De lichtmast Vernieuwing nodig? Roel J Ritsma Entheq Technology Group BV W. Vleertmanstr. 31, 7575 EC Oldenzaal Postbus 416, 7570 AK Oldenzaal Telefoon: 0541-534513 Fax: 0541-536104 Website: www.entheq.nl Email: info@entheq.nl Dacht van wel Nieuwe lichtmasten Aansluiten NEN 1010 elektrische installatie Correcte installatie Goed vakmanschap Foutbescherming Voorbeveiliging vs circuitimpedantie Moderne belastingen Samenbouw NEN 61439 Voorkomen van ongewenst uitschakelen Inschakelstromen Thermisch ontwerp Verdeelsysteem en temperaturen Correcte installatie? Correcte installatie? 1
Correcte installatie? Correcte installatie? Correcte installatie? Foutbescherming niet aanwezig Geen aarding Nieuwe lichtmasten Aansluiten Hoofdstuk 41 (Bescherming tegen elektrische schok) NEN 1010 elektrische installatie Correcte installatie Goed vakmanschap Bescherming tegen elektrische schok bij NORMAAL bedrijf heet nu: BASISBESCHERMING. Voorheen werd dit bescherming tegen directe aanraking genoemd. Foutbescherming Samenbouw NEN 61439 Voorbeveiliging vs circuitimpedantie Voorkomen van ongewenst uitschakelen Moderne belastingen Inschakelstromen Bescherming van fundamentele delen door isolatie van actieve delen of Bescherming door afschermingen of omhulsels Dit kan dan niet Thermisch ontwerp Verdeelsysteem en temperaturen 2
Hoofdstuk 41 (Bescherming tegen elektrische schok) Bescherming tegen elektrische schok bij het optreden van een FOUT heet nu: FOUTBESCHERMING Voorheen werd dit bescherming tegen indirecte aanraking genoemd. Foutbescherming kan door: Beschermende vereffening en automatische uitschakeling van de voeding Dubbele of versterkte isolatie Elektrische scheiding van de voeding voor één elektrisch toestel Extra lage spanning: SELV en PELV Hoofdstuk 41 (Bescherming tegen elektrische schok) BASISBESCHERMING. FOUTBESCHERMING Boven op de twee genoemde beschermingsmaatregelen is, voor een aantal situaties, nog een EXTRA beschermingsmaatregel vereist: AANVULLENDE BESCHERMING. 30 ma aardlekschakelaar Foutbescherming in TN- stelsel en in TT-stelsel met goede aarding Dit wil je niet Bij toepassing van een beveiligingstoestel tegen overstroom, moet aan de volgende voorwaarde zijn voldaan: Z s. I a U 0 Z s is de impedantie in Ω van de stroomketen waarin de fout optreedt I a is de stroom die het beveiligingsmiddel automatisch doet aanspreken binnen 0,2s (TT-stelsel) of 0,4s (TN-stelsel) voor eindgroepen die contactdozen voeden en eindgroepen van maximaal 32 A U 0 is de nominale spanning ten opzichte van aarde (meestal 230 V) 15 TT-stelsel TT-stelsel: meting Zs L1 L2 L3 N PE R B R A 3
TN-stelsel TN-stelsel: meting Zs L1 L2 L3 N PE R B Voorbeelden van waarden van I A Voorbeelden van waarden van I A Voorbeelden van waarden van Z S Beveiligingstoestel I a (o,2s) Z s max 16 A gg-smeltpatroon 2) 132 A 1,75 Ω 16 A B-automaat 80 A 2,88 Ω 16 A C-automaat 160 A 1,44 Ω 16 A D-automaat 320 A 0,72 Ω 30 ma aardlekschakelaar 0,15 A 3) 1,533 Ω 300 ma aardlekschakelaar 1,5 A 3) 153,3 Ω Beveiligingstoestel I a (o,4s) Z s max 16 A gg-smeltpatroon 1) 112 A 2,05 Ω 16 A B-automaat 80 A 2,88 Ω 16 A C-automaat 160 A 1,44 Ω 16 A D-automaat 320 A 0,72 Ω 30 ma aardlekschakelaar 0,15 A 1,533 Ω 2) 300 ma aardlekschakelaar 1,5 A 153,3 Ω 2) TT-stelsels: 0,2 s TN-stelsels: 0,4 s Terug naar de parkeerplaats Metingen: Paal: eind van een tracee Z [Ω] Ip [A] L1-N 3,07 75 L2-N 3,28 70 L3-N 3,11 74 L1-PE 2,83 81 L2-PE 2,83 81 L3-PE 2,81 82 L1-Mast 2,88 80 Voorbeveiliging: automaat C 16A. Eis: Zs minimaal 1,4 Ω / 160A Niet goed 4
Oplossing Metingen: Paal: eind van een tracee Z [Ω] Ip [A] L1-N 3,07 75 L2-N 3,28 70 L3-N 3,11 74 L1-PE 2,83 81 L2-PE 2,83 81 L3-PE 2,81 82 L1-Mast 2,88 80 Voorbeveiliging: automaat C 16A vervangen door C 6A. Eis: Zs minimaal 3,8 Ω / 60A Oplossing En het licht ging aan. En direct weer uit Automaat schakelt automatisch uit NEN 1010 elektrische installatie Foutbescherming Samenbouw NEN 61439 Thermisch ontwerp Nieuwe lichtmasten Correcte installatie Voorbeveiliging vs circuitimpedantie Voorkomen van ongewenst uitschakelen Verdeelsysteem en temperaturen Aansluiten Goed vakmanschap Moderne belastingen Inschakelstromen Moderne belastingen Hogere harmonische en belasting nul-geleider: onderwerp Hager NEN informatiedagen 2011 Hogere harmonische ontstaan door zogenoemde niet lineaire belastingen Dit is geen nieuw verschijnsel. verzadiging van ijzerkernen TL verlichting Moderne belastingen: schakelende voedingen gelijkrichters elektronische ballasten voor verlichtingen Lineaire en niet-lineaire belastingen Lineaire belasting: er is een vaste verhouding tussen spanning en stroom Niet lineaire belasting: gelijkrichter U = I x Z waarbij Z constant is 5
Schakelingen gebaseerd op gelijkrichters Inschakelstromen Algemeen: elektronische apparatuur Schakelende voedingen: IT toestellen zoals PC s Gelijkrichter met stroombronkarakteristiek: batterijladers Voorschakelapparaten verlichting Inschakelen van een PC Inschakelen van verlichting 300.0 200.0 100.0 A V 0.000-100.0-200.0-300.0 25-2-2010 10:51:30.142 1.000 (ms) 200 usec/div 25-2-2010 10:51:30.143 Inschakelen van verlichting Inschakelstromen en specifieke apparatuur 180.0 160.0 140.0 120.0 A 100.0 80.00 60.00 40.00 20.00 0.000 25-2-2010 10:51:30.142 1.000 (ms) 200 usec/div 25-2-2010 10:51:30.143 6
Terug naar de parkeerplaats Verlichting met elektronische voorschakelapparaten Bij inschakelen verlichting: inschakelstroom Beveiliging tegen overbelastingsstroom (Hoofdstuk 43) Kenmerken overbelastingsstroom: Stroomsterkte vanaf 1,45 maal de nominale stroom (>1,45 I n ) Relatief langzame opwarming van geleiders en isolatiemateriaal Waarom beveiligen? Beveiligen van toestellen, leidingen, schakelaars, enz., tegen oververhitting en brand. Beschermen van de opstellingsomgeving (mens en materieel) 38 Beveiliging tegen kortsluiting (Hoofdstuk 43) Karakteristieken Kenmerken kortsluitstroom: Stroomsterkte vele malen groter dan de nominale stroom (>> I n ) Zeer snelle opwarming van geleiders en isolatiemateriaal Grote mechanische krachten tussen geleiders Waarom beveiligen? Beveiligen van toestellen, leidingen, schakelaars, enz. Beschermen van de opstellingsomgeving (mens en materieel) 39 40 Automaat: gevoelig voor piek-inschakelstromen Indien de piekwaarde van de inschakelstroom de drempel van de elektro magneet in de automaat overschrijd treedt heel snel ongewenst aanspreken op. Oplossingen Bij handmatig inschakelen van een automaat: 2 maal snel achter elkaar inschakelen. Na de eerste keer zit de C nog vol Automaat vergroten kon niet ivm de foutbescherming Alternatief: een zekering toepassen. Zekeringen reageren op warmte (I 2 t) en niet op de piekwaarde van de stroom moet er nog wel voldoende ruimte in de kast zijn 7
En nog heel wat anders Schakelcomponenten moeten ook in staat zijn de belastingen met hoge inschakelstromen goed en vaak genoeg in te kunnen schakelen AC klasse AC klasse Nieuwe lichtmasten Aansluiten NEN 1010 elektrische installatie Correcte installatie Goed vakmanschap Foutbescherming Voorbeveiliging vs circuitimpedantie Moderne belastingen Samenbouw NEN 61439 Voorkomen van ongewenst uitschakelen Inschakelstromen Omtrent lampen: geen specifieke informatie vanmiddag meer Thermisch ontwerp Verdeelsysteem en temperaturen Verdeler met din modulaire magneetschakelaars Verdeler met din modulaire relais Pr.nr. 1210087 8
Verdeler met din modulaire relais Verdeler met din modulaire relais Let op: Dissipatie door stroom door de schakelaar Dissipatie door bekrachtiging spoel Verdeler met domotica componenten Verdeler met domotica componenten Pr.nr. 1200387 Pr.nr. 1200387 Temperatuurverhoging Maximale temperatuurstijgingen volgens IEC 61439 Built-in components 1) Parts of ASSEMBLIES Temperature rise K In accordance with the relevant product standard requirements for the individual components or, in accordance with the component manufacturer's instructions 6), taking into consideration the temperature in the ASSEMBLY Terminals for external insulated conductors 70 2) Busbars and conductors Limited by 6) : mechanical strength of conducting material 7) (blank koper: max 105K) possible effect on adjacent equipment; permissible temperature limit of the insulating materials in contact with the conductor; effect of the temperature of the conductor on the apparatus connected to it; for plug-in contacts, nature and surface treatment of the contact material. Temperatuurverhogingen: algemene regels Stroom door een geleider dissipeert: I 2 R komt vrij in de vorm van warmte Koeling (warmte-afvoer) vindt plaats door: Geleiding Convectie Straling Manual operating means: of metal of insulating material Accessible external enclosures and covers: metal surfaces insulating surfaces Discrete arrangements of plug and socket-type connections 15 3) 25 3) 30 4) 40 4) Determined by the limit for those components of the related equipment of which they form part 5) Voor geleiding en convectie geldt: warmteafvoer is recht evenredig met temperatuurverschil dus: dissipatie 2 maal zo groot, temperatuurstijging 2 maal zo groot. Straling gaat met T 4, als algehele stelling kun je onder de 100 o C straling verwaarlozen 9
Temperatuurverhogingen: vuistregels Neemt de dissipatie met een factor 2 toe, dan neemt ook de temperatuurstijging met een factor 2 toe Componenten volgens eigen voorschrift Test in open lucht! Neemt de stroom met factor 2 toe dan neemt de dissipatie met een factor (2) 2 = 4 toe en dus de temperatuurstijging ook met een factor 4 Noot: Pdiss = I 2 R L Goede koeling door convectie en straling Bedrading werkt als een radiator (warmtegeleiding ) L Voorbeeld: de stroom wordt verhoogd van 50A naar 60A. De stroom neemt dus met een factor 1,2 toe, de dissipate met (1,2) 2 = 1,44 en dus ook de temperatuurstijging met een factor 1,44 Geleiders bij test: single-core PVC-geïsoleerde Cu-geleiders of Cu-rails die mat zwart geschilderd zijn doorsnede correspondeert met teststroom lengte L I <400 A <800 A <3150 A L 1 m 2 m 3 m Componenten ingebouwd Temperaturen volgens 61439 test in kast van verdeelsysteem: doorgaans meer dan één component korte interne verbindingen doorsnede geleiders bij test zelfde als voor test van individuele component Koeling substantieel slechter dan bij individuele test van componenten: grootste deel straling wordt door kastwanden gereflecteerd geen optimale convectie warmtestroom door de kast treedt alleen op bij hogere temperatuurverschillen componenten warmen elkaar wederzijds op bij hogere stromen wervelstromen in staaldelen die tot additionele warmtebronnen leiden Invloed interne geleiders Componenten dissiperen, maar geleiders ook! Invloed interne geleiders Doorsnede interne geleiders van groot belang! Type component (3-polig) Lastschakelaar SB463 Automaat MBN563E Inom [A] Dissipatie P component (63A/3p) [W] Voorgeschreven bedradingsdoorsnede [mm2] Dissipatie component inclusief 1 meter draad (63A/3p) [W] 63 7 10 27 63 19 16 32 Draaddoorsnede [mm2] Dissipatie P van 1 meter draad bij 63A (3 fasen) [W] 6 34 10 20 16 13 25 8 Noot: hoe meer de component dissipeert, des te meer warmte er ook via de aangesloten geleiders moet worden afgevoerd 10
Hoe wordt een verdeelsysteem belast? RDF ( gelijktijdigheidsfactor ) Standaard tabel (IEC 61439-2) als er van de eindgebruiker geen opgegeven specificatie is In de praktijk zal niet iedere component (lees eindgroep) gelijktijdig in hoge mate belast worden Het voorschrift houdt hier rekening mee Type of load Assumed loading factor Electric actuator 0,2 Motors 100kW 0,9 Motors > 100kW 1.0 Cable feeder 0,6 Specificatie is de gelijktijdigheidsfactor Invloed gelijktijdigheidsfactor op dissipatie Case: de gelijktijdigheidsfactor wordt van 0,6 naar 0,8 verhoogd. Wat betekent dit voor de temperatuurstijgingen in een paneel? Invloed gelijktijdigheidsfactor op dissipatie Antwoord: die verdubbelen bijna! Gelijktijdigheidsfactor van 0.6. Voor de dissipatie geldt: P dissipatie groep = 0.36 ( I 2. R ) groep Gelijktijdigheidsfactor van 0.8. Voor de dissipatie geldt: P dissipatie groep = 0.64 ( I 2. R ) groep Dissipatie neemt met factor 0.64/0.36=1.8 temperatuurstijgingen nemen ook met factor 1.8 toe Verificatie temperatuur stijgingen verificatie door analyse ja Optie 1 en 2: belangrijkste criteria verificatie door test nee optie 1 nee optie 2 nee samenbouw afgedekt door eerdere test nee temperatuur test ja ja ja Flowdiagram temperatuurverhogingen De maximale dissipatie in de kast die leidt tot een temperatuurstijging van de lucht in de kast van 20 o C is van de fabrikant bekend of de temperatuurstijging is berekend volgens NEN/EN/IEC 60890 De wattverliezen van alle inbouwcomponenten zijn van de leveranciers bekend Geen enkele inbouwcomponent zal boven de 80% van zijn nominale stroom belast worden De doorsnede van de toegepaste interne bedradingen is conform de voorgeschreven waarde uit het voorschrift Met de wattverliezen van de interne bedrading zal rekening gehouden worden Verdeelsysteem is geverifieerd 11
Tabel toegestane dissipatie fabrikant Temperatuurprofiel in de kast (NEN/EN/IEC 60890) Temperatuurstijging 20 o C Optie 1 en 2: belangrijkste criteria Watt verliezen inbouw componenten De maximale dissipatie in de kast die leidt tot een temperatuurstijging van de lucht in de kast van 20 o C is van de fabrikant bekend of de temperatuurstijging is berekend volgens NEN/EN/IEC 60890 De wattverliezen van alle inbouwcomponenten zijn van de leveranciers bekend Geen enkele inbouwcomponent zal boven de 80% van zijn nominale stroom belast worden De doorsnede van de toegepaste interne bedradingen is conform de voorgeschreven waarde uit het voorschrift Met de wattverliezen van de interne bedrading zal rekening gehouden worden Optie 1: belangrijkste criteria De maximale dissipatie in de kast die leidt tot een temperatuurstijging van de lucht in de kast van 20 o C is van de fabrikant bekend of de temperatuurstijging is berekend volgens NEN/EN/IEC 60890 De wattverliezen van alle inbouwcomponenten zijn van de leveranciers bekend Geen enkele inbouwcomponent zal boven de 80% van zijn nominale stroom belast worden De doorsnede van de toegepaste interne bedradingen is conform de voorgeschreven waarde uit het voorschrift Met de wattverliezen van de interne bedrading zal rekening gehouden worden Kabeldoorsneden 1. Interne geleiders moeten een minimale kabeldoorsnede hebben gebaseerd op 125% van de toegestane stroom I n van de functionele unit ( eindgroep of voedingsveld ) volgens IEC 60364-5-52. 2. IEC 60364-5-52 is in vrij vertaald Nederlands kabeldimensionering volgens NEN 1010 3. Voorbeelden zijn opgenomen in Annex H van de IEC 61439-1 Noot: in editie 1 (2009) was punt 1 nog gebaseerd op de nominale stroom van de functionele unit. Bedenk: 125% x 80% (max toegestane belasting componenten) = 100% 12
b) c) d) Annex H Table H.1 Operating current and power loss of single-core copper cables with a permissible conductor temperature of 70 C (ambient temperature inside the ASSEMBLY: 55 C) 70 o C 55 o C Annex H: omrekenen van 70 o C naar 90 o C Table H.4 Factor k4 for different temperatures of the air inside the ASSEMBLY and / or for the conductors Spacing at least one cable diameter Conductor arrangement Single-core cables in a Single-core cables, Single-core cables, cable trunking on a touching free in air or spaced horizontally wall, run horizontally. on a perforated tray. in free air 6 of the cables 6 cables (2 three-phase circuits) (2 three-phase circuits) continuously loaded continuously loaded Air temperature inside the enclosure around the conductors C Conductor temperature of 70 C Factor k 4 Conductor temperature of 90 C Crosssectional of conduc- operating losses per operating losses per operating losses per Resistance Max. Power- Max. Power- Max. Power- area of tor at current conductor current conductor current conductor conductor 20 C, R a) b) c) d) 20 I max P v I max P v I max P v mm² mω/m A W/m A W/m A W/m 20 2,0 8 2,49 25 1,94 2,37 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 12,1 7,41 4,61 3,08 1,83 1,15 0,727 0,524 0,387 0,268 0,193 0,153 0,124 0,0991 0,0754 8 10 14 18 24 33 43 54 65 83 101 117 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5 9 13 18 23 32 44 59 74 90 116 142 165 191 220 260 1,3 1,5 1,7 2,0 2,3 2,7 3,0 3,4 3,7 4,3 4,7 5,0 5,4 5,7 6,1 15 21 28 36 50 67 89 110 134 171 208 242 278 318 375 3,2 3,7 4,2 4,7 5,4 6,2 6,9 7,7 8,3 9,4 10,0 10,7 11,5 12,0 12,7 30 1,82 2,26 35 1,69 2,14 40 1,54 2,03 45 1,35 1,91 50 1,18 1,77 55 1,00 1,62 60 0,77 1,48 Tabel voor 90 o C draad Operating current and power loss of single-core copper cables with a permissible conductor temperature of 90 C (ambient temperature inside the ASSEMBLY: 55 C) Verificatie Spacing at least one cable diameter Conductor arrangement Single-core cables in a Single-core cables, Single-core cables, cable trunking on a touching free in air or spaced horizontally wall, run horizontally. on a perforated tray. in free air 6 of the cables 6 cables (2 three-phase circuits) (2 three-phase circuits) continuously loaded continuously loaded Crosssectional of conduc- Resistance area of tor at conductor 20 C, R a) 20 Max. operating current Imax Powerlosses per conductor Pv Max. operating current Imax Powerlosses per conductor Pv Max. operating current Imax Powerlosses per conductor Pv mm² mω/m A W/m A W/m A W/m 1,5 12,1 13 15 24 2,6 3,3 9,1 2,5 7,41 16 21 34 2,5 4,2 11,0 4 4,61 23 29 45 3,0 5,0 12,1 6 3,08 29 37 58 3,4 5,5 13,4 10 1,83 39 52 81 3,5 6,3 15,4 16 1,15 53 71 109 4,2 7,5 17,3 25 0,727 70 96 144 4,5 8,5 19,3 35 0,524 87 120 178 5,1 9,6 21,3 50 0,387 105 146 217 5,5 10,5 23,3 70 0,268 134 188 277 6,2 12,1 26,3 95 0,193 164 230 337 6,6 13,1 28,0 120 0,153 190 267 392 7,0 14,0 30,1 150 0,124 309 450 15,2 32,2 185 0,0991 356 515 16,1 33,7 240 0,0754 421 608 17,1 35,6 2 P = I R [ 1+ α ( T 20 C) ] v max 20 c α = 0,004 Het verdeelsysteem is OK indien de dissipatie van de ingebouwde componenten en bedrading niet hoger is dan de door de fabrikant opgegeven waarde van de dissipatie in de kast die leidt tot een temperatuurstijging van de lucht in de kast van 20 o C Of De berekende temperatuurstijging van de lucht in de kast volgens NEN/EN/IEC 60890 overschreidt de maximale werktemperatuur van de componenten niet. Vragen? 13