Kabelberekeningen AC

AC-kabelverliezen

We hebben gezien hoe we de kabelverliezen voor het gelijkstroomgedeelte kunnen berekenen aan de hand van de kabeldikte en de kabellengte. Bij het wisselstroomdeel gaat het net zo. Hier hebben we te maken met eisen uit de NEN1010. Deze stelt aanvullende eisen voor zonnestroominstallaties. De diameter van de kabel moet volgens NEN1010 dik genoeg zijn om:

• de kabeltemperatuur dusdanig laag te houden dat er geen schade ontstaat aan de isolatiemantel van de kabel;
• het spanningsverlies dient minimaal te zijn om aangesloten apparaten storingsvrij te laten werken (bijlage 52G);
• de weerstand van de kabel dient niet zo hoog te zijn dat de beveiligingsautomaat niet of te laat kan reageren;
• bestand te zijn tegen mechanische belasting.

De weerstand van de kabel

De weerstand van een kabel is afhankelijk van de soortelijke weerstand van het materiaal waar de geleider van gemaakt is. Meestal is dat koper of een aluminiumlegering. Verschillende koperen of aluminiumkabels kunnen toch een iets verschillende soortelijke weerstand hebben. Dit komt door de mate van zuiverheid van het gebruikte koper. De fabrikant van de kabel zal in zijn technische gegevens de soortelijke weerstand vermelden. Hoe hoger de soortelijke weerstand, hoe hoger de kabelverliezen zijn. Verder is de weerstand van de kabel afhankelijk van de doorsnede en de lengte. In formulevorm:

R = ρ ^. l / A

met:
R = weerstand in Ω (Ohm)
ρ = soortelijke weerstand in Ωm/mm²
l = lengte in m (meter)
A = oppervlakte in m². Voor een ronde draad is de oppervlakte de doorsnede van de draad.

Voorbeeld: Een netomvormer is aangesloten met 50 meter fasedraadl(bruin) en 50 m nuldraad (blauw) van 1,5 mm².
Wat is de weerstand van de kabel? Hoe berekenen we de kabelverliezen?
R = ρ ^. l / A = 2 ^. 50 ^. 0,0181 / 1,5 = 1,21 Ω
Let op dat we als lengte 2 ^. 50 m = 100 m nemen (de kabel heeft twee aders).

Het spanningsverlies over de kabel

Laten we aannemen dat de omvormer 8 A stroom wil leveren aan het elektriciteitsnet. Dat gaat alleen als de uitgangsspanning van de omvormer 8 ^. 1,21 = 9,66 V hoger is dan de spanning van het elektriciteitsnet. Als de spanning op het elektriciteitsnet 230 V is, dan moet de uitgangsspanning van de omvormer dus 230 + 9,66 = 239,66 V bedragen. In dit geval is er geen probleem en zal de omvormer goed functioneren. De netbeheerder mag spanning aanleveren met een marge van 10% (NEN-EN 50160). Dat betekend dat de netspanning tussen de 207 V en de 253 V kan liggen. Nemen we nu aan dat de netspanning geen 230 V is, maar 245V. Dan moet de omvormer 245+9,66= 254,66V maken om de volledige 8 A te kunnen leveren. Hier gaat het fout. Omvormers zijn beveiligd op 253V, om de netspanning niet te hoog op laten lopen, en schakelen boven deze waarde uit. Dit probleem kan voorkomen of verminderd worden door een grotere kabeldiameter te kiezen. Dat betekend een lagere kabelweerstand en dientengevolge minder spanningsverlies, waardoor de omvormer geen hoge spanning hoeft te maken.

Vermogensverlies

Behalve dat de omvormer ongewenst uitschakelt omdat hij de maximale netspanning dreigt te gaan overschrijden, leid een hoge kabelweerstand ook tot vermogensverlies. De kabel dissipeert vermogen en zet dat om in warmte. Nemen we weer ons voorbeeld met de twee kabels van 50 meter van 1,5 mm² doorsnede, dan wordt het energieverlies 9,66 ^. 8 = 77,3 Watt. (P = U ^. I). Een dikkere kabel is dus altijd in het voordeel, behalve wat de aankoopprijs betreft. Nu zal men in een woonhuis niet snel 50 m kabel nodig hebben. Realistische berekeningen kan men maken met de onderstaande tool.