Teorien bag dimensionering

Dimensionering af kabler og elinstallationer, er en af de mere teoretiske dele af elfaget. Derfor kan det for mange være vanskelig, og det vil jeg være med til at lave om på. Dimensionering kan hurtig blive en kompleks opgave. Om du så studerer på elektrikeruddannelse eller en videregående uddannelse som elinstallatør eller maskinmester, så skal du igennem området dimensionering.

Der findes flere fremgangsmåder på, hvordan man dimensionerer, og resultatet bliver måske ikke altid ens. Dimensionering handler om, at du tager højde for omgivelserne og hvordan din installation bliver anvendt. Det er rigtig mange steder, hvor man skal tage sine egne beslutninger. Kigger vi på elinstallationsprøven, så skal du kunne argumentere for, hvorfor du har foretaget de enkelte valg.

Jeg vil i dette indlæg komme med de grundlæggende formler og fremgangsmåder for, hvordan de enkelte dele vælges og dimensionere. Jeg vil i andre indlæg komme med eksempler og fremgangsmåde for forskellige scenarier. Du finder alle indlæg omkring dimensionering her.

Overstrømsbeskyttelse

Overstrømsbeskyttelse, som ofte kaldes OB, skal sikrer, at din installation kobler ud før, at kabler, ledninger og komponenter tager skader pga. en overstrøm. Overstrøm er en strøm, der over en længere tid er større end, hvad din elinstallation er dimensioneret til. Strømme kan sagtens i kort tid have en lidt større strøm end dit beskyttelsesudstyr mærkestrøm, uden der kobles ud. Men sker en overstrøm eller overbelastning over længere tid, vil dette medføre skader på din installation.

For at sikre din installation mod overstrømme er der en gylden formel:

$I_Z \geq I_n \geq I_B$

Den betyder, at ledernes strømværdi ( $I_Z$ ) skal være lig med eller større end beskyttelsesudstyret mærkestrøm ( $I_n$ ). Samtidig skal beskyttelsesudstyret mærkestrøm ( $I_n$ ) være større eller lig med belastningsstrømmen ( $I_B$ ).

Fremgangsmåde

Det første step er, at beregne din belastningsstrøm. Dette gøres ud fra Ohms lov. Derefter skal beskyttelsesudstyret vælges, og denne skal være lig eller større end belastningsstrømmen.

Ud fra beskyttelsesudstyret, kan du nu beregne din mindste tilladte kabeleder, der kan klare den maksimale belastning dit beskyttelsesudstyr tillader.

Til beregning af kablets strømværdi, skal der anvendes korrektionsfaktor, der korrigere for temperatur, samlet fremføring ol.

Derfor anvendes følgende formel:

$I_{Z,min}=\frac{I_n}{k_t*k_s}$

Kt er korrektionsfaktor for temperatur, der findes i tabel B.52.14 og B.52.15 i DS60364
Ks er korrektionsfaktor for samlet fremføring, der findes i tabel B.52.17 i DS60364

Der kan forekomme andre korrektionsfaktor, der skal ganges på de øvrige korrektionsfaktor.

Herefter skal oplægningsmetode bestemmes (Tabel A52.3). Er kablet oplagt på forskellige måder, skal der foretages en beregning for alle oplægningsmetoder, og kablet dimensioneres ud fra den værste tænkelig scenarie.

Kablets strømværdi findes i tabel B.52.2 til tabel B.52.5. De 4 tabeller henviser til henholdsvis 2 belastede faser og 3 belastede, samt deres isoleringstype. PVC-isoleret kabler har generelt en driftstemperatur på 70 grader, hvorimod XLPE-isoleret kabler har en driftstemperatur på 90 grader.

Kortslutningsbeskyttelse

Kortslutningsbeskyttelse også kaldet KB, er en beskyttelse mod, at kortslutslutninger i din installation ikke forsager skader på materiel og kabler. En kortslutning er en stor strøm, der ofte sker, hvis to faser eller fase og nul rammer hinanden. Da modstanden er begrænset til kabler og komponenter, vil der opstå en stor strøm, som skal afbryder hurtigst muligt.

For at sikre, at ens installation er kortslutningsbeskyttet, skal du vide, hvad du anvender som KB. Alt efter, hvilken type kortslutningsbeskyttelse du anvender, så skal du anvender henholdsvis den største eller mindste kortslutningsstrøm.

Du skal bruge den mindste kortslutningsstrøm ved sikringer
Du skal bruge den største kortslutningsstrøm ved maksimalafbryder

Formlen for beregning af kortslutningsbeskyttelse er

$K^2*S^2 \geq I_K^2*t$

’K’ er en konstant der findes i DS/HD 60364 tabel 43A og er 115 (CU) og 76 (AL) for PVC isolering og 143 (CU) og 94 (AL)for XLPE isolering. ’S’ er tværsnittet i mm2, ’Ik’ er kortslutningsstrømmen og ’t’ er udkoblingstiden af beskyttelsesudstyret.

Mindste og største kortslutningsstrøm

Ofte er det ikke muligt at beregne kortslutningsstrømmen i forsyningspunktet, og derfor skal man have oplyst disse værdier ved forsyningsselskabet. Dog har fællesregulativet angivet i afsnit 12.1, at man skal antage at maksimale kortslutningsstrøm er 16 kA med cosp på 0,3 i forsyningspunktet, og den mindste mulige kortslutningsstrøm i forsyningspunktet er 5 gange din stikledningssikring.

KB ved smeltesikring

Ved beregning af den specifikke energi, anvendes den mindste kortslutningsstrøm, da den giver den største energigennemslip (Prøv evt. selv at beregne).

$K^2*S^2 \geq I_{K,min}^2*t$

Det første step er, at du med den mindste kortslutningsstrøm aflæser i sikringskurven, hvor lang smeltestid, du har ved din sikring. Et eksempel med en minimums kortslutningsstrøm på 300 ampere ved en 25 amperes sikring.

Aflæsning af sikringskurve — Lånt fra SIBA lavspændingssikringskatalog

Ved smeltesikring skal man være opmærksom på, at der er en smeltetid og en lysbuetid. Overstående tabel angiver smeltetiden for en sikring.

Ved smeltetider støre en 0,1 sekunder anvendes udelukkende smeltetider, da lysbuetiden er af en ubetydelig størrelse. $K^2*S^2 \geq I_{K,min}^2*t$
Ved smeltetider på mellem 1 millisekund og 0,1 sekund kan man enten aflæse en smelteenergikurve eller lægge 0,1 sekunder til tiden i formlen. $K^2*S^2 \geq I_{K,min}^2*(t+0,1)$
Ved smeltetider mindre en 1 millisekund anvendes den totale energigennemslip, der aflæses i producentens tabel.

Aflæsning af energigennemslip — Lånt fra SIBA lavspændingssikringskatalog

KB ved automatsikring og maksimalafbryder

For at kontrollere kortslutningsbeskyttelsesn ved automatsikring (og maksimalafbryder), skal den samme formel anvendes, dog med undtagelse af, at det er den maksimale kortslutning.

$K^2*S^2 \geq I_{K,max}^2*t$

Overstående kan skrive om, så kontrollen kan foregå ud fra en graf, hvor gennemløbsenergien direkte aflæses. Figuren her under, viser en kurve, hvor du kan aflæse gennemløbsenergien. Ud fra den maksimale kortslutningsstrøm, aflæses y-akslen, der er gennemløbsenergien. I dette tilfælde er det ud fra en 10 A sikring med C karaktestik.

Gennemløbsenergi Automatsikring — Billede fra Siemens

Valg af sikringslastadskiller

For at kunne anvende en sikring, kræver det, at du har en sikringsholder eller sikringslastadskiller (betegnes SLA i formlerne). Derfor skal denne vælges. Der er 4 krav, der skal være opfyldt for valg af sikringslastadskiller.

$U_{SLA}\geq U_n$

$I_{k,max,SLA} \geq I_{k3f,max}$

$I_{n.SLA} \geq I_B$

Forklaring: Det første krav er, at sikringslastadskiller har en nominel spænding der er større eller lig med den netspænding, hvor den installeres. Derudover skal den kunne klare den maksimale kortslutningsstrøm, der kan opstå på det sted i installationen, hvor sikringslastadskiller er installeret. Til sidst skal den kunne klare belastningsstrømmen, der kan opnås. Alle 3 overstående krav er ofte opfyldt, hvis den sidste og 4. krav er – nemlig, at sikringsholderen skal passe til den valgte sikring. Vælges en NH0 sikring, skal der selvfølgelig anvendes en NH0 sikringsholder.

Valg af sikring til OB

Valg af sikring til OB (eller både OB og KB), gøres ud fra 3 til 4 krav, alt afhængig af, om der installeres enheder med en stor startstrøm – eksempelvis motorer.

$U_{n,f}\geq U_n$

$I_{k,f} \geq I_{k3f,max}$

$I_{n,f} \geq I_B$

Og ved enheder med store startstrømme

$t_{start,f} \geq t_{start,motor}$

Forklaring: Det første krav er, at materiellet skal kunne klare den spænding, det bliver udsat for. Installeres sikringen i en 400V system, skal denne være egnet til 400V. Samtidig skal sikring kunne klare den maksimale kortslutningsstrøm, der kan opstå. Og så det vigtigste er, at sikringsmærkestrøm er lig eller større end belastningsstrømmen.

Har du en motor eller anden enhed med stor startstrøm, skal du sikre dig, at denne ikke kobler sikringen ud. Eksempelvis en motor, der har en startstrøm i 5 sekunder på 5 gange fuldlaststrøm, så skal man i sikringens smeltekurve aflæse, om sikringen ikke brænder over.

Valg af sikring til OB og KB

Sikring til både OB og KB vælges efter samme fremgangsmåde som valg af sikring til OB.

Valg af sikring til KB

Vælges der separat sikring til KB og OB, skal der udover kravene for valg af sikring til OB også sikres, at der er selektivitet mellem KB og OB sikringen. Derfor skal KB sikringen være større. Hvis du vælger samme fabrikant af sikringer, kan du gå en sikringsstørrelse op. Ellers skal sikringskurverne sammenlignes, og kontrolleres at sikringen længst væk fra forsyningspunktet kobler ud først. En anden måde er, at gå DS/HD 60364 afsnit 536.4.1.2.3, hvor de henviser til en faktor på 1,6. Altså sikring tættest på forsyningspunktet skal være 1,6 gange større end den efterfølgende. Bemærk at sikring skal være af samme type eks. gG.

Valg af automatsikring

Til valg af en automatsikring, kan vi opsætte følgende krav:

$I_n \geq I_B$

$U_e \geq U_n$

$I_{cu/cs} \geq I_{kmax}$

$I_{n,kb,min} \geq I_{start}$

$I_{n,kb,max} \leq I_{k,min}$

Forklaring

Sikring skal som det første, altid vælges ud fra, at den er stor nok til at klare belastning. Derefter skal den også kunne klare den påtrykte spænding.

Kortslutningsbeskyttelse er delt op i flere dele. Først og alt, skal automatsikring kunne klare kortslutningsstrømmen, så den stadigvæk kobler ud. I produktkataloger kaldes det $I_{cu}$ eller $I_{cs}$ Forskellen på disse to er, om de er operative efter en udkobling af kortslutning. $I_{cu}$ Står for ultimative, og betyder blot, at den ikke garanteres funktionelt efter udkobling af en kortslutningsstrøm. $I_{cs}$ står for service, hvilket betyder, at den er funktionelt efter en udkobling. Derved er dennes maksimale kortslutningsstrøm ofte lavere end $I_{cu}$ .

Samtidig skal det sikres, at en automatsikring ikke kobler ud ved eventuelle startstrømme. Det skal samtidig sikres, at automatsikring også kobler ud ved den mindste kortslutningsstrøm.

Bemærk, at der findes to standarder (eller faktisk 3), der henviser til, hvordan en automatsikring skal virke.

DS/EN 60898-1: Til boliginstallationer i AC-drift
DS/EN 60898-2: Til boliginstallation til AC og DC drift (Den anvender vi ikke særlig ofte)
DS/EN 60947-2:2017: Er til industrien, og du finder information om både AC og DC drift.

Nedenstående figur illustrer, hvor du finder $I_{kb,min}$ og $I_{kb,max}$ , som er i den firkantede røde boks, der viser den er henholdsvis 5 og 10 gange mærkestrøm $I_n$

Automatsikring kurve — Billede fra Siemens

Valg af maksimalafbryder

Indhold på vej

Valg af motorværn

Valg af fejlstrømsafbryder

Claus Hansen

Claus Hansen har med sin uddannelse som elektriker og maskinmester stor viden inden for elteorien og elinstallationer. Han ønsker med Elbogen.dk at vejlede og hjælpe studerende, private og folk i branchen med love, regler og teorien. Har du spørgsmål? Så send ham endelig en besked via kontaktformularen, der findes i de forskellige indlæg eller under kontakt i menuen.

Følge os på Facebook og bliv opdateret på de nyeste indlæg

Spørgsmål? Så send dem til mig

Kontakt mig her!