Aanraakspanningen – Bescherming tegen onrechtstreekse aanraking
Samenvatting
Wat is onrechtstreekse aanraking?
Onrechtstreekse aanraking
Contact met een geleidend deel of aarde van een toestel, dat normaal spanningsloos en geaard is, maar dat onder spanning valt door een defect in de interne isolatie (IEC 60050).
Met andere woorden, een defecte isolatie van een component, zal een foutstroom If genereren (zie het artikel over het berekenen van kortsluitstromen), die de aarde van het defecte toestel zal verhogen tot een potentiaal, dat afhangt van de foutstroom lus. Als een persoon of dier in contact komt met deze aarde, kan dit leiden tot elektrisering of zelfs elektrocutie.
De spanning die op de defecte aarde verschijnt, is als volgt gedefinieerd:
- Veronderstelde aanraakspanning: spanning tussen geleidende delen, die tegelijkertijd toegankelijk zijn, wanneer deze geleidende delen niet aangeraakt worden door een persoon of een dier (IEC 60050). )
- Werkelijke aanraakspanning: spanning tussen geleidende delen wanneer deze gelijktijdig worden aangeraakt door een persoon of een dier (IEC 60050).
In de praktijk wordt de aanraakspanning berekend tussen de defecte massa en de aarde, omdat gevallen van onrechtstreeks contact tussen twee gelijktijdig defecte massa’s uitzonderlijk zijn. De werkelijke aanraakspanning is altijd lager dan de veronderstelde aanraakspanning, omdat de impedantie van de persoon of het dier die het onrechtstreeks contact ondergaat, de foutstroom lus wijzigt. In het volgende zal de term “aanraakspanning” (Uc) verwijzen naar de veronderstelde aanraakspanning.
De conventionele aanraakspanning’s grens (of veiligheidsspanning’s grens) wordt ook als volgt gedefinieerd:
- conventionele aanraakspanning ’s grens (UL): waarde van de aanraakspanning die verondersteld wordt, als onbeperkt te kunnen behouden worden, onder de gemelde uitwendige invloedfactoren (IEC 60050).
In Frankrijk definieert de laagspanningsregelgeving een veiligheidsspanning’s limiet van:
- 50 V voor wisselstroom
- 120 V voor gelijkstroom
Dit is de maximaal toegestane aanraakspanning, gedurende 5 seconden.
Bescherming tegen onrechtstreekse aanraking
Er zijn verschillende manieren om te beschermen tegen onrechtstreekse aanraking:
- bescherming door automatische uitschakeling van de voeding
- bescherming door dubbele of versterkte isolatie
- beveiliging door elektrische scheiding voor de voeding van één toestel
- bescherming door zeer lage spanning
Bescherming door automatische stroomonderbreking
Deze beschermingsmaatregel is gebaseerd op een combinatie van twee voorwaarden:
- het bestaan van een kring (ook “fout lus” genoemd) die de foutstroom laat vloeien. De samenstelling van deze storingskring, hangt af van het aardstelsel (TN, TT of IT). Deze voorwaarde maakt de installatie van aardingsgeleiders noodzakelijk, die de massa’s van alle elektrische apparaten die door de installatie worden gevoed, met elkaar verbinden om de fout lus te vormen.
- de foutstroom wordt door een geschikt beveiligingsapparaat onderbroken, binnen een tijd die afhankelijk is van bepaalde parameters, zoals de toelaatbare aanraakspanning voor een persoon, en de waarschijnlijkheid van storingen terwijl gelijktijdig contact is met de defecte onderdelen. De onderbrekingstijd wordt vastgesteld dankzij kennis van de effecten van elektrische stroom op het menselijk lichaam, en de omstandigheden van uitwendige invloedfactoren. Deze voorwaarde maakt de aanwezigheid van een automatische onderbreker noodzakelijk, waarvan de kenmerken worden bepaald volgens het aardstelsel TT, TN of IT.
TT-Net
In dit diagram is het niet mogelijk om de foutstroom vooraf te bepalen. Dit betekent dat de beveiligingsinrichting, een differentieel is die aan de volgende voorwaarde voldoet:
𝑅𝐴 × 𝐼Δ𝑛 ≤ 50 𝑉
met
RA: weerstand van de aardverbinding
IΔn: nominale differentiële reststroom van de beveiligingsinrichting
TN-Net
In dit diagram is het mogelijk om de foutstroom te berekenen, omdat de fout lus alleen actieve en beschermende geleiders bevat. De voorwaarde waaraan moet worden voldaan, is dat de stroom die de werking van de onderbreker garandeert, lager is dan de berekende minimale foutstroom.
De beschermingen kunnen overstroombeveiligingen zijn (zekeringen of vermogensschakelaars), of aardlekbeveiligingen (behalve in TN-C).
IT-Net
In dit schema is de installatie geïsoleerd van aarde, of verbonden met aarde via een hoge impedantie. In het geval van een isolatiefout op een actieve geleider, is de foutstroom laag, en is automatische uitschakeling niet nodig als aan de volgende voorwaarde wordt voldaan:
𝑅𝐴 × 𝐼𝑓≤ 50 𝑉 (in wisselstroom)
𝑅𝐴 × 𝐼𝑓≤ 120 𝑉 (in gelijkstroom)
met
RA: weerstand van de aardverbinding
If: is de foutstroom bij een eerste duidelijke fout, tussen een fasegeleider en aarde. De waarde van If houdt rekening met lekstromen en de totale aardingsimpedantie van de elektrische installatie.
RA x If: veronderstelde aanraakspanning
Als er een tweede fout optreedt, zijn de voorwaarden van het TN-Net van toepassing: de stroom die de werking van de onderbreker garandeert, moet lager zijn dan de berekende minimale tweede foutstroom.
Bepaling van de maximale onderbrekingstijd
Het gevaar van onrechtstreekse aanraking is afhankelijk van de stroom die door het menselijk lichaam kan vloeien, en dus van de veronderstelde aanraakspanning, en van de duur van de blootstelling aan deze stroom. Daarom moet er gecontroleerd worden, dat de uitschakeltijd van het beveiligingstoestel geen schadelijke effecten heeft. Internationale studies, over de effecten van elektrische stroom op het menselijk lichaam, hebben maximale onderbrekingstijden vastgesteld, die afhankelijk zijn van de lijnspanning, het aardstelsel en het type kring van het netwerk. De norm IEC 60364-4-41 geeft in de volgende tabel aan, wat de maximale onderbrekingstijden zijn (in sec), die toegepast moeten worden op kringen met een maximale nominale stroomwaarde van:
- 63 A voor één of meer contactdozen
- 32 A voor apparatuur met vast aangesloten gebruik
De norm IEC 60364-4-41 bepaalt dat deze onderbrekingstijden voor alle verbruikers kringen gelden. Voor andere kringen, is een onderbrekingstijd van niet meer dan 5 s in TN-Net, en niet meer dan 1 s in TT-Net toegestaan. In het IT-Net zijn, bij een tweede fout, de voorwaarden van het TN-Net van toepassing.
Beveiligingsmaatregel met dubbele of versterkte isolatie
Dubbele of versterkte isolatie is een beveiligingsmaatregel waarbij:
- de hoofdbeveiliging wordt verzorgd door een hoofdisolatie; en de beveiliging bij een isolatiefout wordt verzorgd door een extra isolatie,
- of de hoofdbeveiliging en de beveiliging bij een isolatiefout worden verzorgd door versterkte isolatie tussen de actieve delen en de toegankelijke delen.
In de meeste gevallen is het gebruikte elektrische materiaal van klasse II, m.a.w. van de onderstaande types, en die een typekeuring hebben, met aanduiding volgens de regels die erop van toepassing zijn:
- apparatuur met dubbele of versterkte isolatie (apparatuur van klasse II);
- samengestelde producten, die in normen zijn aangegeven als gelijkwaardig aan klasse II, in één fabriek gebouwd, en volledig geïsoleerd.
Dergelijke apparatuur wordt aangeduid met het symbool 
. Behalve in speciale gevallen die in de norm worden aangegeven, moeten stroomkringen die apparatuur van Klasse II voeden, overal een aardleiding hebben, met een aansluiting aan het einde van de leiding, en op elk onderdeel.
Beveiligingsmaatregel door elektrische scheiding voor de voeding van één apparaat
De elektrische scheiding is een beveiligingsmaatregel waarbij de beveiliging, in geval van storing, wordt verzorgd door een beschermende scheiding, tussen de onafhankelijke kring, en de andere kringen, en de aarde. De onafhankelijke kring moet gevoed worden via één scheidingsbron, en de spanning van de onafhankelijke kring mag niet hoger zijn dan 500 V. De actieve delen van de onafhankelijke stroomkring mogen geen enkel gemeenschappelijk punt hebben met een andere stroomkring, en geen enkele punt mag met de aarde verbonden zijn. De aarding van de onafhankelijke stroomkring mag niet verbonden zijn met de aardgeleider, of de massa van andere stroomkringen, of de aarde.
Beveiligingsmaatregel dankzij zeer lage spanning
De beveiliging dankzij zeer lage spanning, is een beveiligingsmaatregel die bestaat uit twee verschillende soorten kringen, onder zeer lage spanning:
- ZLVS: Zeer Lage Veiligheid’s Spanning
- ZLBS: Zeer Lage Beveiliging’s Spanning
waarvoor bescherming wordt bezorgt door:
- een beperking van de ZLVS- of ZLBS-spanning tot de bovengrens van het spanningsbereik I: 50 V bij wisselstroom en 120 V bij gelijkstroom,
- een beschermende scheiding tussen ZLVS- of ZLBS-stroomkringen en alle andere stroomkringen die geen ZLVS of ZLBS zijn, en een hoofdisolatie tussen ZLVS- of ZLBS-stroomkringen en andere ZLVS- of ZLBS-stroomkringen,
- alleen voor ZLVS-kringen, hoofdisolatie tussen de ZLVS-kring en de aarde.
Voor de instelling van deze beschermingsmaatregel, is het geadviseerd om de overeenkomstige artikels van de normen te raadplegen (IEC 60364-4-41 § 414).
Controles met elec calc™
Beheer van aanraakspanningen
elec calc™ controleert of de uitschakeltijd van de beveiligingen onder een bepaalde waarde blijft, afhankelijk van de aanraakspanning. Deze aanraakspanning is de spanning die tot stand kan komen tussen de massa van een toestel en de aarde, in geval van een fase-/aardfout. Het wordt daarom berekend op basis van de fase-/aard kortsluitstroom If.
U wenst meer te weten over onze software voor netberekening?
