7. Beveiliging tegen overstroom en aardfout

7.1 Elementaire begrippen

Overstroom: Een stroom die hoger is dan de nominale stroom (de stroom waarvoor een geleider of apparaat is ontworpen). Overstroom kan leiden tot overbelasting of kortsluiting.
Kortsluiting: Een fout waarbij een stroomkring via een onbedoelde, lage weerstand een pad naar de aarde of een andere fase vindt. Dit resulteert in een extreem hoge, plotselinge stroompiek.
Overbelasting: Een situatie waarbij een stroom te hoog is voor de geleider, maar nog niet zo hoog als bij een kortsluiting. Dit ontstaat bijvoorbeeld als er te veel apparaten op één circuit zijn aangesloten. De stroom is te hoog, maar de weerstand blijft binnen normale waarden.
Aardfout: Een lekstroom die via de aarde vloeit. Dit kan ontstaan door een defect in de isolatie, waardoor stroom via de behuizing van een apparaat naar de aarde ontsnapt.
Selectiviteit: De eigenschap van een beveiligingssysteem om alleen het dichtstbijzijnde beveiligingselement te laten afschakelen in geval van een storing, zonder dat de stroom in de rest van de installatie uitvalt.

7.2 Gevolgen van overstroom

Overbelasting

Geleiders/kabels: Geleiders en kabels worden te warm, waardoor de isolatie beschadigt, hard wordt en afbrokkelt. Dit verhoogt het risico op kortsluiting en brand.
Schakelmateriaal: Overmatige warmte kan de contacten in schakelmateriaal beschadigen of de kunststof behuizing vervormen.
Transformatoren: Overbelasting kan de wikkelingen van de transformator oververhitten, wat de isolatie kan vernietigen.
Beveiligingen: Beveiligingen, zoals thermische beveiligingen en installatieautomaten, reageren op de warmteontwikkeling en schakelen de stroom uit.

Kortsluiting

Geleiders/kabels: De enorme stroompiek leidt tot extreme hitte, waardoor de geleiders direct kunnen smelten of verdampen.
Schakelmateriaal: De magnetische krachten die vrijkomen bij kortsluiting zijn zo groot dat contacten kunnen dichtlassen. De lichtboog die ontstaat kan het materiaal verbranden of de behuizing doen barsten.
Transformatoren: Kortsluitstroom kan de wikkelingen mechanisch vervormen door de enorme dynamische krachten.
Beveiligingen: Beveiligingen moeten onmiddellijk afschakelen om schade te voorkomen. Installatieautomaten hebben een snelle magnetische uitschakelfunctie hiervoor.

Thermische en dynamische kortsluitvastheid

Thermische kortsluitvastheid: De maximale temperatuur die een geleider of onderdeel gedurende een korte tijd kan weerstaan zonder dat de isolatie onherstelbaar beschadigd raakt. Dit hangt af van het materiaal en de tijdsduur van de stroom.
Dynamische kortsluitvastheid: De mechanische weerstand van een onderdeel tegen de krachten die worden gegenereerd door een kortsluiting. Deze krachten kunnen zo groot zijn dat ze onderdelen uit elkaar trekken of doen barsten.

7.3 Specifieke eigenschappen van beveiligingselementen

Smeltveiligheid: Een eenvoudige, effectieve beveiliging met een smeltbare draad. Bij overstroom smelt de draad door en onderbreekt het de stroom. Het moet na gebruik worden vervangen en is niet selectief.
Mespatroon: Een zwaardere uitvoering van een smeltveiligheid, vaak gebruikt in verdeelinrichtingen of bij hogere stromen. Ze zijn ontworpen om een specifieke hoeveelheid stroom te verdragen en hebben een hoog afschakelvermogen.
Installatie-automaat: Een herbruikbare elektromechanische schakelaar met twee beveiligingsmechanismen:
1. Thermisch: Een bimetaalstrip buigt bij overbelasting, waardoor de automaat uitschakelt.
2. Magnetisch: Een elektromagneet reageert op een plotselinge stroompiek (kortsluiting) en schakelt onmiddellijk uit.
Aardlekbeveiliging (RCD): Beveiligt tegen aardfouten door de stroom te meten die de installatie in gaat en die er weer uit komt. Als er een verschil is (lekstroom), schakelt de RCD uit. Het beschermt mensen tegen elektrische schokken.
Aardlekautomaat (RCBO): Een combinatie van een aardlekschakelaar en een installatieautomaat in één behuizing. Het beveiligt zowel tegen aardfouten als tegen overstroom en kortsluiting.
Thermische beveiliging: Een beveiliging die uitsluitend op warmte reageert. Het wordt vaak gebruikt om motoren te beschermen tegen overbelasting. Het is traag en reageert niet op kortsluiting.
Vermogensautomaat: Een zware, industriële automaat die wordt gebruikt voor de beveiliging van grotere installaties of motoren. Het heeft instelbare parameters voor de uitschakelstroom en -tijd.
Motorbeveiligingsschakelaar: Een speciale installatieautomaat die specifiek is ontworpen om motoren te beschermen. Het heeft instelbare thermische beveiliging om overbelasting te voorkomen en een snelle magnetische beveiliging tegen kortsluiting.