Inspectie en beproeving van elektrische installaties: aardlekschakelaars
1. Wat is een aardlekschakelaar en wat doet deze?
Een aardlekschakelaar (RCD) wordt in BS 7671:2008(2013) als volgt gedefinieerd:
'Een mechanisch schakelapparaat of een samenstel van apparaten dat ervoor zorgt dat de contacten worden geopend wanneer de reststroom onder bepaalde omstandigheden een bepaalde waarde bereikt.'
Een aardlekschakelaar (RCD) is een beveiligingsapparaat dat de elektrische voeding automatisch uitschakelt wanneer er een onbalans wordt gedetecteerd tussen de actieve geleiders. In het geval van een eenfasecircuit bewaakt het apparaat het stroomverschil tussen de fase- en de nulgeleider.
Houd er rekening mee dat met de term 'actieve' geleider zowel de fase- als de nulgeleiders worden bedoeld.
In een gezond circuit, waar geen aardlekstroom of aardleidingstroom loopt, is de som van de stromen in de lijn- en nulgeleiders nul. Als er een lijn-aardlekstroom ontstaat, zal een deel van de lijngeleiderstroom daarom niet via de nulgeleider terugkeren. Het apparaat bewaakt dit verschil, schakelt het circuit in en schakelt het uit wanneer de reststroom een vooraf ingestelde limiet bereikt, de reststroom (IΔn).
Aardlekschakelaars worden gebruikt om bescherming te bieden tegen de specifieke gevaren die zich kunnen voordoen in elektrische installaties, waaronder:
- foutbeveiliging;
- extra bescherming; en
- bescherming tegen brand.
Een aardlekschakelaar biedt geen bescherming tegen overstroom. Overstroombeveiliging wordt geboden door een zekering of een stroomonderbreker. Er zijn echter ook gecombineerde aardlekschakelaars en stroomonderbrekers verkrijgbaar, die worden aangeduid als aardlekschakelaars.
2. Soorten aardlekschakelaars
'RCD' is de algemene term voor een apparaat dat in werking treedt wanneer de reststroom in het circuit een vooraf bepaalde waarde bereikt. De volgende tabel, Figuur 1, geeft de verschillende soorten RCD's weer, een beschrijving van elk apparaat en voorbeelden van hoe het apparaat wordt gebruikt:
Figuur 1 Typen aardlekschakelaars
| Type aardlekschakelaar | Beschrijving | Geïnstalleerd/gebruikt | |
|---|---|---|---|
| aardlekschakelaar | Aardlekschakelaar zonder geïntegreerde overstroombeveiliging | Apparaat dat werkt als de reststroom onder bepaalde omstandigheden een bepaalde waarde bereikt. | Verdeelkasten |
| RCBO | Aardlekschakelaar (RCCB) met geïntegreerde overstroombeveiliging | Apparaat dat in werking treedt wanneer de reststroom onder bepaalde omstandigheden een bepaalde waarde bereikt en overstroombeveiliging bevat. | Verdeelkasten |
| CBR | Stroomonderbreker met ingebouwde aardlekbeveiliging | Overstroombeveiliging met ingebouwde aardlekbeveiliging. | Verdeelborden in grotere installaties. |
| SRCD | Stopcontact met aardlekschakelaar | Een stopcontact of gezekerde verbindingseenheid met ingebouwde aardlekschakelaar. | Vaak geïnstalleerd om extra bescherming te bieden aan gebruikers van het stopcontact, wanneer het niet voordelig is om het hele circuit te beveiligen met een aardlekschakelaar. |
| PRCD | Draagbare aardlekschakelaar | Een PRCD is een apparaat dat aardlekschakelaarbeveiliging biedt voor elk apparaat dat via een stopcontact van stroom wordt voorzien. | Aangesloten op een bestaand stopcontact. PRCD's maken geen deel uit van de vaste installatie. |
| SRCBO | Stopcontact met aardlekschakelaar | Stopcontactdoos of gezekerde aansluiteenheid met aardlekschakelaar. | Vaak geïnstalleerd om extra bescherming te bieden aan gebruikers van het stopcontact, wanneer het niet voordelig is om het hele circuit te beveiligen met een aardlekschakelaar. |
2.1 Oudere installaties met ELCB's
Historisch gezien werden er in de regelgeving twee basistypen aardlekschakelaars (ELCB) onderscheiden: het bekende type dat op stroom werkt en het vroegere type dat op spanning werkt.
Het spanningsgestuurde type werd in 1981 niet meer erkend door de regelgeving en tegenwoordig wordt alleen het stroomgestuurde type nog erkend. Het spanningsgestuurde apparaat is te herkennen aan de twee afzonderlijke aardingsklemmen – één voor de aansluiting van de aardgeleider van de installatie en de andere voor een aansluiting op een aardingsmiddel. Dergelijke apparaten werden vaak gebruikt in installaties die deel uitmaakten van een TT-systeem, waarbij de aarding een aardelektrode was. Het grootste nadeel van de spanningsgestuurde aardlekschakelaar is dat een parallel aardingspad het apparaat kan uitschakelen. Binnen de standaardisatiekringen (BSI-commissie PEL/23/1) is er een beweging om het principe van de spanningsgestuurde ELCB nieuw leven in te blazen voor gebruik in laadinstallaties voor elektrische voertuigen. Het principe is dat, indien er een potentiaal ontstaat tussen punten binnen de installatie, d.w.z. de echte aarde en het voertuig, het apparaat in werking treedt en zichzelf verbreekt; zie Verordening 722.411.4.1(iii) van BS 7671:2008(2013).
2.2 Erkende apparaten
Aardlekschakelaars die bedoeld zijn voor gebruik in het Verenigd Koninkrijk, worden geproduceerd volgens Europese normen en zijn te herkennen aan hun BS EN-nummers. BS geeft aan dat de norm in het Verenigd Koninkrijk erkend is en EN staat voor Euronorm. De volgende lijst bevat de toepasselijke bevestigde en actuele normen:
- BS 7071:1992(1998) - Specificatie voor draagbare aardlekschakelaars.
- BS 7288:1990(1998) - Specificatie voor stopcontacten met aardlekschakelaars (SRCD's).
- BS EN 61008-1:2012 - Aardlekschakelaars zonder ingebouwde overstroombeveiliging voor huishoudelijk en soortgelijk gebruik (RCCB's).
- BS EN 61009-1:2012 - Aardlekschakelaars met ingebouwde overstroombeveiliging voor huishoudelijk en soortgelijk gebruik (RCBO's).
Houd er rekening mee dat BS 4293:1983(1993) Specificatie voor aardlekschakelaars is ingetrokken en vervangen door BS EN 61008-1:2012.
2.3 Kenmerken van aardlekschakelaars
Aardlekschakelaars worden gedefinieerd door een reeks van drie belangrijke elektrische eigenschappen:
- De nominale stroomsterkte van het apparaat in ampère, I.
- De nominale reststroom van het beveiligingsapparaat in ampère, IΔn.
- Of het apparaat nu onmiddellijk werkt of een opzettelijke vertraging inbouwt om onderscheid mogelijk te maken. Dergelijke apparaten worden 'S' of selectief genoemd.
Apparaten worden gefabriceerd met verschillende waarden voor nominale stroom en nominale reststroom. In dit artikel kijken we echter naar de nominale reststroom van het beveiligingsapparaat, IΔn.
3. Toepassingen
Het juiste apparaat moet worden geselecteerd voor de specifieke toepassing. Het kiezen van het verkeerde apparaat kan ernstige gevolgen hebben en kan leiden tot een elektrische schok of brand. De lijst in Figuur 2 geeft voorbeelden van specifieke toepassingen van aardlekschakelaars en bevat verwijzingen naar de relevante regelgeving in BS 7671:2008(2013).
Figuur 2 Voorbeelden van specifieke toepassingen van aardlekschakelaars
| Sollicitatie | Verordening | |
|---|---|---|
| 10 mA | Een zeer gevoelig apparaat dat soms wordt gebruikt om stopcontacten op laboratoriumtafels op scholen te beschermen. | 415.1.1 |
| 30 mA | Mobiele apparatuur die buitenshuis wordt gebruikt, moet worden beveiligd met een aardlekschakelaar met een nominale aardlekstroom van maximaal 30 mA. | 411.3.3(ii) 514.1.1 |
| Op plaatsen met een bad of douche moeten alle circuits van de locatie worden beveiligd met een of meer aardlekschakelaars van maximaal 30 mA. Let wel, de vereiste geldt voor de locatie; in werkelijkheid betekent dit dat de badkamer wordt bediend of doorstroomt en dat dit niet beperkt is tot circuits binnen de zones. | 701.411.3.3 | |
| Stopcontacten voor algemeen gebruik door gewone personen. | 411.3.3(i) | |
| 100 mA | Als een aardlekschakelaar is geïnstalleerd omdat de aardleklusimpedantie te hoog is voor foutbeveiliging, d.w.z. dat de uitschakeltijd niet door het overstroombeveiligingsapparaat kan worden gehaald. | 411.5.3 |
| 300 mA | Brandbeveiligingsdoeleinden in land- en tuinbouwbedrijven. | 705.422.7 |
| Instelbaar ?2000 mA | Apparaten met een reststroom van 2 A of meer worden soms gebruikt in specifieke industriële toepassingen, distributietoepassingen of tijdelijke voedingen voor entertainmentdoeleinden. Hiervoor dient u de ontwerper om advies te vragen. | 31-02-10 |
| Elke aanpassingsmethode of elk aanpassingsmechanisme mag niet toegankelijk zijn voor gewone, niet-geschoolde of niet-geïnstrueerde personen. | 531.2.10 |
3.1 Ongewenste werking
Ongewenste werking van aardlekschakelaars kan optreden wanneer een stroom door een aardlekschakelaar de aardlekschakelaar onder normale omstandigheden laat werken, d.w.z. de opeenstapeling van stroom door de aardlekschakelaar die wordt gegenereerd door de schakelende voedingen van computers, bijvoorbeeld door te veel computers op één circuit. Een aardlekschakelaar moet zo worden geselecteerd en de elektrische circuits moeten zo worden onderverdeeld dat een stroom door de aardlekschakelaar die naar verwachting tijdens normaal bedrijf van de aangesloten belasting(en) kan optreden, waarschijnlijk geen onnodige werking van het apparaat veroorzaakt (zie Verordening 531.2.4). Een dergelijke werking kan optreden in circuits met verwarmingselementen van kookapparatuur, enz., waar elementen een kleine hoeveelheid vocht kunnen absorberen door onvolmaakte afdichtingen wanneer ze koud zijn. Wanneer de aardlekschakelaar onder spanning staat, zorgt dit vocht voor een geleidend pad waarlangs de stroom kan vloeien en kan de aardlekschakelaar in werking treden. Het vocht droogt op naarmate het element opwarmt. Hoewel het niet wordt uitgesloten in BS 7671, is het geen vereiste om een aardlekschakelaar te gebruiken in dergelijke circuits. Wel moet nog steeds worden voldaan aan de eisen van de regelgeving, d.w.z. kabels in muren, regelgeving 522.6.101.
3.2 Discriminatie
Wanneer twee of meer aardlekschakelaars in serie zijn geschakeld, moet, indien nodig, onderscheid worden gemaakt om gevaar te voorkomen (zie Verordening 531.2.9). Tijdens een storing wordt onderscheid gemaakt wanneer het apparaat stroomopwaarts en elektrisch het dichtst bij de storing in werking treedt en geen invloed heeft op andere, verder stroomopwaarts gelegen apparaten. Onderscheiding wordt gemaakt wanneer
'S'-types (selectief) worden gebruikt in combinatie met algemene aardlekschakelaars. Het 'S'-type heeft een ingebouwde tijdvertraging en biedt onderscheid door de storing gedurende een bepaalde tijd te negeren, waardoor gevoeligere apparaten in het vervolg de storing kunnen verhelpen. Aardlekschakelaars van het S-type of aardlekschakelaars met een nominale reststroom, IΔn, van meer dan 30 mA mogen niet worden gebruikt om extra bescherming te bieden.
4. Etikettering
Artikel 514.12.2 vermeldt de mededeling die op een opvallende plaats bij of nabij de oorsprong van de installatie moet worden aangebracht, indien een installatie een aardlekschakelaar vereist:
5. Testen
Aardlekschakelaars moeten worden getest. De eisen staan vermeld in de volgende regelgeving:
- De doeltreffendheid van de aardlekschakelaar moet worden geverifieerd door een test die een passende storing simuleert en die onafhankelijk is van een eventuele testvoorziening of testknop die in het apparaat is ingebouwd (zie Verordening 612.13.1).
- Indien een aardlekschakelaar met een nominale reststroom, IΔn, van ten hoogste 30 mA wordt gebruikt om extra bescherming te bieden, mag de bedrijfstijd bij een reststroom van 5 IΔn niet meer bedragen dan 40 ms (zie Verordening 415.1.1).
Tests worden uitgevoerd aan de belastingszijde van de aardlekschakelaar tussen de fasegeleider van het beveiligde circuit en de bijbehorende CPC. Alle belastingen en apparaten moeten vóór de test worden losgekoppeld.
5.1 Toetsbereik
Hoewel de volgende tests geen specifieke vereisten zijn van BS 7671:2008(2013), wordt aanbevolen ze uit te voeren:
| Apparaat | Instrument teststroominstelling | Bevredigend resultaat |
|---|---|---|
| Universele aardlekschakelaars volgens BS 4293 en met aardlekschakelaar beveiligde stopcontacten volgens BS 7288 | 50% van de bedrijfsstroom | Apparaat mag niet werken |
| 100% van de bedrijfsstroom | Het apparaat moet in minder dan 200 ms werken. Als de aardlekschakelaar een opzettelijke tijdsvertraging heeft, moet deze binnen een tijdsbereik van 50% van de nominale tijdsvertraging plus 200 ms tot 100% van de nominale tijdsvertraging plus 200 ms uitschakelen. | |
| Universele aardlekschakelaars volgens BS EN 61008 of aardlekschakelaars volgens BS EN 61009 | 50% van de bedrijfsstroom | Apparaat mag niet werken |
| 100% van de bedrijfsstroom | Het apparaat moet binnen 300 ms werken, tenzij het van 'Type S' (of selectief) is, waarbij een opzettelijke vertraging is toegepast. In dat geval moet het apparaat binnen een tijdsbereik van 130 ms tot 500 ms afslaan. | |
| Apparaten die extra bescherming bieden IΔn ≤ 30 mA | Teststroom bij 5 Iδn De maximale testtijd mag niet langer zijn dan 40 ms, tenzij het potentiaal van de beschermingsgeleider niet hoger is dan 50 V. (De leverancier van het instrument kan u adviseren over naleving). | Het apparaat moet in minder dan 40 ms werken. |
5.2 Integraal testapparaat
Elke aardlekschakelaar is voorzien van een geïntegreerde testvoorziening. Met deze voorziening kunnen de mechanische onderdelen van de aardlekschakelaar worden gecontroleerd door op de knop 'T' of 'Test' te drukken.
6. Testinstrument
Het testinstrument dat wordt gebruikt om aardlekschakelaars te testen, moet in staat zijn om het volledige teststroombereik toe te passen met een nauwkeurigheid tijdens gebruik, zoals aangegeven in BS EN 61557-6. Deze nauwkeurigheid tijdens gebruik omvat de effecten van spanningsvariaties rond de nominale spanning van de tester. Om de werking van aardlekschakelaars te controleren en het gevaar tijdens de test te minimaliseren, mag de teststroom niet langer dan 2 seconden worden toegepast. Instrumenten die voldoen aan BS EN 61557-6 voldoen aan de bovenstaande eisen.
