Nieuwe NEN 1010-2015 Prof. dr. ir. Sjef Cobben

Uitleg en Toepassingen NEN 1010

Nieuwe NEN 1010 vraagt om uitleg

Nieuwe toepassingen

Nieuwe technologie

Norm is (en kan geen leerboek zijn)

Meer uitleg over benodigde berekeningen

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

Waarom een nieuwe NEN 1010!

Nieuwe technologie (PV-systemen, Laadpalen,…)

Meer aandacht voor EMC (hoogfrequente stromen)

Meer aandacht voor spanningsverstoring

Europese normalisatie (medische ruimten, minder NL)

Doorvoeren van verbeteringen

Deel 1: Uitgangspunten

Nieuwe informatie/bepalingen betreffende:

Bescherming tegen spanningsverstoringen

Maatregelen tegen elektromagnetische beïnvloeding

Bescherming tegen onderbreking van de voedingsspanning

Documentatie die nodig is

Periodieke inspectie

Deel 3: Algemene kenmerken

Meer aandacht voor diverse stelsels:

Naast AC ook voor DC

Aardingsystemen (TT-, en TN)

Aarding met diverse voedingsbronnen

Aarding TT-stelsel met gemeenschappelijke aardverbinding (afgeschermde datakabel)

Verhoogde stromen in de PE-geleider

Deel 4: Beschermingsmaatregelen

De bescherming tegen alle thermische effecten en brand

Eisen die verband houden met vluchtroutes en ontruiming in een noodsituatie zijn uitgebreid

Eisen die verband houden met de aard van verwerkt of opgeslagen materiaal zijn aangepast

Eisen die verband houden met brandbare materialen zijn aangepast.

De eisen die verband houden met brandvoortplanting zijn aangepast.

Nieuwe eisen voor de keuze en installatie van installaties op plaatsen met gevaar voor onvervangbare goederen zijn toegevoegd

Deel 4: Leidingbeveiliging

Aandacht voor de beveiliging/overbelasting van de nul i.v.m. harmonische stromen

Meer bepalingen over wel/niet toepassen van beveiliging tegen overstroom

Meer aandacht voor kortsluitvastheid (van railsystemen)

Meer aandacht voor beveiligingstoestellen/harmonische stromen

Deel 4: Aarding en overspanning

Beveiliging tegen overspanning is nu normatief

Verbod op PEN-leidingen in gebouwen met veel elektronische apparatuur

Vierpolig omschakelen bij meerdere voedingen

Extra eisen ten aanzien van opbouw aardingssysteem

Meer bepalingen over overspanningsbeveiliging

Deel 5: Dimensionering leidingen

Maatregelen om stromen in PE-leiding te beperken

Dimensionering kabels bij aanwezigheid harmonische stromen

Spanningsverlies in de installatie (of spanningsopdrijving)

Deel 5: Leidingbeveiliging

Installatiemethoden D1 en D2 (kabels in de grond met of zonder mantelbuis) opgenomen

Rubriek 523.9, over eenaderige kabels met een metalen afscherming, is toegevoegd

Eisen opgenomen over nabijheid ondergrondse voedingskabels en telecommunicatiekabels

Tabellen zijn enigszins gewijzigd

Methodiek is in het algemeen wel gelijk

Deel 5: Aarding en extra’s

Informatie over aardelektrode voor bescherming tegen elektrische schok en bliksembeveiliging

Bijlagen 54.C en 54.D, over fundatieaardelektroden en in de grond aangebrachte aardelektroden

Rubriek 557 (stuurstroomketens) is toegevoegd.

Rubriek 559 (verlichtingsarmaturen en verlichtingsinstallaties) is toegevoegd

Deel 5:Veiligheidsvoorzieningen

Nieuwe termen en definities; reactietijd, centraal vermogensvoedingssysteem, vluchtroute

Automatische voedingen zijn nu ingedeeld volgens de maximale omschakeltijd

Aandacht voor voedingen voor veiligheidsvoorzieningen die parallel in bedrijf kunnen zijn

Eisen aan batterijen als voeding voor veiligheidsvoorzieningen

Bedieningsinstructies zijn vereist (en meer documentatie)

Gedetailleerde eisen voor toepassingen van verlichting voor vluchtroutes, DC-ketens

Er zijn aanvullende eisen opgenomen voor eerste inspectie en periodieke inspectie

Deel 5 (Deel 7)

510.4: Omvang en uitvoering van de installatie in tot bewoning bestemde gebouwen, logiesgebouwen en woonschepen

510.4.1 In elke betreedbare ruimte in tot bewoning bestemde gebouwen, logiesgebouwen en woonschepen moeten voldoende contactdozen en aansluitpunten voor verlichting zijn aangebracht om op veilige en doelmatige wijze de ruimte te kunnen gebruiken.

510.4.2 De installatie moet zijn verdeeld in voldoende eindgroepen om gelijktijdig gebruik van te voorziene apparatuur mogelijk te maken. Waar nodig moet voor specifieke apparaten met een hoge aansluitwaarde worden voorzien in afzonderlijke eindgroepen.

OPMERKING Vooral (keuken)toestellen met een verwarmingsfunctie kunnen een hoge aansluitwaarde hebben waardoor in bepaalde ruimten aparte eindgroepen en/of meerdere eindgroepen met contactdozen voor algemeen gebruik nodig zijn.

510.4.3 Rekening houdend met 510.4.1 en 510.4.2, moet voor de aanleg van de installatie de omvang van de installatie worden afgestemd met de opdrachtgever en (indien mogelijk) met de (toekomstige) eigenaar/gebruiker van de installatie.

Deel 7: Veel veranderingen/aanpassingen

Zwembaden: natuurterreinen en natuurlijke waterpartijen zijn toegevoegd.

Veeteelt: Toepassen van toestellen voor aardlekbeveiliging is vervallen voor distributieketen

Jachthavens: De eisen aan de elektrische installatie van pleziervaartuigen zijn vervallen

Medische ruimten: Inhoudelijk veel veranderingen

PV-systemen: Geheel vernieuwd naar nieuwste inzichten

Verlichtingsinstallaties: Er zijn bepalingen voor led-modules toegevoegd

Nieuw onderwerp ‘laadinrichtingen voor elektrische voertuigen’

Nog veel andere verschuivingen e.d. (vooral in NL-rubrieken)

Benodigde berekeningen Ook economisch Van belang

Deel 8 NEN 1010

Bepaling van de te verwachten kortsluitstromen De te verwachten kortsluitstroom moet worden bepaald voor elk relevant punt van de installatie.

Efficiency (Energiebesparing) Deel 8 van de NEN 1010 (in ontwikkeling)

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

EMC-aspecten en aarding

Gevoeligheid apparatuur vraagt om extra maatregelen

EMC neemt in belangrijkheid toe

Aarding niet alleen voor veiligheid (NEN 1010 ook niet: Veiligheidsbepalingen voor….)

NEN-EN 50310 ”Application of equipotential bonding and earthing in buildings with

information technology equipment

Meer stromen door nulgeleider of PE(N)-geleider

Meer hoogfrequente stromen

Uitschakeltijden

Distributieketens: 5s bij TN en 1s bij TT

Beschermende vereffening

In elk gebouw moeten de aardleiding, de hoofdaardrail of -klem en de volgende geleidende delen met de beschermende vereffening zijn verbonden:

Metalen leidingen voor inpandige voorzieningen, bijvoorbeeld gas en water;

Vreemde geleidende delen van de gebouwconstructie;

Metalen centrale verwarmings- en luchtbehandelingssystemen;

Metalen wapening van gewapende betonconstructies (indien bereikbaar doorverbonden);

Bij delen die van buiten het gebouw komen, vereffening bij het punt van binnenkomst.

RB RA

IB

Net Installatie

IA

UF

TT-stelsel

N

C

N

C

IR

IR

40

30

smeltpatronen B-automaten

Circuitweerstand bij automaat

NN

CII

R46

5

230

B-automaat:

NI

40

Van B- naar C-automaat

0,4

0,1

B-20A

1,5

120

10

230:

240

5

230:

NN

C

NN

C

IIRC

IIRB

0,5

Aardlekbeveiliging

1663,0

50

N

LA

I

UR

Niet meer dan 4 eindgroepen achter 30mA aardlekschakelaar

≤ 166 Ω

Effectiviteit aardlekschakelaars

Aardlekbeveiliging

Op één tweepolig toestel voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30 mA mogen ten hoogste vier eindgroepen zijn aangesloten. Het aansluiten van èènfase-eindgroepen op een vierpolig toestel voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30mA is niet toegelaten.

Stroom door het lichaam

Capacitieve lekstroom

Gemeenschappelijke voorziening

Gekoppelde aarding in TT-stelsels

Aardingssystemen

TT-stelsel

TN-stelsel

Meest betrouwbaar

L

PE

NET

INSTALLATIE

Sluiting in distributienet

Ook 5 seconde toepasbaar!

Spanning van “binnen”

M

3

? Potentiaalverschillen in de installatie aanwezig

Schakelen nul bij TN-stelsel In TN-S-stelsels hoeft de nulleiding niet te worden geschakeld of gescheiden Bij een TN-S stelsel wordt de spanning op de nulleiding geacht onder normale omstandigheden niet meer te

bedragen dan 12 V ten opzichte van aarde.

In installaties voor tot bewoning bestemde gebouwen moet de nul worden geschakeld en gescheiden

Geen toestemming van netbeheerder meer nodig!

Netbeheerder levert aardingsvoorziening bij alle installaties >3*80A (Netcode)

installatie

Aanbieden aarding vanuit netbeheerder

Soortgelijke systemen voor DC

Schakelen van de nul bij meerdere voedingen

4-polig

Schakelen nul bij meerdere voedingen

Onnodig schakelen ALS

Onverwachte stromen door nul-geleider

Aardlekbeveiliging?

Aarding bij meerdere voedingen

1 punt waar voedingen met aarde worden verbonden

Bronnen van EMI

Schakelapparatuur voor inductieve belastingen;

Elektromotoren;

Tl-verlichting;

Lasapparaten;

Gelijkrichters;

Choppers;

Frequentieomzetters en regelaars;

Schakelende voedingen;

Transformatoren;

Railsystemen.

Beïnvloeding door magnetische velden

Potentiaalvereffening

Aardingssysteem voor:

Veiligheidsaarding

Voorkomen overspanningen

Functionele aarding

Mogelijke oplossingen

De installatie van beveiligingstoestellen tegen overspanning en/of filters

Voedingskabels en signaalkabels zouden gescheiden moeten worden gehouden

Geleidende afschermingen (bijvoorbeeld armering, folies) van kabels

Aansluiten extra PE

Scheiden van stroomketens

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

Componentengegevens versus systeemdenken

Inschakelstromen + harmonischen

Doorsnede van geleiders

De doorsnede van geleiders moet zowel voor normale bedrijfsomstandigheden als voor foutsituaties zijn bepaald in overeenstemming met:

De hoogste toelaatbare temperatuur van de geleiders;

Het toelaatbare spanningsverlies;

De verwachte elektromechanische krachten veroorzaakt door aardfout- en kortsluitstromen;

Andere mechanische krachten waaraan de geleiders kunnen worden onderworpen;

De hoogste impedantie waarbij de beveiliging tegen foutstromen nog werkt;

De wijze van installatie

Harmonische stromen

In een meerfasestroomketen waar de harmonische component van de fasestromen zodanig is dat wordt verwacht dat de stroom in de nulleiding de hoogste toelaatbare stroom van die geleider overstijgt, moet zijn voorzien in beveiliging tegen overbelasting voor de nulleiding.

De beveiliging tegen overbelasting moet geschikt zijn voor de aard van de stroom door de nulleiding en moet leiden tot het afschakelen van de faseleidingen maar niet noodzakelijkerwijs van de nulleiding.

Harmonische stromen

Wanneer de totale harmonische vervorming van derde harmonische en oneven veelvouden van derde harmonische stromen hoger is dan 33 %, kan het nodig zijn de kerndoorsnede van de nulleiding te vergroten

OPMERKING 1 Deze niveau’s komen bijvoorbeeld voor in stroomketens voor toepassingen binnen de informatietechnologie.

a) Bij meeraderige kabels, waarin de kerndoorsnede van de faseleidingen gelijk is aan de kerndoorsnede van de nulleiding, wordt een kerndoorsnede gekozen die past bij een stroom door de nulleiding gelijk aan 1,45 × IB van de faseleidingen.

b) Bij eenaderige kabels mag de kerndoorsnede van de faseleidingen kleiner zijn dan de kerndoorsnede van de nulleiding volgens de volgende berekening:

voor de faseleiding: passend bij IB;

voor de nulleiding: passend bij een stroom gelijk aan 1,45 × IB van de faseleidingen.

Voorbeeld leidingberekening

Showroom met veel verlichting (schema)

B-16A

relais

40 lampen/groep Totaal 80 groepen

16 mm2 koper 3 3

63 A

Metingen

Spaarlamp 12 W

CF=3,75

Harmonischen spaarlamp

THD(i) = 115%

Eigenschappen harmonischen

Meedraaiend, tegendraaiend, homopolair

Eigenschappen harmonischen

Meedraaiend, tegendraaiend, homopolair

Eigenschappen harmonischen

Meedraaiend, tegendraaiend, homopolair

Berekening volgens NEN 1010

AW

UDPF

PI

f

3132309,0

6*40*80

31

I1 31A

I3 23,25

I5 17,05

I7 14,88

I9 13,02

I11 12,4

I13 13,02

I15 9,3

I17 8,68

I19 9,92

I21 5,58

I23 4,65

I25 6,2

AW

UPF

PI

f

rms 53323052,0

6*40*80

3

AIIIIIN 86)3()3()3()3( 21

2

15

2

9

2

3

70A

Voorbeeld leidingberekening

Zonder harmonische:

Met 3e harmonische:

Met alle veelvouden van 3:

2258582,0

6,69mmAIZ

2258582,0

70mmAIZ

23510482,0

86mmAIZ

PAUZE

Keuze elektrisch materieel

Al het elektrisch materieel moet zo zijn gekozen dat het geen schadelijke effecten heeft op ander materieel, of de voeding nadelig beïnvloedt bij normaal bedrijf en gedurende schakelhandelingen. In dit verband kunnen de volgende factoren van invloed zijn:

De arbeidsfactor;

De inschakelstroom;

Asymmetrische belasting;

(hogere) harmonischen;

Transiënte overspanningen opgewekt door het materieel in de installatie.

Vermijden van schadelijke effecten

Al het elektrisch materieel moet zo zijn gekozen dat het geen schadelijke effecten heeft op ander materieel, of de voeding nadelig beïnvloedt bij normaal bedrijf en gedurende schakelhandelingen. In dit verband kunnen de volgende factoren van invloed zijn:

De arbeidsfactor;

De inschakelstroom;

Asymmetrische belasting;

(hogere) harmonischen;

Transiënte overspanningen opgewekt door het materieel in de installatie.

Vermogen, blindvermogen

Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen

P

Q

22 QPS

S

Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen

P

Q

D 222 DQPS

S

Distortie blindvermogen

Ook door harmonische vervorming ontstaat blindvermogen

Dit is voor de hogere frequenties niet te compenseren met condensatoren

Analyseer dus hoe het blindvermogen is opgebouwd

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

Deel 7: Veel veranderingen/aanpassingen

Zwembaden: natuurterreinen en natuurlijke waterpartijen zijn toegevoegd.

Veeteelt: Toepassen van toestellen voor aardlekbeveiliging is vervallen voor distributieketen

Jachthavens: De eisen aan de elektrische installatie van pleziervaartuigen zijn vervallen

Medische ruimten: Inhoudelijk veel veranderingen

PV-systemen: Geheel vernieuwd naar nieuwste inzichten

Verlichtingsinstallaties: Er zijn bepalingen voor led-modules toegevoegd

Nieuw onderwerp ‘laadinrichtingen voor elektrische voertuigen’

Nog veel andere verschuivingen e.d. (vooral in NL-rubrieken)

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt

In eindgroepen met contactdozen met een toegekende stroom tot en met 32 A, een toestel voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 30 mA;

In eindgroepen met contactdozen met een toegekende stroom hoger dan 32 A, een toestel voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 100 mA;

In alle overige stroomketens, met uitzondering van distributiegroepen, toestellen voor aardlekbeveiliging met IΔn niet hoger dan 300 mA. (NL)

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt

Bij toepassing TN-stelsel -> Alleen TN-S

Er moet worden voorzien in de volgende documentatie, die moet worden overgedragen aan de gebruiker van de installatie: een plattegrond met daarop de plaats van al het elektrisch materieel,

de loop van alle weggewerkte kabels,

een vereenvoudigd distributieschema en

een potentiaalvereffeningsschema met daarop de plaatsen van de vereffeningsverbindingen.

Ruimten voor landbouw, tuinbouw, veeteelt

Potentiaalvereffening

Ruimte voor veeteelt,…

Automatische levensondersteunende voorzieningen voor intensieve veehouderij Indien de toevoer van voer, water, lucht en/of licht aan de levende have niet gewaarborgd is bij een storing in het openbare net, moet zijn voorzien in een zekere stroomvoorziening zoals een alternatieve of back-upvoeding

Voor de voeding van ventilatie- en verlichtingseenheden moet zijn voorzien in aparte eindgroepen. Deze stroomketens mogen alleen elektrisch materieel voeden dat nodig is voor de werking van de ventilatie en verlichting.

De voedingsketens van de ventilatie moeten onafhankelijk worden bedreven en niet worden beïnvloed door situaties met overstroom en/of kortsluiting naar aarde in andere stroomketens.

Indien elektrisch aangedreven ventilatie in een installatie noodzakelijk is moet zijn voorzien in een van onderstaande maatregelen: een stand-by elektrische voedingsbron met voldoende vermogen voor de elektrische ventilatie of

bewaking van temperatuur en voedingsspanning

PV-systemen en Elektrische auto’s

Effect van DC-componenten

toestellen voor aardlekbeveiliging type AC niet toegelaten (algemeen)

Toepassing micro-inverters

Geen DC-installatie

Minder brandgevaar

MPP-tracking per module

Minder last van verliezen door schaduw

DC

AC

DC

AC

DC

AC

Opbouw PV-systeem

U (V)

I (A)

Maximale spanning

PV-modules kunnen in serie zijn geschakeld tot aan de maximaal toegelaten bedrijfsspanning van de PV-modules (UOC STC van de PV-strengen) en de PV-omvormer, afhankelijk van welke de laagste is.

Begrippen UOC max ISC max

Maal het aantal modules in serie

Maal het aantal strings parallel

Opbouw PV-systeem

Beveiliging van de hoofd DC-kabel

ZgeneratorMAXSC II

Aansluiten op bestaande groep

ZPV

ZNB

III

III

45,12

Toestellen <2,25A

PV en het openbare net

Spanningsniveau belangrijk aspect

Berekening van spanning- en energieverliezen

Algemene formules:

Spanningsverlies DC:

Spanningsverlies AC:

Spanningsopdrijving beperken tot 1% (advies)

sincos XIRIUVRIPV 2

A

lRIUV

22

A

lRIUV

22

Praktijkprobleem

Aansluiting PV-systeem op stal boerderij

Elektrische schema

Van transformatorruimte tot PV

10,5 kV

300m 95 Al

50 kW

50m 10 Cu

10kV/400V

belasting

Kabel 95 Al 10 Cu

R (mohm) 100 100

X (mohm) 16 0,5

Gegevens opwek en belasting

belastingspatroon opwekpatroon

kW

tijd 0 4 8 12 16 20 24

10

kW

tijd 0 4 8 12 16 20 24

50

Berekening spanningen

Spanning wordt te hoog!

Inverter schakelt vaak af

Spanningsopdrijving beperken tot 11V

VUVRIU

VU

PV

LV

2569,131000

200

690

1000)250(

2423

420420

000.10

400500.10

Aandachtspunten aanleg PV

Let op: DC-kant blijft onder spanning

Kortsluitstroom PV-panelen niet veel meer dan 1,1 In

Leg leidingen + en – op een zodanige wijze dat kans op sluiting nihil is

Zorg voor geschikt materieel (schakelaars)

Aardlekbeveiliging geschikt voor het PV-systeem (type B)

Potentiaalvereffening van metalen delen

Rubriek 712 van de NEN bijgewerkt naar laatste stand der techniek

Laadinrichtingen voor elektrische voertuigen

stroomketens bestemd om elektrische voertuigen van energie te voorzien;

stroomketens bestemd om elektrische energie vanuit elektrische voertuigen terug te voeden in het elektriciteitsnet

(nog niet ingevuld)

Laadinrichtingen voor elektrische voertuigen

TN-C stelsel niet toegestaan

Meerdere aansluitpunten -> gelijktijdigheid 1, tenzij

Beveiliging door aardlekbeveiliging (type A, B) voor elke aansluitpunt of elektrische scheiding

Afzonderlijke stroomketen

Programma

Welkom, aanleiding

Overzicht belangrijkste wijzigingen NEN 1010

Aardingsconcepten, uitvoering van aardingen

Compatibiliteit, een onderbelicht probleem

Aantal bijzondere ruimten

Ontwerpberekeningen, een goed ontwerp is het halve werk

Discussie…

Benodigde berekeningen

Kortsluitstroom (kortsluitvastheid) Aardfoutstroom

Spanningsverlies/variatie

Leidingberekening

Berekenen van: Bedrijfsstroom

Benodigde/verwachte Iz kabel

Maximale lengte bij aardfout

Maximale lengte bij kortsluiting fase/nul

Maximale kortsluitstroom bij vermogensschakelaars

Optredende spanningsverlies

Optredende spanninvariatie

Eventueel optredende verliezen

Computer kan ook het werk dan maar kent NIET

de uitgangspunten

Voorbeeld leidingberekening

C: 40A

Licht 30% , 3e harmonische

M 125A In grond YMvKas 0,8 K.m/W l=60m

Op houten wand 25°C l=5m

100 MVA

10kV/400V 400 kVA Uk=5%

Berekenen doorsnede grondkabel

125A In grond YMvKas 0,8 K.m/W, l=60m

Berekenen leiding licht verdeelinrichting

C: 40A

Licht 30% , 3e harmonische

Op houten wand 25°C

Berekenen maximale lengte

Spanningsverlies

C: 40A

125A l=60m 25 mm2 Cu

l=5m 16 mm2 Cu

Spanningsvariatie

Maximaal 3% op overdrachtspunt

Spanningsvariatie

C: 40A

125A l=60m 25 mm2 Cu

l=5m 16 mm2 Cu

M

Max. 2/minuut

Kortsluitvastheid componenten

C: 40A

125A l=60m 25 mm2 Cu

l=5m 16 mm2 Cu

Conclusies Meer denk- en rekenwerk

Niet vanwege norm maar vanwege technische ontwikkelingen

Meer kennis van componenten/toestellen nodig

Norm is aangepast aan nieuwe technologie

Onderlinge verwevenheid en afhankelijkheid van toestellen/installatie/net wordt groter