De 80%-regel — wat staat er écht in de NEN-EN-IEC 61439?

“Componenten in een kast mogen maar tot 80% worden belast.” Iedereen in de paneelbouw kent het. Maar vraag waar die 80% precies staat, en het wordt snel vaag. “In de 61439.” Klopt. Maar niet zoals de meesten denken.

De 80% is geen algemene ontwerpeis die altijd geldt voor elke schakel- en verdeelinrichting. Het is een specifieke voorwaarde die geldt voor één van de drie verificatiemethoden voor temperatuurstijging. Je kunt die 80% volledig omzeilen — mits je dan een van de andere twee methoden gebruikt. En die andere twee methoden hebben weer hun eigen eisen.

Laten we het vanaf het begin opbouwen.

Het probleem: warmte in een gesloten kast

Drie wegen naar hetzelfde doel

NEN-EN-IEC 61439-1 bepaling 10.10.1 geeft drie verificatiemethoden. De fabrikant kiest welke methode hij toepast — of een combinatie ervan. Ze leiden alle drie tot hetzelfde: het bewijs dat de temperatuurstijging binnen de grenzen van tabel 6 blijft.

Methode 1: Verificatie door beproeving (10.10.2)

Dit is de laboratoriumtest. De schakel- en verdeelinrichting wordt fysiek opgebouwd en met stroom belast. Thermokoppels meten de temperatuur op alle kritische punten. De proef duurt net zo lang als nodig is totdat de temperatuur stabiliseert — in de praktijk wordt die grens bereikt als geen enkel meetpunt meer dan 1 Kelvin per uur stijgt.

De beproeving kent drie sub-methoden (10.10.2.3.5, 10.10.2.3.6 en 10.10.2.3.7) die variëren in het aantal proeven en de mate van flexibiliteit. De eenvoudigste variant (10.10.2.3.5) beproeft de volledige schakel- en verdeelinrichting in één keer en levert als resultaat de groepsgewijs toegekende stroom Ing voor elke stroomketen. De meest uitgebreide variant (10.10.2.3.7) beproeft rails, functionele eenheden en de volledige schakel- en verdeelinrichting elk apart, en levert zowel de toegekende stroom Inc als Ing op — plus de gelijktijdigheidsfactor RDF.

Het voordeel van beproeving: geen beperkingen aan de belasting. Als de proef aantoont dat alle temperaturen binnen de grenzen blijven bij 100% van de toegekende stroom, dan is 100% het bewezen vermogen. Geen 80%-reductie nodig.

Het nadeel: het is duur en tijdrovend. Elke significante wijziging in het ontwerp kan een nieuwe beproeving vereisen.

Methode 2: Verificatie door vergelijking met een referentieontwerp (10.10.3)

Deze methode vergelijkt de te verifiëren schakel- en verdeelinrichting met een al beproefde uitvoering. Als het nieuwe ontwerp “thermisch gelijksoortig” is aan het referentieontwerp, mogen de beproevingsresultaten worden overgenomen. De norm geeft strikte regels wanneer dit is toegelaten — dezelfde bouwgrootte van toestellen, dezelfde serie, vergelijkbaar wattverlies, vergelijkbare fysieke opstelling.

Een praktisch voorbeeld: als een vermogensschakelaar van 250A in een bepaald omhulsel is beproefd en de temperatuurstijggrenzen haalt, mag je op basis van vergelijking vaststellen wat de toegekende stroom is van een 160A-schakelaar uit dezelfde serie in hetzelfde omhulsel — mits het wattverlies en de temperatuur op de aansluitklemmen van het vervangende toestel niet hoger zijn dan van het oorspronkelijke.

Ook hier geldt: geen 80%-reductie. De begrenzing zit in de overeenkomst met het referentieontwerp.

Methode 3: Verificatie door beoordeling — berekening (10.10.4)

En hier verschijnt de 80%.

Bij verificatie door beoordeling bereken je de temperatuurstijging in plaats van hem te meten. Je telt de wattverliezen van alle componenten en geleiders in de kast op, en vergelijkt het totale wattverlies met wat het omhulsel kan dissiperen. De norm geeft twee varianten: een eenvoudige methode voor schakel- en verdeelinrichtingen met een enkel compartiment tot 630A (10.10.4.2) en een meer uitgebreide methode volgens IEC TR 60890 voor kasten tot 1.600A (10.10.4.3).

Maar bepaling 10.10.4.1 sub e) stelt een harde voorwaarde: de groepsgewijs toegekende stroom van de stroomketens (Ing) mag niet meer bedragen dan 80% van de toegekende afgesproken thermische stroom vrij in lucht (Ith) van de schakeltoestellen. Als Ith niet beschikbaar is, geldt 80% van de nominale stroom (In).

Dáár staat de 80%.

En de norm legt ook uit waaróm. Opmerking 2 bij bepaling 10.10.4.1 stelt dat deze verificatiemethode de gemiddelde luchttemperatuur in het omhulsel beoordeelt, uitgaande van een gelijkmatige verdeling van de wattverliezen. Maar lokale hete plekken bij de toestellen — de belangrijkste bronnen van wattverlies — kunnen niet worden opgespoord met een gemiddelde berekening. De 80% is de veiligheidsmarge die daarvoor compenseert, gebaseerd op algemene beproevingservaring.

Dat is de herkomst. Geen mysterieuze vuistregel, maar een onderbouwde veiligheidsmarge voor een specifieke verificatiemethode.

Nog twee voorwaarden die erbij horen

De 80% staat niet op zichzelf. Bepaling 10.10.4.1 geeft een hele lijst voorwaarden waaraan je moet voldoen als je de berekeningsmethode wilt gebruiken.

Sub f) eist dat alle geleiders die rechtstreeks met een toestel zijn verbonden een minimale kerndoorsnede hebben gebaseerd op 125% van de groepsgewijs toegekende stroom Ing. De toelichting in opmerking 4 is helder: die 125% is bedoeld om te bewerkstelligen dat de geleiders het stroomvoerend vermogen van de toestellen niet verder reduceren.

Er moet bovendien een min of meer gelijkmatige verdeling van wattverliezen zijn binnen het omhulsel (sub c), de luchtcirculatie mag niet significant worden belemmerd (sub d), en de frequentie mag niet hoger zijn dan 60 Hz (sub a). En er is nog een uitzondering: de 80%-beperking is niet van toepassing op elektronische toestellen met geïntegreerde geforceerde ventilatie, mits ze volgens de fabrikantsinstructies zijn geïnstalleerd. De norm legt in opmerking 3 uit dat zulke toestellen hun warmte vooral via de koellucht afvoeren en meestal van interne temperatuurbewaking zijn voorzien.

Wat betekent dit in de praktijk?

In de praktijk betekent het dat je als paneelbouwer of ontwerper een keuze maakt.

Kies je voor de berekeningsmethode? Dan is de 80% een harde grens. Elke automaat, elke schakelaar, elke smeltveiligheid in de kast wordt belast op maximaal 80% van zijn Ith of In vrij in lucht. En elke geleider wordt gedimensioneerd op 125% van Ing. Dit is de meest toegankelijke methode — je hebt geen laboratorium nodig — maar het kost je 20% van het beschikbare vermogen per component.

Kies je voor beproeving? Dan vervalt die 80%-eis. Als de laboratoriumproef aantoont dat de kast bij 95% van de componentstroom nog steeds binnen de temperatuurstijggrenzen blijft, dan is 95% het bewezen vermogen. Dit kost je een proefopstelling en tijd, maar je krijgt er een hoger benut vermogen per component voor terug.

Kies je voor vergelijking met een referentieontwerp? Dan geldt de 80% ook niet, maar je bent gebonden aan de beproevingsresultaten van het referentieontwerp. Je kunt niet hoger gaan dan wat het referentieontwerp heeft bewezen.

En je mag de methoden combineren. De norm staat toe dat je voor het ene deel van de schakel- en verdeelinrichting een beproeving doet en voor het andere deel een berekening maakt — mits elk deel voldoet aan de eisen van de gekozen methode.

Waar het misgaat

Drie veelgemaakte fouten:

De eerste fout is de 80% als universele regel toepassen, ook wanneer de schakel- en verdeelinrichting door beproeving is geverifieerd. Als de fabrikant een typebeproeving heeft laten doen en het beproevingsrapport aantoont dat de kast bij 100% van Inc de temperatuurstijggrenzen haalt, dan mag je 100% gebruiken. De 80% geldt alleen bij verificatie door beoordeling.

De tweede fout is de berekeningsmethode toepassen zonder te controleren of aan álle voorwaarden van 10.10.4.1 is voldaan. De 80% op de componentstroom is er maar één. De 125% op de geleiderdoorsnede vergeten mensen nog weleens. Evenals de eis dat de wattverliezen min of meer gelijkmatig verdeeld moeten zijn — een kast met één zware vermogensschakelaar en verder alleen kleine groepen voldoet daar niet per definitie aan.

De derde fout is de verantwoordelijkheid niet kennen. De keuze van de verificatiemethode ligt bij de fabrikant van de schakel- en verdeelinrichting. Als een installateur een bestaande kast aanpast — een extra groep bijplaatst, een automaat vervangt door een zwaarder type, het railsysteem wijzigt — dan wordt hij in de ogen van de norm de fabrikant. En dan geldt: hij moet aantonen dat de temperatuurstijging binnen de grenzen blijft. Met beproeving, vergelijking, of berekening (inclusief de 80%).

De kern

De “80%-regel” is geen regel. Het is een voorwaarde voor één specifieke verificatiemethode. De norm biedt drie wegen om aan te tonen dat een schakel- en verdeelinrichting thermisch veilig is. Bij beproeving is de meting het bewijs. Bij vergelijking is het referentieontwerp het bewijs. Bij berekening is de 80% de veiligheidsmarge die compenseert voor wat de berekening niet kan zien: lokale hotspots.

Die 80% begrijpen is één ding. Weten in welke context hij geldt — en wanneer niet — is precies het verschil tussen een paneelbouwer die de norm citeert en een paneelbouwer die de norm begrijpt.

Bij Omega Energietechniek behandelen we de NEN-EN-IEC 61439-reeks als onderdeel van onze opleidingen. Niet als abstracte normtekst, maar als praktisch gereedschap: hoe kies je de juiste verificatiemethode, wat zijn de voorwaarden van de berekeningsmethode, en wanneer moet je als installateur contact opnemen met de fabrikant? Want de 80% kennen is stap één — weten wanneer je hem wél en niet moet toepassen, dat is vakkennis. Meer hierover leren? Bekijk onze SCIOS opleidingen en NEN 3140 cursussen.