Beveiliging laagspanning

Een elektrische fout is een toevallige elektrische verbinding tussen twee punten op verschillende potentialen. De stroom die hierbij ontstaat is de foutstroom.

Een overstroom is elke stroom die groter is dan:

  • de nominale stroom (In) bij machines of toestellen
  • de toelaatbare stroom bij geleiders (Iz)

Overstromen in geleiders kunnen van tweeërlei aard zijn:

  • Overbelastingsstromen zijn overstromen die in een foutloze stroombaan veroorzaakt worden door:
    • te veel verbruikers op een leiding
    • vervangen van toestellen door toestellen met een groter vermogen
    • mechanisch blokkeren van motoren
  • Kortsluitstromen zijn overstromen die ontstaan door kortsluitingen

In tegenstelling tot kortsluitstromen zijn overbelastingsstromen geen foutstromen.

De toelaatbare stroom van een leiding is functie van:

  • doorsnede van de geleiders
  • isolatie rond de geleiders en de samenstelling (type) van de leiding
  • plaatsing en omgeving van de leidin
  • omgevingstemperatuur

Voor stroomwaarden onder de toelaatbare stroom zal de opwarming van de geleiders beperkt blijven zodanig dat er geen afbreuk gedaan wordt aan de isolatie-eigenschappen.

Onder de bedrijfsstroom (Ib) van een stroombaan verstaat men de stroom die onder normale omstandigheden door de leidingen zal vloeien. Indien 4 lampen van 50W die werken op een nominale spanning van 24V op een leiding zijn aangesloten bedraagt de bedrijfsstroom Ib: 200W/24V= 8,3 A

In stroombanen op zeer lage spanning dient erop toegezien te worden dat zowel de primaire als de secundaire leiding alsook de transformator beveiligd is tegen overstroom. Vooral in de secundaire leidingen kunnen de stromen zeer groot worden. Wanneer de voedingsspanning 230 V bedraagt en men heeft toestellen die werken op een nominale spanning van 12 V, dan vereist dit een transformator met een transformatieverhouding 19 (230/12). Vermits het vermogen (P=U*I) in primaire en secundaire stroombaan hetzelfde is (op het vermogenverlies in de transformator na), zal de stroom in de secundaire leiding 19 maal groter zijn, dan deze in de primaire leiding. Naar opwarming toe heeft dit grote gevolgen daar de ontwikkelde warmte kwadratisch toeneemt met de stroom tengevolge van het Joule effect (RI²). Het beveiligen van de secundaire kring vereist dan ook de nodige aandacht.

De beveiligi2p automaatng tegen overstromen in leidingen gebeurt door middel van automaten of zekeringen die leidingen en transformatoren beschermen tegen zowel overbelastingsstromen als tegen kortsluitstromen. (Uitzonderingen hierop zijn aM zekeringen en automaten met uitschakelkarakteristiek MA die enkel de beveiliging tegen kortsluiting garanderen).

Om de bescherming tegen overbelasting te verzekeren moet de beveiliging een toegekende stroom In hebben groter of gelijk aan de bedrijfsstroom Ib en kleiner dan de maximum toelaatbare belastingsstroom Iz van de leiding Ib < In < Iz. De eerste voorwaarde zorgt ervoor dat de kring niet ongewenst wordt uitgeschakeld terwijl hij in normaal bedrijf zou moeten zijn. De tweede voorwaarde beschermt de leiding tegen oververhitting.

Voor de beveiliging tegen kortsluiting moet het beschermingstoestel:

  • een afschakelvermogen hebben dat aangepast is aan de te verwachten kortsluitstroom (Icc) op de opstellingplaats van het toestel.
  • sneller afschakelen dan de tijd (tz) die nodig is om de leiding op haar maximum toelaatbare temperatuur te brengen. tbeveiligng < tz Vooral wanneer kortsluitingen zich op het einde van leidingen voordoen, zal de weerstand van de leiding de kortsluitstroom beperken waardoor de uitschakeltijd van de beveiliging groter wordt.

Zowel de primaire als de secundaire leidingen moeten beschermd worden tegen overbelasting en kortsluiting. Dit kan op verschillende manieren gebeuren:

beveiliging laagspanning

Situatie 1
In de primaire én in de secundaire stroombaan zijn beschermingstoestellen aangebracht die
een beveiliging waarborgen tegen zowel overbelasting als tegen kortsluiting. Dit is de meest
klassieke manier van beveiligen maar tevens ook de duurste.

Situatie 2
In de primaire stroombaan is een beschermingtoestel aangebracht dat de beveiliging
waarborgt tegen kortsluitingen die zich kunnen voordoen zowel in de primaire als in de
secundaire stroombaan. De lengtes van de leidingen dienen aangepast te zijn aan de
kortsluitbeveiliging.

In de secundaire stroombaan is een beschermingtoestel aangebracht dat de beveiliging
waarborgt tegen overbelasting zowel in de primaire als de secundaire stroombaan
Dit principe wordt toegepast wanneer men op voorhand niet kan inschatten hoeveel en welke
gebruikstoestellen op de secundaire stroombaan zullen worden aangesloten. De
transformator kan dan beschouwd worden als zijnde een nieuwe bron, weliswaar op een
lagere spanning, die ter beschikking van de gebruiker wordt gesteld. Deze kan hierop
willekeurig een aantal toestellen aansluiten zolang de totale stroom van de gebruikers (= Ib)
de nominale stroom van de transfo (of de beveiliging) niet overtreft.

Daar de transformator alleen nooit aanleiding kan geven tot een overbelasting is een extra
beveiliging tegen overbelasting niet nodig in de primaire kring zolang er geen aftakkingen
(naar andere gebruikers) worden gemaakt in de voedingslijn naar de transformator.

In de praktijk dient men enkel te controleren of de nominale stroom van de secundaire
beveiliging ervoor zorgt dat primair niet te veel stroom kan vloeien. Bijvoorbeeld voor een
transformator met een transformatieverhouding van 20 en een secundaire beveiliging tegen
overbelasting van 16 A kan er primair maximum 16/20 = 0,8 A vloeien. Indien de maximum
toelaatbare stroom van de leiding groter is dan deze waarde is de beveiliging tegen
overbelasting gegarandeerd.

Situatie 3
Enkel in de primaire stroombaan is een beschermingstoestel aangebracht dat een beveiliging
waarborgt tegen zowel overbelasting als kortsluiting in zowel de primaire als de secundaire
stroombaan
Dit principe wordt toegepast wanneer de secundaire stroombaan maar één of een vast
gekend aantal gebruikers (bv. halogeenlampjes) omvat. In dat geval worden transformator en
gebruikstoestel(len) als 1 geheel gezien met ook maar 1 beveiliging voor dit geheel.

Voorbeeld:
Transfo:
Primaire spanning: 230 V
Secundaire spanning: 12 V
Vermogen: 250 W
Belasting:
4 lampjes van 35 W = 140 W

- De bedrijfsstroom in de secundaire bedraagt 140 W/ 12 V= 11,6 A
- In de primaire zal een stroom vloeien van 11,6 x 12/230 = 0,6 A

Men zou kunnen stellen dat zowel primaire als secundaire leiding mogen uitgevoerd worden
in 1,5 mm² omdat de maximum toelaatbare stroom van een leiding van 1,5 mm² 16 A (=Iz)
bedraagt.
Wanneer nu iemand meer lampjes op deze stroombaan begint te plaatsen of de huidige
lampjes wil vervangen door types met een hoger vermogen, dan zal de bedrijfsstroom
toenemen. Indien er bijvoorbeeld 4 lampjes van 35 W bij geplaatst worden krijgt men
volgende situatie:

- De bedrijfsstroom in de secundaire neemt toe tot 280 W/ 12 V= 23,2 A
- In de primaire zal dan een stroom vloeien van 23,2 x 12/230 = 1,2 A

De secundaire leiding van 1,5 mm² kan deze stroom niet verdragen waardoor de isolatie zal
beginnen degraderen.

Vraag is nu welke beveiliging er primair zou kunnen geplaatst worden om te vermijden dat de
secundaire kring doorlopen wordt door een overbelastingsstroom.
In de secundaire stroombaan mag maximaal 16 A vloeien hetgeen primair een stroom
oplevert van:

16 * 12/230 = 0,8 A.

Er dient dus een beveiliging tegen overbelasting geplaatst te worden met een nominale
waarde van Ib < In < Iz of 0,6 < In < 0,8. Bv. een zekering van 0,75 A.

In de gegeven situatie is het dus niet mogelijk om uitbreidingen te doen zonder de
kabelsecties en eventueel de transformator te verzwaren. De beveiliging tegen overbelasting
is immers afgestemd op de oorspronkelijke situatie.

Kortsluitvaste transformatoren beschikken over een geïntegreerde beveiliging hetgeen wil
zeggen dat ze de bescherming van de transformator verzekeren tegen overbelasting en
kortsluiting via een ingebouwde, zelfherstellende beveiliging. Deze beveiliging kan tevens
dienst doen als bescherming tegen overbelasting en kortsluiting van de secundaire leiding.
Er moet dan wel gecontroleerd worden of de transformator niet meer stroom kan leveren dan
de maximale toelaatbare stroom in de secundaire leiding.

Bovendien zijn elektronische transformatoren meestal voorzien van een (zelfherstellende)
thermische beveiliging tegen oververhitting. Deze spreekt aan wanneer de transformator
geïnstalleerd wordt op plaatsen met onvoldoende ventilatie en daardoor te warm wordt.

Bij een niet-kortsluitvaste transformator is een bijkomende beveiliging tegen overstromen in
de transformator wel noodzakelijk. De fabrikant geeft via zijn specificaties aan welke
beveiliging hiervoor geschikt is. Deze beveiliging kan tevens de leidingen beschermen tegen
overstromen. (zie bovenstaande 3 situaties). Of andersom kan een reeds geplaatste
leidingbeveiliging ook de transformator beschermen.

kortsluitvaste transfo

Bron: Vlaams Elektro Innovatiecentrum