1. Overbelasting in railsysteem en beveiligingen.

Overbelasting na uitbreiding

Als op een bestaande meterkast aanvullend een pv-installatie wordt aangesloten dan voldoet de installatie wellicht niet meer aan Nen 1010. Een installatie is dan mogelijk niet beveiligd tegen overbelasting. Dit kan brand tot gevolg hebben.
Een pv-omvormer moet worden aangesloten op een aparte eindgroep volgens Nen 1010, bepaling 551.7. Als dit gebeurt in een bestaande installatie dan kan dit tot gevolg hebben dat de bedrading, het railsysteem en beveiligingscomponenten een grotere stroom gaan voeren dan waarvoor deze zijn ontworpen.
Een voorbeeld (figuur 1): een installatie is uitgerust met een 40 A hoofdbeveiliging. Al het elektrisch materieel in de schakel- en verdeelinrichting, zoals het railsysteem, de doorsnede van bedrading en de toegepaste aardlekbeveiligingen 40/0,03 zijn dan berekend op de nominale stroom van 40 A. Als de pv-installatie bijvoorbeeld 15 A levert, dan kan de stroom door de genoemde componenten stijgen tot 55 A (40 + 15 A). Deze stroom gaat er uiteraard pas lopen als de stroomvraag zodanig hoog is. Dat kan bijvoorbeeld het geval zijn als er uitbreidingen plaatsvinden met meerdere verbruikende elektrische toestellen, zoals een warmtepomp. elektrisch koken of een EV-aansluiting.
Let op: oudere installaties zijn wellicht ontworpen voor een maximale stroom van 25 A. Daarin bevinden zich wellicht aardlekschakelaars 25 /0,03, die slechts een nominale stroom van 25 A mogen voeren. Overbelasting is bij een uitbreiding dan snel een feit.

2. Loadbalancing.

Voorkomen

Oplossingen om overbelasting te voorkomen zijn:

1. De pv-eindgroep aansluiten tussen de hoofdbeveiliging en een extra beveiliging plaatsen volgens het schema (figuur 3). Door de installatie volgens dit schema te installeren wordt een overbelasting door de extra beveiliging van het railsysteem/bedrading en toegepaste beveiligingen voorkomen. Dit stelt dan ook geen eisen om de schakel- en verdeelinrichting verder aan te passen.

2. De schakel- en verdeelinrichting verzwaren; het toepassen van componenten die een nominale stroom mogen voeren minimaal gelijk aan de optelsom van de hoofdbeveiliging en maximale pv-stroom. In de praktijk betekent dit een nieuwe schakel- en verdeelinrichting installeren.

Tabel 1. Vermogensverlies per meter draad bij gegeven stroom.

Warmte

Ook al is er ruimte in een bestaande schakel- en verdeelinrichting om extra beveiligingstoestellen te plaatsen, dan is dat nog niet zonder meer toegestaan. Nen-EN-IEC 61439 (schakel- en verdeelinrichtingen) stelt eisen aan de maximale temperatuur in schakel- en verdeelinrichtingen. Een te hoge temperatuur beïnvloed de werking van componenten, zorgt voor veroudering en kan componenten beschadigen. De maximale temperatuur wordt bepaald door Nen-EN-IEC 61439 (55 °C), maar in de praktijk door de maximale temperatuur van de toegepaste beveiligingscomponenten erin (vaak maximaal 45 °C volgens de specificaties).
De temperatuur in bedrijfstoestand wordt bepaald door de mate van warmteontwikkeling die ontstaat door componenten die stroom voeren (Ι² x R), de mate waarin de verdeler zijn warmte kan afstaan aan de omgeving (type behuizing) en de omgevingstemperatuur.

Voor eenvoudige schakel- en verdeelinrichtingen kan het beoordelen als volgt:

1. Bepaal het vermogen dat wordt ontwikkeld in de schakel- en verdeelinrichting. De fabrikanten van lastscheiders en beveiligingscomponenten verstrekken het vermogen bij de nominale stroom. Bijvoorbeeld 2,9 W voor een B16-automaat als deze 16 A voert. Bij een toegekende stroom van 10 A kan dan het vermogen als volgt worden berekend: P_werkelijk = (I_B/I_n)² x P_n  P_werkelijk = (10/16)² x 2,9 W = 1,13 W. Op dezelfde manier kan dat voor alle andere componenten worden berekend. Het vermogen voor de bedrading kan worden berekend met: P = Ι² x R of worden bepaald met een tabel in Nen-EN-IEC 61439. Tabel 1 geldt voor draad in kabelgoot; een afgeleide uit de tabel in de norm.

2. Zoek in de specificaties van de fabrikant van de (lege) schakel- en verdeelinrichting het vermogensverlies op. Voor een Hager VKG 22 is dat bijvoorbeeld 15,5 W bij een maximale temperatuurstijging van 20 °C. Dit betekent dat in de verdeler dan maximaal 15,5 W warmtevermogen mag worden ontwikkeld.
Het vermogen van alle beveiligingscomponenten, de lastscheider en de stroomvoerende bedrading mag opgeteld niet meer bedragen dan 15,5 W als dit wordt ingebouwd in de VKG 22-behuizing.
Door het ondeskundig uitbreiden van schakel- en verdeelinrichtingen met extra eindgroepen die een grote stroom voeren, zoals pv, elektrisch koken en zeker met EV, wordt de temperatuur te hoog in de meterkast met mogelijk brand tot gevolg.

3. Schema aansluiten pv voorkomen overbelasting.

Loadbalancing

Om onbedoelde uitschakeling en overbelasting te voorkomen bij het laden van een elektrisch voertuig kan ook een geregeld systeem worden toegepast. Dit kan door loadbalancing toe te passen. Hierbij wordt in de hoofdverdeelinrichting de stroom bij de hoofdbeveiliging (F1) gemeten (rode blokje in figuur 2). Dit kan bijvoorbeeld met stroomspoelen of elektronische kWh-meters. Afhankelijk van het verbruik in de overige belasting is er ‘stroom over’ voor het EV-laadstation. Het laadstation zal de laadstroom inregelen op basis van de beschikbare stroom (nominale stroomwaarde hoofdbeveiliging minus overige belasting). Parameters hiervoor kunnen bij het laadstation worden ingesteld.
Let wel, dit systeem regelt slechts stromen om overbelasting in de schakel- en verdeelinrichting te voorkomen waarmee onbedoelde uitschakeling van de hoofdbeveiliging (door overbelasting) wordt voorkomen. Er is geen selectiviteit bij een kortsluiting en ook wordt hiermee niet gemeten of de grote stroom een te hoge temperatuur veroorzaakt in de schakel- en verdeelinrichting.

Tekst en afbeeldingen: Anton Kerkhofs