artikel

Hoe ontwerp je een DC-net?

energie

Het ontwerpen van een gelijkspanningsnet is een stuk eenvoudiger dan een wisselspanningnet. De altijd lastige kortsluitberekening is overbodig dankzij de actieve (toestel)beveiliging. Dat levert veel dunnere kabels op. Hoe zit het precies?

Hoe ontwerp je een DC-net?

Door Richard Mooi

Gelijkspanning zou wel eens een belangrijke rol kunnen gaan spelen bij de energiedistributie. Steeds meer apparaten werken op gelijkspanning, en het omzetten van AC naar DC en andersom levert verliezen op. Dat was tot voor  kort de belangrijke drive achter de uitrol van DC-distributienetten, voornamelijk voor openbare (straat)verlichting en in tuinbouwkassen. Maar uit de praktijk komt nog een belangrijk voordeel rollen: De netten zijn eenvoudiger van opzet, en dat scheelt enorm veel koper, een prijzige grondstof.

Snelle elektronische beveiliging

Anders dan bij traditionele wisselspanningsnetten is een DC-netwerk voorzien van actieve beveiliging. De smeltzekering of automaat maakt plaats voor elektronische beveiliging die voortdurend de stroomsterkte meet. Bij een kortsluiting bij een verbruiker of in een kabel stijgt de stroom sterk, net als bij AC. Die stijging wordt bij DC opgemerkt door de actieve beveiliging en nog voordat er een enorme stroom gaat lopen, wordt de spanning al afgeschakeld. Dat is bij AC heel anders; er zal altijd een sterke kortsluitstroom optreden, voordat de passieve mechanische automaten (of smeltzekering) doorslaan.

Kabelweerstand

Om die passieve beveiliging bij AC snel zijn werk te laten doen, voordat er gevaar optreedt, is het een voorwaarde dat er een stevige kortsluitstroom kan lopen. Met andere woorden, de kabelweerstand moet voldoende laag zijn. Bij langere kabels, bijvoorbeeld bij straatverlichting, loopt de weerstand snel op en om bij AC toch voldoende kortsluitstroom te krijgen, is een kabel met dikke aders noodzakelijk. Bij DC speelt de kortsluitstroom geen rol en kan worden gedimensioneerd op de spanningsverlies bij nominaal gebruik.

Geen aanloopstroom

Daarnaast is bij een AC-net met moderne ledverlichting de aanloopstroom bepalend. De condensatoren in de voeding zullen bij het aanzetten van de verlichting allemaal tegelijkertijd opladen en dat veroorzaakt een forse aanloopstroom. Bij ledarmaturen geven fabrikanten meestal op hoeveel armaturen – vanwege die aanloopstroom- maximaal op een kabel mogen worden aangesloten. Als de lampen normaal branden is de stroomsterkte veel lager en zou de kabel veel meer armaturen aankunnen. Bij ledverlichting op een DC-net ontbreekt de AC/DC—omzetting en ook de condensatoren, en hoef je bij het ontwerp geen rekening te houden met de aanloopstroom.

Factor 10

Hoe groot is nu het voordeel? Enorm. Bij straatverlichting in het buitengebied (lengte zo’n 4 km) passen op een dunne kabel met aders (2,5 mm2) zo’n 80 armaturen. Bij een traditioneel wisselspanningnet moet er bij een vergelijkbare lengte een kabel met een aderdoornede van 35 mm2 in de grond verdwijnen. Het scheelt een factor 10. Bij bestaande netten met capaciteitsproblemen kan de overschakeling naar DC een enorm veel lucht geven. Daarnaast is het bij DC veel gemakkelijker om van twee kanten te voeden. Op die manier kan de capaciteit flink worden opgevoerd. Bij AC is een ringnet veel lastiger te realiseren.

Kassen

Bij DC-drivers in de armaturen voor kasverlichting speelt koperbesparing eveneens een belangrijke rol. Niet langer hoeft een groep van 3 lampen met AC-drivers (elk ruim 1000 Watt) op een eindgroep in een verdeelinrichting aan te worden gesloten. Dat levert bij de traditionele installatiewijze een enorme brij aan kabels op die bij de groepenkast samen komen. Bij DC volstaat een ringleiding met de aftakkingen naar de verlichting met DC-drivers. In de kastuinbouw zou een besparing van 1500 kg koper per hectare mogelijk zijn.

Actieve beveiliging bij AC?

Ook bij AC is het mogelijk om actieve beveiligingscomponenten (automaten) toe te passen. Het voordeel van de lagere kortsluitstroom is dan ook een feit. Door de impedantie van de kabel waardoor er extra weerstand ontstaat voor wisselspanning is het kopervoordeel echter minder groot. Ook inschakelpiekstromen door condensatoren blijven aanwezig.

Met dank aan Wilfred Akerboom (Wilfred.Akerboom@citytec.nl)

Lees ook: 

Eerste DC-huis uit de startblokken

 Installateurs onbekend met risico’s gelijkstroom 

Straatverlichting op gelijkspanning succesvol

Reageer op dit artikel