Maart 2021
Bespaar niet op dikkere kabel
Hot topic
De thermische belasting wordt in het algemeen als uitgangspunt genomen voor het bepalen van de doorsnede van de geleiders in een kabel. Vervolgens moet worden gecontroleerd of het spanningsverlies niet te hoog is. Maar is dit ook de juiste aanpak bij het aansluiten van bijvoorbeeld een EV-laadunit of een pv-omvormer?
De elektrische installatie van het distributienet moet zodanig zijn aangelegd dat de voedingsspanning voldoet aan de netcode. Daar waar de elektriciteit van het netbedrijf naar de eigenaar overgaat, moet deze aan de volgende eisen voldoen:
- 230 V ± 10 % voor 95 procent van de tijd, gemiddeld over 10 minuten, gedurende een week,
- 230 V + 10 % en -15 procent van de tijd, gemiddeld over 10 minuten, gedurende een week.
Spanningsdips
De spanning wordt lager in de verdeler (en op de apparatuur in een gebouw) als er stroom wordt onttrokken uit het voedende net. Immers, er treedt spanningsverlies op (Uverlies = Ι x Zvoeding). In de praktijk worden meerdere woningen aangesloten op dezelfde distributiekabel en allen laten een mate van stroom lopen. Hoe groter de optelsom van deze stroom des te groter het spanningsverlies, des te lager de spanning in elke verdeelinrichting. Dat kan soms waargenomen worden als bijvoorbeeld bij de buurman een motor inschakelt, en dan in verschillende huizen het licht kortstondig dimt; Uverdeler = Ubron – Uverlies. Ook is er spanningsverlies tussen de verdeelinrichting en verbruikend materieel. Hiervoor geldt ook Uverlies = Ι x Zleiding.
Aangezien de stroom die moderne apparatuur opneemt vaak pulserend van karakter is in plaats van sinusvormig, is het spanningsverlies ook grillig en wordt de ‘sinusvormige netspanning’ misvormt. Het niet (goed) functioneren van aangesloten apparatuur kan hier het gevolg van zijn. Door bewust kabels met een grotere doorsnede te kiezen is de impedantie (Z) lager, het spanningsverlies lager en de misvorming van de netspanning minder. Bedenk ook wat het aan energie bespaart als bijvoorbeeld een EV-laadunit met een dikkere kabel wordt aangesloten. De kosten voor de dikkere, duurdere kabel zijn snel terugverdiend.
Verlies bij verbruik.
Spanningsopdrijving
Het omgekeerde doet zich voor als een pv-installatie wordt aangesloten op een verdeler. Om energie terug te leveren aan het net, moet de spanning bij de omvormer hoger zijn dan de spanning in de verdeler. Als de impedantie van de leiding ( Zleiding) hoog is (lange dunne kabel tussen verdeler en pv-omvormer), dan moet de spanning hoog worden opgeregeld in de omvormer. Dit gebeurt automatisch. Ditzelfde geldt ook bij een zwak net; hiermee wordt bedoeld een betrekkelijk hoge impedantie van Zvoeding. Dit is bijvoorbeeld het geval als een aansluiting wat verder is verwijderd van de distributietrafo van het netbedrijf. Wat gebeurt er nu als de hele wijk op een zomerdag energie gaat opwekken?
Verlies bij opwekking.
Elke omvormer in de wijk wil energie leveren; De optelsom van opgewekte stroom is groot en het spanningsverlies (nu de andere kant op) ook. De spanning van de omvormers regelen zich op tot 230 V +10 % = 253 V. Dan is het gebruikelijk dat hij in alarm gaat en uitschakelt. Ondertussen is in de woning de spanning ook gestegen tot bijvoorbeeld 250 V. Vandaar dat sommige apparaten in huis dus schijnbaar onverklaarbaar stuk gaan, sinds er een pv-installatie is geïnstalleerd. Aan de impedantie van de voeding (de trafo en distributiekabel van het netbedrijf) kan weinig worden gedaan, maar aan de kabel van de verdeler naar de omvormer wel. Ook hiervoor geldt: kies een kabel met grotere doorsnede dan bepaald volgens Nen 1010. Dit is uiteraard duurder in aanschaf, maar uiteindelijk goedkoper. Stel een kabel wordt berekend op 2,5 mm2. De lengte is 15 m, de stroom 16 A. Het spanningsverlies van deze kabel is bij benadering: ∆U = Ι x R x cos ϕ + Ι x χ x sin ϕ
Waarbij
χ = χc -χ
χc = 1/(2πfC)
χL = 2πfL
R= (Ι x ρ) / A
(ρcu = 0,0175 Ωm/mm2)
De frequentie is slechts 50 Hz (en wat hoger harmonische, zodat het tweede gedeelte van de formule in verhouding tot de ohmse weerstand laag is. Laten we zeggen 10 procent extra.
R = (15 m x 0,0175) / 2,5 mm2 = 105 mΩ (per ader). Voor de totale kabel nemen we de impedantie 230 mΩ (ZL + ZN +10 %).
∆U = 16 A x 0,23 W = 3,68 V, waarbij Pverlies = U x Ι = 3,68 V x 16 A = 59 W.
Als een 4 mm2 wordt gekozen is (op dezelfde manier berekend) de totale impedantie 144 m:
∆U = 16 A x 0,144 Ω = 2,3 V, waarbij Pverlies = U x Ι = 2,3 V x 16 A = 36 W.
23 W verschil kost bijvoorbeeld over 250 lichtdagen: dagen x 10 h = 58 kWh x 0,20= 11,60 euro/jaar. Uit de berekening blijkt dat een grotere doorsnede van de kabel in enkele jaren is terugverdiend.
Nu dezelfde berekening bij een kabel van 15 m, 2,5 mm2 en 4 mm2, voor een EV-laadunit; stel: 350 dagen x 5 uur laadstroom 20 A (W = I2 x Z x t):
2,5 mm2: W = 202 x 0,23 Ω x 1.750 = 161 kWh
4 mm2: W = 202 x 0,144 Ω x 1.750 = 100 kWh
Een verschil van 61 kWh kost circa 12,20 euro/jaar (uitgaande van 0,20 euro/kWh). Een dikkere kabel is in beide gevallen in enkele jaren terugverdiend en bespaart daarna, heeft minder spanningsopdrijving en spanningsverlies en een betere kwaliteit van spanning en stroom tot gevolg. Nu alleen nog zo’n dikkere kabel aan de klant verkopen…
Tekst: Anton Kerkhofs
Fotografie: Industrie
In deze rubriek, tot stand gekomen in samenwerking met de afdeling Techniek & Markt van Techniek Nederland, behandelen wij actuele technische onderwerpen waar installateurs in hun vak mee te maken kunnen krijgen. Heeft u ook een Hot topic? Stuur hem dan naar media@technieknederland.nl.