IP05 Impuls 7
27-04-2007
13:39
Pagina 1
Katern voor scholing, her- en bijscholing
07 Een uitgave van Intech Elektro & ICT en OTIB mei 2007
inHoud 1
Elektrotechniek
Alle soorten lekstroom onder controle
Alle soorten lekstroom
5
onder controle
Fotowedstrijd ‘Zo moet het niet’
5
Deze bijdrage leert je iets over de verschillende typen aardlekschakelaars en hun gedrag. Bovendien wordt een overzicht gegeven welke aardlekschakelaar bij welke elektronische productiemachines kan worden gebruikt.
Kort nieuws vereiste beschermingsmaatregel met aardlekschakelaars toe te passen, ook voor de verbruikerstoestellen met halfgeleiderschakelingen waarbij rimpelloze aardlekgelijkstromen kunnen ontstaan.
Diverse toestellen voor aardlekbeveiliging
1. Aardlekschakelaar type B voor alle lekstroomvormen.
De installateur is verantwoordelijk voor de keuze van de aardlekschakelaar die voor een bepaalde toepassing geschikt is. Hij kan daarbij kiezen tussen de typen A en B. Dit is het probleem: moderne, elektronische productiemachines kunnen rimpelloze aardlekgelijkstromen opwekken. Deze lekstromen worden echter niet door aardlekbeveiligingen van het type A –bedoeld voor sinusvormige lekstromen en pulserende aardlekgelijkstromen– gedetecteerd. Erger nog: deze aardlekgelijkstromen leiden er eventueel zelfs toe dat de beschermingsfuncties van de aardlekbeveiligingen van het type A ook bij aardlekwisselstromen niet meer verzekerd zijn. Dit is de oplossing: door de inzet van een voor alle stroomsoorten gevoelige aardlekschakelaar (afbeelding 1) is het mogelijk de beproefde en voor veel toepassingsgebieden
Toestellen voor aardlekbeveiliging onderscheiden zich met betrekking tot hun geschiktheid om de verschillende lekstroomvormen te detecteren. Uit tabel 1 blijkt dat afhankelijk van de elektronische schakeling in de stroomketen diverse vormen van lekstromen kunnen optreden. Daarom is het belangrijk bij de keuze van de juiste aardlekbeveiliging te kijken naar de soort ingangsschakeling van het verbruikende toestel. • Aardlekbeveiligingen van het type AC zijn alleen geschikt om sinusvormige aardlekstromen (stroomketen 1 tot en met 3 in de tabel) te detecteren. Dit type apparaat is in Nederland niet toegestaan en heeft geen keurmerk. • Aardlekbeveiligingen van het type A dienen voor de detectie van aardlekstromen die sinusvormig zijn of een pulserend gelijkstroomkarakter hebben. Bij dit type apparaat gaat het om de gebruikelijk toegepaste aardlekschakelaar die gevoelig is voor pulsvormige aardlekstromen. Daarmee worden ook die vormen van aardlekstroom beteugeld, die bij eenfaseverbruikende toestellen met elektronische componenten in de netvoeding kunnen optreden. (Bijvoorbeeld elektronische voorschakel07 1
IP05 Impuls 7
27-04-2007
13:39
Pagina 2
alle soorten lekstromen onder controle
apparaten en wasmachines.) Dit type aardlekbeveiliging is geschikt voor elektronische apparatuur met ingangsstroomketens volgens de nummers 1 tot en met 6 in tabel 1. • Aardlekbeveiligingen van het type B dienen behalve voor de detectie van vormen van aardlekstroom die bij het type A behoren, ook voor de detectie van rimpelloze aardlekgelijkstromen. Aardlekschakelaars van dit type zijn geschikt voor de inzet in een 50 Hz-draaistroomnet, ook voor de ingangsstroomketens nummers 7 tot en met 10 in tabel 1 en daarmee voor alle in tabel 1 getoonde stroomketens.
Lekstromen op diverse foutplaatsen
Tabel 1. Wat de juiste aardlekbeveiliging is, hangt sterk af van de schakeling van de te beveiligen stroomketen. Hier aanvullend weergegeven is de belastingsstroom bij normaal bedrijf en de foutstroom die zou optreden bij een defect zonder een toestel voor aardlekbeveiliging. 07 2
Er zijn productiemachines waarbij de vorm van de lekstroom afhangt van de plaats waar de fout optreedt. Laten we als typisch voorbeeld daarvoor een frequentieomvormer nemen (afbeelding 2). • Foutplaatsen in gebied 1: tussen de aardlekschakelaar en frequentieomvormer treden lekstromen met de netfrequentie op (afbeelding 2, onder links). Deze zuiver sinusvormige 50 Hz-foutstromen kunnen worden verwerkt door alle aardlekschakelaars (type AC, A en B). Bij het bereiken van de uitschakelstroom van de aardlekschakelaar in het gebied 0,5 …1.I∆n wordt het installatiedeel dat een gevaarlijke spanning krijgt, uitgeschakeld. • Foutplaatsen in gebied 2: binnen in de frequentieomvormer (tussen de gelijkrichter en de uitgangselektronica, dat wil zeggen in de gelijkstroomtussenschakeling) treden bijna rimpelloze aardlekgelijkstromen op (afbeelding 2, onder midden). Bij toepassing van een voor alle stroomvormen gevoelige aardlekschakelaar type B komt het bij het bereiken van 0,5 … 2.I∆n tot een betrouwbare uitschakeling. Aardlekschakelaars van het type A kunnen in deze gevallen geen bescherming bieden. Ze schakelen niet af omdat de inductie in de omzetter van de volgens het inductieprincipe werkende aardlekschakelaar –veroorzaakt door de aardlekgelijkstroom– niet in de tijd verandert. Daarboven zorgt een rimpelloze aardlekgelijkstroom (of aardlekgelijkstroom in de PE) door een sluipende isolatiefout voor een voormagnetisering van
IP05 Impuls 7
27-04-2007
13:39
Pagina 3
alle soorten lekstromen onder controle
het voor de detectie van foutstromen benodigde magnetisch omzettermateriaal van de aardlekschakelaar type A. Dit leidt er soms zelfs toe dat een aardlekschakelaar van het type A bij een gelijktijdig optredende, zuiver sinusvormige foutstroom, die anders probleemloos wordt afgeschakeld, niet meer kan afschakelen. De beschermingsfunctie is in deze gevallen niet meer gewaarborgd. • Foutplaatsen in gebied 3: op de uitgang van de frequentieomvormer tot aan de motor treden aardlekwisselstromen op die van de netfrequentie en de sinusvorm afwijken. Het gaat hierbij om een menging van frequenties met verschillende bijdragen van de afzonderlijke frequenties (afbeelding 2, onder rechts). Afhankelijk van de toepassing van de frequentieomvormer (bijvoorbeeld als gelijkstroomrem, gelijkstroom-voorverwarmer) kunnen ook bijna rimpelloze aardlekgelijkstromen ontstaan. Aardlekschakelaars van het type A zijn overeenkomstig de productnorm uitsluitend voor de detectie van 50 Hz-aardlekstromen bedoeld. De stroomwaarde waarbij wordt uitgeschakeld, stijgt derhalve voor hogere frequentieaandelen van de foutstroom op ongedefinieerde wijze. De gewenste beschermingswerking is dan meestal niet meer aanwezig. Daar tegenover zijn voor de aardlekschakelaar van het type B, overeenkomstig de productnorm, eisen voor het aanspreken voor frequenties tot 2 kHz gedefinieerd.
2. Stroomketen met aardlekschakelaar en frequentieomvormer (boven) zowel als foutstroomvorm bij foutplaats 1 (onder links), bij foutplaats 2 (onder midden) en bij foutplaats 3 (onder rechts).
3. Opbouw van een aardlekschakelaar type B voor alle lekstroomvormen.
Aardlekschakelaars type B voor alle lekstroomvormen Aardlekschakelaars van het type B voor alle lekstroomvormen werken netspanningsonafhankelijk overeenkomstig de Duitse ontwerpnorm VDE 0664 Teil 100 wat betreft detectie, signaalverwerking en afschakeling. Alleen voor de detectie van rimpelloze aardlekgelijkstromen is op natuurkundige gronden een spanningsvoorziening noodzakelijk. Deze kan door alle netaansluitingen worden verzorgd. De beschermingsfunctie is er vanaf een spanning van ten minste 50 V. Zelfs voor het geval dat slechts één geleider spanning voert en dat daarbij een foutstroom optreedt, wordt de bescherming tot stand gebracht door de netspanningsonafhanke-
lijke uitschakelfunctie van het spanningsonafhankelijke, voor pulsstroomgevoelige deel van het apparaat (afbeelding 3). Overeenkomstig de Duitse ontwerpnorm VDE 0664 Teil 100 zijn de aardlekschakelaars van het type B geschikt voor toepassing in een 50 Hz-draaistroomsysteem en niet voor gebruik in het gelijkspanningsnet. Bij elektronische productiemachines kunnen, zoals bij de uitgangszijde van een frequentieomvormer, behalve de beschreven aardlekstroomvormen ook aardlekwisselstromen met verschillende frequenties optreden. Voor aardlekschakelaars van het
type B zijn daarom uitgebreidere uitschakeleisen voor frequenties tot 2 kHz vastgelegd. Die uitschakelkarakteristiek van de nu door Siemens aangeboden ‘Siquence aardlekschakelaar voor alle stroomvormen van het type B ’ is weergegeven in afbeelding 4. De werkelijke uitschakelwaarden van deze schakelaar liggen altijd onder de grenswaarde die voor het apparaat is voorgeschreven en voor de toegekende aanspreekstroom van 30 mA ook duidelijk onder de grenscurve, die aangeeft waar de gevaarlijke hartfibrillatie begint (volgens IEC 60479-2). 07 3
IP05 Impuls 7
27-04-2007
13:39
Pagina 4
alle soorten lekstromen onder controle
4. Frequentiekarakteristiek van een aardlekschakelaar type B 80 A, 30 mA.
Basisbescherming (bescherming tegen directe aanraking) Als gevarengrens voor hartfibrillatie gelden stromen met frequenties vanaf 1 kHz en meer dan 420 mA. Omdat men met betrekking tot het gevaar van hartfibrillatie bij frequenties van 100 Hz tot 1 kHz (vooral voor niet-sinusvormige stromen) geen harde cijfers kan geven en daarboven geen zekere uitspraken mogelijk zijn over de verdere effecten (thermisch, elektrolytisch) op het menselijke organisme, is de aanvullende bescherming bij directe aanraking (I∆n ≤ 30 mA) alleen voor frequenties tot 100 Hz aanwezig. Foutbescherming (bescherming tegen indirecte aanraking) Bij frequenties > 100 Hz en bij toegekende aardlekstromen van I∆n > 30 mA is de bescherming tegen indirecte aanraking te realiseren onder inachtneming van de volgende punten: • frequentiekarakteristiek van de aardlekschakelaar; • maximaal toelaatbare aanrakingsspanning (bijvoorbeeld 50 V); • maatgevende bijdragen van bepaalde frequenties van de foutstroom ( afhankelijk van de productiemachines); • toelaatbare aardingsweerstand (tabel 2).
Brandpreventie en bedrijfszekerheid Als bescherming tegen branden die door elektriciteit kunnen ontstaan, wordt in bepaalde toepassingsgebieden het gebruik van 300 mA-aardlekschakelaars geëist. Dit is gebaseerd op de aanname dat voor het ontstaan van een brand circa 60 … 70 W voldoende is. De uitschakelstromen van een aardlekschakelaar type B worden bij hogere frequenties groter. Omdat de aard07 4
lekstroom echter behalve hoog- ook laagfrequente aandelen bevat, is een vergaande bescherming tegen brand bij aardlekstromen ook bij een met de frequentie stijgende uitschakelkarakteristiek te bereiken. Het positieve effect van de met de frequentie stijgende uitschakelstroom is een hogere bedrijfszekerheid van de installatie, omdat de bij normaal bedrijf aanwezige lekstromen, die via condensatoren hun weg naar aarde vinden, op de uitschakeling duidelijk minder invloed hebben. Het verloop van de frequentiekarakteristiek van de nieuwe schakelaar van Siemens houdt rekening met deze randvoorwaarden en laat een goed compromis zien tussen brandpreventie en bedrijfszekerheid. Bij inschakeling van condensatoren die met de PE zijn verbonden (bijvoorbeeld bij EMCfilters in verbinding met frequentieomvormers) treden soms gedurende korte tijd hoge stromen naar aarde op. Om voor deze gevallen een storingsvrije werking te garanderen, zijn de nieuwe schakelaars voorzien van een kleine tijdsvertraging (voor hoge foutstromen een circa 10 ms vertraagde afschakeltijd). De, overeenkomstig de apparaatvoorschriften voor standaarduitvoeringen, maximaal toelaatbare uitschakeltijden worden daarbij aangehouden en waarbor-
maximale toelaatbare aardingsweerstand maximaal toelaatbare nominale aardingsweerstand bij aanspreekaanrakingsspanning 50 V stroom en 25 V 160 Ω 80 Ω 30 mA 16 Ω 8Ω 300 mA 10 Ω 500 mA 5 mA Tabel 2. Nominale aanspreekstroom en maximaal toelaatbare aardingsweerstand bij aanrakingsspanningen van 50 V respectievelijk 25 V.
gen daarmee dezelfde beschermingsgraad. Een verdere verbetering van de bedrijfszekerheid komt door de verhoogde stootstroom-vastheid van 3 kA (bij 8/20 µs stroomvorm). Om bij de serieschakeling van toestellen voor aardlekbeveiliging bij een fout een selectieve afschakeling te realiseren, moeten de apparaten in zowel de nominale aanspreekstroom I∆n als de uitschakeltijd zijn gestaffeld. Hiervoor zijn ook voor de nieuwe aardlekschakelaars type B voor alle lekstroomvormen selectieve uitvoeringen op komst, herkenbaar aan het teken . Bij deze toestellen bedraagt de stootstroomvastheid zelfs 5 kA (bij 8/20 µs stroomvorm).
Aardlekautomaten type B Het detectieprincipe van de aardlekautomaat en dat van de aardlekschakelaar type B zijn identiek en voldoen aan de geldige productnorm. (In Duitsland is dat de VDE 0664 Teil 200, waarvoor nog geen Nederlands equivalent is – een IEC-norm en dus een Nederlandse norm is in de maak.) De werking en de beschermingsfunctie komen overeen met die van de aardlekschakelaar. Aardlekautomaten verenigen in één behuizing de beschermingsfuncties van persoonsbescherming en brandpreventie en de beveiliging tegen overbelasting van de leiding. Door de geïntegreerde overstroombeveiliging is de thermische beveiliging van het toestel zelf zonder verdere afstemming met voor- en nageschakelde toestellen zonder meer aanwezig. De directe toepassing van een aardlekautomaat type B in een stroomketen biedt de volgende voordelen ten opzichte van de installatiepraktijk met een aardlekschakelaar en verscheidene automaten: • aardlekautomaten beveiligen zichzelf tegen overbelasting; • door montage in de bouw is er afstemming van de thermische uitschakeling; • benutting van de maximaal mogelijke aardlekstroom in de PE (0,3.I∆n) in elke aftakking; • net zoals bij overstroom wordt ook bij afschakeling door aardlekstroom alleen het betreffende installatieonderdeel spanningsloos gemaakt; • hoge beschikbaarheid van de installatie aangezien het foutloze deel van de installatie spanning houdt.
IP05 Impuls 7
27-04-2007
13:40
Pagina 5
fotowedstrijd
kort nieuws
Fotowedstrijd ‘Zo moet het niet!’ Onder het motto ‘Zo moet het niet’, gaat Intech Elektro en ICT op zoek naar foto’s van slecht of foutief uitgevoerde installaties. Inzenders van wie de foto's worden geplaatst in Intech, kunnen rekenen op een technisch handboek van Isso ter waarde van maar liefst 245 euro. Het handboek bestaat uit twee delen en bevat ruim 1.400 pagina's aan technische kennis. Vermeldt u alstublieft kort en bondig welke fouten te zien zijn op de foto en uiteraard ook uw naam en adres. Mail of stuur de foto's naar: Redactie Intech Elektro en ICT ‘Zo moet het niet’
[email protected] Postbus 188 2700 AD Zoetermeer
Prijswinnaar mei
Weggesmolten aardedraad in krachtgroep, waarschijnlijk gebruikt als nulleider. Levensgevaarlijk!
Draden en lasdoppen los in de muur gesmeerd.
Mark Wahlen, M. Wahlen Elektrotechniek, is deze maand de winnaar van de fotowedstrijd. Hij ontvangt het Handboek Installatie techniek van Isso. Van harte gefeliciteerd namens de redactie!
220 V wcd uit krachtgroep afgetakt.
Cursus Energieprestatienormering (EPN) herzien De wijzigingen van de energieprestatiecoëfficiënt (EPC), zowel in hoogte als in de rekenmethodiek, hebben nogal wat voeten in de aarde. De door de overheid gewenste combinatie van comfort en energiebesparing vraagt om een integrale benadering. Otib heeft daarom een geheel nieuwe training ontwikkeld voor projectleiders en ontwerpers om de kansen die dit biedt inzichtelijk te maken en de installateur te leren deze kansen te benutten. Op 21 en 28 maart 2007 vond bij Otib te Woerden de eerste cursus met het nieuwe trainingsma-
teriaal plaats. Uit de enthousiaste reacties van zowel cursisten als docent blijkt dat het nieuwe materiaal installatiebedrijven goede kansen biedt zich verder te professionaliseren. Otib biedt deze tweedaagse cursus tot het eind van 2007 gratis aan. Voor meer informatie en aanmelden kunt u kijken op www.otib.nl of bellen met de Otib-servicedesk, tel. 0800 885 58 85.
Te veel kabel in één armatuur
Nieuwe cursuscatalogus komt er aan! In mei verschijnt de nieuwe cursuscatalogus. Hierin vindt u een helder overzicht van een groot aantal cursussen, trainingen en opleidingen waarmee u, als werkgever, of uw werknemer aan de slag kan. U ontvangt de catalogus per post. Indien u meerdere exemplaren wilt, kunt u deze aanvragen bij de Otib-servicedesk, tel. 0800 885 58 85 (gratis). Een actueel cursusoverzicht vindt u altijd op www.loopbaanplanner.nl of www.otib.nl. Denk bijvoorbeeld aan de nieuwe infraopleidingen die vanaf juni 2007 worden opgestart.
07 5
