April 2024
Omgaan met over- en onderspanning
Hot topic
De netbedrijven hebben een grote uitdaging om de kwaliteit van spanning en stroom van het elektriciteitsnet te handhaven. Toch gaat het regelmatig mis. Waardoor ontstaat over- en onderspanning en wat zijn eventuele gevolgen daarvan?
De netspanning bij een aansluitpunt, bijvoorbeeld in de meterkast, moet voldoen aan de Netcode elektriciteit. Bij overheid.nl is de Netcode elektricteit te lezen waarin eisen voor de netbeheerders en afnemers van elektriciteit zijn beschreven. In Nen-EN 50160 staan de eisen beschreven waaraan de nominale spanning (Un) moet voldoen:
• Un = 230 V +/- 10 % voor 95 procent van de tijd gemiddeld gemeten over 10 minuten, gedurende een week (207 ≤ Un ≤ 253 V). De overige 5 procent van de tijd mag de spanning lager zijn.
• Un = 230 V + 10 % en -15 %.
Onderspanning
Als stroom (I) wordt onttrokken aan het net doordat er toestellen worden ingeschakeld, zal de spanning dalen op het aansluitpunt. Er zal spanningsverlies optreden in elk gedeelte van het net, tussen de bron (LS-transformator), de aansluiting in de verdeler en uiteindelijk het voedingspunt van een verbruikend toestel. (Uverlies = I x Zvoeding).
Hoe groter (het totaal aan) ingeschakelde vermogens van aangesloten toestellen en hoe groter de impedantie van de installatie (Z), des te groter is het spanningsverlies.
Een veranderende stroom veroorzaakt dus een veranderende spanning op het aansluitpunt. Ook een hogere impedantie (Z) van het net (lange, dunne kabels) veroorzaakt een groter spanningsverlies. Een dergelijk net wordt een zwak net genoemd. Korte kabels met aders met grote doorsneden vormen een sterk net waarin het spanningsverlies kleiner is.
De netspanning op het aansluitpunt kan op verschillende manieren afwijken:
• Langzame spanningsvariaties: Deze variaties ontstaan door de optelsom van vermogens van ingeschakelde toestellen. Als in de straat bijvoorbeeld steeds meer elektrische auto’s worden opgeladen dan zal de netspanning in de straat langzaam dalen.
• Snelle spanningsvariaties: Snelle spanningsvariaties staan bekend als ‘flikker’. De oorzaak is het steeds automatisch in- en uitschakelen van apparaten die veel stroom nodig hebben, zoals lasapparatuur, transformatoren, kopieermachines, ovens en grote koffiezetapparaten. De hoge inschakelstroom laat de netspanning steeds kortstondig dalen. Lampen die op dezelfde installatie zijn aangesloten, kunnen hierdoor gaan knipperen.
• Spanningsdips: Dips ontstaan als apparatuur wordt ingeschakeld die een hoge inschakelstroom heeft. Bijvoorbeeld het inschakelen van zware motoren of transformatoren.
• Hogere harmonischen: Daar waar traditionele apparatuur een sinusvormige stroom opnam, geldt voor de meeste moderne geregelde apparatuur, zoals elektronica, led-drivers en frequentieregelaars, dat de stroom niet sinusvormig is. Hierdoor is het spanningsverlies ook niet sinusvormig waardoor de netspanning wordt vervormd op het aansluitpunt. Een vervormde golfvorm van de 50 Hertz netspanning kan leiden tot extra energieverliezen, overbelasting (met name van nulgeleider in 3-fase-netten) of uitval van elektronische apparatuur.
Spanningsverlies.
Oplossingen
Problemen door onderspanning kunnen worden verminderd door:
• apparatuur die gevoelig is voor de kwaliteit van spanning op een andere eindgroep aan te sluiten dan apparaten die een grote (veranderende) stroom opnemen,
• de impedantie van het voedende net te verlagen; dikkere kabel toepassen waar dat kan,
• de spanning op het voedingspunt verhogen (trafo inregelen).
Spanningsopdrijving.
Overspanning
Lokale opwekinstallaties zoals windturbines en pv-installaties wekken elektriciteit op. Elektriciteit kan alleen worden teruggeleverd aan het net als de spanning bij de omvormer hoger is dan bij het aansluitpunt in de meterkast en hoger is dan de spanning bij de transformator (ervan uitgaande dat er geen verbruikers in het net zijn aangesloten).
Waar bij belastingen (onderspanning) sprake is van spanningsverlies, is nu sprake van spanningsopdrijving. De omvormer regelt automatisch in de DC/AC-converter de netspanning zodanig op dat deze optimaal stroom (terug) kan leveren aan het net.
Echter als er weinig elektriciteitsverbruik is in de wijk en meerdere huizen met pv-installaties leveren energie op een zonnig dag, dan kan de netspanning in de woningen fors oplopen. Pv-omvormers zijn voorzien van een beveiliging: loopt de spanning op tot (ongeveer) 250 V, dan stopt de pv-omvormer met werken. Gelukkig maar, anders kan aangesloten apparatuur door overspanning defect raken. Maar ook jammer, want een uitgeschakelde pv-omvormer levert geen energie en vermindert de energieopbrengst.
Ook bij overspanning is de (hoge) impedantie van het net de oorzaak van het probleem. Aan de impedantie van het elektriciteitsnet van de netbeheerder kun je weinig doen, echter aan de impedantie van de bekabeling tussen de omvormer en het aansluitpunt (de meterkast) kan dat wel.
Doorsneden leiding
Met Nen 1010, tabel 52.B, kan de maximale stroom worden bepaald die door een kabel mag lopen, gerelateerd aan een installatiemethode. Zo hebben we dat altijd geleerd; de dunste kabel bepalen en toepassen. Zo mag er bij een bepaalde installatiemethode door een kabel 3 x 2,5 mm2 bijvoorbeeld wel 33 A lopen. Bij een hogere stroom zou de kabel te heet worden. Echter, een dikkere kabel is altijd voordeliger dan een dunnere kabel in de calculatie als ook het energieverlies, de kwaliteit van spanning en stroom en het spanningsverlies wordt meegenomen.
Bij een opwekinstallatie zoals een pv-installatie moet het spanningsverlies zo veel mogelijk worden beperkt tot 2 procent Un. Ofwel de impedantie van de kabel moet zo laag mogelijk zijn, zeker wanneer deze enige lengte heeft, zodat het spanningsverlies niet zodanig hoog wordt dat de pv-omvormer uitschakelt.
De minimale doorsnede staat ook vaak vermeld in de handleiding van de pv-omvormer; bijvoorbeeld een 6 mm2. Ook zal het spanningsverlies lager zijn bij een 3-fase-omvomer dan bij een 1-fase-omvormer, omdat de stroom per fase dan minder is. Sluit een 1-fase-omvormer in een 3-fase-aansluitpunt aan op de fase met de laagste nominale spanning (gemeten in de zomer).
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.