Power Quality, vaak oorzaak van EMC-storing en brand

• mei 01, 2017
• Advies elektrotechniek

Elektrische energie is net als vele andere zaken een product dat door u wordt ingekocht, of opgewekt, voor intern gebruik. Uw energie leverancier levert elektrische energie die aan een genormeerde kwaliteit voldoet. Maar, u als afnemer heeft invloed op die kwaliteit. Of anders gezegd de kwaliteit van de energie is mede afhankelijk van de apparatuur die er gebruik van maakt. Power Quality heet dat in vakjargon. Die kwaliteit heeft een grote invloed op uw elektrische installatie en kan in sommige gevallen leiden tot storingen en zelfs brand.

Power Quality

Elektrische energie met een goede kwaliteit bestaat uit een zuiver sinusvormige spanning en stroom, die ook nog met elkaar in fase zijn. In de praktijk blijkt dat helaas vrijwel nooit beschikbaar. De feitelijke kwaliteit wordt beïnvloed door meerdere factoren zoals onder andere ledverlichting, elektronische voedingen en frequentie geregelde aandrijving van motoren. Al deze apparatuur veroorzaakt vervorming van de sinusgolf of een verschuiving van de wiskundige hoek tussen spanning en stroom. Die vervorming of verschuiving heeft invloed op de werkelijke energie die een apparaat opneemt en die door uw elektrische installatie moet worden verwerkt.

Spanning en stroom

De netspanning en de stroom zijn grootheden die bepalend zijn voor het elektrisch vermogen. Zoals eerder opgemerkt, als beide van topkwaliteit zijn is het afgenomen vermogen dat ook. Maar, dat is helaas niet de praktijk. Door allerlei factoren worden spanning en stroom negatief beïnvloed waardoor ook de kwaliteit van het vermogen afneemt. Behalve het werkelijk vermogen (Watt) zijn schijnbaar vermogen (VA) en blindvermogen (VAr) aanwezig. De onderlinge verhouding wordt weergegeven in de arbeidsfactor van de installatie, cosinus phi (cos y) genoemd. Een dan is er ook nog harmonische vervorming, die de arbeidsfactor ook nog beïnvloed. Al deze vormen van vermogen moet uw installatie kunnen verwerken. Bovenop deze vormen van vermogen komt ook nog onder- of overspanning voor. Dat vereist vakkennis en ervaring in ontwerp en aanleg van uw elektrische installatie.

Harmonische stromen

In zogenoemde drie-fasen installaties komt nog een ander fenomeen voor: Harmonische stromen. Dat zijn stromen met een hogere frequentie dan de basis netfrequentie van 50 Hertz (Hz). Die stromen ontstaan door aangesloten apparatuur waarin veel halfgeleiders en elektronica is verwerkt. Denk daarbij vooral aan ledverlichting, voedingen van computers en vrijwel alle moderne bedienings- en besturingsapparatuur. Een belangrijk aandachtspunt is dat deze stromen zich juist in de nulleiding van een drie-fasen installatie manifesteren.

Nulleiding

In een drie-fasen installatie voert de nulleiding in principe geen stroom. Dat komt doordat de drie fasestromen elkaar wiskundig opheffen. Dat betekent dus dat alleen in de faseleidingen een stroom loopt waarop aangesloten apparatuur werkt. Afhankelijk van de verdeling van de belasting over de drie fasen in een drie-fase installatie zal de stroom door de nulleiding tot nagenoeg nul kunnen worden gereduceerd. Daarom is in drie-fase eindgroepen alleen in de faseleidingen een overstroom- en kortsluitbeveiliging opgenomen, uitgevoerd als smeltveiligheid of installatie automaat. Dat beeld wordt echter drastisch verstoord zodra de kwaliteit van de spanning of de stroom, power quality, afneemt. Het gevolg is dat de stroom door de nulleiding toeneemt en zelfs groter kan worden dan in de faseleidingen.

EMC-storingen

In bestaande voedingssystemen van elektrische installaties is menigmaal gekozen voor zogenoemde PEN-leidingen. Dat zijn kabels waarin de nul- en beschermingsleiding (“aardleiding”) zijn gecombineerd tot één ader. Dat was vroeger geen probleem omdat de nulleiding immers nauwelijks tot geen stroom voerde. Maar, dat beeld verandert drastisch zodra de power quality afneemt. Als de stroom door de nulleiding toeneemt zal immers ook de stroom door de beschermingsleiding toenemen met als gevolg zwerfstromen door de installatie, waarbij zelfs gevaar bij aanraken kan ontstaan. Deze zwerfstromen zorgen bovendien voor elektromagnetische velden die zogenoemde EMC-storingen veroorzaken. Die storingen kunnen de oorzaak zijn van slecht of niet meer functioneren van aangesloten apparatuur.

Brandgevaar

Bestaande installaties zijn in het distributiedeel soms voorzien van voedingskabels met gereduceerde nul, een nulleiding die dunner is uitgevoerd dan de faseleidingen. Dat was in het verleden geen probleem. Maar, in de huidige tijd met toenemende elektronische apparatuur kunnen de stromen in die nulleider dus toenemen. Het structureel vervangen van bestaande verlichting door, met name goedkopere, ledverlichting of het vervangen van conventionele aandrijfapparatuur door elektronisch geregelde apparatuur kan een elektrische installatie dus zeer nadelig beïnvloeden. Door de gerede kans op hogere stromen in de nulleiding ontstaat, door overbelasting, oververhitting in voedingskabels met brand tot gevolg. Immers die nulleiding is niet beveiligd tegen overstroom en kortsluitstroom.

Uw onafhankelijk adviseur elektrotechniek helpt u graag bij het veilig renoveren of ontwerpen van een elektrische installatie, waarbij terdege rekening wordt gehouden met de gevolgen van een slechtere power quality.

Gerard Wessels

Adviseur elektrotechniek bij Wesselektro advies in Houten. Gespecialiseerd in ontwerp, advies, beoordeling en technisch beheer van elektrische installaties in gebouwen en de volledige technische inrichting van server- of computerruimten. Hij stelt uw PvE op, schrijft uw Functioneel Bestek of verzorgt projecttoezicht.