Spanningsverlies meten, hoe doe je dat? De grenzen volgens NEN 1010 zijn 3% en 5% maar wat houdt dit in?
Spanningsverlies wat is dat?
Elektrische geleiders hebben weerstand. Een dikke en/of korte geleider heeft een lagere weerstand dan een dunnere en/of langere geleider. Als door een weerstand stroom loopt ontstaat er een spanningsval, deze spanningsval is ongewenst en daarom noemen we dat spanningsverlies. De spanning op het voedende punt is hoger dan de spanning op het aansluitpunt, dit verschil is het spanningsverlies. Als gevolg van de weerstand van en de stroom door een kabel zal de kabel warm worden.
Gelijktijdigheid
Bij installaties conform NEN 1010 zijn we gewend om rekening te houden met een gelijktijdigheidsfactor. Je gaat er van uit dat niet alle verbruikers in een installatie gelijktijdig hun maximale vermogen vragen. Het is van belang om het hoogste gevraagde vermogen van een groep of installatie te kennen. Het is toegestaan, op basis van rubriek 311 van de NEN 1010:2015, om rekening te houden met een gelijktijdigheidsfactor. Voor nieuwe toepassingen zoals PV-installaties en elektrische laadaansluitingen zal echter een gelijktijdigheidsfactor van 1 gelden: de stroom is continu.
Maximale spanningsverlies
Hoofdstuk 52 van de NEN 1010:2015 behandelt de keuze en installatie van leidingsystemen. Volgens rubriek 525 mag het spanningsverlies tussen het begin van een installatie en de aansluitpunten bij normaal bedrijf niet meer dan 5% van de nominale spanning bedragen. Het betreft hier het ‘spanningsverlies in installaties van verbruikers’. In de informatieve Bijlage 52.G van de NEN 1010:2015 wordt aanbevolen om het verlies bij verlichtingsinstallaties te beperken tot 3%. Wat gaat de NEN 1010:2020 zeggen over ‘prosumers’ en het maximale spanningsverlies?
Rubriek 525 geeft ook aan dat er ‘andere overwegingen’ kunnen zijn waarvoor de 5% grens niet gehanteerd hoeft te worden. Dat kan de aanloopstroom van een motor of een andere inschakelstroom zijn waardoor een tijdelijk lagere spanning op de installatie bij de verbruiker ontstaat. Opmerking 1 bij Bijlage 52.G geeft hierbij nog wel een belangrijke aanvulling dat de productnorm ook grenzen kan stellen aan de spanningsvariaties. En als aanvulling daarop kan een installatiehandleiding van een product ook bepalend zijn.
Verificatie
In hoofdstuk 61 over de eerste inspectie van installaties wordt in bepaling 61.2.3 aangegeven dat de keuze van de geleiders moet worden gecontroleerd. Hierbij moet gelet worden op de hoogst toelaatbare stroom en het spanningsverlies. Dit is dus een beoordeling van het ontwerp van de installatie en een controle of de installatie is uitgevoerd conform het ontwerp. In 61.3.11 wordt aangegeven dat er ook een inspectie van het spanningsverlies moet worden uitgevoerd ‘waar het is vereist’.
Dat betekent dus bij een grenswaarde van 5% een maximaal spanningsverlies van maximaal 11,5 Volt bij een nominale spanning van 230 Volt. Als de spanning bij de voeding 230 Volt is mag de laagste spanning in de installatie dus 218,5 Volt zijn.
Maar hoe meet je dat?
Tijdens een inspectie overal de spanning meten? Stel je voor dat de inspectie in het weekend plaats vind. Er loopt nagenoeg geen belastingstroom door de installatie en daardoor is de spanning dus overal nagenoeg gelijk. Pas als machines in bedrijf zijn zal er stroom door de leidingen lopen en door de impedantie van de leidingen is er sprake van spanningsverlies.
Vandaar dus ook de opmerking ‘bij normaal bedrijf’. En dat maakt de meting zo op het eerste gezicht lastig uitvoerbaar. Verzoeken om bij oplevering of periodieke inspectie van een installaties alle elektrische verbruikers en machines in te schakelen is niet realistisch. Vaak zijn bijvoorbeeld bij oplevering van de installatie nog niet alle machines geplaatst.
Een van de in 61.3 van de NEN 1010 omschreven metingen en beproevingen is de meting van het spanningsverlies. In bepaling 61.3.11 worden twee opties omschreven:
- Spanningsverlies bepalen door meting van de impedantie van de stroomketen.
- Bepaling van het spanningsverlies aan de hand van grafieken in bijlage 61.D van de NEN 1010.
Voor de tweede methode is het nodig om kabellengte, belastingsstroom en doorsnede te kennen. De methode via meting van de impedantie van de stroomketen is wellicht meer realistisch.
Controleren van spanningsverlies met Metrel installatietesters
De Metrel Eurotest installatietesters hebben een functie voor het controleren op spanningsverlies. Dit geldt voor de Eurotest EASI, Eurotest EASI-S, EurotestXE, EurotestXC en EurotestXD.
In de onderstaande voorbeelden wordt de meting van spanningsverlies met de Metrel EurotestXC uitgewerkt. Het spanningsverlies is een sub-functie in de meting van de circuitimpedantie Zi. Dit is de impedantie tussen Fase en Nul (L-N), of tussen fasen onderling (L-L).
De meting van het spanningsverlies bestaat uit twee stappen.
- Impedantie van binnenkomende voeding meten
In de eerste stap wordt de impedantie aan de binnenkomende voeding gemeten. Door op de ‘Cal’ toets van de Metrel installatietesters te drukken wordt deze waarde opgeslagen als referentiewaarde Zref.
- Vergelijken met Zref referentie
Door vervolgens in de installatie te meten wordt de gemeten impedantie steeds vergeleken met de referentie Zref. Op basis van de ingestelde zekeringswaarde wordt het spanningsverlies berekend. In onderstaande afbeelding is de ingestelde waarde 16 ampère en het maximale spanningsverlies 3%. Tijdens deze meting worden dus twee aspecten beoordeeld: de impedantie Zi én tegelijkertijd het spanningsverlies.
Berekening van het spanningsverlies
De Metrel installatietesters berekenen het spanningsverlies op basis van de volgende formule.
Z = meetwaarde van de impedantie
ZREF = referentiewaarde van de impedantie
UN = de nominale spanning
IN = de nominale stroom
In de NEN 1010 wordt het spanningsverlies berekend op basis van de ontwerpstroom IB. De standaard Metrel installatietesters hanteren voor de berekening de waarde van de ingestelde beveiliging van de groep. Als een beveiliging is ingesteld op 16 ampère zal de berekening ook plaatsvinden op basis van deze 16 ampère. Dat levert dus iets meer speelruimte op wanneer de ontwerpstroom IB lager zou liggen. Vanwege de aanwezige marge in standaard installaties zal deze methodiek niet tot veel onnodige indicaties van een te hoog spanningsverlies leiden. Mocht het meetinstrument toch de indicatie geven dat het spanningsverlies te hoog is dan zou de waarde gecorrigeerd kunnen worden als tenminste de ontwerpstroom en de waarde van de beveiliging afwijken.
De Metrel EurotestXD MI3155 heeft de mogelijkheid om de parameters voor berekening van de grenswaarde van het spanningsverlies exact in te geven. Door Zi en dU als twee stappen op te nemen in een Auto Sequence kan een impedantie beoordeeld worden op de te verwachten kortsluitstroom én op het spanningsverlies.
PV-installaties (zonnepanelen)
Spanningsopdrijving kan gezien worden als een vorm van spanningsverlies. Voor PV-installaties wordt aanbevolen om het spanningsverlies te beperken tot 1%. Dit om het maximale rendement uit de PV-installatie te halen. Spanningsverlies betekend immers ook verlies van vermogen, de leidingen worden warm en de kWh meter draait bij wijze van spreken minder hard terug.
Aandachtspunt is hierbij ook de gelijktijdigheid. De PV-installatie zal gedurende een groot deel van de dag continu vermogen transporteren via de leidingen. Daarom is investeren in iets dikkere leidingen lonend. Dat geldt overigens niet alleen voor PV-installaties, ook voor andere delen van installaties met een continu verbruik kan een grotere doorsnede lonend zijn.
Ander argument voor PV-installaties is het effect van de spanningsopdrijving (populair gezegd omgekeerd spanningsverlies). De omvormer moet bij een spanning van 253V binnen 2 seconden uitschakelen conform de Netcode Elektriciteit. Minder spanningsval over de voedingsleiding kan dit voorkomen.
Daarnaast moet de omvormer bij een spanning van 253V binnen 2 seconden uitschakelen conform de Netcode Elektriciteit. Ook dit kan dus verlies aan productie en dus rendement opleveren.
Elektrische laadaansluitingen
Ook voor elektrische laadaansluitingen (EVSE-installaties) geldt een hoge gelijktijdigheid. Een laadcyclus zal lang duren, daarom zal de warmte ontwikkeling en dus ook het verlies in de kabel laag moeten zijn. Om deze reden wordt ook geadviseerd om het spanningsverlies in deze aansluitingen te beperken tot 1%.
Bij controle van een elektrische laadaansluiting zal dus eerst, met de EurotestXD, in de verdeelinrichting de referentie impedantie moeten worden gemeten en vervolgens kan bij de aansluiting de Zi (L-N) worden gemeten met een grenswaarde op het spanningsverlies bij een stroom van 13 ampère en een verlies van 1%. Deze stap kan worden opgenomen in de eigen Auto Sequence van de EurotestXD installatietester. Voor het meten aan de laadaansluiting kan de Metrel A1532XA EVSE-adapter worden toegepast.
