Veranderend uitschakelgedrag bij andere temperatuur dan 30 °C van installatie-automaten volgens Nen-EN-IEC 60898.

Warmte en temperatuur

Als er stroom door een geleider loopt, dan wordt daarin warmte ontwikkeld. Dit geldt in de schakel- en verdeelinrichting voor alle stroomvoerende componenten, zoals draden, rails en de schakelende- en beveiligingscomponenten: P = I² x R_{(componenten)}. Hoe langer de tijd van stroomdoorgang, des te meer warmte (Q) wordt ontwikkeld. Q = p x t dus Q= I² x R x t. Warmte Q is een hoeveelheid energie die de temperatuur laat stijgen ten opzichte van de omgevingstemperatuur: ΔT.
Voorbeeld: Als aan een groot blokje koper en een klein blokje koper evenveel warmte wordt toegevoerd met een aansteker, dan zal na bepaalde tijd de temperatuur van het kleine blokje hoger zijn dan van het grote blokje. Heeft het kleine blokje een kwart van de massa van het grote blokje, dan zal de temperatuurstijging van het kleine blokje ongeveer vier maal zo groot zijn als bij het grote blokje. Warmte is dus niet hetzelfde als temperatuur.
Als een behuizing van een schakel- en verdeelinrichting een perfecte warmte-isolerende behuizing zou zijn, dan zou de temperatuur bij warmteontwikkeling in de behuizing hierdoor alsmaar toenemen. In de praktijk zal de ontwikkelde warmte echter aan de omgeving worden afgegeven door geleiding (door de behuizing), convectie (natuurlijke of gedwongen luchtcirculatie) en IR-straling. In een stationaire situatie ontstaat een bepaalde temperatuur in de schakel- en verdeelinrichting.
In Nen-EN-IEC 61439 staan maximale temperaturen vermeld van componenten in een schakel- en verdeelinrichting. Maar er staat ook vermeld dat hierbij de specificaties van de beveiligingscomponenten moeten worden gerespecteerd. En laten die nu het meest kritische zijn. Zo mag bijvoorbeeld de omgevingstemperatuur van een installatieautomaat (Siemens B16) maximaal 45 °C zijn. Als de omgevingstemperatuur 25 °C is, dan mag als gevolg van de warmteontwikkeling de temperatuurstijging maximaal 20 °C bedragen. Bedenk ook dat de beveiligende werking van de componenten verandert bij een andere temperatuur dan 30 °C bij de gebruikelijke installatieautomaten volgens Nen-EN-IEC 60898 in meterkasten. Zo zal een automaat gemiddeld bij slechts 70 procent van I_n uitschakelen bij een omgevingstemperatuur van 45 °C.

Deze tabel uit Nen-EN-IEC 61439 beschrijft de maximale stroom door draden in drie situaties en het vermogensverlies per ­geleider in Watt per meter toegepaste draad (W/m). De tabel gaat uit van twee, 3-fase-stroombelaste ketens (dus 6 stroom-voerende draden). In de tabel staat de maximale stroom d

Verificatie van temperatuur

Fabrikanten van (beveiligings-)componenten geven in de specificaties op wat het vermogen is bij de nominale stroom. Met dit gegeven kan het vermogen worden berekend bij de gekozen toegekende stroom. Een schakel- en verdeelinrichting is niet zomaar een kastje waarin allerlei componenten kunnen worden gemonteerd als er ruimte is. Bij het ontwerpen van een schakel- en verdeelinrichting wordt aan elke (eind)groep/elk stroomcircuit een stroom toegekend (I_nc). Ook wordt de gelijktijdigheidsfactor ingeschat. Met deze stromen wordt gerekend en moet worden bepaald of de temperatuur in een bepaalde behuizing niet te hoog wordt. Dit heet de verificatie van temperatuur in de schakel- en verdeelinrichting. Dit gebeurt bij een panelenbouwer vaak digitaal in spreadsheets.
Voorbeeld: een schakel- en verdeelinrichting bevat 10 automaten B16. Hierdoor loopt een stroom die is toegekend op 8 A. Deze automaten hebben volgens de specificaties een vermogen van 2,9 W (bij de nominale stroom 16 A). Hoe hoog is dan het warmte-vermogen van deze automaten?

P = 10 stuks x (8A : 16A)² x 2,9 W = 7,25W

Stel de stroom neemt toe van 8 A naar 12 A. dan wordt het vermogen: P= 10 x (12:16)² x 2,9 W = 16,3 W.

Dus een stroomtoename van 50 procent geeft een toename van het vermogen van 224 procent en een evenredige temperatuurstijging. Bedenk wat er gebeurt als in een bestaande meterkast er aanvullend een warmtepomp, pv-omvormer en EV-laadunit worden aangesloten.

Reduceergetallen.

Bedrading

Ook elke draad en rail die stroom voert, ontwikkelt warmte. Het vermogen kan worden berekend met P = I² x R_(draad). Elke meter stroomvoerende draad kan dus ook worden gezien als een ‘kacheltje’. Omdat draden in een schakel- en verdeelinrichting de warmte moeilijker kunnen afstaan aan de omgeving dan buiten een schakel- en verdeelinrichting, mag er beduidend minder stroom lopen door draden van een bepaalde doorsnede dan we gewend zijn buiten een verdeler (tabel ).
Liggen er meer stroomvoerende circuits bij elkaar, dan wordt er meer warmte ontwikkeld. Om een te hoge temperatuur te voorkomen, mag er dan minder stroom lopen door de draden dan vermeld in de tabel. Hierbij worden dan de reduceergetallen toegepast (tabel 2). Voorbeeld: Hoeveel stroom mag er lopen door 18 stroomvoerende draden in een goot (3 x 2 3-fase-belaste ketens 2,5 mm²)? Antwoord: 0,7 x 10 A = 7A (70 °C draad) of 0,7 x 15 A = 10,5 A. (90 °C draad).
In de praktijk wordt een leeg paneel gekocht en bouwt de panelenbouwer de componenten daarin. De panelenbouwer (of de installateur die hierin modificaties aanbrengt) is uiteindelijk de verantwoordelijke voor de schakel- en verdeelinrichting. De ontwerper telt het vermogen van al de ‘warmtebronnen’ op en mag die alleen installeren in een paneel als het toegekende warmteverlies hiervan lager is dan de optelsom van het vermogen van de afzonderlijke componenten die hij erin wil plaatsen.
Voorbeeld: Hager geeft voor de VKG 22 een toelaatbaar vermogensverlies op van 15,5 W (gemeten boven in het paneel) bij een temperatuurstijging van 20 °C. Voor een panelenbouwer betekent dit dan, dat het totale vermogen dat wordt ingebouwd aan componenten en bedrading niet hoger mag zijn dan 15,5 W.

Niet te hoog

Waarom mag de temperatuur niet te hoog worden? Het schakelgedrag van componenten verandert bij toename van de temperatuur, waardoor bijvoorbeeld automaten mogelijk onbedoeld uitschakelen, gaan componenten eerder defect door een veel snellere veroudering, kunnen aansluitingen te heet worden waardoor isolatiemateriaal smelt en draden dan kortsluiting maken, en zullen elektrische verbindingen slechter worden door het meer krimpen en uitzetten.

Tekst en beeld: Anton Kerkhofs

Lees meer artikelen in het dossier Laagspanningsinstallaties.

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.