Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
18 augustus 2009
Inleiding 230Vac installaties in voertuigen Het ontwerpen en installeren van 230Vac installaties in voertuigen is op het eerste gezicht een simpele uitdaging, omdat de installatie een zeer geringe omvang heeft en vooral omdat de laagspanningsopwekeenheid (de omvormer) na het aansluiten van de accu direct klaar is om 230V energie aan de verbruiker(s) te leveren. De meest voorkomende installatie is de combinatie van een 12Vdc/230Vac omvormer met één of meer WCD’s (wandcontactdozen). De gebruiker heeft nu de vrijheid om allerlei 230Vac verbruikers aan te sluiten, en hoeft alleen het maximum vermogen van de omvormer te respecteren. Het ontwerp lijkt nu gereed voor installatie, maar eerst moeten de genormeerde veiligheids‐ bepalingen nog worden toegepast. Veiligheid Uit de praktijk blijkt dat personen, die verantwoordelijk zijn voor het 230Vac installatie ontwerp, uiteenlopende opvattingen hebben over de minimaal te nemen veiligheidsmaatregelen. Dat is niet vreemd, daar er geen specifieke norm bestaat voor veiligheidsbepalingen in voertuigen en het bestuderen van geldende normen (NEN1010) kan leiden tot interpretatie verschillen. De behoefte aan een eenduidig ondubbelzinnige leidraad voor situaties in voertuigen, leidde begin jaren ’80 tot een concept publicatie van de Arbeidsinspectie (document: CPno4). Dit document was een overzichtelijk uittreksel van de NEN1010 in begrijpelijke taal met schema’s. Nu, 30 jaar later, is de NEN1010 wel veranderd, maar kunnen we vaststellen dat de eisen m.b.t. veiligheid in voertuigen gewoon dezelfde zijn gebleven. Helaas heeft de genoemde publicatie nooit een officiële status gekregen, waardoor het moeilijk blijft om iedereen op één lijn te krijgen. In de volgende hoofdstukken zullen eerst een aantal begrippen worden toegelicht, waarna de meest voorkomende situatie onder de loep wordt genomen (voeding met een omvormer). Hierbij worden aan de hand van verwijzingen naar bepalingen in de NEN1010, de te nemen veiligheidsmaatregelen besproken. Een citaat uit de NEN1010 wordt aangeduid met blauw gekleurde tekst. Een verwijzing naar de NEN1010 heeft het formaat: (NEN1010:xxx). Tot slot wordt ook aangegeven hoe een geïnstalleerd systeem dient te worden geïnspecteerd.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 1
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
18 augustus 2009
Theorie Elektrische stroomstelsels (NEN1010:312) Met betrekking tot de relatie tussen een voedingsbron met daarop aangesloten installaties en de aarde worden verschillende stroomstelsels onderscheiden. Deze stelsels worden aangeduid met twee letters. De eerste letter heeft betrekking op de voe‐ dingsbron, de tweede op de metalen gestellen van het elektrisch materieel. Eerste letter: aarding van de voedingsbron
Tweede letter: aarding van de metalen gestellen
T: op één punt rechtstreeks geaard (= bedrijfsaarde) I: niet geaard of op één punt geaard over hoge impedantie
T: afzonderlijk of groepsgewijs ter plaatse geaard (onafhankelijk van de aarding van de voedingsbron) N: metalliek verbonden met het geaarde punt van de voedingsbron (in wisselspanningsstelsels is het aardpunt gewoonlijk de nul of, indien een nul niet beschikbaar is, een faseleiding)
Daaropvolgende letter(s) (indien van toepassing): uitvoering van nulleiding en beschermingsleiding S: bescherming wordt geboden door een leiding separaat van de nulleiding of van de geaarde leiding (of in een wisselspanningsstelsel: de geaarde faseleiding) C: functies van nulleiding en beschermingsleiding gecombineerd in een enkele leiding (PEN‐leiding)
(tabel uit NEN1010: 312.2)
In voertuigen mogen slechts twee typen stroomstelsels worden toegepast: IT‐ en TN stelsel. Voor praktijkvoorbeelden, zie volgende pagina. IT‐stelsel (NEN1010:312.2.3) In een IT‐stelsel zijn alle actieve delen (fase/nul) niet of via een impedantie met aarde verbonden; de metalen gestellen in de elektrische installatie zijn: A. afzonderlijk met aarde (chassis) verbonden; B. gezamenlijk met aarde (chassis) verbonden of C. gezamenlijk met de bedrijfsaarde (chassis) verbonden. TN‐stelsel (NEN1010:312.2.1) In een TN‐stelsel is één punt van de voedingsbron (de nulleiding) rechtstreeks met aarde verbonden en zijn de metalen gestellen in de installaties door beschermingsleidingen met dat punt verbonden. Op basis van de uitvoering van de nulleiding en de beschermingsleiding zijn er drie soorten TN‐stelsels te onderscheiden: A. TN‐S‐stelsel: door de gehele installatie is een afzonderlijke beschermingsleiding gebruikt; B. TN‐C‐S‐stelsel: in een gedeelte van de installatie zijn de nulleiding en de beschermingsleiding gecombineerd; C. TN‐C‐stelsel: door de gehele installatie zijn de nulleiding en de beschermingsleiding gecombineerd.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 2
18 augustus 2009
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen Praktijkvoorbeelden van een IT‐stelsel en een TN‐stelsel Er is sprake van een IT‐stelsel in de volgende situatie: • • •
De laagspanningsopwekeenheid is een omvormer 12Vdc/230Vac, en is vast gemonteerd in het voertuig; De nulleiding van de 230Vac omvormer uitgang is intern niet verbonden met het chassis (aarde) en in de installatie is deze nulleiding nergens verbonden met het chassis: een zgn. zwevend net; Alle aardaansluitingen van de elektrische verbruikers (ook de aardpinnen van de WCD’s) zijn via een beschermingsleiding (geel/groene draad) met elkaar en met aardaansluiting van de omvormer verbonden. Op een centraal punt (bij de omvormer of de accu) is deze beschermingsleiding met het chassis verbonden.
Er is sprake van een TN‐stelsel in de volgende situatie: • •
•
De laagspanningsopwekeenheid is een omvormer 12Vdc/230Vac, en is vast gemonteerd in het voertuig; De nulleiding van de 230Vac omvormer uitgang is intern verbonden met de chassis aansluiting (aarde), of in de installatie is deze nulleiding direct achter de nulaansluiting van de omvormer verbonden met het chassis; Alle aardaansluitingen van de elektrische verbruikers zijn via een beschermingsleiding (geel/groene draad) met elkaar en met aardaansluiting van de omvormer verbonden.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 3
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
18 augustus 2009
Bescherming tegen elektrische schok Naast de algemene eisen is in bepaalde gevallen (zoals in een voertuig) ook aanvullende bescherming van toepassing, zoals aangegeven in: (NEN1010:410.3.2) Basisbescherming en foutbescherming Onder basisbescherming wordt verstaan: bescherming tegen directe aanraking. Onder foutbescherming wordt verstaan: bescherming tegen indirecte aanraking (bij het optreden van een fout). Beschermingsmaatregelen (NEN1010:410.3.2) Een beschermingsmaatregel moet bestaan uit: a) een geschikte combinatie van een voorziening voor basisbescherming en een onafhankelijke voorziening voor foutbescherming, of b) een voorziening voor verhoogde bescherming die zowel basisbescherming als foutbescherming biedt. De volgende beschermingsmaatregelen zijn in het algemeen toegelaten: (NEN1010:410.3.3) a) automatische uitschakeling van de voeding; b) dubbele of versterkte isolatie; c) elektrische scheiding van de voeding voor één elektrisch toestel; d) extra lage spanning: SELV en PELV (< 50Vac of 110Vdc). Welke beschermingsmaatregelen moeten we nemen? Voorbeeld: Om een keuze te kunnen maken uit de toegelaten beschermingsmaatregelen, gaan we uit van een voertuig met een 12V/230Vac omvormer, met een vast aangesloten verbruiker in combinatie met één of meer wandcontactdozen. Van de vier bovengenoemde keuzes blijft nu alleen keuze (a) over, omdat we te maken hebben met 230Vac (d), er sprake is van meerdere toestellen zonder elektrische scheiding (c), en dubbele isolatie is nooit gegarandeerd bij gebruik van wandcontactdozen (b). In ons voorbeeld moet er dus de volgende beschermingsmaatregel worden genomen: a) automatische uitschakeling van de voeding; Deze conclusie wordt bevestigd door de aanvullende bepaling voor voertuigen in (NEN1010:717.411): 717.411 Beschermingsmaatregel: automatische uitschakeling van de voeding a) Voor de voeding met een laagspanningsgenerator (omvormer) zijn uitsluitend TN‐ en IT‐stelsels toegelaten en moet bescherming door automatische uitschakeling van de voeding tot stand worden gebracht en 1. is in een TN‐stelsel 717.411.4 van toepassing; 2. is in een IT‐stelsel 717.411.6 van toepassing. Voor 717.411.6 zie pagina 5.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 4
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
18 augustus 2009
717.411.6 IT‐stelsel 717.411.6.2 Wanneer het IT‐stelsel is toegepast in eenheden (een voertuig) met een geleidend omhulsel, moeten de metalen gestellen van het materieel zijn verbonden met het geleidende omhulsel. Bij eenheden zonder geleidend omhulsel moeten de metalen gestellen binnen de eenheid onderling en met een beschermingsleiding zijn verbonden. Een IT‐stelsel kan tot stand worden gebracht door: a) een beschermingstransformator of een laagspanningsgenerator, waarbij een toestel voor isolatiebewaking is geïnstalleerd; b) een transformator die een enkelvoudige scheiding tot stand brengt, bijvoorbeeld volgens NEN‐EN‐IEC 61558‐1, maar uitsluitend in de hierna gegeven gevallen: 1. er is een toestel voor isolatiebewaking met of zonder aardelektrode geïnstalleerd, dat zorgt voor automatische uitschakeling van de voeding bij een eerste fout tussen actieve delen en het raamwerk van de eenheid (zie figuur 717A.6) of 2. er zijn een toestel voor aardlekbeveiliging en een aardelektrode geïnstalleerd om automatische uitschakeling tot stand te brengen bij een defect in de transformator die leidt tot de enkelvoudige scheiding (zie figuur 717A.5). Elke stroomketen die aanwezig is voor de voeding van materieel dat buiten de eenheid wordt gebruikt, moet zijn beschermd door een afzonderlijk toestel voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30 mA. 717.415.1 Voor alle contactdozen die zijn bedoeld voor de voeding van elektrische toestellen buiten de eenheid, is aanvullende bescherming door toestellen voor aardlekbeveiliging met een toegekende aanspreekstroom van ten hoogste 30 mA noodzakelijk. Dit geldt niet voor contactdozen die worden gevoed vanuit stroomketens met bescherming door: a) SELV, b) PELV of c) elektrische scheiding. Conclusie voor voorbeeld 1 (IT‐stelsel: omvormer en wandcontactdozen) Uit bovenstaande NEN1010 bepalingen volgt voor ons voorbeeld van pagina 4: Ter bescherming moet een isolatiebewakingstoestel in de installatie zijn opgenomen. Geheel logisch, want een eventuele eerste isolatiefout (breuk in de bekabeling, of een lek door vuil en vocht), wordt nooit opgemerkt doordat het net ‘zwevend’ is. Door een eerste fout kan het chassis dan onbedoeld zijn ‘verbonden’ met een fase. Een tweede isolatiefout kan door aanraking direct fataal zijn. Bij bescherming van een IT‐stelsel met een isolatiebewakingstoestel wordt een eerste ongevaarlijke fout direct gemeten. De voeding van de installatie wordt afgeschakeld zodat de fout verholpen kan/moet worden. De extra bepaling in NEN1010:717.415.1 is enigszins verwarrend. De aardlekbeveiliging kan niet door een aardlekschakelaar worden uitgevoerd. Immers, buiten het voertuig is de ‘aarde’ niet verbonden met de ‘chassis aarde’ van het voertuig, waardoor een aardlekschakelaar niet correct kan functioneren. Ook niet als een TN‐stelsel wordt aangelegd. Wat hieruit wel kan worden opgemaakt is dat verbruikers buiten het voertuig (via kabelhaspel of verlengsnoeren) een extra risico vormen voor isolatiefouten (kabelbreuk door klemming en lekstroom door vocht). De genoemde aardlekbeveiliging zal dus moeten worden bereikt met een isolatiebewakingstoestel.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 5
18 augustus 2009
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen Schema van een IT‐stelsel met een isolatiebewaker
IT‐stelsel zonder isolatiebewaking
Alleen als voldaan is aan de volgende voorwaarden kan een 230Vac IT‐stelsel zonder isolatie‐ bewakingstoestel als veilig worden beschouwd: • • • • • • • •
De omvang van de installatie is zeer klein; De generator of omvormer heeft een vermogen van < 3 kVA; De generatorwikkelingen (of omvormer elektronica) moeten geïsoleerd zijn t.o.v. het gestel (het chassis); Er mag ten hoogste één toestel van constructieklasse I (toestel met geaarde constructie) door de omvormer worden gevoed; Het gestel van de generator of omvormer en van het klasse I toestel moeten met elkaar zijn verbonden met een (geel/groene) beschermingsleiding; Het gelijktijdig aansluiten van meerdere toestellen van klasse II (dubbel geïsoleerde constructie) is toegestaan; Het gelijktijdig aansluiten van toestellen van klasse I en klasse II is niet toegestaan; De aansluitleidingen mogen niet langer zijn dan 25 m.
Voorbeelden van een IT‐stelsel zonder isolatiebewaking: 1. Een generator/omvormer (met zwevend net) met als verbruiker 1 apparaat met metalen gestel, rechtstreeks aangesloten zonder WCD. 2. Een generator/omvormer (met zwevend net) met één of meer dubbel geïsoleerde verlichtingsarmaturen, rechtstreeks aangesloten zonder WCD.
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 6
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
18 augustus 2009
Inspectie Inleiding Om te voldoen aan de laagspanningsrichtlijn worden de NEN1010, NEN‐EN 60204‐1 en NEN3140 gehanteerd. De richtlijn schrijft voor dat een 230V installatie minimaal moet worden beproefd (en gerapporteerd) op een tweetal veiligheidsaspecten: • •
Isolatieweerstand Doorgangsweerstand van de beschermingsleiding
De beproevingen mogen alleen worden uitgevoerd door, of onder toezicht van een vakbekwaam persoon, met daarvoor geschikte meetapparatuur. Beproevingen Er moeten twee beproevingen per voertuignet worden uitgevoerd. •
•
Beproeving 1, de isolatieweerstand test Testen van de isolatieweerstand tussen de fase en chassis, en tussen nul en chassis. Hiertoe wordt kortstondig een testspanning van 500V gelijkspanning op de meetpunten gezet. Beproeving 2, doorgangsweerstand test Testen van de doorgangsweerstand van de beschermingsleiding (aarddraad). Hiertoe wordt een wisselstroom van 10A gedurende 10 seconden door de totale leiding gevoerd waarbij het spanningsverlies over de leiding gemeten wordt. Doel van de test is te controleren of de overgangsweerstanden (van de verbindingen en contacten) niet te groot zijn.
Normwaarden De installatie kan door een inspecteur als deugdelijk worden gekwalificeerd wanneer bovenstaande metingen de volgende meetwaarden hebben opgeleverd: Beproeving 1:
De isolatieweerstand > 1 Mohm
Beproeving 2: spanningsverlies < 3,3 V < 2,6 V < 1,9 V < 1,4 V < 1,0 V
draaddiameter 1,0 mm2 1,5 mm2 2,5 mm2 4,0 mm2 6,0 mm2
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 7
Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties in voertuigen
Bronnen Bronnen voor het samenstellen van dit document: • • • •
NEN1010:2007+C1:2008 NEN‐EN‐IEC 61557‐8 NEN 3140 Arbeidsinspectie CPno4
Auteur: B.J. Romein Techneo Electronics
Veiligheidinvoertuigen.docx
Pagina 8
18 augustus 2009
