Condensatorbatterijen en

harmonischen

nningsdips en

onderbrekingen

Spanningsvariatie en

flicker

Overspanningen en hun

beschermingsmiddelen

en bekabelingstechnieken

Aardings- en

nulgeleiderregimes

InleidingElke elektrische installatie moet worden ontworpen volgens een aardings- en nulgeleiderregime dat bepaalt hoede installatie verbonden is met de aarde. Er bestaan 3 nulgeleiderregimes. Hun doel is het garanderen van deveiligheid van personen. Behalve enkele wettelijke voorschriften die verbonden zijn met bepaalde omgevingen(bijvoorbeeld explosiegevaar), wordt de keuze van het nulgeleiderregime bepaald door de voor- en de nadelenwat betreft continuïteit, onderhoud en veiligheid van het materiaal.

De voorstelling gebeurt als volgt:De eerste letter geeft de relatie aan tussen het nulpunt van het verdeelnet en de aarde:• T: voor een rechtstreekse verbinding met de aarde • I: - voor een verbinding met de aarde via een hoge Impedantie

- door isolatie van alle actieve delen t.o.v. de aardeDe tweede letter geeft de relatie aan tussen de massa’s van de elektrische installatie en de aarde:• T: voor een rechtstreekse verbinding van de massa’s met de aarde• N: voor een verbinding van de massa’s met de aarde via de NulgeleiderDe eventuele derde en vierde letter geven de uitvoering aan van de nulgeleider en beschermingsgeleider (PE):• S: de functies van de nulgeleider en beschermingsgeleider worden verzekerd door afzonderlijke geleiders• C: één geleider vervult zowel de functie van nulgeleider als van beschermingsgeleider (PEN)

De regimes van aardverbindingen worden op volgende wijze bepaald (zie AREI art. 79):• TT-net• IT-net• De varianten TN-S, TN-C-S en TN-C van het TN-net

Veiligheid van personenEen persoon die blootgesteld wordt aan een elektrische spanning wordt "geëlektriseerd". Naargelang de graadvan elektrisering, kan deze persoon hinder ondervinden, een samentrekking van de spieren ondergaan, hartfi-brillatie krijgen of brandwonden oplopen. Het is de stroom die door het lichaam vloeit die gevaarlijk is.Dodelijke stroomniveaus zijn 50 mA voor gelijkstroom en 25 mA voor wisselstroom. De limietspanning of grensspanning, vanaf dewelke er een risico bestaat dat de stroom die door het lichaamloopt dodelijk is (elektrocutie = elektrisering met de dood tot gevolg), bedraagt bij wisselstroom:• Ul = 0,025 A * 1000 Ω = 25 V bij een vochtige huid• Ul = 0,025 A * 2000 Ω = 50 V bij een droge huid

De elektrisering kan optreden door:• Direct contact: accidenteel contact van een persoon met een actieve geleider (fase- of nulgeleider). Het risico

op elektrocutie is hier zeer groot omdat de persoon blootgesteld wordt aan ongeveer 230 V of 400 V. Wekunnen de veiligheid van personen verzekeren door:

• het gebruik van een zéér lage veiligheidsspanning (resp. 25V en 50 V)• door isolatie• het buiten bereik brengen van actieve delen• door gebruik te maken van gevoelige differentieelbeveiligingen (≤ 30mA).

• Indirect contact: contact van een persoon met een geleidend deel dat onder spanning staat ten gevolge vaneen isolatiefout. De combinatie van een gepast aardings- en nulgeleiderregime en aangewezen vei-ligheidsmaatregelen laat toe de veiligheid van personen te garanderen bij een indirect contact.

Power Quality & EMC“Aardings- en nulgeleiderregimes”

De Technologische AdviesDienst staat voor u klaar! Samen onze elektrische problemen oplossen, daar komt het op aan!

Inhoud

Inleiding

Veiligheid van personen

TT-Regime

TN-Regime

IT-Regime

Continuïteit

FAQ’s

Nul

Fase

Elektrischebelasting

TT

Nul

Fase

Elektrischebelasting

TN

Nul

Fase

Elektrischebelasting

HogeimpedantieIT

Van storing tot oplossing Aardings- en nulgeleiderregimes

TT-RegimeDe kring van de foutstroom sluit zich via de aarde. Wanneer we de overgangsweerstand van de fout ver-

waarlozen, is de foutstroom:

If = UN / (Ra + Rb) De contactspanning wordt Uc = Ra * If• UN, de nominale spanning van het net

• Ra, aardingsweerstand van de massa

• Rb, aardingsweerstand van de nulgeleider

De som van de aardingsweerstanden Ra en Rb bereikt enkele tientallen ohms.

De foutstroom (If= UN / (Ra + Rb) is dus niet groot genoeg om de overstroombeveiligingen te doen

schakelen.

De gevoeligheid van de differentieelbeveiliging moet bepaald worden in functie van sprei-

dingsweerstand van de aardelektrode en de limiet- of grensspanning (UL). Volgens het AREI

moet men een differentieelbeveiliging van max. 300 mA aan het begin van de installatie plaat-

sen. Indien de spreidingsweerstand van de aardelektrode tussen de 30 en 100 ohm bedraagt

worden er bijkomende differentieelbeschermingen vereist. Voor de kring naar de badkamer,

wasruimten, stortbadkamers of wasmachines is een bijkomende automatische differentieelbe-

veiliging van 30 mA vereist.

TN-RegimeDe kring van de foutstroom sluit zich via de aardgeleider (PE bij TN-S en PEN bij TN-C). Wanneer

we de impedantie van de fout verwaarlozen, is de foutstroom:

If = 0,8 * UN / (RPE + Rfase)

De contactspanning wordt Uc = If * RPE

• UN, de nominale spanning van het net

• RPE, de weerstand van de beschermingsgeleider (PE)

• Rfase, de weerstand van de fase waar de fout optreedt

(De factor 0,8 houdt rekening met een daling van de stroomopwaartse netspanning van 20%

ten gevolge van een aardfout.)

Een isolatiefout wordt door de beveiligingen gezien als een fout tussen een fase en de be-

schermingsgeleider (de foutstroom is hoog aangezien RPE en Rfase klein zijn) en zal dus geëli-

mineerd worden door maximumstroombeveiligingen die geplaatst worden aan het begin van

het net en ter hoogte van elke belasting en wel zodanig dat er een goede selectiviteit beko-

men wordt.

In een TN-S regime kunnen/mogen differentieel beveiligingen gebruikt worden.

In een TN-C regime sluit de kring van de foutstroom zich in de PEN-geleider en is het gebruik van

differentieelschakelaars en/of vierpolige maximumstroombeveiligingen uitgesloten.

Let op ! De beschermingsgeleider (PE) mag nooit onderbroken worden.

II

I

Uc

RR

N

b a

f

I

Uc

NPE

f

Aardings- en nulgeleiderregimes Van storing tot oplossing

IT-RegimeIn een IT-regime wordt bij een eerste fout de foutstroom begrensd door de hoge aardingsimpedantie (>1 kΩ) van het nulpunt van het verdeelnet/transformator.

Aangezien de foutstroom If klein is (enkele honderden milliampères), is de contactspanning Uc eveneens klein en vormt dus geen gevaar voor de veiligheid van personen.

De permanente controle van de isolatie (PIC) laat toe de aanwezigheid van een eerste fout te ontdekken. Het is noodzakelijk om de eerste fout op te sporen en te elimi-

neren, zoniet treedt er een gevaarlijke foutstroom op bij een tweede fout.

In geval van een tweede fout (wanneer de eerste fout niet werd geëlimineerd), is de stroom deze van een rechtstreekse fout tussen 2 fasen of tussen een fase en de nul-

geleider. Deze foutstroom doorloopt de hoge impedantie van het nulpunt van de transformator niet meer. De contactspanning Uc, die ongeveer deze is die gezien wordt

in een TN-regime, is dus gevaarlijk voor de veiligheid van personen en moet geëlimineerd worden door maximumstroombeveiligingen.

Continuïteit van de stroomvoorzieningIn het geval van ziekenhuizen en bedrijven waar zowel de kosten wanneer er niet geproduceerd wordt en de reparatiekosten

groot zijn, is het van primordiaal belang de continuïteit van de voeding te garanderen.

Het IT-regime biedt het voordeel dat er geen uitschakeling is bij een eerste fout. Of de fout nu geëlimineerd wordt of niet, de

voedingsspanning blijft behouden.

Wanneer er een tweede fout optreedt is de kortsluitstroom deze van een directe fout en zullen de onderbrekingstoestellen

(automaten of zekeringen) de installatie beschermen; hetgeen een stroomonderbreking veroorzaakt in een relatief groot deel

van de site.

Bij een IT- regime is het dus belangrijk de eerste fout te ontdekken en te elimineren van zodra ze optreedt.

In TT en TN-regimes wordt de installatie bij de eerste fout afgeschakeld en de continuïteit van de voeding verzekerd door een goede selectiviteit. Dit laat toe om de zone

waar de spanning gesneden wordt te beperken en dus de fout lokaal te behandelen.

In een TN-regime is het vermogen dat gedissipeerd wordt bij een fout groter, en het kan langer duren om de schade die hierdoor veroorzaakt wordt te herstellen.

FAQ’s (Veel gestelde vragen)Waarom kan in een 3-fasig net een TN-C regime problemen opleveren in verband met equipotentiaal ?

De nulgeleider en de beschermingsgeleider zijn dezelfde (PEN). De homopolaire stromen (o.a. veelvouden van de 3de harmonische, afkomstig van geschakelde voe-

dingen…) vormen een gesloten kring via de PEN-geleider die verbonden is met de aardingen. Er kan dus wel degelijk een equipotentiaalprobleem tussen de massa’s

optreden door de aanwezigheid van homopolaire stromen.

Mag men een TN-C-S regime maken ?

Ja, vertrekkende van de nettransformator in TN-C regime (PEN-geleider) mag deze overgaan in een TN-S regime (m.a.w. de PEN-geleider terug ontkoppelen in een aparte

PE en N-geleider).

Opgelet : Indien de PEN-geleider vanaf een bepaald punt van het net ontdubbeld wordt volgens zijn twee functies van nulgeleider (N) en beschermingsgeleider (PE), is

het verboden deze PE en N stroomafwaarts van dit punt opnieuw met elkaar te verbinden.

I

Uc

RaRb

N

PICHogeimpedantie

I

Uc

Rb

N

PICHogeimpedantie

Uc

ff

Hoe moet men in een IT-regime de overspanningsbeveiligingen uitvoeren?

Bij een IT-stelsel worden al de binnenkomende leidingen op de normale manier beveiligd. D.w.z. dat vóór elke geleider eenoverspanningbeveiligingstoestel wordt voorzien dat verbonden wordt met de aarde. Bij een IT-stelsel dienen echter specialeoverspanningsbeveiligingen gebruikt te worden. Deze worden doorgaans voorzien van de index IT op het apparaat.

Het gebruik van de overspanningsbeveiliging in een IT-stelsel heeft 2 doelstellingen:• Het begrenzen van overspanningen tengevolge van bliksem;• In geval van een isolatiefout in de MS/LS transformator (fout tussen primaire

en secundaire wikkelingen) de spanning begrenzen in het LS-net.

Waarom dienen er speciale overspanningsbeveiligingen gebruikt te worden in een IT-net?Bij een eerste fout, tussen fase en aarde, wordt een fase aan de grond gelegd. Hierdoor zal er een lijnspanning komen testaan tussen de overige fasen en de aarde. (zie figuur) Gevolg: bij een IT-stelsel moeten de condensatoren en de varistors tus-sen fase en massa (bijvoorbeeld in elektronische kaarten) continu een spanning van minstens 400 V kunnen verdragen.

Waarom is het in een IT-net af te raden de nulgeleider te verdelen ?

In een IT-net is het steeds af te raden de nulgeleider te verdelen. Indien het IT-net wel over een verdeelde nulgeleider beschikt dient men extra op te letten.

Stel: we zitten in een IT-net waarin de nulgeleider verdeeld is. Er doet zich een eerste fout voor (fout tussen fase en aarde). (zie figuur a) Het net wordt dan een "vals TN-net".

Bij een tweede fout zal er een foutstroom ontstaan doordat de stroomkring zich sluit via de nulgeleider. In een IT-regime met verdeelde nulgeleider is de nulgeleidermeestal niet gedimensioneerd om deze foutstromen te verdragen. Een doorsmelten van de nulgeleider kan dus optreden vooraleer het onderbrekingstoestel de fout eli-mineert. Het smelten van de nulgeleider brengt een risico op brand met zich mee. (zie figuur b)

Daarenboven, na de breuk van de nulgeleider, verdwijnt de foutstroom en het toestel Ma wordt dan gevoed door de samengestelde spanning U23, hetgeen de vernieti-ging van het toestel kan veroorzaken. Indien de foutstroom onvoldoende groot is, zullen de beveiligingen niet werken en zal de nulgeleider niet breken. Maar het toe-stel Ma zal aan zijn klemmen toch een spanning zien die dicht bij de samengestelde spanning U23 ligt. (zie figuur c)

Waarom moet men in een IT-net de lekstromen beperken?

De uitgestrektheid van het net en het aantal gebruikers die het net onder zich verdelen moeten beperktworden. Door het aantal toestellen dat gevoed wordt te verhogen, vooral wanneer dit elektronische toe-stellen zijn die gefilterd worden met grote capaciteiten tussen de fase en de massa (informatica), ver-hoogt men de lekstromen die tenslotte door de PIC (Permanente IsolatieControle) zullen herkendworden als een fout. Bovendien zullen deze capaciteiten een grote stroom in de massa’s introducerenna een eerste fout.

PICPEN

23

MbMa

1

www.

graf

ischb

urob

is.be

, v.u

.: M

arc

De C

roeb

ele,

Kle

inho

efstr

aat 6

, 244

0 Ge

el

Case Studies

Heeft u technische vragen of wil u meer weten over onze diensten, dan kan u steeds terecht bij:Vlaams Elektro Innovatiecentrum • Kleinhoefstraat 6 • 2440 GeelTel: 014 - 57 96 09 • Fax: 014 - 57 96 11 • E-mail: tad@vei.be • Web : www.vei.be/tad.htm

Met steun van IWT-Vlaanderen

Wij denken samen met u om de beste oplossing te vinden voor uw elektrische problemen

Van storing tot oplossing Aardings- en nulgeleiderregimes

Varistor

U =400V

U =400V

1pe

2pe

PICPEN

MbMa

23

1

PICPEN

MbMaU23

23

1

breuk van denulgeleider

C

CPIC

TransformatorC = lekcapaciteitI = lekstroom

PEN

123

I

I = I +I

I

ff

ff1

f2

f2

f1f

f

figuur a figuur b figuur c