Scheidingstransformatoren. ZX ronde 27 september 2015 Wanneer er een aardfout ontstaat in een geaard net (TN stelsel ) zal er ten gevolge van deze fout direct een hoge stroom via de aardfout naar aarde terug de bron in kunnen gaan lopen. In dat geval zal zeer snel de overstroombeveiliging (en afhankelijk van de grootte van de aardfout stroom direct de aardlekschakelaar aanspreken. In een ongeaard net ( IT stelsel ) is het sterpunt losgekoppeld van aarde, er bestaat tussen het net en aarde slechts een capacitieve koppeling, de bedrading en bekabeling vertegenwoordigen een capacitieve koppeling t.o.v. aarde. Deze capaciteiten veroorzaken een geringe stroom, zodat deze koppeling wat betreft veroorzaken van een retour stroom vrijwel te verwaarlozen valt. Wanneer er een aardfout ontstaat in een ongeaard net zal er vrijwel geen stroom tussen het net en aarde kunnen gaan lopen, waardoor een overstroombeveiliging of een 30mA aardlek beveiliging niet zal aanspreken. Slechts wanneer een tweede aardfout ontstaat kan er een foutstroom gaan lopen welke een gevaar voor personen en installatie kan vormen. Wanneer er een eerste aardfout ontstaat zal er geen afschakeling plaatsvinden zodat de installatie in bedrijf blijft, zelfs wanneer het een complete kortsluiting naar aarde betreft. Scheidingstransformatoren Een scheidingstransformator is een type transformator waarbij de primaire en secundaire wikkelingen galvanisch gescheiden zijn. Een scheidingstransformator, zet een netspanning 230 V om in een wisselspanning van 230 V, van het net gescheiden. Een scheidingstransformator heeft gescheiden primaire en secundaire wikkelingen. De secundaire wikkeling mag nooit geaard worden. De veiligheid zit hem in het feit dat er alleen stroom aan de secundaire zijde kan lopen bij een gesloten circuit. Scheidingstransformator worden onder andere toegepast in medisch gebruikte ruimten. Ze zijn voorgeschreven in Artikel 710 van de norm NEN 1010:2007+C1:2008. Wat gaat over elektrische veiligheid in medisch gebruikte ruimten. 1
De NEN-EN-IEC 61558-2-15 is de norm die bepaald aan welke eisen de transformator moet voldoen. Technische transformatorgegevens Primaire spanning : 230 VAC Secundaire spanning : 230 VAC ( onbelast 236 VAC) Vermogen : 1600 VA Aantal fasen : 1 Frequentie : 50 Hz Klasse : ta 40 - B Kortsluitspanning : < 3% van U primair Nullaststroom : < 3% van I nominaal Nullastverlies : < 12 W Cu-verlies : < 55 W Lekstroom (pri-sec) : < 50 μa Lek capaciteit : < 500pF Inschakelstroomstoot : Beperkt, ook wel inschakelstroom arm genoemd. Medische beschermingstransformator Geschikt voor toepassingen in Medisch Gebruikte Ruimten Klasse 2 en/of Klasse 3, inschakel-stroombeperkt. 2
Norm Tekst, Isolatiebewaking scheidingstransformatoren Om een zwevend net te controleren op aardfouten is het normtechnisch verplicht om een aardfoutbewaking op te nemen in de MES - keten. Met aardfoutbewaking bedoelen we het controleren van de impedantie naar aarde. Waarom impedantie? Een MES - keten bestaat voornamelijk uit capaciteiten naar aarde, deze capaciteiten worden bij een impedantiemeting meegenomen in de meting Volgens de norm moet bij MES-ketens een isolatie bewakingstoestel zijn toegepast dat voldoet aan de volgende specifieke eisen: a) de inwendige impedantie moet ten minste 100 k Ohm zijn; b) de meetspanning moet wisselspanning zijn met een frequentie van ongeveer 50 Hz en een spanning niet groter dan 25 V; c) de piekwaarde van de toegevoerde stroom mag, óók onder foutcondities, niet groter zijn dan 500 ua; d) de indicatie moet uiterlijk plaatsvinden wanneer de isolatie-impedantie tot 50 k Ohm is gedaald. De volgende componenten moeten van dit alarmsysteem deel uitmaken: 1) een groen signaallampje om normaal bedrijf aan te geven; 2) een rood signaallampje dat oplicht wanneer de ingestelde minimumwaarde voor de isolatieweerstand wordt bereikt. Dit lampje mag niet kunnen worden afgezet of uitgeschakeld; 3) een akoestisch alarm dat klinkt wanneer de ingestelde minimumwaarde voor de isolatieweerstand wordt bereikt. Dit akoestische alarm mag kunnen worden onderdrukt. Toegepaste meetsystemen isolatie bewaking Fabrikanten van dit specifieke bewaking systeem passen een puls meetprincipe toe. Het principe berust op het plaatsen van een puls meetspanning tussen het zwevend net en aarde. 3
Het meetsignaal van het isolatie bewakingsrelais is een actief signaal, onafhankelijk van de netspanning, waardoor de meting zowel onder spanning als in spanningsloze toestand van het te bewaken net functioneert. De puls spanning veroorzaakt een stroom welke via de aardfout naar aarde loopt. De meetstroom (Im) is in grootte direct afhankelijk van de grootte van de aardfout, een grotere aardfout (laagohmig) veroorzaakt dus een hogere meetstroom Met behulp van de bepaling van de meetstroom Im kan de grootte (de Ohmse waarde) van de aardfout RF bepaald worden. Doordat het pulssignaal een tweetal niveaus (waarden) kent,een positieve en een negatieve waarde, zijn er een tweetal meetresultaten. De vreemde DC stromen (stoorstromen) veroorzaakt door DC componenten, worden gesuperponeerd. Uit de vergelijkingen kan het onbekende element, de stoorstroom, worden geëlimineerd door de 2 vergelijkingen bij elkaar op te tellen. Hierdoor wordt de invloed van de DC componenten geëlimineerd en ontstaat een zuiver meetresultaat. 4
Scheidingstransformatoren in medisch gebruikte ruimten In medisch gebruikte ruimten van klasse 2 of klasse 3 moet bescherming door MES-ketens ( Scheidingstransformatoren ) zijn toegepast voor eindgroepen die de voeding verzorgen van medische elektrische toestellen en systemen en overig elektrisch materieel dat zich bevindt in het patiëntengebied, met uitzondering van het materieel vermeld in 710.41 1.4. Wat betreft het aantal eindgroepen op een scheidingstransformator. Er mogen maar 8 stuks enkele of 4 stuks dubbele wandcontactdozen worden aangesloten op een transformator. Hiermee wordt ook de lekstroom beperkt welke ontstaat in de hoeveelheid benodigde bekabeling. Verschillen tussen Klasse 2 en 3 ruimten In medisch gebruikte ruimten van klasse 2 mag de aanrakingsspanning onder normale omstandigheden ten hoogste 100 mv zijn. In medisch gebruikte ruimten van klasse 3 mag de aanrakingsspanning zowel onder normale omstandigheden als bij een eerste fout ten hoogste 10 mv zijn. Een spanning van 100 mv ontstaat bij een stroom van 100 ua door de kunstpatiënt ( 1000 Ohm ). Een spanning van 10 mv ontstaat bij een stroom van 10 ua door de kunstpatiënt ( 1000 Ohm ). Maximale Lekstroom of Foutstroom De isolatieweerstand van het gehele systeem is dus hoog. Deze waarde ligt voor het gehele systeem boven de 50kΩ. Deze waarde is de loslaatgrens. Foutstroom If = U / Z = 230V / 50kΩ = 5mA Let op, deze 5mA geldt alleen voor de buitenkant. Dus als een persoon met twee handen stroomvoerende geleiders aanraakt. Wanneer we het over maximaal toelaatbare lekstromen door het hart hebben gaat het over maximale waarden van 10µA. Hier moet stroomwaarde gelimiteerd worden door aanraakbare of vreemd geleidende delen in het patiëntengebied geïsoleerd op te stellen. ( > 3 Kohm ) 5
Een scheidingstransformator als HF netfilter. Een scheidingtrafo (en dat geldt voor elke trafo) heeft een frequentieafhankelijk gedrag. Er vindt een energieomzetting plaats: elektrisch -> magnetisch -> elektrisch. Het rendement van deze omzetting wordt o.a. bepaald door de snelheid waarmee de kern van de trafo zich laat magnetiseren. En op zijn beurt wordt bepaald door het gebruikte kernmateriaal. En hierin zit het hem nu net de kneep. Door een kernmateriaal te kiezen wat zich slecht laat magnetiseren bij hoge frequenties (hysteresis verlies) krijg je een transformator die hoge frequenties zal dempen, ze komen er gewoonweg niet doorheen omdat het kernmateriaal zich niet zo snel laat magnetiseren. Vooral ijzer en weekijzer zijn geschikt voor lage frequenties, en in zo'n geval worden de hoge frequenties gedempt. De scheidingstransformator werkt als een laagdoorlaat filter. Zo is bijvoorbeeld kernmateriaal in schakelende voedingen van ferriet materiaal, omdat dat deze zich snel laten magnetiseren. Dit omdat de schakelfrequentie veel hoger is dan 50Hz. Wat betreft het gebruik van een scheidingstransformator als netfilter voor hoogfrequent storing kunnen we hieruit opmaken dat er wel enige vorm van demping plaats vindt door de eigenschappen van de transformator maar veel van de aanwezige HF stoorsignalen vinden hun weg door de capaciteit van de installatie bedrading / bekabeling t.o.v. aarde De HF stoorsignalen worden getransporteerd via de aardleidingen en metalen delen die onderling verbonden zijn. Dat zijn tevens ook antennes die deze stoorsignalen uitzenden welke we ontvangen in onze transceivers. De hoeveelheid aan Hoogfrequent stoorsignalen hangt grotendeels af van de woonomgeving. Het maakt een groot verschil of je vrijstaand op het platteland woont of in een woonwijk wel of niet in de buurt van een industriële omgeving. 6
MES Transformator 230V / 1600 VA Installatie automaat 8 A / C-kar. 2 polig L1 1 N 2 Z1 =. Z2 =. Z3 =. PE 7
MES Transformator 1600VA Isolatiemeting met kunst patiënt 8A C - 2 polig 230 VAC 230 VAC Isolatie Bewaking TN IT Z 1 = U1 = 229,989 V Z 1 = 22MΏ U = 230VAC U2 = 10mV Z 2 = 1000Ώ I lek = U / Z1 + Z2 I lek = 230 / 22M+1000 I lek = 10 μa 8