kabels met een metalen afscherming, is toegevoegd Eisen opgenomen over nabijheid ondergrondse voedingskabels en telecommunicatiekabels Tabellen zijn enigszins gewijzigd Methodiek is in het algemeen wel gelijk

13 Deel 5: Aarding en extra s Informatie over aardelektrode voor bescherming tegen elektrische schok en bliksembeveiliging Bijlagen 54.C en 54.D, over fundatieaardelektroden en in de grond aangebrachte aardelektroden Rubriek 557 (stuurstroomketens) is toegevoegd. Rubriek 559 (verlichtingsarmaturen en verlichtingsinstallaties) is toegevoegd

14 Deel 5:Veiligheidsvoorzieningen Nieuwe termen en definities; reactietijd, centraal vermogensvoedingssysteem, vluchtroute Automatische voedingen zijn nu ingedeeld volgens de maximale omschakeltijd Aandacht voor voedingen voor veiligheidsvoorzieningen die parallel in bedrijf kunnen zijn Eisen aan batterijen als voeding voor veiligheidsvoorzieningen Bedieningsinstructies zijn vereist (en meer documentatie) Gedetailleerde eisen voor toepassingen van verlichting voor vluchtroutes, DC-ketens Er zijn aanvullende eisen opgenomen voor eerste inspectie en periodieke inspectie

15 Deel 5 (Deel 7) 510.4: Omvang en uitvoering van de installatie in tot bewoning bestemde gebouwen, logiesgebouwen en woonschepen In elke betreedbare ruimte in tot bewoning bestemde gebouwen, logiesgebouwen en woonschepen moeten voldoende contactdozen en aansluitpunten voor verlichting zijn aangebracht om op veilige en doelmatige wijze de ruimte te kunnen gebruiken De installatie moet zijn verdeeld in voldoende eindgroepen om gelijktijdig gebruik van te voorziene apparatuur mogelijk te maken. Waar nodig moet voor specifieke apparaten met een hoge aansluitwaarde worden voorzien in afzonderlijke eindgroepen. OPMERKING Vooral (keuken)toestellen met een verwarmingsfunctie kunnen een hoge aansluitwaarde hebben waardoor in bepaalde ruimten aparte eindgroepen en/of meerdere eindgroepen met contactdozen voor algemeen gebruik nodig zijn Rekening houdend met en , moet voor de aanleg van de installatie de omvang van de installatie worden afgestemd met de opdrachtgever en (indien mogelijk) met de (toekomstige) eigenaar/gebruiker van de installatie.

16 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)

17 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.

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

20 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 Application of equipotential bonding and earthing in buildings with information technology equipment Meer stromen door nulgeleider of PE(N)-geleider Meer hoogfrequente stromen

21 Uitschakeltijden Distributieketens: 5s bij TN en 1s bij TT

22 Beschermende vereffening In elk gebouw moeten de aardleiding, de hoofdaardrail of -klem en de volgende geleidende delen met de beschermende vereffening zijn verbonden: Metalen leidingen voor inpandige voorzieningen, bijvoorbeeld gas en water; Vreemde geleidende delen van de gebouwconstructie; Metalen centrale verwarmings- en luchtbehandelingssystemen; Metalen wapening van gewapende betonconstructies (indien bereikbaar doorverbonden); Bij delen die van buiten het gebouw komen, vereffening bij het punt van binnenkomst.

23 TT-stelsel Net Installatie I A I B R B U F R A R R C C 30 I N 40 I N smeltpatronen B-automaten

24 Circuitweerstand bij automaat B-automaat: R C I N 46 I N 40 I N

25 Van B- naar C-automaat 0,1 0,4 B-20A 1,5 B C : : R R C C I N I N 40 I N 20 I N 2 1 0,5

26 Aardlekbeveiliging Niet meer dan 4 eindgroepen achter 30mA aardlekschakelaar R A U I L N 50 0, Ω

27 Effectiviteit aardlekschakelaars

28 Aardlekbeveiliging Op één tweepolig toestel voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30 ma mogen ten hoogste vier eindgroepen zijn aangesloten. Het aansluiten van èènfase-eindgroepen op een vierpolig toestel voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30mA is niet toegelaten. Stroom door het lichaam Capacitieve lekstroom

29 Gemeenschappelijke voorziening

30 Gekoppelde aarding in TT-stelsels

31 Aardingssystemen TT-stelsel TN-stelsel Meest betrouwbaar

32 Sluiting in distributienet L NET INSTALLATIE PE Ook 5 seconde toepasbaar!

33 Spanning van binnen 3 M Potentiaalverschillen in de installatie aanwezig?

34 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)

35 Aanbieden aarding vanuit netbeheerder

36 Soortgelijke systemen voor DC

37 Schakelen van de nul bij meerdere voedingen 4-polig

38 Schakelen nul bij meerdere voedingen Onnodig schakelen ALS Onverwachte stromen door nul-geleider Aardlekbeveiliging?

39 Aarding bij meerdere voedingen 1 punt waar voedingen met aarde worden verbonden

40 Bronnen van EMI Schakelapparatuur voor inductieve belastingen; Elektromotoren; Tl-verlichting; Lasapparaten; Gelijkrichters; Choppers; Frequentieomzetters en regelaars; Schakelende voedingen; Transformatoren; Railsystemen.

41 Beïnvloeding door magnetische velden

42 Potentiaalvereffening Aardingssysteem voor: Veiligheidsaarding Voorkomen overspanningen Functionele aarding

43 Mogelijke oplossingen De installatie van beveiligingstoestellen tegen overspanning en/of filters Voedingskabels en signaalkabels zouden gescheiden moeten worden gehouden Geleidende afschermingen (bijvoorbeeld armering, folies) van kabels

44 Aansluiten extra PE

45 Scheiden van stroomketens

47 Componentengegevens versus systeemdenken

48 Inschakelstromen + harmonischen

49 Doorsnede van geleiders De doorsnede van geleiders moet zowel voor normale bedrijfsomstandigheden als voor foutsituaties zijn bepaald in overeenstemming met: De hoogste toelaatbare temperatuur van de geleiders; Het toelaatbare spanningsverlies; De verwachte elektromechanische krachten veroorzaakt door aardfout- en kortsluitstromen; Andere mechanische krachten waaraan de geleiders kunnen worden onderworpen; De hoogste impedantie waarbij de beveiliging tegen foutstromen nog werkt; De wijze van installatie

50 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.

51 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 I B 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 I B ; voor de nulleiding: passend bij een stroom gelijk aan 1,45 I B van de faseleidingen.

52

53 Voorbeeld leidingberekening Showroom met veel verlichting (schema) B-16A 3 16 mm2 koper 3 63 A relais 40 lampen/groep Totaal 80 groepen

54 Metingen Spaarlamp 12 W CF=3,75

55 Harmonischen spaarlamp THD(i) = 115%

56 Eigenschappen harmonischen Meedraaiend, tegendraaiend, homopolair

59 Berekening volgens NEN 1010 I1 31A I3 23,25 I5 17,05 I7 14,88 I P DPF U f 3 80*40*6W 0, A 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 I P U 80*40*6W 0, rms PF 53 f I N 3 I ) (3 I ) (3 I ) (3 I ) 86A ( A A

60 Voorbeeld leidingberekening Zonder harmonische: I Z 69,6 0,82 85A 25mm 2 Met 3 e harmonische: I Z 70 0,82 85A 25mm 2 Met alle veelvouden van 3: I Z 86 0,82 104A 35mm 2

61 PAUZE

62 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.

63 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.

64 Vermogen, blindvermogen

65 Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen P S S P 2 Q 2 Q

66 Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen S P D S P 2 Q 2 D 2 Q

67 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

69 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)

70 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)

71 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.

72 Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt Potentiaalvereffening

73 Ruimte voor veeteelt,

74 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

75 PV-systemen en Elektrische auto s

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

77 Toepassing micro-inverters DC AC DC AC Geen DC-installatie Minder brandgevaar MPP-tracking per module Minder last van verliezen door schaduw DC AC

78 Opbouw PV-systeem I (A) U (V)

79 Maximale spanning PV-modules kunnen in serie zijn geschakeld tot aan de maximaal toegelaten bedrijfsspanning van de PV-modules (UOC STC van de PV-strengen) en de PV-omvormer, afhankelijk van welke de laagste is.

80 Begrippen UOC max ISC max Maal het aantal modules in serie Maal het aantal strings parallel

81 Opbouw PV-systeem

82 Beveiliging van de hoofd DC-kabel I SCMAX generator I Z

83 Aansluiten op bestaande groep I I B 2 I I N PV I Z 1,45 I Z Toestellen <2,25A

84 Spanningsniveau belangrijk aspect PV en het openbare net

85 Berekening van spanningen energieverliezen Algemene formules: U V I R cos I X sin P V I 2 R Spanningsverlies DC: U V 2 I R 2 l A Spanningsverlies AC: U V 2 I R 2 l A Spanningsopdrijving beperken tot 1% (advies)

86 Praktijkprobleem Aansluiting PV-systeem op stal boerderij

87 Elektrische schema Van transformatorruimte tot PV belasting 300m 95 Al 10,5 kv 50m 10 Cu 10kV/400V Kabel 95 Al 10 Cu R (mohm) X (mohm) 16 0,5 50 kw

88 Gegevens opwek en belasting belastingspatroon opwekpatroon kw kw tijd tijd

89 Berekening spanningen Spanning wordt te hoog! Inverter schakelt vaak af Spanningsopdrijving beperken tot 11V U LV V U I R (50 2) ,9V U PV 256V

90 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

91 Laadinrichtingen voor elektrische voertuigen stroomketens bestemd om elektrische voertuigen van energie te voorzien; stroomketens bestemd om elektrische energie vanuit elektrische voertuigen terug te voeden in het elektriciteitsnet (nog niet ingevuld)

92 Laadinrichtingen voor elektrische voertuigen TN-C stelsel niet toegestaan Meerdere aansluitpunten -> gelijktijdigheid 1, tenzij Beveiliging door aardlekbeveiliging (type A, B) voor elke aansluitpunt of elektrische scheiding Afzonderlijke stroomketen

94 Benodigde berekeningen Spanningsverlies/variatie Kortsluitstroom (kortsluitvastheid) Aardfoutstroom

95 Leidingberekening Berekenen van: Bedrijfsstroom Benodigde/verwachte Iz kabel Maximale lengte bij aardfout Maximale lengte bij kortsluiting fase/nul Maximale kortsluitstroom bij vermogensschakelaars Optredende spanningsverlies Optredende spanninvariatie Eventueel optredende verliezen Computer kan ook het werk dan maar kent NIET de uitgangspunten

96 Voorbeeld leidingberekening 125A In grond YMvKas 0,8 K.m/W l=60m M 100 MVA 10kV/400V 400 kva Uk=5% Op houten wand 25 C l=5m C: 40A Licht 30%, 3 e harmonische

97 Berekenen doorsnede grondkabel 125A In grond YMvKas 0,8 K.m/W, l=60m

98 Berekenen leiding licht verdeelinrichting Op houten wand 25 C C: 40A Licht 30%, 3 e harmonische

99 Berekenen maximale lengte

100 Spanningsverlies 125A l=60m 25 mm 2 Cu l=5m 16 mm 2 Cu C: 40A

101 Spanningsvariatie Maximaal 3% op overdrachtspunt

102 Spanningsvariatie 125A l=60m 25 mm 2 Cu M l=5m 16 mm 2 Cu C: 40A Max. 2/minuut

103 Kortsluitvastheid componenten 125A l=60m 25 mm 2 Cu l=5m 16 mm 2 Cu C: 40A

104 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