Oktober 2016

Kabelberekening volgens NEN 1010: 2015

UNETO-VNI krijgt regelmatig de vraag of een aderdoorsnede correct is bepaald. In dit artikel wordt stap voor stap beschreven hoe een doorsnede van een geleider in een kabel kan worden bepaald met behulp van de tabellen uit NEN 1010: 2015.

De doorsnede van een stroomvoerende geleider moet voldoende groot zijn om:
•    de temperatuur niet te hoog te laten worden waardoor de kabel(isolatie) kan beschadigen;
•    het spanningsverlies te beperken om aangesloten apparaten storingsvrij te laten werken (zie ook NEN 1010, bijlage 52.G);
•    in relatie tot de kabellengte de impedantie te beperken zodat er bij een kort- of aardsluiting, een voldoende grote stroom loopt om een beveiligingstoestel tijdig te laten aanspreken waardoor de installatie uitschakelt;
•    bestand te zijn tegen mechanische belasting: in NEN 1010, deel 5, zijn daarom minimale doorsneden beschreven voor bepaalde geleiders.

Met de berekening wordt de minimaal noodzakelijke doorsnede berekend. Niet gebruikelijk, maar wel het overwegen waard, is te kiezen voor een grotere aderdoorsnede. De kabel is duurder, maar dat heeft ook voordelen: een stabielere voedingsspanning en minder energieverlies in de kabel. Dit laatste werkt in de bedrijfsvoering wellicht kostenbesparend.

LET OP!
Bij de genoemde tabellen in NEN 1010 staan toelichtingen met daarin aanvullingen, beperkingen enzovoort, beschreven. Het is belangrijk bij het toepassen van de tabellen hiervan wel notie te nemen. Nieuw in NEN 1010: 2015 is de berekening van de doorsnede van de N-geleider (NEN 1010, bijlage 52. E). Indien sprake is van een fors aandeel derde harmonische moet de doorsnede van de nul-geleider in een vier- of vijf aderige kabel groter zijn. Praktische kan dit betekenen dat er een kabel moet worden gekozen waarin alle aders een grotere doorsnede hebben dan op basis van de berekeningen in dit artikel. ’

Stappenplan

Het berekenen van de minimale aderdoorsnede kan in zeven stappen:
1. Bepalen maximale bedrijfsstroom
2. Keuze beveiligingstoestel
3. Bepalen van de noodzakelijke IZ
4. Installatiemethode
5. Bepalen minimale doorsnede op basis van tabel 52B
6. Controle op maximale lengte 2 x V van de leiding bij kortsluiting
7. Controle op maximale lengte 2 x V van de leiding bij aardsluiting

Stap 1

Op basis van het te verwachte, totale schijnbaar vermogen kan een bedrijfsstroom (IB) worden berekend die door de kabel moet lopen. Deze kan als volgt worden berekend:

1-fase aansluiting: IB = P : U
3- fase aansluiting: IB = P : (U x √3)

Waarbij:

IB = bedrijfsstroom (A)
P = schijnbaar vermogen (VA) U = nominale spanning (V)

Stap 2 en 3

De leiding wordt beveiligd tegen een te hoge temperatuur doordat een beveiligingstoestel tijdig wordt aangesproken bij een overbelasting. Er is een vereiste relatie tussen de bedrijfsstroom (IB), de nominale aanspreekstroom van het beveiligingstoestel (In) en de stroom die de leiding moet kunnen voeren zonder te heet te worden (IZ):

IB ≤ In ≤ IZ en I2 ≤ 1,45 x IZ
I2 = aanspreekstroom beveiligingstoestel (A)

Voor smeltpatronen geldt ongeveer I2 = 1,6 x In. Hieruit volgt dat IZ ≥ 1,6 / 1,45 x In, ofwel: IZ ≥ 1,1 x In.
Voor installatieautomaten geldt I2 = 1,45 x In. Hieruit volgt dat IZ ≥ 1,45 / 1,45 x In, ofwel: IZ ≥ In.

Als bekend is welk beveiligingstoestel wordt toegepast kan worden bepaald hoeveel stroom de leiding moet kunnen voeren (IZ).

Stap 4

In de tabel uit NEN 1010, bijlage 52A.3, kan uit 73 beoogde installatiemethoden worden gekozen. Bij elke methode staat een verwijzing naar de bijbehorende basisinstallatiemethode uit de tabellen in NEN 1010, bijlage 52.B.

Stap 5

NEN 1010, tabel 52.B.1, vormt een overzicht van alle basisinstallatiemethoden en de bijbehorende tabellen om de toelaatbare stroom te kunnen bepalen. In de tabellen 52.B.2 tot en met

52.B.13 staan de maximale stroomwaarden die door een geleider van koper of aluminium mogen lopen. De stroomwaarden zijn gebaseerd op de gekozen basisinstallatiemethode en een omgevingstemperatuur van 30 °C voor kabels die worden toegepast in de lucht, en 20 °C voor kabels die worden toegepast in de grond. Boven elke tabel staat het aantal belaste aders en het ader-isolatiemateriaal: XLPE(polyethyleen), EPR (ethylene propylene rubber) of PVC.

Als de feitelijke omgevingstemperatuur van de lucht of de grond afwijkt van de respectievelijke waarde van 30 en 20 ˚C, dan moeten correctiefactoren worden toegepast op de stroomwaarde uit tabel 52.B.x. Dit is ook het geval als:
• meerdere kabels bij elkaar liggen, zoals in een kabelgoot;
• de warmteweerstand van de grond anders is voor een grondkabel.

De leiding kan immers zijn warmte beter of slechter afgeven aan de omgeving waardoor de eindtemperatuur anders komt te liggen. Correctiefactoren, aangeduid met (f ), staan vermeld in NEN 1010, bijlagen 52.B.14 tot en met 52.B.21. Tabel 52.B.1 geeft aan welke tabellen met correctiefactoren voor een installatiemethode relevant kunnen zijn.
De feitelijke maximale stroom door de gekozen leiding (IZ) kan uiteindelijk als volgt worden bepaald:

IZ = IZ tabel 52.B.2 tot en met tabel 52.B.13 x factoren vermeld in bijlage 52.B.14 tot en met 52.B.21 (bij het toepassen van meerdere factoren kunnen deze met elkaar worden vermenigvuldigd).

VOORBEELD
Wat moet de doorsnede zijn van de geleiders die deel uitmaken van een XLPE–leiding met drie stroomvoerende geleiders die elk 32 A moeten kunnen voeren? De leiding ligt met elf andere stroomvoerende leidingen in een enkele laag in een niet-geperforeerde kabelgoot. De omgevingstemperatuur bedraagt 20 °C. Een of meer aderige leidingen aangebracht op een niet-geperforeerde kabelgoot is installatiemethode 30 (figuur 2). De rechter kolom verwijst naar basisinstallatiemethode C en nr.2 van tabel 52.B.17.

In tabel 52.B.1, waarboven 'XLPE met drie belaste aders' staat, wordt in kolom 2 'C' gekozen. De te gebruiken tabel is dus: tabel 52.B.5, kolom 6. Correctiefactoren staan in tabel 52.B.14 (afwijkende omgevingstemperatuur) en tabel 52.B.17 (verzameling kabels in de kabelgoot).

Er geldt dan:
• 2,5 mm2: 30 A x 1,08 (tabel 52.B.14: 20 °C in plaats van 30 °C) x 0,7 (tabel 52.B.17) = 22,7 A;
• 4 mm2: 40 A x 1,08 x 0,7 = 30,2 A;
• 6 mm2: 52 A x1,08 x 0,7 = 39,3 A (deze doorsnede volstaat wellicht).

Stap 6 en 7

Om bij een kortsluiting en bij een aardsluiting het beveiligingstoestel tijdig te laten aanspreken moet de foutstroom voldoende hoog zijn ofwel de impedantie voldoende laag. Deze wordt bepaald door de doorsnede van de geleider en de lengte van de leiding achter het beveiligingstoestel. Een leiding van een gekozen doorsnede (stap 5) heeft dus een maximale lengte.

In tabel 53.F1 tot en met tabel 53.F4 staat de maximale lengte van een leiding van een bepaalde doorsnede, beveiligd door een gG-smeltpatroon of installatie-automaat type B, C of D. Als een doorsnede is gekozen (stap 5) moet worden gecontroleerd of de gewenste lengte de maximale lengte uit de tabel niet overschrijdt. Indien dit wel het geval is, kan een leiding met geleiders met een grotere doorsnede worden gekozen. Boven de tabellen staat vermeld of de maximale lengte betrekking heeft op een kortsluiting en/of aardsluiting. Bij het toepassen van smeltpatronen moet in twee tabellen worden gecontroleerd: tabel 53.F.1 (beveiliging tegen kortsluiting) en tabel 53.F.4 (beveiliging tegen aardsluiting).

Bij het toepassen van installatieautomaten geldt de maximale lengte voor zowel kort- als aardsluiting en daarom hoeft slechts één tabel te worden geraadpleegd (tabel 53.F.2 of tabel 53.F.3).

WEET U HOE HET ZIT?
In deze rubriek, tot stand gekomen in samenwerking met de afdeling Techniek & Markt van UNETO-VNI, behandelen wij technische vragen die ondernemers hebben gesteld.Heeft u ook een technische vraag? Stuur hem dan naar media@technieknederland.nl.

Tekst: Anton Kerkhofs