November/December 2023
DC: nieuwe kansen, maar ook nieuwe risico’s
Het bewustzijn van DC-mogelijkheden groeit, maar gelijkspanning introduceert ook nieuwe risico’s. Zo is er de laatste tijd ophef over de gevolgen van bijbehorende DC-lekstromen die in relatief hoog tempo kunnen leiden tot corrosie van metalen constructies. Aandacht en maatregelen zijn dus gewenst om de potentie van DC voor de energietransitie ten volle te kunnen benutten.
De reden om ooit wisselspanning te kiezen als standaard, had te maken met de goede en efficiënte transporteerbaarheid. Deze eigenschap was destijds bij DC aanzienlijk slechter en maakte gelijkspanning minder geschikt voor decentrale opwekking en vervolgens het transport naar de afnemers tot in de verste uithoeken van het land. Met de mogelijkheid om steeds meer centraal en lokaal energie op te wekken – over het algemeen gelijkstroom – is de populariteit van gelijkstroom en -spanning toegenomen. Het belangrijkste nadeel (duur transport) vervalt immers en de wereld lijkt open te liggen om de voordelen van DC volop in te zetten voor de energietransitie.
‘Een goede zaak’ meent DC-expert Henry Lootens. ‘Zonder DC gaan we naar mijn mening namelijk geen energietransitie meemaken, dus is het goed om hier maximaal aandacht aan te besteden; in de wet- en regelgeving en de installatiesector, maar ook bij onderzoeksinstituten, overheid en bedrijven, om de benodigde technische en organisatorische ontwikkelingen te doen.’
Gemeentes verbieden steeds vaker pv-velden in de directe nabijheid van gasleidingen.
Lekstroom
Daarbij moet echter ook rekening worden gehouden met de minder gunstige eigenschappen van vooral de DC-apparatuur en AC-DC omzetters. Bijvoorbeeld lekstromen die bekend zijn van AC-systemen, maar ook voorkomen bij DC. Er is echter een belangrijk verschil: bij AC-lekstromen gaat het om stromen die wisselend negatief en positief zijn en elkaar dus opheffen. Mocht er toch een onbalans zijn waardoor stromen te hoog worden, dan triggeren deze een aardlekschakelaar die het systeem in een veilige modus brengt door af te schakelen. Deze aardlekschakelaar triggert echter niet (of slechter) op gelijkstroom en omdat hier geen sprake is van ‘opheffen’, maar van een stroom die één kant op beweegt, leveren DC-lekstromen sneller problemen op.
Een ander probleem, dat door de Stichting Gelijkspanning al geruime tijd wordt aangekaart, is dat DC-lekstromen ongemerkt flink kunnen oplopen en hierbij voldoende energie bevatten om metalen te ioniseren. Hierbij ontstaan zuren waardoor metalen gaan roesten, ofwel ‘opvreten’. In concrete cijfers kan 1 Ampère DC-lekstroom tot zo’n 9 kg ijzer per jaar oplossen. Dit kan dus serieuze problemen opleveren wanneer hierdoor het betonijzer in gebouwen of civiele werken wordt aangetast en de kans bestaat dat de volledige constructie bezwijkt.
De waarschuwingen van de Stichting Gelijkspanning worden pas nu serieus genomen, omdat de voorspelde effecten zichtbaar worden en steeds vaker opduiken. Uit het buitenland komen verhalen over ingestorte bruggen na het vervangen van conventionele verlichting door DC-ledverlichting en ook flatgebouwen hebben last van aantasting van betonijzer. Op verzoek nemen inspectiebureaus steeds vaker DC-lekstroommetingen op in hun standaard meetlijsten. Daarbij moeten zij regelmatig vaststellen dat stromen die de 3A overschrijden – bijvoorbeeld in de stalen framewerken van pv-panelen – geen uitzondering meer zijn. Dit is ook de reden dat gemeentes pv-velden in de directe nabijheid van gasleidingen steeds vaker verbieden en vormt ook een verklaring voor de corrosie die al langer bij de voet van windturbines wordt geconstateerd. Typisch een plek waar de lekstromen afkomstig van de grote DC/AC-omvormers de grond in worden geleid.
1 Ampère DC-lekstroom kan tot zo’n 9 kg ijzer per jaar oplossen
Oplossen en voorkomen
Omdat DC-lekstromen als serieus probleem relatief nieuw zijn, hebben we te maken met maatregelen die moeten worden genomen om bestaande gebouwen en constructies te beschermen én met een specifiek nieuw aandachtspunt bij het ontwerp van nieuwe installaties en gebouwen.
Wat het beschermen van bestaande bouwwerken en installaties betreft, is het verstandig om een DC-aardlekschakelaar te kiezen die schakelt bij een voldoende lage stroom; dus niet pas boven de 300 mA, maar eerder. Vertrouw ook niet op AC-aardlekschakelaars voor het onderscheppen van te hoge DC-lekstromen. Veelal worden deze stromen niet opgemerkt en er is zelfs een reële kans dat de AC-aardlekschakelaar niet functioneert omdat hij verzadigd is door DC-lekstromen.
Lootens: ‘Kijken we naar nieuwe installaties, dan ligt daar wel een taak voor de ontwerper. Ten eerste doet hij er verstandig aan om hoogwaardige DC-componenten toe te passen. Die zijn duurder, maar de kans op grote lekstromen is hiermee aanzienlijk kleiner. Wat dat betreft hoop ik dat de toekomstige wet- en regelgeving fabrikanten verplicht om hun DC-producten volledig lekstroomvrij te maken. De lekstromen die overblijven zullen dermate klein zijn dat ook het optellen ervan niet tot significante problemen leidt. Een tweede maatregel is het aanbrengen van een ‘excellente’ aarding; in feite een ‘snelweg’ voor de DC-lekstromen. Stroom kiest immers de weg van de minste weerstand en zal een voorkeur hebben boven een goede aarding dan een netwerk aan betonijzer.’
Een DC-lekstroom van 1 A kan tot zo’n 9 kg ijzer per jaar oplossen, wat serieuze problemen kan geven wanneer hierdoor het betonijzer in gebouwen of civiele werken wordt aangetast.
Onderwijs
Om deze veranderingen en aandacht tussen de spreekwoordelijke oren te krijgen, is de Stichting Gelijkspanning een voorstander van het opnemen van DC in het huidige onderwijs. Michael Waltman (business unitmanager Compliance): ‘Van oudsher zijn installateurs in Nederland opgeleid in wisselspanning. We kunnen niet anders concluderen dat dit redelijk goed gebeurt, aangezien er in ons land relatief weinig verkeerd gaat. Onze installateurs beheersen hun vak. Ze zullen echter aanvullend moeten worden opgeleid om de verschillen tussen gelijk- en wisselspanning te leren kennen en om op de juiste manier in te spelen op de consequenties hiervan in de praktijk. Dit hoeft niet heel moeilijk te zijn, maar het blijft een feit dat gelijkspanning enkele andere karakteristieken heeft die je moet begrijpen om er op de juiste manier mee om te kunnen gaan en zo onder meer lekstromen weet te voorkomen.’
Omdat in Nederland installaties over het algemeen van goede kwaliteit zijn met de juiste aarding, kwalitatief hoogwaardige componenten en de vereiste vereffening, verwachten zowel Lootens als Waltman weinig problemen op korte termijn.
John van Vugt, vakspecialist elektrotechniek bij Techniek Nederland: ‘Dat geldt niet altijd voor de wat oudere gebouwen. Wanneer je dus te maken hebt met renovatie dan is het van belang om hier te achterhalen hoe de aarding is aangelegd, hoeveel apparatuur is aangesloten en of dit bij elkaar past. Dit zijn uitdagende klussen omdat bouwtekeningen veelal niet voorhanden zijn en het lastig is om op de juiste plekken de juiste metingen uit te voeren. Maar wel noodzakelijk, omdat renovatie in het kader van verduurzaming bij veel woningeigenaren op de planning staat.’
‘DC-toepassingen zéker uitbreiden, maar wel met kennis van zaken’
Aan de slag
Samenvattend kan worden gezegd dat in Nederland het gevaar voor het massaal bezwijken van gebouwen en bouwwerken relatief klein is, maar dat betekent niet dat installateurs zich niet zo snel mogelijk hierin moeten verdiepen. Van Vugt: ‘We zitten middenin een energietransitie, installeren overal pv-panelen en leggen DC-netten aan, maar eigenlijk zijn we er nog niet helemaal klaar voor.’ Lootens: ‘Dat geldt ook voor de netbeheerders; DC zou een uitgelezen kans zijn om de problemen met betrekking tot netcongestie te verkleinen omdat er met DC meer vermogen over dezelfde kabel is te transporten dan met AC. Dezelfde eigenschap zorgt ervoor dat we meer kunnen met hetzelfde net, wat grondstoffen en onderhoud bespaart. DC-toepassingen moeten we dus zéker uitbreiden, maar wel met kennis van zaken om problemen te voorkomen.’
Wet- en regelgeving
In de norm- en wetgeving worden DC-lekstromen al van oudsher beschreven. Zo geeft Nen 1010 aan dat een apparaat een DC-lekstroom mag hebben van maximaal 6 mA. Met enkelvoudige apparaten is dit inderdaad voldoende, maar wanneer er meer apparaten in het spel zijn – bijvoorbeeld twintig laadpalen of de combinatie van pv-panelen, een lader en verschillende omvormers – dan kan de DC-lekstroom (flink) oplopen. Gelijkstroom mag nu eenmaal eenvoudig bij elkaar worden opgeteld. Nen zelf geeft aan dat Nen 1010 specifiek is bedoeld als norm om de veiligheid voor mensen te waarborgen en dat een aanpassing in de bouwnormen logischer zou zijn (hoe gevaarlijk een instortend gebouw ook voor mensen is).
Henry Lootens: ‘Toch wordt op dit moment gewerkt om de oorspronkelijke NPR te verwerken in deel 8 van Nen 1010. Geen kant en klare oplossing, wél nadrukkelijk een signaal om rekening te houden met de gevolgen van lekstromen. Dit deel zal naar alle waarschijnlijkheid separaat worden uitgegeven zodat installateurs hier snel over kunnen beschikken, zonder een volledig nieuwe norm te hoeven aanschaffen.’