Stroomstelsels LS. Quercus Technical Services B.V.

Transcriptie

1 Stroomstelsels ä S

2 lnhoudsepgave Stroomstelsels Geaard sterpunt 2.1 Inleiding 2.2 TT-stelsel \IG\ TN-stelsel 3. 1 TN-S-Stelsel 3 2 TN-C-stelsel 3.3 TN C-Sstelsel Geïsoleerd sterpunt 4.1 Inleiding 4.2 IT stelsel 4.3 IU-stelsel 4.4 IM stelsel Schakelen en beveiligen in fasen en nulleider 5.1 Algemeen 5.2 Schakelen 5.3 Beveiligen Vragen Opdrachten,.. > -\OOOW

3 Stroomstelsels in NEN 1010 wordt het begrip "stroomstelsel" gebruikt om de combinatie van het voedend net en de installatie aan te duiden Het voedend net kan vanuit het energiebedrijfbinnenkomen ofvia eigen opwekking verzorgd worden. Stroomstelsels worden gekenmerkt door de wijze van aarden van het systeem. De aarding van de len hangt nauw samen met die van de voeding. De keuze wordt bepaald door de aard van het bedrijf, de vereiste beschetmingsmaatregelen en de specificaties van de voedingsbron. In de laagspanning wordt doorgaans een in ster geschakeld driefasen systeem gebmikt, hierbij kan het sterpunt van de voeding: ' direct met aarde zijn verbonden; ' niet zijn geaard (geïsoleerd sterpunt);. via een weerstand of impedantie met aarde zijn verbonden. De diverse Stroomstelsels worden door middel van twee of meer hoofdletters aangeduid. De eerste letter geeft aan hoe het sterpunt van de voedingsbron met de aarde is verbonden. Er zijn twee mogelijkheden: T (Terre) : rechtstreeks geaard (bedrijfsaarde RB) (Isolé) : niet geaard of over een hoge impedantie geaard De tweede letter geeft aan hoe de len met aarde zijn verbonden. Hierbij zijn er vier mogelijkheden: T (Terre) : afzonderlijk of groepsgewijs ter plaatse geaard door middel van een N (Neutre) aardelektrode rechtstreeks verbonden met het aardpunt van de voedingsbron door middel van een beschermingsleiding, U (Unearthed) len onderling verbonden, niet opzettelijk geaard, lvl (Métallique) : len onderling en met het sterpunt van de voedingsbron verbonden, niet opzettelijk geaard. Bij TN-stelsels wordt er nog een derde en eventueel een vierde letter gebruikt. Hierbij zijn er drie mogelijkheden: S ( Separé ) : afzonderlijk nul een aardleiding (PE), C (Combiné) : gecombineerde nul en aardleiding (PEN), CS (Combiné/ : gecombineerde nul en aardleiding (PEN), die verderop in de installatie gesplitst Separé) wordt in een afzonderlijke nule en een aardleiding (PE).

4 Geaard sterpunt 2.1 Inleiding In de meest voorkomende laagspanningsinstallaties is het sterpunt van de voeding rechtstreeks met aarde (bedrijfsaarde RB) verbonden zoals in figuur 2 1. PE _ 0 0 O 0 O < 0 o o 0 O () UVWNPE UVWNPE Bedrijfsaarde Metalen Metalen figuur 2-1 Bedrijfsaarde De len zijn ook met aarde verbonden. Hiermee wordt voorkomen dat er aanrakingsgevaar ontstaat bij een sluiting tussen een actiefdeel en het van een toestel. Bij een sluiting tussen een fase en aarde ontstaat een kortsluitstroom. Deze kortsluitstroom zal binnen een bepaalde tijd door een beveiligingstoestel moeten worden onderbroken. De groep of eindgroep waarin de fout is opgetreden, zal worden afgeschakeld De grootte van de kortsluitstroom is afhankelijk van de impedantie van de kortsluitstroomketen. Als de len ter plaatse worden geaard, is er sprake van een TT stelsel. Het is ook mogelijk om de len via de voedende leiding te verbinden met het geaarde punt van de voeding. In dat geval is het stroomstelsel een TN-stelsel.

5 2.2 TT-stelsel In een TT-stelsel is het sterpunt van de voedingsbron is rechtstreeks door middelvan de bedrijfsaarde RB met aarde verbonden. Metalen len worden afzonderlijk of groepsgewijs door middel van beschermingsleidingen en aardelektroden met aarde verbonden. Bij een sluiting zal de stroom via het, de beschermingsleiding (PE) en aarde de weg terug vinden naar het sterpunt. De grootte van de kortsluitstroom wordt voornamelijk bepaald door de aardverspreidingsweerstand van de aardelektroden. Bedrijfsaarde Metalen figuur 2-2 it-stelsel TT-stelsels worden gebruikt bij kleine installaties, zoals woonhuisinstallaties winkelinstallaties en beperkte werkplaatsen, ook wel kleinverbruikersaansluitingen genoemd. Kleinverbruikersaansluitingen zijn installaties die via maximaal 3 x 80A zekeringen gevoed worden.

6 TN-stelsel In een TN-stelsel wordt de bedrijfsaarde direct verbonden met de lerr Deze verbinding wordt een beschermingsleiding genoemd. 3.1 TN-S-Stelsel In het stroomstelsel van figuur 3-1 zijn de nul (N) en de beschermingsleiding (PE) gescheiden uitgevoerd. Dit stelsel wordt dan ook aangeduid als TN»S stelsel (S : Separé). De grootte van de kortsluitstroom wordt in een TN stelsel voornamelijk bepaald door de impedantie van de leidingen PE _ o o () (.! ( UVWNPE UVWNPE Bedrufsaarde Metalen Metalen figuur 3-1 TN-S-stelsel

7 3.2 TN-C-stelsel Omdat de nul en de beschermingsleiding dezelfde potentiaal hebben, kunnen deze twee door een leiding worden vervangen. Deze leiding wordt PEN-leiding genoemd. Het stelsel wordt aangeduid als TN-C-stelsel. (C : Combiné). Het toepassen van TN C-stelsels is aantrekkelijk omdat: a) schakelf en verdeelinrichtingen kunnen goedkoper worden uitgevoerd omdat:. de PE-tail en nul-rail gecombineerd worden tot één PEN-rail van dezelfde doorsnede als de nul ofpe-rail. de schakelaars en scheiders niet vierpolig maar driepolig moeten worden uitgevoerd b) de leidingaanleg is goedkoper omdat in plaats van 5 aderige leiding nu 4»aderige leiding is toegestaan (3 fasegeleiders en de PE en nul gecombineerd tot PEN leiding). Het toepassen van een TN C-stelsel is wel aan voorwaarden gebonden De doorsnede van de PEN leiding moet b.v. minimaal 10mmZ zijn bij een installatie met koperen geleiders en 16mm2 bij aluminium geleiders. L'l PEN / / / Spen 2 10 mm2 Metalen \ _ _ U V W N Bedrijfsaarde Spe" < 10 mm2 _ PE Metalen Figuur 3-2 TN-C-stelsel

8 Breuk / PEN PEN voert fasespanning Metalen -l:l- PE Bedrijfsaarde Metalen figuur 3-3 Bezwaar PEN-leiding Wanneer door een defect een breuk in de PEN-leiding optreedt, zoals in figuur 3-3, kan er een levensgevaarlijke situatie ontstaan. De volle spanning van wordt via de PENleiding op alle len gezet. Om de kans op onderbreking van de PEN-leiding minimaal te maken wordt er een minimale doorsnede van de leidingen gevraagd. Vanwege de vereiste minimale doorsnede van de PENleiding wordt het TN-C-stelsel in installaties van groot vermogen gebruikt. In een TN C-stelsel mag de PEN-leiding niet worden geschakeld of gescheiden Dit houdt in dat schakelaars en scheiders driepolig moeten worden uitgevoerd. Het toepassen van vierpolige schakelaars met doorgaande (niet geschakelde) nul kan verwarrend werken, omdat deze schakelaar per vergissing vervangen kan worden door een 4-polige schakelaar. 10

9 3.3 TN-C-S-stelsel Bij installaties waar vermindering van kerndoorsnede voorkomt, kan zowel de gecombineerde PEN als de gescheiden PE- en N-leider worden toegepast. In dat geval wordt het net aangeduid als TN-C-S-stelsel. Bij een doorsnede van de PEN-leiding kleiner dan 10 mm2 moet de PENleiding gescheiden worden in een PE en een nul. Na de scheiding mogen PE en nul niet meer met elkaar worden verbonden. PEN N PE Metalen - S E 10 mm2 Spe < 10 mm2 Bedrijfsaarde UVWPEN Metalen Metalen < TN-C stelsel >4 TN-S stelsel > < TN CS stelsel > figuur 3-4 TN-CS-stelsel

10 Geïsoleerd sterpunt 4.1 Inleiding Als het sterpunt geïsoleerd wordt uitgevoerd, zal bij een eerste sluiting tussen een fase en aarde geen afschakeling volgen. De continuïteit van de bedrijfsvoering wordt dus niet verstoord. Omdat er geen tweede verbinding met de voeding is, zal er geen foutstroom lopen en dus geen beveiligingsmiddel aanspreken. Metalen _ uoou _ UVWNPE : Metalen figuur 4-1 Geïsoleerd sterpunt Een aardfout heeft tot gevolg dat de spanning tussen de andere twee fasen en aarde gelijk wordt aan de lijnspanning. Dit is 1,73 (\i3)>< hoger dan de fasespanning. De spanning van het sterpunt ten opzichte van aarde wordt in dit geval gelijk aan de fasespanning. Onder normale bedrijfsomstandigheden zal deze spanning ongeveer nul volt zijn. figuur 4-2 Verschuiving sterpunt In vaste installaties moeten de len met aarde zijn verbonden. Er is dan sprake van een ITstelsel. Sommige installaties kunnen niet altijd voldoen aan de vereiste aardingsvoorzicningen. De stroomstelscls die dit betreffen worden ingedeeld in IU ofim stelsels. 12

11 4.2 IT-stelsel Bij het lt-stelsel is de voedingsbron niet geaard of geaard over een hoge impedantie. De len zijn afzonderlijk ofgroepsgewijs geaard. Door continu de isolatie van het voedende net en de installatie te bewaken, wordt een optredende fout direct gemeld. Afl1ankelijk van de bedrijfssituatie kan het foutieve gedeelte op dat moment of op een later tijdstip worden uitgeschakeld en hersteld. Doordat er geen afschakeling plaatsvindt, is de plaats van de fout echter niet gemakkelijk op te sporen. Een tweede sluiting, tussen een andere fase en aarde, heeft wel een afschakeling tot gevolg. Er ontstaat dan dezelfde situatie als bij systemen met een geaard sterpunt. L l Metalen figuur 4-3 lt-stelsel, geïsoleerd van aarde Metalen Aarden over een hoge impedantie geeft een meetbare stroom bij een optredende aardfout. De meting zal in het aardcircuit onder normale omstandigheden geen stroom meten, maar bij een aardfout zal er een kleine stroom lopen. _L Metalen Aarding via hoge impedantie Z _ Metalen figuur 44 IT stelsel, verbonden met aarde via weerstand 13

12 4.3 lu-stelsel Zowel bij het lu-stelsel als bij het lm-stelsel zijn de len door middel van een vereffeningsleiding met elkaar verbonden. Eventuele potentiaalverschillen tussen deze len worden door de vereffeningsleiding beperkt. Omdat de vereffeningsleiding niet met aarde mag zijn verbonden, wordt deze PU leicling (Protection Unearthed) genoemd. Als geen actief deel van de voedingsbron met de P U leiding is verbonden, wordt van een IU stelsel gesproken. Het IU stelsel wordt toegepast bij verplaatsbare wisselstroomaggregaten, waarbij het aggregaat los staat van de verbruikende toestellen. Li PU Metalen UVWNPU Metalen UVWNPU Metalen figuur 4 5 IU stelsel 4.4 IM-stelsel Het IM-stelsel is in grote lijnen gelijk aan het lu-stelsel. De voedingsbron is ook hier niet met aarde verbonden. Bij het INI-stelsel wordt echter wel een actiefdeel (bijvoorbeeld het sterpunt) met de PU leider verbonden. Het lm stelsel moet bij verplaatsbare wisselstroomaggregaten worden toegepast als het aggregaat en de verbruikende toestellen constructief één geheel vormen. Voorbeelden hiervan zijn aggregaten aangebracht op een vaartuig, voertuig, een op rails verrijdbaar werktuig of een verrijdbare machine. PU Metalen UVWNPU Metalen UVWNPU Metalen figuur 4-6 IM-stelsel

13 Schakelen en beveiligen in fasen en nulleider 5.1 Algemeen Afhankelijk van het stroomsrelsel moeten de fasen en de nulleider van een schakelaar of lastscheider en beveiliging voorzien worden, zoals aangegeven in onderstaande tabel. Stroomstelsel Schakelen ' Overstroombeveiligingen 1-fase. 3-fasen. 1-fase 3-fasen TT L N N L l TN-S L N N L TN-C L L Tabel 5-1 Te schakelen en beveiligen polen 5.2 Schakelen. Elke fase moet gescheiden kunnen worden van het voedende net.. In TNfC stelsels mag de PENfleiding niet onderbroken worden. 0 In TTf stelsels moet de nul ook onderbroken worden als de fase leidingen onderbroken worden. 0 In TNfS stelsels mag bij 3ffasen de nul geschakeld worden, maar dit is niet verplicht, tenzij spanningen op de nul verwacht worden die hoger zijn dan izv.. Bij één fase moet de nul ook mee geschakeld worden. 0 Bij TT en TN S-stelsels moet bij het openen de nul als laatste geopend worden. Bij het sluiten moet de nul als eerste gesloten worden. Dit om te voorkomen dat er gedurende een korte periode een zwevende nul in het net ontstaat, Waarbij bij onsymmetrische belasting een te hoge spanning op een fase kan komen te staan. 5.3 Beveiligen. Elke fase moet zijn beveiligd tegen overstroorn.. In TNfC stelsels mag er geen beveiliging worden opgenomen in de PENfleiding.. Bij TTf en TNfostelsels waarbij de nulleider dezelfde doorsnede heeft als de faseleiders is het niet nodig een overstroombeveiliging in de nulleider aan te brengen. 0 Bij TT en TN-S-stelsels waarbij de doorsnede van de nulleider kleiner is dan die van de faseleiders is het noodzakelijk een overstroombeveìliging in de nulleider aan te brengen, tenzij aan de volgende twee voorwaarden voldaan wordt: 0 de nulleiding is tegen kortsluiting beveiligd door de beveiligingen in de faseleiders en 0 de hoogst te verwachten stroom door de nulleiding is bij normaal bedrijfveel lager dan de hoogst toelaatbare stroom in deze leiding. - In de praktijk betekent dit dat er bij deze Stroomstelsels doorgaans geen beveiliging in de nulleider nodig is, zolang de belasting symmetrisch is en er geen derde hoger harmonische stromen optreden die groter zijn dan 33%.

14 6. Vragen 1. Waarom is het toepassen van een TN-C stelsel aantrekkelijk? 2. Wat is een eigenschap van een IT stelsel? 3. Wat heeft aarding van het sterpunt over een weerstand of impedantie met een hoge waarde tot gevolg bij sluiting tussen een fase en aarde? 4. Waardoor worden Stroomstelsels gekenmerkt? 5. Waarom moeten de len met aarde zijn verbonden? 6. Waarbij wordt het IU stelsel toegepast? 7. Wat gebeurt er met de stroom als er een sluiting optreedt in een TT stelsel? 8. Waarom kan de aardlekschakelaar niet gebruikt worden in een TN C stelsel

15 7. Opdrachten Complementeer de onderstaande stroomstelsels. TT stelsel Lt TN-S-stelsel Lt TN C-stelsel Lt -2 TN-CS-stclsel 17

16 IT_stelsel IU-stelsel l.3 IM-stelsel IT-stelsel geaard via een impedantie "ll 18