Warmteberekening bij elke groepenkast
Aan de slag met warmtecalculatie
In de praktijk zal het niet vaak voorkomen dat voor ‘kleine’ groepenkasten een warmteberekening wordt uitgevoerd, maar waarom eigenlijk niet? Is een warmtecalculatie simpelweg niet nodig of komt dit doordat men zich niet bewust is van de noodzaak? In dit technische artikel lees je waarom ook gebruikers van kleine groepenkasten profiteren van een warmtecalculatie.
Warmteberekening: een must voor iedere groepenkast
Woningen worden steeds duurzamer. Dat betekent ook dat huizen worden uitgerust met allerlei apparaten die veel van het net vragen. PV-panelen, de aansluiting voor een elektrische auto en de warmtepomp maken de groepenkast complexer en groter. En hoe voller de meterkast, hoe warmer het daarbinnen wordt. In dit technische artikel lees je wat de toenemende complexiteit van zogeheten woningbouwverdelers voor gevolgen heeft voor installateurs. Kleine groepenkasten dus, of, als we het technisch houden volgens de NEN-EN-IEC 61439-1: laagspanningsverdelers met een enkel compartiment met een toegekende stroom van ten hoogste 630 A.
Hieronder lees je wat de norm zegt en welke manieren er zijn.
-
Dit zegt de norm over temperaturen in de meterkast
De norm NEN-EN-IEC 61439-1 geeft algemene regels weer waar laagspanningsschakel- en verdeelinrichtingen aan moeten voldoen, waarbij deel 3 specifiek gericht is op verdeelinrichtingen die bediend kunnen worden door leken. In de woningbouw zal dit in de meeste situaties het geval zijn.
In de norm wordt beschreven dat verificatie van de temperatuursverhoging geborgd moet zijn. Diverse redenen zijn hier aanleiding voor en de meest voor de hand liggende zijn:
- Voorkomen van brandgevaar in de verdeler
- Voorkomen van onbedoeld uitvallen van (beveiligings)componenten
- Voorkomen van onjuist functioneren van elektrotechnische componenten
- Voorkomen van aantasting/smelten van isolatiematerialen
Voor de installateur en paneelbouwer zullen bovenstaande redenen geen verrassing zijn. De werking van een installatieautomaat of smeltveiligheid is namelijk onder andere afhankelijk van deze thermische verandering.
-
Wat betekent dit voor jou als installateur? Drie manieren voor verificatie van temperatuursverhoging.
Voor de elektrotechnisch installateur is het van belang dat hij zich bewust is van de norm en op grote lijnen de inhoud kent. Hierdoor kan hij rekening houden met bepaalde keuzes bijvoorbeeld door te kiezen voor een bepaald materiaal en merk groepenverdeler. Deze keuze kan invloed hebben op de benodigde verificatie van de temperatuursverhoging. De verificatie van de temperatuursverhoging kan op drie manieren worden aangetoond, namelijk middels:- Beproeving met stroom, door de oorspronkelijke fabrikant (paragraaf 10.10.2)
- Afleiding (van een beproefd ontwerp) van toegekende grootheden voor gelijksoortige varianten (10.10.3)
- Middels een berekening voor een schakelinrichting met enkel compartiment van ten hoogste 630 A (10.10.4.2)
We lichten de drie manieren hier verder toe.
01 Beproeving door de oorspronkelijke fabrikant
De meest eenvoudige manier en tevens het meest nauwkeurig is verificatie middels beproeving. Deze manier van verificatie wordt door de oorspronkelijke fabrikant verricht en gedocumenteerd. Zodra de installateur de groepenverdeler bouwt volgens de specificaties van de oorspronkelijke fabrikant - in de norm benoemd als fabrikant van de schakelinrichting - wordt voldaan aan de gestelde eisen op het gebied van verificatie van de temperatuursverhoging. Een voorbeeld binnen de woningbouw is het installeren van een voorgeassembleerde Vision-groepenkast. Hager is in deze situatie de oorspronkelijke fabrikant en heeft middels beproeving aangetoond dat deze voldoet; de installateur hoeft geen verdere acties te ondernemen. Uit beproeving is gebleken dat de voorgeassembleerde Vision-groepenverdeler geschikt is voor een stroom van 40 A (toegekende stroom van de schakelinrichting (Ina)). Met een hoofdschakelaar van 40 A is dit de hoogst haalbare waarde zonder dat temperatuurgrenzen worden overschreden. De installateur is er uiteraard verantwoordelijk voor dat deze stroomwaarde voldoet aan de gestelde eisen en dat de voorbeveiligingen hierop zijn afgestemd.
02 Afleiding
De tweede mogelijkheid is middels afleiding te bepalen dat de groepenverdeler voldoet aan de warmtehuishouding. In deze situatie blijft het ontwerp van de oorspronkelijke fabrikant vrijwel intact. Er worden kleine wijzigingen aangebracht door de installateur (bijvoorbeeld het toevoegen of uitwisselen van vergelijkbare componenten van een ander merk). Nu dient de installateur - in deze situatie de fabrikant van de verdeelinrichting vanwege de aanpassing - aan te tonen dat de wijzigingen voldoen (10.10.2.2.3);
- Dezelfde groep als de functionele eenheid die voor beproeving is geselecteerd, m.a.w. dezelfde functie, bedradingsschema, maatvoering, draagraam, vergelijkbare serie, e.d.
- Dezelfde bouwwijze, afmetingen, koeling, interne scheidingen of beter
- Dezelfde vermogensverliezen, aantal afgaande stroomketens of minder
Deze situatie komt meestal alleen voor als er met diverse merken binnen één verdeler wordt gewerkt. De installateur kan dan middels afleiding aantonen dat de toepassing van een vreemd component vergelijkbare of betere eigenschappen heeft en daarmee negatieve impact op de temperatuursverhoging wordt uitgesloten.
03 Berekening
De meest lastige en arbeidsintensieve methode is verificatie middels berekeningen; ook wel warmtecalculatie genoemd. In deze situatie zijn de wijzigingen dusdanig dat de fabrikant van de verdeelinrichting, degene die de groepenverdeler bouwt, de verantwoordelijkheid heeft om aan te tonen dat de groepenverdeler voldoet aan de maximale temperatuursverhoging.
De installateur of paneelbouwer dient in eerste instantie een geschikte behuizing te kiezen. De keuze is afhankelijk van een aantal zaken, zoals:- beschikt de behuizing over voldoende ruimte om de noodzakelijke componenten te borgen
- welke IP-waarde is noodzakelijk
- welke isolatiewaarde wordt gevraagd
- zijn er eisen op het gebied van slagvastheid en/of aarding
- etc.
De volgende stap bestaat uit het bepalen van het totale vermogensverlies en is een tijdrovende taak. Per component dient uitgerekend te worden wat het effectief vermogensverlies is per component. Dit kan met deze formule worden berekend:
Pv = effectief vermogensverlies Pv per component
Pn = nominaal vermogensverlies (opgave fabrikant)
In = nominale stroom component
Ib = gemiddelde werkelijke stroom door het component (Ib = Iw/n * RDF)
Deze exercitie dient voor alle componenten en uiteindelijk ook voor de toegepaste bedrading te worden uitgevoerd. Alle resultaten worden opgeteld, waarmee het totale verliesvermogen van de groepenverdeler bekend wordt.
De volgende stap is het bepalen van Delta T. Deze bepaal je door de maximale bedrijfstemperatuur van het component af te trekken van de gemiddelde omgevingstemperatuur. De uitkomst hiervan (het verschil) is bepalend voor de maximale toelaatbare Ptoel ofwel de maximale Watt-dissipatie. In onderstaande tabel kan dan gecontroleerd worden of het totaal vermogensverlies in de desbetreffende verdeler toegepast mag worden.
Het opgetelde effectieve vermogensverlies dient ≤ Ptoel te zijn. Als deze wordt overschreden kan een uitgebreidere warmtecalculatie volgens de NPR-EN-IEC 60890 uitkomst bieden; hiermee wordt zeer nauwkeurig de temperatuurstijging (K) in relatie met de verdelerhoogte berekend. Uitkomst zou kunnen zijn dat kritische componenten – met een lage bedrijfstemperatuur – wel onderin de verdeler geplaatst mogen worden. Het kiezen van een andere, veelal grotere behuizing met een hoger maximaal vermogensverlies is misschien een meer praktische oplossing.
-
Bronnen en meer informatie
Dit artikel is gebaseerd op teksten uit de volgende bronnen:
- Hager-training EDS05: Verificatie van temperatuurhuishouding en kortsluitvastheid LSV
- NEN-EN-IEC 61439-1/-3
- NPR-EN-IEC 60890
