Aardlekbeveiliging

Al meer dan 20 jaar werkzaam voor particulieren en bedrijven. De allround installateur van storing tot compleet nieuwe installatie. Wij staan dagelijks voor u klaar voor de grote en kleine opdrachten.


Aardlekbeveiliging wordt gebruikt om te beveiligingen tegen de volgende drie gevaren:

• direct aanrakingsgevaar
• indirect aanrakingsgevaar voor de mens
• brandgevaar door aardlekstromen

Gevoeligheid van de mens voor elektriciteit

Zoals wij allen weten, is de mens niet bestand tegen grote stromen door het lichaam. Deze uitspraak wordt misschien nog wel het best geïllustreerd door figuur 14 van IEC 60479-1 (effects of current on human beings and livestock).

Figuur 1: tijd-stroom zones voor effecten op het menselijk lichaam ten gevolge van a.c. stromen met een frequentie van 15Hz tot 100Hz (figuur 14 IEC 60479-1) De IEC 60479-1 stelt nu dat de mens in het gebied links van curve c1 normaal gesproken geen blijvende schade ondervindt indien de stroom door het lichaam loopt. Dit wil echter niet zeggen dat de mens niets voelt van deze stromen. In het gebied tussen curve b en curve c1 is er wel degelijk sprake van spierverkramping en kunnen zelfs kortstondige hartritme stoornissen optreden.

Op basis van figuur 14 van de IEC 60479-1 kan dus gesteld worden dat de mens normalerwijze tegen onherstelbare beschadiging ten gevolge van defecten in de elektrische installatie beschermd is, indien er niet meer dan 30mA stroom (a.c.) door het menselijk lichaam kan vloeien.


Om een stroom groter dan 30mA door een menselijk lichaam te laten lopen dient tussen twee punten van dat lichaam een voldoende groot potentiaalverschil te bestaan. Hoe groot dit potentiaalverschil moet zijn hangt af van de impedantie tussen deze twee punten van het lichaam. IEC 60479-1 geeft een aantal verschillende impedanties voor het menselijk lichaam. De waarde van de impedantie hangt af van:

Op basis van de gegevens van de IEC 60479-1 komt de NEN 1010 (bepaling 8.410.101) tot een veilige spanning van maximaal 50V a.c. (50Hz.) Voor gelijkspanning komt de NEN 1010 (bepaling 8.410.101) op een veilige spanning van maximaal 120V.


Direct aanrakingsgevaar

Men praat over direct aanrakingsgevaar als men direct met de spanning in aanraking kan komen zonder dat deze spanning beveiligd is door een isolerende omhulling of een geaarde omhulling. Twee voorbeelden van direct aanrakingsgevaar zijn: - een kind dat een breinaald in de wandcontactdoos steekt; - een sluiting in de voeding van een computer met metalen kast die niet op een geaarde wandcontactdoos is aangesloten

Belangrijk bij bovenstaande situaties is het feit dat er sprake is van een stroom door het lichaam.

Een breinaald alleen in het stopcontact voert geen stroom en geeft ook geen sluiting. Er gaat pas stroom lopen indien iemand de breinaald vastpakt. Deze persoon staat namelijk met zijn voeten op een geaarde vloer (0V) en raakt daarna met zijn hand een wisselspanning van 230V aan. De stroom die nu door het lichaam gaat lopen is meestal hoger dan 30mA en heeft vaak dodelijke gevolgen.

Ook de computer die op een wandcontactdoos zonder randaarde is aangesloten en op een houten tafel staat levert direct aanrakingsgevaar op indien door een defect de fasedraad contact maakt met de metalen behuizing van de computer. In deze situatie loopt er wederom geen stroom zolang niemand de behuizing van de computer aanraakt. Het is wel zo dat de behuizing van de computer nu verbonden is met een 230V wisselspanning.

Indien nu iemand de computer aanraakt ontstaat dezelfde situatie als in het voorbeeld van de breinaald: de persoon staat met zijn voeten op een geaarde vloer en raakt met zijn handen de behuizing van de computer die verbonden is met een 230V wisselspanning. Wederom zal er een stroom door die persoon gaan lopen die meestal groter is dan 30mA en wederom zal deze situatie vaak een dodelijk afloop hebben.

Men dient zich te realiseren dat aardfoutbeveiliging, naast isolatie, de enige beveiliging is tegen direct aanrakingsgevaar. Een patroon of installatieautomaat beveiligt niet tegen bovenstaande situaties.

Een patroon of installatieautomaat zijn beveiligingen tegen overbelasting en kortsluiting hetgeen betekent dat deze pas afschakelen bij stromen die significant groter zijn dan de nominaalstroom. Voor een 16A installatieautomaat geldt bijvoorbeeld dat deze pas uitschakelt bij stromen die duidelijk hoger zijn dan 16A. Echter, reeds een stroompje van 0,1A, zoals die in bovenstaande situaties zou kunnen gaan lopen, is dodelijk voor de meeste mensen.

Om tegen direct aanrakingsgevaar beveiligd te zijn moet de elektrische installatie voorzien zijn van een aardlekschakelaar volgens IEC 61008 of IEC 61009 met een aanspreekstroom van maximaal 30mA. Deze aardlekschakelaar schakelt aardlekstromen groter dan 30mA binnen een veilige tijd af.

Dat een aardlekschakelaar de veiligheid van personen vergroot bij defecten aan of misbruik van de elektrische installatie wordt ook onderkend door de NEN 1010. De NEN 1010 heeft in de vijfde druk een groot aantal situaties toegevoegd waarin het gebruik van een 30mA aardlekschakelaar verplicht is.

Voor uw gemak heeft Eaton Holec een programma ontwikkelt waarmee u kunt controleren of u volgens de NEN 1010 in een bepaalde situatie een aardlekschakelaar toe moet passen of niet.


Indirect aanrakingsgevaar

Bij indirect aanrakingsgevaar is er in tegenstelling tot direct aanrakingsgevaar wel sprake van een geaarde metalen omhulling. Als deze metalen omhulling echter niet voldoende geaard is kan deze omhulling bij een aardsluiting (sluiting tussen fase en aarde) op een gevaarlijk hoge spanning komen te staan. Een en ander zal verduidelijkt worden aan de hand van een voorbeeld.

In het voorbeeld wordt uitgegaan van een computer met een metalen omhulling die op een wandcontactdoos met randaarde is aangesloten. In de voeding van deze computer ontstaat een aardsluiting waardoor de omhulling (kast) van de computer verbonden wordt met de fase van het elektriciteitsnet. Figuur 2 hieronder illustreert deze situatie.

Figuur 2: situatieschets indirect aanrakingsgevaar Doordat de computer op een wandcontactdoos met randaarde is aangesloten zal er bij een aardsluiting direct een aardfoutstroom gaan lopen. De grootte van deze stroom hangt af van de aardverspreidingsweerstand (Ra) van de elektrische installatie. De grootte van de aardfoutstroom kan eenvoudig afschat worden met de formule: ia=230V/Ra

De gedachte achter het gebruik van wandcontactdozen met randaarde en de daarop aangesloten metalen omhullingen is dat indien er een aardsluiting ontstaat en de metalen omhulling dus een gevaarlijk hoge spanning aanneemt, er direct een zodanig grote aardfoutstroom gaat lopen dat de beveiliging van de desbetreffende groep binnen een veilige tijd afschakelt. Of deze beveiliging een installatieautomaat of patroon mag zijn of toch een aardlekbeveiliging moet zijn hangt af van de aardverspreidingsweerstand Ra.

In een aantal delen van Nederland zijn verbruikers aangesloten op een TN-stroomstelsel. In een TN-stroomstelsel is de aardverspreidingsweerstand de impedantie van de retourgeleider naar de voedingstransformator. De impedantie van deze retourgeleider is in de orde van enkele tienden Ohms. Gevolg van deze lage impedantie is dat de aardfoutstroom in TN-stroomstelsels al gauw enkele honderden ampères bedraagt.

Indien nu gekeken wordt hoe snel bijvoorbeeld een 16A patroon of automaat een stroom van enkele honderden ampères afschakelt dan zal men zien dat de patroon of installatieautomaat deze stroom ruim binnen de daarvoor in de NEN 1010 gestelde normen afschakelt. Indien de aardverspreidingsweerstand laag genoeg is, kunnen installatieautomaten of patronen dus prima beschermen tegen indirect aanrakingsgevaar.

In grote delen van Nederland zijn verbruikers echter aangesloten op zogenaamde TT-stroomstelsels hetgeen betekent dat de aardverspreidingsweerstand een veel hogere waarden aan kan nemen. Afhankelijk van de bodemgesteldheid en de wijze van aarden van de installatie kan de aardverspreidingsweerstand waarden aannemen van één Ohm tot boven honderd Ohm. Indien de aardverspreidingweerstand bijvoorbeeld een waarde van 100 Ohm heeft zal er in het geval van een aardsluiting slechts een aardfoutstroom van 2,3A gaan lopen. Indien nu de groep beveiligd wordt door een bijvoorbeeld een 16A patroon of installatieautomaat zal deze beveiliging niet aanspreken bij een aardfoutstroom van 2,3 A. De 16A installatieautomaat of patroon spreekt immers pas aan bij stromen boven 16A.

In zo'n situatie is de metalen omhulling van de computer dus voor lange tijd verbonden met een gevaarlijk hoge spanning terwijl deze toch (slecht) geaard is. Dit noemt men indirect aanrakingsgevaar. Een aardlekschakelaar zal geplaatst moeten worden om er voor te zorgen dat er wel tegen indirect aanrakingsgevaar beschermd wordt.

De NEN 1010 stelt in bepaling 8.411.101 dat de aardverspreidingsweerstand ten hoogste 167 Ohm mag zijn indien de installatie beveiligd is door een aardlekschakelaar met een aanspreekstroom van maximaal 300mA. Aardlekschakelaars met een aanspreekstroom groter dan 300mA mogen in Nederland niet meer toegepast worden als beveiliging tegen indirect aanrakingsgevaar.

Vaak wordt een 300mA aardlekschakelaar tevens gebruikt als hoofdschakelaar en worden achter deze 300mA aardlekschakelaar nog een aantal 30mA aardlekschakelaars geplaatst om te beveiligingen tegen direct aanrakingsgevaar. In deze situatie moet de 300mA aardlekschakelaar een S-type aardlekschakelaar zijn om voldoende aardlekselectiviteit te verkrijgen.


Brandgevaar door aardlekstromen

Vaak leest men dat een brand veroorzaakt werd door kortsluiting. Hoewel dit mogelijk is, wordt brand in de meeste gevallen juist niet door een kortsluiting veroorzaakt maar door een kleine overbelasting of een aardlekstroom.

Een kortsluiting wordt normaal gesproken binnen enkele milliseconden door een patroon of een vermogenschakelaar onderbroken. Het materiaal om de kortsluiting moet dan dus ook binnen enkele milliseconden vlam vatten om een brand te veroorzaken.

Kleine overbelastingen worden ook afgeschakeld door patronen of vermogenschakelaars maar de tijd waarin de overbelasting wordt afgeschakeld kan variëren van enkele minuten tot een paar uur. In deze situatie krijgt het materiaal van het apparaat dat de overbelasting veroorzaakt veel meer tijd om op te warmen. Goede afstemming tussen overstroombeveiliging en de achterliggende geleiders en apparatuur voorkomt dat brand kan ontstaan ten gevolge van een overbelasting.

Als laatste is er de aardlekstroom. Hoe een aardlekstroom een brand kan veroorzaken wordt door onderstaand voorbeeld toegelicht. Vaak komt het voor dat in een woning niet voldoende wandcontactdozen op de juiste plaats zitten. Normaal gesproken lost men dit probleem op door verlengsnoeren met contactdozen te gebruiken. Deze verlengsnoeren worden vervolgens meestal onder het tapijt weggemoffeld zodat deze niet meer zichtbaar zijn en liggen vaak ook nog voor deuren zodat men regelmatig over de snoeren loopt. In de loop der tijd kan dan de isolatie van zo'n verlengsnoer beschadigd raken en kan er een slecht geleidende aardfout ontstaan.

Figuur 3: het verlengsnoer wordt beschadigd In bovenstaand voorbeeld ontstaat er bijvoorbeeld een slecht geleidende aardfout tussen fase en aarde in het verlengsnoer. De weerstand van de aardfout in het verlengsnoer is 100 Ohm en de aardverspreidingsweerstand van de woning is 1 Ohm. Er loopt nu een aardfoutstroom van: ia=230V/100+1=2,28A

Hetgeen betekent dat de foutplaats in het verlengsnoer opgewarmd wordt met een vermogen van:

Pdiss=Rfout*ia 2=100*2,282=519W

Een idee van de warmte die ontwikkelt kan worden door 519W krijgt u indien u voorzichtig!!!! voelt hoe heet een gloeilamp van slechts 60W al wordt.

Bovenstaande aardlekstroom van 2,28A wordt niet afgeschakeld door de 16A patroon of installatieautomaat die in de meeste gevallen de desbetreffende groep voedt en dus heeft de aardlekstroom alle tijd om de materialen in de omgeving van de aardfout op te warmen tot er brand ontstaat.

Om tegen bovenstaande situatie te beveiligen is een aardlekschakelaar volgens IEC 61008 zeer geschikt. Vaak wordt dan een 300mA S-type aardlekschakelaar als hoofdschakelaar voor de installatie gebruikt. Dit heeft als voordeel dat de gehele installatie beschermd is tegen de risico's van bovenstaande situatie en tegen indirect aanrakingsgevaar terwijl vervolgens nog verschillende groepen uitgerust kunnen worden met 30mA aardlekschakelaars om die groepen te beveiligen tegen direct aanrakingsgevaar.