Tekst: Rob Kaspers
Datum: Februari 2021

In dit artikel maak ik een leidingontwerp van een omvormer (SE55K) met een maximaal AC vermogen van 55 kW. Deze omvormer wordt aangesloten op een TN-stelsel.

Figuur 1. SE55K Bron: Handleiding solar edge

Ik maak gebruik van een YMvK-as (koperen geleiders). Deze kabel wordt in de grond gelegd tegen de 6 andere kabels in een bundel. De temperatuur van de grond is 20°C. Het is zandgrond met een dichtheid van 1400 kg/m3 en een vochtgehalte van 5%.

Ook komt deze kabel voor een deel in een gebouw te liggen in een enkele geperforeerde kabelbaan. Daar liggen al 5 kabels tegen elkaar aan en de nieuwe kabel raakt de bestaande bundel. We houden rekening met een omgevingstemperatuur van 35°C.

In de schakel- en verdeelinrichting gebruik ik mespatronen om de kabel tegen kortsluiting te beveiligen. De afstand naar de omvormer bedraagt 45 m.

De vraag is: welke doorsnede ga ik toepassen en waar ga ik de kabel mee beveiligen?

De benodigde I_Z

Om te beginnen wil ik voldoen aan bepaling 433.1 uit NEN 1010:

I_B ≤ I_n ≤ I_Z

I₂ ≤ 1,45 x I_Z

I_B is de ontwerpstroom van de stroomketen
I_Z is de hoogst toelaatbare continue stroom van de leiding
I_n is de toegekende stroom van het beveiligingstoestel
I₂ is de aanspreekstroom van het beveiligingstoestel, waarbij het beveiligingstoestel uitschakelt binnen de tijdsduur volgens de productnorm

Wat is in dit geval de ontwerpstroom van de stroomketen? Daarvoor kijk ik in rubriek 712 (PV-systemen) van NEN 1010. En dan logischerwijs in 712.433 (Beveiliging tegen overbelastingsstroom).

In 712.433.8 staat dat bij de toegekende stroom van het beveiligingstoestel tegen overstroom voor de AC-voedingsleiding rekening moet worden gehouden met de ontwerpstroom van de omzetter. De ontwerpstroom van de omzetter is de maximale wisselstroom volgens opgave van de fabrikant. Er mag dus niet gerekend worden met lagere waarden die op de omvormer ingesteld kunnen worden.

Volgens 433.3.1 (b) hoef ik geen beveiligingstoestel tegen overbelasting toe te passen, omdat de leiding geen overbelastingsstroom gaat voeren. De formule: I₂ ≤ 1,45 x I_Z is nu niet van toepassing. Ik moet uiteraard wel blijven voldoen aan: I_B ≤ I_n ≤ I_Z.

De ontwerpstroom I_B van de omvormer moet dus kleiner of gelijk zijn dan de hoogst toelaatbare stroom van de leiding (I_Z). De kabel mag immers niet overbelast worden.

In de datasheet is te zien dat de maximale AC-stroom 80 A bedraagt. Dat komt zo goed als precies uit met de formule: P = U_lijn x I x √3 x cosφ, bij een cosφ van 1.

Conclusie: I_Z nodig = I_B = 80 A. Deze waarde is mijn basis voor de kabelberekening.

Kiezen van de juiste doorsnede van de kabel

In bijlage 52.A van NEN 1010 wordt een stappenplan gepresenteerd voor het bepalen van de hoogste toelaatbare stroom in de leiding.

Stap 1: Ga naar tabel 52.A.3. De beoogde installatiemethode voor in het gebouw is methode 31. Het deel dat in de grond is gelegd komt overeen met methode 72.

Stap 2: In tabel 52.A.2 is te zien dat zowel methode 31 alsook methode 72 is toegelaten.

Stap 3: Tabel 52.A.3 geeft bij methode 31 aan dat ik rij E of F moet gebruiken in tabel 52.B.1. Bij methode 72, moet ik rij D2 gebruiken.

Stap 4: Ga naar tabel 52.B.1 en ga na welke andere tabellen moeten worden gebruikt. Omdat we een meeraderige kabel gebruiken, kiezen we voor rij E (methode 31). Daar vinden we de tabel voor de toelaatbare stroom: 52.B.12. Ook vinden we hier de tabel voor de correctiefactor voor de omgevingstemperatuur (f_T): 52.B.14 en de tabel voor de correctiefactor voor de verzameling van leidingen (f_n): 52.B.20.

Voor methode 72 geldt dat ik voor f_T, tabel 52.B.15 moet gebruiken en voor f_n, tabel 52.B.18. De tabel voor de toelaatbare stroom is: 52.B.5 Kol.8.

We noteren de volgende waarden voor methode 31:
52.B.14 => de f_T voor 35°C is: 0,96
52.B.20 => de f_n voor een enkele kabelbaan, waarbij er al 5 kabels in de kabelbaan liggen is 0,76. Dit is immers de zesde kabel die erin komt te liggen.

Onze benodigde I_Z van 80A, moet nu worden gecorrigeerd met de volgende formule:

We noteren de volgende waarden voor methode 72:

52.B.15 => de f_T voor 20°C is: 1
52.B.18 => de f_n voor in de grond gelegde kabels, waarbij er al 6 kabels tegen elkaar in de grond liggen is 0,45.

Ook zullen we tabel 52.B.16 moeten raadplegen (kabels in de grond met een warmteweerstandscoëfficiënt anders dan 2,5 Km/W).

Gegeven is dat we te maken hebben met zandgrond met een dichtheid van 1400 kg/m³ en een vochtgehalte van 5%. NPR 5310 kan mij verder helpen.

NPR 5310 Deel 523: Keuze en installatie van leidingsystemen – Warmteweerstandcoëfficiënt van de grond in Nederland en het bepalen van de correctiefactor

Daar vinden we onderstaande tabel:

Ik ga nu uit van een warmteweerstandscoëfficiënt van 1 Km/W. Volgens tabel 52.B.16 is de factor f_w nu: 1,50 (D2).

Het deel in de grond is duidelijk mijn worst case situatie. Daar reken ik verder mee.

In 52.B.5 selecteren we de juiste doorsnede in kolom D2. Daar vinden we een I_{Z tabel} van 129 A en komen we tot een doorsnede van 35 mm².

De kabel is nu beveiligd tegen overbelasting.

Beveiliging tegen kortsluiting

Nu controleren we de maximale lengte i.v.m. de beveiliging tegen kortsluiting. Volgens 411.3.2.3 mag ik een uitschakeltijd van 5 s hanteren. In tabel 53.F.1 (5 s) zie ik een maximale lengte van 234 m bij een smeltpatroon van 100 A. Geen probleem dus met een kabellengte van 45 m.

Spanningsopdrijving

Voor deze leiding wil ik onder de 1% spanningsopdrijving blijven (zie vorig artikel: “Spanningsopdrijving PV-systemen” voor de nuancering).

Formule driefase stroomketens: U_{Lijnspanningsopdrijving} = (I_B x L x ρ x √3 x cosφ)/S

I_B = de ontwerpstroom in A
L= de enkele lengte van de leiding in m
ρ = de soortelijke weerstand van het geleidermateriaal (0,0225 Ωmm²/m bij koper bij een temperatuur van 90°C).
S = de doorsnede van de geleider in mm²

U_{Lijnspanningsopdrijving} = (80 x 45 x 0,0225 x √3 x 1)/35 => U_{Lijnspanningsopdrijving} = 4 V

De relatieve spanningsopdrijving is 100 x (4 V/400 V) = 1 %.

Welke I_Z zet ik op de tekening?

Waar mag ik de kabel nu daadwerkelijk maximaal mee belasten? Nu moet ik de I_{Z tabel} van 129 A vermenigvuldigen met de correctiefactoren:
I_Z = I_{Z tabel} x f_w x f_n = 129 A x 1,50 x 0,45 = 87 A. Deze waarde wordt in de tekening bij de leiding gezet.