Identificatie van seriële en parallelle vlambogen in eindgroepen door

4.4.1 Basisinformatie

Zoals reeds tientallen jaren bekend is, zijn aardlekschakelaars en overstroombeveiligingen

doeltreffende componenten die het risico op branden met een elektrotechnische oorzaak beperken.

Zij kunnen echter het risico op branden in een elektrische installatie door seriële of parallelle vlambogen tussen onderspanningstaande geleiders niet reduceren.

Voor seriële vlambogen is er geen stroom naar de beschermende geleider. De impedantie van seriële vlambogen vermindert de bedrijfsstroom, waardoor deze onder de uitschakeldrempel van de

overstroombeveiliging blijft. Automaten voor overstroombeveiliging en aardlekschakelaars kunnen dergelijke fouten niet herkennen.

Bij een parallelle vlamboog tussen de faseleider en de nulleider wordt de stroom beperkt door de impedantie van het circuit. Bovendien zijn automaten voor overstroombeveiliging niet ontworpen voor sporadisch optredende vlambogen.

ÖVE/ÖNORM EN 62606 [10] wijst op het feit dat de doeltreffende waarde van een aardlekstroom, veroorzaakt door een vlamboog die brand kan veroorzaken, niet is beperkt tot de nominale

frequentie van 50/60 Hz. Deze aardlekstroom kan een breder frequentiespectrum hebben dat niet is meegenomen in de momenteel beschikbare en geaccepteerde technische voorschriften voor de inspectie van aardlekschakelaars.

4.4.2 Vlamboogbeveiligingscomponenten

Om bovenstaande redenen begon Noord-Amerika reeds in de jaren 90 beveiligingscomponenten voor de detectie van vlambogen te ontwikkelen.

In Europa werden de geaccepteerde technische voorschriften voor het testen van vlamboogbeveiligingscomponenten²³ pas in 2014 [10] gepubliceerd.

Vlamboogbeveiligingscomponenten (AFDD’s of Arc Fault Detection Devices) zijn componenten bedoeld om de effecten van vlambogen te matigen door de stroomkring af te schakelen bij detectie van een vlamboog ²⁴. Vlamboogbeveiligingscomponenten (AFDD’s) worden gebruikt om de risico’s op branden, met een elektrotechische oorzaak in achterliggende apparaten, te beperken.

AFDD’s worden onder andere geclassificeerd overeenkomstig hun ontwerp.

Enerzijds zijn er vlamboogdetectiecomponenten, die als één apparaat met een AFD-eenheid²⁵ zijn uitgevoerd, die bedoeld zijn voor een seriële aansluiting op een geschikt systeem dat volgens de fabrikant beschermt tegen kortsluiting. Dit apparaat moet voldoen aan één of meer relevante normen²⁶. (Dit AFDD-ontwerp omvat geen beveiligingscomponenten.)

Anderzijds zijn er AFDD’s die als één enkel apparaat met een AFD-eenheid zijn geïntegreerd in een beveiligingscomponent dat voldoet aan één of meer relevante normen²⁷. Dit omvat bijv.

vlamboogbeveiligingscomponenten die door de fabrikant worden geleverd als aardlekschakelaar met overstroombeveiliging en een geïntegreerde AFD-eenheid.

Bovendien zijn er AFDD’s die bestaan uit een AFD-eenheid en een beschermend beveiligingscomponent, bedoeld voor assemblage ter plaatse²⁸. Aardlekschakelaars,

aardlekautomaten of installatieautomaten kunnen als beveiligingscomponenten worden gebruikt.

Afhankelijk van het ontwerp wordt de stroom afgeschakeld door stroomonderbrekers of door beveiligingscomponenten uitgerust met een AFD-eenheid of door beveiligingscomponenten welke worden gecombineerd met een AFD-unit.

23 In Duitstalige landen worden deze beveiligingscomponenten vaak AFDD genoemd, overeenkomstig hun Engelse afkorting.

24 Definitie overeenkomstig EN 62606:2013, paragraaf 3.3

25 De AFD-eenheid maakt deel uit van de AFDD en zorgt voor de detectie en beoordeling van gevaarlijke aardfouten, parallelle en seriële vlambogen en de activering van het apparaat om de stroom te onderbreken.

26 EN 60898-1, EN 61009-1, IEC 60269

27 EN 60898-1, EN 61008-1, EN 61009-1 of EN 62423

28 De vereisten van EN 62606:2013, bijlage D zijn van toepassing op deze AFDD’s.

Afbeelding 4-3 Vlamboogdetector; schematische illustratie; RSSI ... Indicatie sterkte ontvangen signaal (HF-vermogen van de stroom)

De schematische illustratie van de lay-out van een AFDD ²⁹ staat in Afbeelding 4-3.

De bedrijfsstroom l wordt gemeten door twee afzonderlijke sensoren en via een elektronisch systeem, verdeeld in een laagfrequent en hoogfrequent deel.

4.4.3 Beschermend effect

Vlamboogbeveiligingscomponenten verdelen de gemeten stroom van elke eindgroep in een laagfrequent en hoogfrequent deel.

Deze twee signalen worden gebruikt als basis voor de herkenning van de elektrische vlamboog. Ze worden geanalyseerd door een microcontroller als kenmerkende hoogfrequent-signalen van een seriële of parallelle elektrische vlamboog of als hoogfrequent-ruis van apparatuur, zoals een motor met koolborstels of een elektronische transformator. In het eerste geval wordt de uitschakeling van het betreffende circuit geactiveerd, in het laatste geval wordt niets uitgeschakeld.

Afhankelijk van het AFDD-ontwerp, is het mogelijk om bijv. een aardlekautomaat³⁰

(beveiligingscomponent met geïntegreerde AFD-unit) te gebruiken als schakelcomponent. Bijgevolg kan voor aanvullende bescherming en vlamboogdetectie worden gezorgd in eindgroepen met contactdozen door één enkel beveiligingscomponent.

Vlamboogbeveiligingscomponenten zijn beveiligingscomponenten die niet worden beschouwd als alternatief voor aardlekschakelaars en/of automaten voor overstroombeveiliging.

Vlamboogbeveiligingscomponenten kunnen geen isolatiedefecten detecteren! Zoals een auteur [11]

het treffend beschrijft: “De vlamboogbeveiliging ‘wacht’ (alleen maar) op de hoogfrequentsignalen van een vlamboog.”

29 De illustratie is gebaseerd op ideeën uit [25].

30 Aardlekschakelaars met geïntegreerde overstroom- en kortsluitbeveiliging

Het (aanvullende) beschermingseffect van vlamboogbeveiligingscomponenten kan duidelijk worden aangetoond door de huidige stroom-tijdsdiagrammen (halve cyclus) van automaten voor

overstroombeveiliging en vlamboogbeveiligingscomponenten te vergelijken (Afbeelding 4-4).

Afbeelding 4-4 Stroom-tijdsdiagram halve cyclus van overstroombeveiliging en vlamboogbeveiliging, schematische illustratie; 16 A-zekering, gG, automaten voor overstroombeveiliging karakteristiek B, C, D; AFDD met karakteristieken voor seriële en parallelle vlambogen

De uitschakelkarakteristiek van vlamboogbeveligingscomponenten wordt gedefinieerd voor elektrische vlamboogstromen tot 63 A (typisch voor isolatiefouten van fasegeleiders naar aarde of optredende seriële vlambogen) en meer dan 500 A (typisch voor isolatiefouten van fasegeleiders naar aarde of optredende parallelle elektrische vlambogen) (Tabel 4-1, Tabel 4-2).

Voor lage stromen is de uitschakelkarakteristiek voor parallelle vlambogen identiek aan dat voor seriële vlambogen en bijgevolg onder de uitschakelkarakteristiek van de

overstroombeveiligingscomponenten. Voor hoge vlamboogstromen definieert [10] de karakteristiek geen vaste uitschakeltijd, maar een aantal halve cycli (N) voor vlambogen, die kunnen plaatsvinden binnen 0,5 sec. De vlamboogbeveiliging moet de vlamboog uitschakelen als het aantal halve cycli van de vlamboog zoals gedefinieerd in Tabel 4-2 optreedt binnen een periode van 0,5 sec.

vlamboogstroom

(RMS-waarde) (A) 2,5 5 10 16 32 63

Maximale

onderbrekingstijd (sec) 1 0,5 0,25 0,15 0,12 0,12

Tabel 4-1 Grenswaarden van onderbrekingstijd voor AFDD’s voor lage vlamboogstromen; U_N = 230 V; overgenomen uit [10]

vlamboogstroom

(RMS-waarde) (A) 75 100 150 200 300 500

Aantal halve cycli

(N) 12 10 8 8 8 8

Tabel 4-2 Aantal halve cycli voor AFDD’s voor hoge vlamboogstromen; UN = 230 V; overgenomen uit [10]

Voor seriële vlambogen is de uitschakeltijd beduidend lager dan elke uitschakeltijd van automaten voor overstroombeveiliging.

4.4.4 Installatie van vlamboogbeveiligingscomponenten

Vlamboogbeveiligingscomponenten (productvereisten zie [10]) moeten worden geïnstalleerd volgens de instructies van de fabrikant aan het begin van de te beveiligen eindgroep.

Aan de standaardvereisten voor de werking van AFDD moet worden voldaan. Als de fabrikant geen vereisten opgeeft, gelden de vereisten volgens Tabel 4-3.

Beïnvloedende hoeveelheid Standaardbereik van de toepassing Referentiewaarde Testtolerantie ^f)

Omgevingstemperatuur ^a)g) - 5 °C tot +40 °C ^b) 20 °C ± 5 °C

Hoogte Niet hoger dan 2.000 m

Relatieve vochtigheid

Maximumwaarde 40 °C 50% ^c)

Extern magnetisch veld Niet meer dan 5 keer het magnetisch

veld van de aarde in elke richting Magnetisch veld van de aarde ^d)

Positie Zoals aangegeven door de fabrikant met

een afwijking van 2° in elke richting ^e)

Zoals vermeld door de

fabrikant 2° in elke richting

Frequentie Richtwaarde ± 5% ^f) Nominale waarde ± 2 %

Vervorming van de sinus Niet meer dan 50% Nul 5%

a) De maximumwaarde van de gemiddelde dagelijkse temperatuur is 35 °C.

b) Waarden buiten het bereik zijn toegestaan wanneer meer ernstige klimaatcondities heersen, op voorwaarde van overeenkomst tussen fabrikant en gebruiker.

c) Bij lagere temperatuur zijn hogere waarden voor relatieve vochtigheid toegestaan (bijv. 90% bij 20 °C).

d) Aanvullende vereisten zijn mogelijk van toepassing als de AFDD wordt geplaatst nabij een sterk magnetisch veld.

e) Bij installatie van het component moet vervorming die de werking ervan kan benadelen, worden vermeden.

f) De gespecificeerde afwijkingen gelden, tenzij anders bepaald door de fabrikant.

g) Tijdens opslag en transport zijn maximumwaarden van -20 °C en +60 °C toegestaan. De fabrikant moet hier rekening mee houden bij de bouw van het component.

Tabel 4-3 AFDD; standaardvoorwaarden voor de werking overeenkomstig EN 62606:2013; [10]

Voor elke AFDD geleverd voor de combinatie of integratie of installatie met één of meer

beveiligingscomponenten met standaardcondities voor werking en installatie die strenger zijn dan opgegeven in Tabel 4-3, moet worden voldaan aan de standaardvoorwaarden voor werking en installatie van de strengste norm voor beveiligingscomponenten.

Vlamboogbeveiligingscomponenten worden geïnstalleerd in eindgroepen. Afbeelding 4-5 geeft een voorbeeld van een ontwerp voor een laagspanningsinstallatie met beschermende aarding (TN-systeem) als beschermende maatregel voor foutbeveiliging en aanvullende bescherming voor stroomkringen met contactdozen.

Afbeelding 4-5 Installatie van vlamboogbeveiligingscomponenten in eindgroepen van laagspanningsinstallaties met beschermende aarding (TN-systeem) als beschermingsmaatregel voor foutbeveiliging, individuele stroomkringen met aanvullende bescherming als beschermingsmaatregel; voorbeeld, schematische illustratie

2 ... Type G aardlekschakelaar overeenkomstig ÖVE/ÖNORM E 8601:2015-02-01 voor aanvullende bescherming van stroomkringen met contactdozen

3 ... Installatieautomaat, ook als combinatie van aardlekautomaat en AFDD

4 ... Stroomkringen voor vast aangesloten elektrische apparatuur en beveiliging met AFDD 4a ... Stroomkring voor vast aangesloten elektrische apparatuur

5 ... Stroomkringen met contactdozen, aanvullende bescherming en beveiliging met AFDD, ook als combinatie van aardlekautomaat en AFDD

5a ... Eindgroepen met contactdozen

6 ... Gecombineerde installatieautomaat/aardlekschakelaars (RCBO) voor aanvullende bescherming van stroomkringen met contactdozen

7 ... Stroomkringen met contactdozen, aanvullende bescherming en beveiliging met AFDD, ook als combinatie van aardlekautomaat en AFDD

7a ... Stroomkringen met contactdozen, extra bescherming

In document Branden met een elektrotechnische. laagspanningsinstallaties (pagina 18-23)