21/12/2015
Door Liam van Koert
De niet-Ohmse belasting is aan een ware opmars bezig. Dit constateert Ronald Niehoff, R&D specialist bij Eaton en lid van de standaardisatie-commissies IEC/CLC/NEC 64 en 23E. Maar voor de elektrotechneut heeft al die slimmigheid ook een prijs.
Volgens Niehoff komen er steeds hoogfrequente verlichting- en schakelende voedingen. “We komen zelfs projecten tegen waarin geen enkele Ohmse belasting in de basis-infrastructuur van de elektrische installatie is gebruikt”, vertelt hij in een interview. Maar wat zijn hiervoor de gevolgen voor het lichtnet?
Kwaliteit lichtnet
“De consequentie van de ‘nieuwe belastingen’ voor de kwaliteit van het lichtnet is niet eenvoudig te benoemen. Het is daarom goed om eerst te kijken naar de werking van de genoemde belastingen. Neem bijvoorbeeld schakelende voedingen. Deze komen vaak voor in elektrische apparaten zoals computers, huishoudelijke apparatuur, verlichting en motor-drives van bijvoorbeeld liften. Tot zo’n 10 jaar geleden werd vaak een normale transformator gebruikt. Tegenwoordig wordt meestal een schakelende voeding gebruikt, deze is namelijk kleiner, lichter, goedkoper en efficiënter”.
Schakelende voedingen
Niehoff vervolgt: “Een schakelende voeding maakt van de netspanning eerst een hoge gelijkspanning die gebufferd wordt met een buffercondensator. Met deze gebufferde gelijkspanning kan vervolgens heel efficiënt elke gewenste lage gelijkspanning gemaakt worden door met een hoogfrequent schakelende omzetter te transformeren. Dit gaat vaak met frequenties van enkele kHz tot wel 1 MHz. Omdat deze hoge schakelfrequenties niet terug mogen komen op het voedende net worden filters toegevoegd. Deze filters zijn combinaties van condensatoren en spoelen over het net en naar aarde. En juist de toepassing van deze buffercondensatoren en filters kunnen problemen veroorzaken. Door de buffercondensatoren ontstaat bij de eerste keer opladen een hoge en korte inschakelstroom van wel tientallen ampères. De condensatoren in de filters veroorzaken kleine aardfoutstromen. Bij toepassing van meerdere schakelende voedingen tellen deze inschakel- en aardfoutstromen bij elkaar op en ontstaan er mogelijk problemen met beveiligingscomponenten als aardlekschakelaars en aardlekautomaten”.
Mogelijke consequenties
Een goed voorbeeld van een nieuwe belasting met schakelende voeding is de hoogfrequente TL-verlichting. Niehoff: “Voor aansluiting van een TL-buis op het lichtnet is een voorschakelapparaat nodig, dat het opstarten en de stroom regelt van de lamp. Het voorschakelapparaat is doorgaans verwerkt in de armatuur van de TL-buis. In het voorschakelapparaat zit ook een hoogfrequent schakelende voeding. Voor een enkel TL-armatuur kan de inschakelstroom 20 A gedurende 200 μs zijn en de constante foutstroom naar aarde 0.3 mA. In kantoorgebouwen of veestallen wordt een groot aantal van deze TL-armaturen parallel geschakeld. Hierdoor zullen de totale inschakelstroom en constante foutstroom hoge waarden aannemen. Een mogelijk gevolg is het ongewenst uitschakelen van aardlekschakelaars of aardlekautomaten na bijvoorbeeld, kortstondige, netspanningsonderbrekingen. Het gevolg is dat een feilloos werkende installatie en stroomvoorziening niet gegarandeerd is.”
Juiste aanpak
Zoals gezegd is modernisering niet te stoppen. En “nieuwe belastingen” zijn niet meer weg te denken uit moderne elektrische installaties. Dus hoe moet het verder? Niehoff: “Het is belangrijk te weten welke inschakel- en foutstroom bij deze nieuwe belastingen kunnen optreden. De fabrikant van de belasting dient deze waarden op te geven in de technische informatie. Met deze gegevens kan de elektrotechnisch installateur bepalen hoeveel apparaten achter één aardlekschakelaar of aardlekautomaat mogen worden aangesloten en welk type aardlekschakelaar of aardlekautomaat moet worden gekozen. Ook de hoofdverdeler (en eventuele noodstroomvoeding) dient berekend te zijn op aanwezige groepen met “nieuwe belastingen”. Dit kan leiden tot een hogere graad van over-dimensionering dan tot nu toe werd gehanteerd. Bovenstaande beschreven ontwikkelingen zijn voor Eaton in ieder geval aanleiding geweest een nieuw assortiment digitale aardlekautomaten te introduceren dat is afgestemd op gebruik van moderne belastingen.”