Overspanningsbeveiliging - Vertoog.nl

Overspanningsbeveiliging
Overspanningsbeveiliging
In elektriciteitsnetten kunnen kleine piekspanningen voorkomen. Die piekspanningen kunnen ontstaan door onweer, maar ook door
schakelhandelingen. De meeste piekspanningen ontstaan door het in- en uitschakelen van apparaten en kabels. Veel minder vaak zijn er
piekspanningen door onweer. Het probleem is dat de piekspanningen door onweer wel erg hoog kunnen zijn. Elektrische apparaten kunnen door
de piekspanningen kapot gaan. Een piekspanning wordt in de normen aangeduid als ‘overspanning’.
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
1
Overspanningsbeveiliging
In gebouwen met een bliksemafleiderinstallatie is het van belang dat goede maatregelen worden gekozen om elektrische apparatuur te
beschermen. Dat betekent:
• Kabels niet dichtbij parallel aan delen van de bliksemafleiderinstallatie laten lopen
• Apparatuur en bekabeling op hoge etages niet tegen de binnenzijde van de gevel monteren
• Overspanningsbeveiligingen plaatsen in de installatie. Deze overspanningsafleiders voorkomen dat er grote spanningsverschillen kunnen
ontstaan tussen het gebouw en elektrische apparatuur
• Datacommunicatie het gebouw in, het liefst via glasvezelkabel
Overspanningsbeveiligingen worden ook gebruikt in gebouwen zonder bliksemafleiders als er gevoelige apparatuur of onmisbare apparatuur is
aangesloten, zoals computerservers en besturingscomputers.
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
2
Overspanningsbeveiliging
Soorten overspanningen
Er zijn grote overspanningen (hoge piekspanningen) en kleine overspanningen (lage piekspanningen). Een directe blikseminslag zorgt bijna
altijd voor een grote overspanning. Een indirecte blikseminslag en schakelhandelingen zorgen meestal voor kleine overspanningen. Een
groot verschil is verder is dat een grote overspanning (directe inslag van bliksem) altijd van buiten het pand komt, terwijl overspanningen door
schakelhandelingen ook in het pand kunnen ontstaan.
Een grote overspanning kan hierdoor worden afgevangen op de plek waar de kabels het pand binnen komen. De beveiliging tegen kleine
overspanningen moet dicht bij de apparatuur gebeuren.
Een directe blikseminslag is een inslag van bliksem om op een elektrisch apparaat of op de bliksemafleiderinstallatie. Voor een directe
blikseminslag wordt in de normen gerekend met een stroom van 100.000 A die in 10 μs stijgt van 0 tot maximaal en dan na 350 μs gehalveerd is
in waarde. Deze bliksemvorm wordt dan ook met 10/350 aangeduid.
Een indirecte blikseminslag is als de bliksem inslaat in bijvoorbeeld ene boom of een meten constructie. In de buurt van de boom of de metalen
constructie liggen kabels. Door de spoel- en condensatorwerking gaat een deel van de bliksemenergie over op de aders in de kabel. Voor
een indirecte blikseminslag wordt in de normen gerekend met een stroom van 8.000 A die in 8 μs stijgt van 0 tot maximaal en dan na 20 μs
gehalveerd is in waarde. Deze bliksemvorm wordt dan ook met 8/20 aangeduid.
I [kA]
100
75
50
25
8
4
0
0 20
200
350 400
600
800
1000
t [µs]
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
3
Overspanningsbeveiliging
Soorten overspanningsbeveiligingen
Er zijn globaal vier soorten overspanningsbeveiligingen:
•
•
•
•
Een overspanningsbeveiliging die gezet wordt tussen de bliksembeveiliging en de veiligheidsaarding
Een grofbeveiliging op de plek waar de kabels het pand binnen komen
Een middelbeveiliging die wordt geplaatst in verdeelkasten
Een fijnbeveiliging die wordt geplaatst bij de gevoelige apparatuur
Als de bliksem inslaat op het gebouw zelf, wordt dat een directe blikseminslag genoemd. Bij een directe blikseminslag loopt er een
zeer grote stroom naar aarde. Die stroom kan best meer dan 100.000 A zijn! Daardoor staat er heel kort een hoge spanning op de hele
bliksemafleiderinstallatie. Daardoor kan de bliksem ook weer overslaan naar delen van het gebouw die met de veiligheidsaarding zijn
verbonden. En dat kan tot brand leiden. Om dat te voorkomen wordt de bliksemafleiderinstallatie via een overspanningsbeveiliging met de
veiligheidsaarding verbonden. Dat zorgt ervoor dat ook alle geaarde delen heel kort die hoge spanning krijgen. Er komt dan geen overslag en het
gebouw is beschermd.
Als de geaarde delen samen met de bliksemafleiderinstallatie heel kort een hoge spanning krijgen, kan er weer een spanningsverschil ontstaan tussen de geaarde delen en de fasen en
nul. Om dat te voorkomen moet er een overspanningsafleider worden geplaatst die zorgt dat de
spanning tussen fasen, nul en veiligheidsaarde niet te hoog wordt. Deze
overspanningsbeveiliging is een grofbeveiliging. Een grofbeveiliging moet veel energie kunnen
afvoeren. Een beveiliging die veel energie kan afvoeren is vrij traag. Daardoor wordt er nog een
behoorlijke hoeveelheid energie doorgelaten naar de andere groepenkasten. Door de
eigenschappen van de kabels wordt de overspanningspiek afgevlakt en vertraagd.
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
4
Overspanningsbeveiliging
In de groepenkasten heeft de piekspanning die aankomt daardoor minder energie. Dit is vergelijkbaar met de
energie die kan ontstaan bij een indirecte blikseminslag. In de groepenkasten kan dan een beveiliging worden
geplaatst die minder energie kan afvoeren, maar die wel een stuk sneller is dan de grofbeveiliging. Dit is dan een
middelbeveiliging. De middelbeveiliging laat maar weinig energie door, maar mogelijk net genoeg om gevoelige
apparatuur te beschadigen.
Bij de gevoelige apparatuur kan dan een fijnbeveiliging worden geplaatst. Deze fijnbeveiliging kan maar weinig energie afleiden, maar is wel
razendsnel.
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
5
Overspanningsbeveiliging
Opbouw van overspanningsbeveiligingen
De overspanningsbeveiliging die wordt geplaatst tussen de bliksembeveiliging en de veiligheidsaarding is een gasafleider of een vonkenbrug.
Dat geldt ook voor de grofbeveiliging.
De middelbeveiliging die bij groepenkasten wordt geplaatst bestaat uit een spanningsafhankelijke weerstand. Deze wordt meestal ‘varistor’
genoemd. Dat is een samentrekking van ‘variable resistor’. Als de spanning hoger wordt, wordt de weerstand lager. Bij de gewone netspanning
is de weerstandswaarde erg hoog (meer dan 1 MΩ), maar als er een overspanning van komt, zakt de weerstand heel even naar een waarde van
maar enkele ohms. De stroom wordt daardoor hoog en de energie van de overspanning wordt in de weerstand omgezet in warmte.
Voor zeer gevoelige apparatuur kan een fijnbeveiliging worden ingezet met daarin zenerdiodes. Deze fijnbeveiliging wordt
Hier de symbolen van een vonkenbrug, een varistor en een zenerdiode naast elkaar.
© Copyright 2015 - Uitgeverij Vertoog - Gouda
6