De toekomstige standaard in stroomverdeling: RiLineX – The Power Platform

Ontwikkelingen zoals de groei van elektrificatie en de gelijktijdige groei naar gelijkstroomtechnologieën betekenen dat de eisen met betrekking tot state-of-the-art, hoogbeschikbare stroomdistributie steeds hoger worden. De wereld van paneel- en schakelapparatuurbouw staat voor tal van uitdagingen, waaronder het tekort aan vaardigheden, de toenemende tijds- en kostendruk en de toenemende complexiteit van projecten. Tegelijkertijd verhoogt de druk op bedrijven om hun processen efficiënter te maken. Wat nodig is, zijn manieren om dingen in de installatietechniek te versnellen – bijvoorbeeld als het gaat om stroomdistributietechnologie. De oplossing is RiLineX, een nieuw, open platformsysteem voor 60 mm stroomrails tot 800 A dat geschikt is voor AC-toepassingen tot 1000 V en DC-toepassingen tot 1500 V.

Veiliger dan ooit tevoren

Continue contactbeveiliging betekent dat aanpassingen kunnen worden, zelfs wanneer het systeem onder spanning staat. Niet alleen, maar de geteste kortsluitvastheid tot 65 kA zorgt ervoor dat het systeem in alle bedrijfstoestanden veilig is. Hoewel de systeemconfiguratie zeer flexibel is, zijn plannings- en montagefouten uitgesloten, wat betekent dat alle belangrijke systeemparameters nu voor het eerst gegarandeerd kunnen worden. Het is van belang bij het bepalen welke kortsluitstroom het railsysteem moet kunnen verdragen, zowel thermisch als dynamisch (mechanisch) , te weten wat de hoogste te verwachten kortsluitstroom is die er zou kunnen vloeien. wanneer de voedingsleidingen naar de stroomketen worden kortgesloten door een geleider van verwaarloosbare impedantie die zo dicht mogelijk is geplaatst bij de voedingsklem van de schakelinrichting. Van invloed op de hoogte van deze kortsluitstroom zijn onder andere de afstand tot de voedende transformator en de demping door de lengte van de kabels naar de voedingsklem.

Maar wat betekent dat nu, geteste kortsluitvastheid tot 65kA?

Daarvoor is het van belang te weten dat dit de effectieve waarde van de korteduurstroom bij wisselstroom of gemiddelde waarde van de korteduurstroom bij gelijkstroom betreft, de Icw-waarde, die onder gespecificeerde beproevingsomstandigheden zonder schade kan worden gevoerd, bepaald in termen van een stroom en de tijd. Voor deze Icw waarde mogen volgens de norm NEN-EN-IEC 61439-1:2021 verschillende waarden van Icw voor een verschillende tijdsduur opgegeven worden (bijv. 0,2 s; 1 s; 3 s).  Normaal gesproken in de maximale duur beperkt tot 1 s.  Aan de hand van de bijbehorende montageaanwijzingen kan het railsysteem samengesteld worden. Voor alle toegekende kortsluitstromen moeten de dynamische en thermische belasting worden geverifieerd met een te verwachten stroom aan de voedende zijde van het gespecificeerde beveiligingstoestel, indien aanwezig, die gelijk is aan de waarde van de door de oorspronkelijke fabrikant toegekende korteduurstroom, de toegekende grensstroompiek of de toegekende conditionele kortsluitstroom.  De toegekende grensstroompiek is de waarde van de piekkortsluitstroom volgens opgave van de fabrikant van de schakelinrichting, waartegen de stroomketen onder gespecificeerde omstandigheden bestand is. Deze is van belang bij het bepalen van de dynamische (mechanische) belastbaarheid. Hoeveel krachten kan het RiLineX railsysteem hebben voordat deze kapot gaat. De korteduurstroom is van belang bij de thermische belasting van het RiLineX railsysteem. Rittal heeft als de oorspronkelijke fabrikant de benodigde testen op het RiLineX railsysteem uitgevoerd overeenkomstig de betreffende productnorm.

Waarom mogen verschillende waarden van Icw voor een verschillende tijdsduur opgegeven worden?

Dit heeft te maken met beperkingen van de beproevingsfaciliteit maar ook met de thermische belastbaarheid van de materialen. Voor het RiLineX railsysteem bijvoorbeeld het kunststof waarvan de onderdelen van het board gemaakt zijn, zowel voor het complete als ook het modulaire board. De beproevingsstroom moet dan worden gewijzigd zodat de warmteontwikkeling gelijk blijft in overeenstemming met de formule I2t = constant. De piekwaarde mag niet groter zijn dan de toegekende grensstroompiek opgegeven en goedgekeurd door Rittal. De effectieve waarde van de korteduurstroom mag niet lager zijn dan de toegekende waarde in ten minste één fase gedurende ten minste 0,1 s nadat de stroom is aangelegd. Kijkend naar het RiLineX railsysteem geven we de volgende waarden op bij de verschillende afmetingen van de rails:

Deze waarden gelden voor toepassingen volgens de norm NEN-EN-IEC 61439-1/2. Voor toepassingen volgens UL508 gelden andere eisen en bijbehorende waarden. Er wordt ook onderscheid gemaakt in de afmeting van de koperrails (geometrische eigenschap) en de strooksoort (AC od DC)

Omdat de warmteontwikkeling I2t constant moet zijn zal bij AC stroom de Icw waarde 65kA bij 500 ms voor een RiLIneX systeem met koperrails 30×10 mm zonder railkoppelingen bij 1 s ≈ 46kA bedragen. Bij een DC stroom In de bovenstaande tabel wordt voor de Ipk waarde verwezen naar tabel 7 in de norm NEN-EN-IEC 61439-1:2021.

Kijkend naar paragraaf 9.3.2 van deze norm moet de fabrikant van de schakelinrichting gegevens over de kortsluitvastheid opgeven. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen voedingsvelden met of zonder beveiligingstoestel tegen kortsluitstroom.  Voor schakelinrichtingen met een beveiligingstoestel tegen kortsluitstroom in het voedingsveld moet de fabrikant van de schakelinrichting de hoogste toelaatbare waarde verklaren van de hoogste te verwachten kortsluitstroom op de aansluitklemmen van het voedingsveld van de schakelinrichting.  Deze waarde mag niet groter zijn dan de juiste toegekende waarde(n) Ipk, Icw of Icc (dit is de toegekende conditionele kortsluitstroom van een schakelinrichting of een stroomketen van een schakelinrichting en betreft de maximale kortsluitstroom in die stroomketen, wanneer deze wordt beschermd door een beveiligingstoestel tegen kortsluitstroom). De daarbij behorende arbeidsfactor en piekwaarde moeten in overeenstemming zijn met paragraaf 9.3.3. waarin ook in de tabel hierboven verwezen wordt.

Als er geen geïntegreerd beveiligingstoestel tegen kortsluitstroom in het voedingsveld opgenomen is moet de fabrikant van de schakelinrichting de kortsluitvastheid als volgt vermelden: de Icw-waarde met bijbehorende tijdsduur én de Ipk-waarde of de Icc-waarde met inbegrip van de stroombegrenzende kenmerken van het(de) beveiligingstoestel(len) tegen kortsluitstroom aan voedingszijde

Voor tijdswaarden tot ten hoogste 3 s wordt de verhouding tussen de toegekende korteduurstroom en de bijbehorende tijdsduur weergegeven met de formule I2t = constant, mits de piekwaarde de toegekende grensstroompiek niet overschrijdt.

En hoezo zijn plannings-en montagefouten uitgesloten?

Daarvoor gaan we in op de samenhang tussen piekwaarde (Ipk) en korteduurstroom (Icw). Zoals eerder aangegeven wordt of de Icw waarde of de Ipk waarde vermeld of afhankelijk van de configuratie beiden.

De piekwaarde, die over het algemeen relatief kort optreedt zorgt wel voor de grootste elektrodynamische belasting. Deze wordt niet voor niets ook wel stootstroom genoemd. Deze piekstroom komt overeen met de prospectieve kortsluitstroom (de effectieve waarde) x de stootfactor x √2. Deze stootfactor wordt in de norm NEN-EN-IEC 61439-1:2021 de  factor n genoemd, oftewel de factor waarmee de piekwaarde van de asymmetrische kortsluitstroom de piekwaarde van de symmetrische kortsluitstroom overschrijdt. De grootte van de stootfactor κ of de factor n is afhankelijk van cos φ. Hoe kleiner cos φ, hoe meer inductiviteit in het circuit, hoe groter het inschakeleffect en hoe groter de stootfactor κ/factor n. In tabel 7 van deze norm worden de factoren n bij de verschillende korteduurstromen Icw gegeven. Hierbij wordt uitgegaan van de effectieve waarde voor wisselstroomtoepassingen. Voor de piekfactor voor gelijkstroomtoepassingen moet overeenstemming worden bereikt tussen de fabrikant en de gebruiker. Als er geen opgave van de waarde is geldt n = 1,42 x de gemiddelde waarde voor gelijkstroomtoepassingen van de kortsluitstroom.

De waarden in tabel 7 gelden voor de meeste toepassingen. Bijvoorbeeld kort op een transformator of generator kan de cos φ lager zijn.De maximale hoogte van de te verwachten piekstrook Ipk kan dan de begrenzende waarde worden in plaats van de effectieve kortsluitstroom  Icw

Deze piekwaarde moet opgevangen kunnen worden door de railsteunen. Daarbij is ook de railsteunafstand van belang. Ook de geometrie van de toegepaste rails spelen een belangrijke rol.  Bij een groter afstand tussen de railsteunen bij eenzelfde piekstroom Ipk hoe hoger de impact door de belasting op de railsteun.

Voor RiLineX wordt een standaard bevestigingspatroon gehanteerd gebaseerd op een vast railsteunafstand. Deze wordt van uit de typische boards bepaald en heeft een maximale afstand van 200 mm. Of dit nu bij montage op de montageplaat van de VX25 is of op systeemchassis met een 25-mm rasterpatroon, het past dus altijd.

Aanvullende voorwaarden

Zoals eerder benoemd heeft Rittal als de oorspronkelijke fabrikant de benodigde testen op het RiLineX railsysteem uitgevoerd overeenkomstig de betreffende productnorm. Onderdeel hiervan is de z.g. vervuilingsgraad. Voor RiLineX geldt dat vervuilingsgraad 3 als uitgangspunt genomen is. Dit houdt in dat er geleidende vervuiling op kan treden, of er treedt droge, niet-geleidende vervuiling op waarvan kan worden verwacht dat deze als gevolg van condensatie geleidend wordt. Dit is van belang bij het bepalen van de minimale lucht- en kruipwegen, de afstanden tussen de geleidende delen. Bij toepassing in b.v. de VX25 aanbouwkasten met een beschermklasse IP55 hoeft dat geen belemmering te zijn maar aandacht moet wel uitgaan naar de wijze van ventileren (is de lucht schoon genoeg ) en kabelinvoer (zijn alle invoeren goed afgewerkt).

Het standaard RiLineX board heeft een beschermklasse Ip2x. Mocht er behoefte zijn om dit te verhogen, met een standaard afdekstrips kan een beschermklasse IP3X verkregen worden door deze strips in de vrije slots in het afdekprofiel te klikken. Verwijderen kan alleen met behulp van gereedschap.