Schakelmateriaal. Quercus Technical Services B.V.

Transcriptie

1 Schakelmateriaal

2 Inhoudscpgave 1. Inleiding 5 2. Kortsluitvastheid Verloop van de kortsluitstroom Niet sterk met 7 3. Schakelmateriaal Overzicht Scheider Lastschakelaar Magneetschakelaars Lastscheider Veiligheclenlastscheiders Patronenlastscheiders 12 V Aardlekschakelaars Vermogenschakelaar Gebruikscategorìeën Schema s en tekeningen Grondschema Installatieschema Installatìetekenìng Stroomkríngschema Vragen 21 \./

3 1. Inleiding Bij het verdelen van energie en het voeden van verbruikers, zoals motoren, elektrische ovens, verlichting en dergelijke, wordt schakelmateriaal gebmikt om deze systemen te kunnen bedienen (in ofuit te kunnen schakelen). Voor het vervangen van elektrisch materieel en het wijzigen of uitbreiden van de installatie moet echter een veilige scheiding in de stroomketen worden aangebracht. De installatie of een deel daarvan moet voor deze werkzaamheden spanningsloos kunnen worden gemaakt. Bij het ontwerp dient hiermee rekening te worden gehouden. In installaties moeten daarom al die schakelaars en scheiders aanwezig zijn, die voor een veilig gebruik van de installaties en voor het veilig verrichten van bedienings- en elektrotechnische werkzaamheden nodig zijn. In gesloten toestand moeten schakelaars en scheiders de nominale stroom kunnen voeren en bestand zijn tegen een mogelijk optredende kortsluitstroom. Aan schakelaars worden de zwaarste eisen gesteld tijdens het schakelen. Op dat moment zijn de eigenschappen van de schakelaar erg belangrijk, deze bepalen in hoofdzaak de betrouwbaarheid en levensduur. De minimumeisen waaraan schakelmateriaal moet voldoen zijn opgenomen in ÏEC figuur 1-1 Schakelmateriaal

4 Kortsluitvastheid 2.1 Verloop van de kortsluitstroom Het schakelmateriaal moet bestand zijn tegen de kortsluitstroom op de plaats waar het in de stroomketen is opgenomen. Dit betekent dat het schakelmateriaal sterk genoeg moet zijn om de elektromagnetische krachten, die worden veroorzaakt door de kortsluitstroom, te kunnen weerstaan. Om dit aan te duiden wordt de term dynamische kortsluitvastheid gebruikt. Ook zal het schakelmateriaal zodanig moeten zijn opgebouwd, dat het de kortsluitstroom tot het moment van uitschakelen kan blijven voeren en de hierbij ontstane warmte kan afvoeren. Hiervoor wordt. de term thermische kortsluitvastheid gebruikt. l_ 5 _ J' ' normaal transiëme ' ideële bedrijl % kortslunshoom korlslullslroom kortsh.nlingl figuur 2-1 Kortsluitstroom in een installatie gevoed vanuit een sterk' net In installaties, gevoed vanuit een 'sterk' net, verloopt de kortsluitstroom bij een sluiting tussen drie fasen zoals weergegeven in figuur 2»1. Op het eerste moment van sluiting zal tengevolge van inductieve reactanties in de kortsluitketen een inschakelverschijnsel optreden. Hierdoor verloopt de kortsluitstroom in het begin asymmetrisch. De asymmetrische kortsluitstroom is opgebouwd uit een wisselstroomcomponent en de gelijkstroomcomponent lg, die volgens een exponentiële kromme tot nul afneemt. in de eerste periode na het moment van sluiting bereikt de kortsluitstroom de hoogste waarde. De topwaarde hiervan wordt de stootkortsluitstroom I_. genoemd. De grootte van de stootkortsluitstroorn is bepalend voor de dynamische kortsluitvastheid van de installatie, zo ook voor het kortsluitinschakelvermogen van schakelmateriaal.

5 Na verdwijnen van het inschakelverschijnsel (transient gedeelte) is het verloop van de kortsluitstroom symmetrisch ten opzichte van de nul-as. De kortsluitstroom in deze stationaire toestand wordt aangeduid als de ideële kortsluitstroom, de grootte wordt uitgedrukt in effectieve waarden (rms). 2.2 Niet sterk net Door optelling van de genoemde stromen ontstaat het beeld zoals weergegeven in figuur 2-2. Hierbij ziet men de afnemende kortsluitwisselstroom die onder invloed van de gelijkstroomcomponent in het begin een asymmetrisch verloop heeft.!. fi - > 4 "\ / dynamische kortsluitstroom 2 _ gelijkstroom component ll/\/w\ Íi % /\ éï VVVVVVVV figuur 2-2 Momentele verloop van de kortsluitstroom in een 'niet sterk' net

6 Schakelmateriaal 3.1 Overzicht Aflaankelijk van de toepassing en uitvoering zijn een viertal typen te onderscheiden, n.l.: scheiders;. lastschakelaars;. lastscheiders; ' vermogensschakelaars. Een overzicht van de schakelmogelijkheden in de verschillende stroomgebieden is gegeven in figuur 3 1. Stroomeigenschap Soort schakelaar Symbool _ inschakelen Uitschakelen voeren Scheider _/j - k Lastschakelaar Jo_ Ik Ik Contactor _/.3_,. Ik Lastscheíder /cl Ik in Ik Vermogensschakelaar _/>(_ Ik Ik lk Vermogensscheider / _)(_ Ik Ik Ik Ik : kortsluitstroom In : nominale stroom figuur 3-1 Eigenschappen van de schakelaars

7 3.2 Scheider Een scheider is een schakelaar die in geopende toestand een volgens internationale normen vastgelegde scheiding tot stand brengt tussen spanningvoerende delen. De afstand van de polen is zo groot dat er geen overslag kan plaatsvinden, ook niet onder abnormale omstandigheden. Bijvoorbeeld spanningspieken in het voedende net. Als met een scheider een deel van de installatie spanningsloos' is gemaakt, is dit de eerste stap van de veilige vijf. Een scheider moet onder normale omstandigheden in het circuit de bedrijfsstroom kunnen voeren. Ook moet de scheider onder abnormale omstandigheden, bv. bij kortsluitingen, gedurende een gedefinieerde tijd de kortsluitstroom kunnen worden gevoerd. Dit noemen we de kortsluitvastheid. Een scheider kan alleen verwaarloosbaar kleine stromen in- of uitschakelen en wordt stroomloos geschakeld / bediend. figuur 3-2 Een scheider

8 3.3 Lastschakelaar Een lastschakelaar kan kortsluitstromen inschakelen, maar niet uitschakelen. Verder kan een lastschakelaar de nominale stroom in en uitschakelen. Soms kan deze ook een kleine overbelastingsstroom afschakelen. Een lastschakelaar moet in geval van een kortsluiting, de kortsluitstroom gedurende een bepaalde tijd kunnen voeren. Niet iedere belasting is even simpel uit of in te schakelen. Zo is een gloeilamp veel makkelijker uit te schakelen dan bijvoorbeeld een motor. Een gloeilamp is in principe niets meer dan een weerstand en bevat dus ook geen energie om een boog in stand te houden. Een motor daarentegen bevat magnetische en kinetische energie die bij het afschakelen gebruikt wordt om de boog in stand te houden. Een lastschakelaar is zo geconstrueerd dat deze de energie die vrijkomt bij het onderbreken ofmaken van de stroomkring kan afvoeren. Verder zal de lastschakelaar de vlamboog kunnen doven Magneetschakelaars Een magneetschakelaar, ook wel contactor genoemd, is een lastschakelaar die uitgelegd is voor het veelvuldig schakelen van in normale bedrijfsvoering voorkomende stromen. De magneet schakelaar kan op afstand in- en uitschakelen. De schakelvoorwaarden worden bepaald door externe start en stop signalen die via het stuurstroomcircuit gegeven worden. Hiervoor is een magneetschakelaar doorgaans uitgerust met een elektromagneet die kan worden bekrachtigd. Er zijn dus twee mogelijkheden, in onbekrachtigde situatie is de contactor geopend en in bekrachtigde situatie gesloten of omgekeerd. Er wordt wel gesproken van 'sluiters' en openers. figuur 3-3 Magneetschakelaars 10

9 3.4 Lastscheider De lastscheider bestaat in principe slechts uit een behuizing met een mechaniek en contacten. De lastscheider wordt meestal in serie gezet met patronen oi'een vermogensschakelaar ter beveiliging tegen overbelasting en kortsluiting. Een bekende lastscheider is de werkschakelaar in het hoofdstroomcircuit bij een motor. Een lastschakelaar kan bijna alle bedrijfstrornen in en uitschakelen, behalve het uitschakelen van een kortsluitstroom. figuur 3-4 Symbool en enkele voorbeelden van lastscheiders Lastscheiders worden aan verschillende testen onderworpen om te verifiëren dat het veilige scheiders zijn. Deze testen staan omschreven in de IEC wat de internationale productnorm voor (patroon)lastscheiders is. De belangrijkste testen zijn: Nominale gebruiksspanning (Ue): dit is de nominale netspanning waarbij de schakelaar veilig de bijbehorende stromen kan schakelen; Isolatiespanning (Ui): dit is de spanning die gedurende lange tijd op de lastscheider aanwezig kan zijn en waarbij er geen (zeer kleine) lekstroompjes lopen indien de schakelaar open staat; Stoothoudspanning (Uimp): dit is de bliksemspanning' waaraan de schakelaar blootgesteld mag worden waarbij de schakelaar in open toestand nog steeds een veilige scheiding garandeert; Strength of actuator: om er zeker van te zijn dat er inderdaad een veilige scheiding is gemaakt, mag de bedieningshandel van een lastscheider alleen in de 'open' stand vergrendeld worden indien de contacten van de lastscheider een veilige scheiding hebben bereikt. 11

10 3.4.1 Veilighedenlastscheiders Een veilighedenlastscheider combineert eigenlijk twee lastscheiders met een patroonhouder. Deze vorm is ontstaan omdat de meeste lastscheiders in serie staan met patronen om ze te beveiliging tegen overbelastingen en kortsluitingen. De conventionele situatie vergt dan de inbouw van losse patroonhouders en een lastscheider en alle daarbij behorende verbindingen. Om montageruimte en montagetijd te besparen is de veilighedenlastscheider ontstaan. Bijkomend voordeel van deze betere veilighedenlastscheider is het feit dat de patroon aan twee zijden geïsoleerd wordt t.o.v. het net indien de veilighedenlastscheider in de 'UIT positie staat. De patronen van een veilighedenlastscheider kunnen als de lastscheider in de 'UIT' positie staat dus spanningsloos vervangen worden. Ook is de kans op fasesluitingen bij het aanbrengen van de patronen niet meer aanwezig indien de veilighedenlastscheider in de 'UIT' positie staat. figuur 3 5 Symbool en voorbeelden van veilighedenlastscheiders Patronenlastscheiders De parronenlastscheider staat in de volksmond bekend als 'klapscheider'. Een patronenlastscheider bevat geen mechaniek ofbeweegbare contacten maar men schakelt door de patroon eruit te halen of erin te stoppen. figuur 3-6 Symbool en voorbeelden van patroonlastscheiders Bij een patronenlastscheider bedient men de patronen direct met de hand die fungeren als beweegbare contacten. Een correcte bediening van een patronenlastscheider is aflaankelijk van de vaardigheid van de persoon. Een patronenlastscheider moet altijd in één vlotte beweging en zonder aarzeling geschakeld worden. 12

11 \./ Aardlekschakelaars De aardlekschakelaar is een lastscheider met een geïntegreerde aardlekbeveíliging. figuur 3-7 Symbool en een voorbeeld van een aardlekschakelaar

12 3.5 Vermogenschakelaar Een vermogensschakelaar is een schakelaar die stromen in zowel normaal bedrijf als abnormaal bedrijf(overbelastingstromen, kortsluitstromen) kan in- en uitschakelen. In een scheidingsfunctie wordt doorgaans voorzien, echter een vermogensschakelaar is, gezien de beperkte mechanische levensduur, meestal niet geschikt voor het (veelvuldig) bedrijfsmatig in- en uitschakelen. Naast een overstroombeveiliging en een snelontgrendelaar voor beveiliging tegen kleine en grote overstromen kan een vermogensschakelaar in een beveiliging tegen aardfouten, fase uitval of onderspanning voorzien. Een bekende vermogensschakelaar is de installatieautomaat. De hierin aanwezige beveiligingen tegen overbelasting en kortsluiting hebben vast ingestelde waarden. De kortsluitvastheid van de installatieautomaat is beperkt.. na ;59 figuur 3-8 vermogenautomaat aardlekautomaat installatieautomaat MBS Ook motorbeveiligingsschakelaars (MBS) worden tot de vermogensschakelaars gerekend. Deze groep van schakelaars is speciaal ontwikkeld als beveiligingstoestel voor motoren. De hierin aanwezige beveiliging tegen overbelasting moet ingesteld zijn op de nominale stroom van de aangesloten motor. De kortsluitbeveiliging heeft een vaste instelling ofis instelbaar. 14

13 Gebruikscategorieën Het schakelgedrag wordt sterk beïnvloed door de grootte van de stroom en is afhankelijk van de type belasting, bijvoorbeeld inductief ofcapacitief Verder speelt de operationele toepassing van de gebruiker een rol, hoe vaak er geschakeld wordt, de manier van aanlopen, regeneratief remmen, etc. Als deze stroom sterk inductief of capacitiefis, beperkt dit de grootte van de te schakelen stroom en de levensduur van de schakelaar. De nominale stroom van een schakelaar is daarom mede afhankelijk van de verbruiker waarvoor de schakelaar wordt toegepast. Om eenheid te krijgen bij de toepassing van schakelmateriaal zijn de verbruikers ingedeeld in gebruikscategorieën (IEC 60947). Hiermee zijn tegelijkertijd de beproevingswaarden vastgelegd voor het in- en uitschakelvermogen en het aantal schakelingen (levensduur) bij belasting met de verbruiker. N UIT Gebruiks Toepassing xln xl, categorie AC 1 Ohmse belastingen 1 1 AC-2 Sleepringanker motoren: aanlopen en uitschakelen 2,5 2,5 AC-3 Kooiankermotoren: aanlopen, uitschakelen tijdens bedrijf 6 1 AC-4 Kooiankermotoren: 6 6 Aanlopen, omkeren, tippen, regeneratiei remmen tabel 4.1 Gebruikscategorieën voor contactors m 'u.sric.srm.rsiortxì ífi. mn ;._.. mi?" %.» =1 'N} figuur 4-1 Voorbeelden van gegevens op een magneetschakelaar en een thermisch pakket 15

14 Schema's en tekeningen Volgens het Arbobesluit zijn er duidelijke, steeds bijgewerkte schema s beschikbaar alsmede alle overige gegevens die nodig zijn voor een veilig gebruik van de elektrische installatie. De uitzondering is, installaties van beperkte omvang. In de NEN i010, bepaling 5145 gaat over schema s en tekeningen. Hier staat geschreven 'daar waar nodig, moeten schema s, tekeningen oftabellen aanwezig zijn.' Zowel het Arbobesluit als de norm geeft geen antwoord wanneer er nu wel ofniet een tekening aanwezig moet zijn of wanneer. Vanuit goede bedrijfsvoering gezien, is het ook niet relevant om deze vraag beantwoord te krijgen. Hoe zouje de elektrische werkzaarnheden immers kunnen uitvoeren zonder tekeningen? Tekeningen en schema s zijn nodig om de diverse werkzaamheden in de elektrische installatie te kunnen uitvoeren, denk aan: 0 Het maken van een ontwerp van een nieuwe installatie; - Het uitbreiden ofwijzigen van een bestaande installatie;. inzichtelijkheid in de werking, opstelling, etc.;! De inspectie van een installatie;. Installeren van de installatie;. Storing zoeken in de installatie;. Etc. 16

15 5.1 Grondschema Het grondschema is een eenvoudig schema, waarin eenlijnige voorstelling wordt gemaakt van de belangrijkste onderdelen en de verbanden of de verbindingen van de installatie. In een grondschema staat bij voorkeur: 0 De stroomsoort, de spanning en de frequentie als deze afwijkt van de SOI-lz;. Het stroomstelsel en bij TN CS stelsel waar de PEN leiding wordt gescheiden; ' Gegevens van de energie transformatoren, vemogen, spanning, kortsluitspanning, etc.; ' Nominale vermogen, de nominale spanning, de schakeling en de gegevens van de generatoren;. De aanspreekstroorn van de vermogensschakelaars;. De nominale stroom van de houders van smeltpatronen; ' De hoogst toelaatbare stroom (TZ) van leidingen; - De kortsluitvastheid van schakel- en verdeelinrichtingen; - De aanspreekstroom en aanspreektijd van instelbare beveiligingstoestellen tegen aardfoutstroom; - De nominale aanspreekstroom van aardlekschakelaars; De typen van leidingen, onder vermelding van aantal, nominale kerndoorsnede; ' De lengte in m van leidingen tussen schakel- en verdeelinrichtingen. Tra'aru'mte TNs * 1 =<n : n.5n '.m 5 YÈ!Y ÊË@IWÍ LL 3 Ï 1:30 u=irsa _, iuw'-lüuv TN_C 10HS ; 250 _ 5ÜHZ V Uk=4% \ YNd7," 6 4 v:»';" TN-S VD 4x95mnr Instellmgan : 250?" OA l=20m«lz=32ilà J_ nsu Ër _ : YMVKÁxFÙWF \ 3 1 rl«)' i \»CWgasiwaáer-leidng 5F10 l-30m -iîsa 1" 15HSi ' ik_ 90mm? _ kg's;'5ta " Ra <=-Q is 32}A figuur 5-1 Detail van een grondschema 17

16 5.2 lnstallatieschema Het installatiescherna geeft een eenlijnig overzicht van de installatie weer of een deel ervan tot en met de eindgroep. In een grondschema staat bij voorkeur: Alle gegevens genoemd op de grondschema's; De nominale stroom en het type van de aan te brengen smeltpatroon; De soort ofbenaming van het op de groepen aangesloten materieel; De nominale stroom van contactdozen bij meer dan 16 A; Bij elke eindgroep het aantal aansluitpunten voor lampen, contactdozen vaste motoren en vaste verbruikende toestellen en de aansluitwaarde per eindgroep, in A.; De arbeidsfactor waarvoor de installatie ontworpen is; Het totale reactiefvermogen en de regelbaarheid bij afzonderlijk aangesloten condensatorbanken.; De grootste belasting in kva die per schakel- en verdeelinrichting en in de gehele installatie kan worden verwacht; Voor vaste motoren de aanzetrichtingen en voorzieningen van toeren of vermogensregelingen.; De aardingsvoorzieningen; De hoogst toelaatbare aardverspreidingsweerstand. «l f ÎSÎSD ;4 \'A {A ':A? Lî ; t2 e3 mfr l : _ l JA %! ûifixnm v'iì25; f. zee?? xaaeè iacní Ï taf_iû ìî ÏnTa! cie» n1m voze- ; 5 van e al ma, m_ _ 5 * ': 3 /_ ír'm" VÛz, _) 1 % QDCÊ = kw n í {3 atx} twee 1230 f «uname hme 3ûOG {)? HEFMWÜ îî»iie? gmt»zzs;tievesirgjmrgen z_in _ J v:xûìwû moch 7 ìma! ev -3 rwn Dar'à vornui$ welerieúng r ÊA'LÉÊ gesis dm; fr_ U ôfì verwammgsìeadmg; c lî.ì.& c-î *: ' î";; r.»» _lîîí mï =vc>o aan 77 ) zaan CUB lome! o<xngef.ioten sch;;nboar wrmogen VA R 'S" mg 0 te veïwothlê." beíashng ce GG% i VA figuur 5-2 Detail van een installatieschema 1-8-i

17 5.3 lnstallatietekening Op de installatietekening is een opstellingstekening die de plaats van de onderdelen en de verbindingen tussen de onderdelen aangeeft. In een tekenpakket mogen de verbindingen ook zijn vervangen door verwijzingen. Op de installatietekening staat bij voorkeur: ' De ligging en bestemming van terreinen, gebouwen en ruimten; De plaats van: Schakel- verdeelinrichtingen; Energie transformatoren; Schakelaars; Aansluitpunten voor verlichting; Contactdozen; Vaste elektrische toestellen; Vaste machines; ' De plaats van de aardelektrode en van de hoofdaardraíl of de hoofdaardklem;! Het tracé van leidingen; ' Het tracé van in de grond gelegde elektrische leidingen; ' Het race van railkokersystemen;. Op welke eindgroep elk aansluitpunt is aangesloten;. De benaming van door elektromotoren aangedreven machines en vaste elektrische toestellen. u 3 u : / Iri? (fo : êü U ) figuur 5 3 Detail van een installatietekening Quercus Technical Services B.V 19

18 5.4 Stroomkringschema Het Stroomkringschema geeft de theoretische ofideale werking aan van een installatie, in rust getekend. In een tekenpakket mogen de verbindingen ook zijn vervangen door verwijzingen. ln stroomkringschema s staat minimaal aangeven: ' De gegevens nodig voor de verklaring van de werking van de installatie; - De aansluitklemmen met de bijbehorende codering ten behoeve van het aansluiten en controleren van de installatie. -29U10.äií! ìiíìvíè -ìgoq13 \. ZL.Z.3.") LÏ WJBLW "W-Z él-ìs-?( 1 A'. 2} 'Á'... K." '25 "243.? tíì4l fílè'., ' MËÈ E)X960/2 figuur 5-4 Stroomkringschema =3 eá ÎdíEi 20 Quercus Technical Servìces B.V.

19 6. Vragen 1. Wat is kenmerkend voor scheiders en schakelaars? 2. Wat is het kenmerkend verschil tussen een lastscheider en een lastschakelaar? 3. Wat zijn belangrijke eigenschappen van een vermogensschakelaar? 4. Wat wordt verstaan onder de ideële kortsluitstroom? 5. Waar is de dynamische kortsluitvastheid van schakelmateriaal van afhankelijk? 6. Wat kunnen de gevolgen zijn van het toepassen van schakelmateriaal dat niet kortsluitvast is? 7. Wat betekent de waarde U, op schakelmateriaal? 8. Waardoor wordt de stootkortsluitstroom hoofdzakelijk bepaald? 9. Wat wordt verstaan onder gebruikerscategorie? 21