Het volgende hoofdblok is de aardlekstroomsensor. Meestal is deze sensor uitgerust als een zogenaamde ringkern. Het signaal van de sensor wordt vervolgens verwerkt in de elektronica van een spanningsafhankelijke aardlekbeveiliging. In het geval van een spanningsonafhankelijke aardlekbeveiliging wordt het signaal van de sensor meteen gebruikt voor de aansturing van het tripsysteem.
Het tripsysteem gebruikt vervolgens het signaal van de sensor of van de elektronica om het mechanisme van de hoofdcontacten te ontgrendelen en dus de aardlekschakelaar uit te schakelen.
Tot slot bevindt zich nog een testknop en een testweerstand in de aardlekschakelaar. De testweerstand begrenst de fase-nul stroom tot ongeveer 2,5IDN door nu de testknop in te drukken wordt dit stroompje van 2,5IDN langs de sensor geleidt waardoor de sensor een aardfout constateert. De aardlekschakelaar zal nu uit moeten schakelen indien deze correct werkt.
Dit meten en optellen gebeurt meestal met behulp van een zogenaamde ringkern. Deze ringkern "vangt" de magneetvelden van de verschillende stromen. Als er geen aardlek is zullen de "gevangen" magneetvelden elkaar in de ringkern opheffen en detecteert de spoel om de ringkern geen netto magneetveld. Als er wel een aardlekstroom loopt zullen de magneetvelden in de ringkern elkaar niet helemaal opheffen en detecteert de spoel om de ringkern een kleine (aardlek)stroom IDN
Het voorbeeld van Figuur 2 zou ook uitgelegd kunnen worden met positieve en negatieve stromen. Toch is het belangrijk om in vektoren te denken daar een aardlekbeveiliging van drie-fasen groep makkelijker begrepen kan worden door naar de vektoren te kijken.
Indien in het voorbeeld van Figuur 3 verondersteld wordt dat de groep een symmetrische drie-fasen belasting voedt, zijn de stromen in de verschillende fasen even groot. Dit natuurlijk onder de voorwaarde dat er geen aardlek is. Indien er wel een aardlek is en de fase-stromen vektorieel opgeteld worden, blijft een 30mA vektor in de richting van L2 over. In L2 bevindt zich immers de extra 30mA aardfout. Deze aardlekstroom zal vervolgens weer gedetekteerd worden door de spoel om de ringkern.
- een relatief grote magnetische kracht die de arm gesloten houdt indien het tripsysteem gesloten is
- de magnetisch kracht valt direct weg zodra het tripsysteem iets geopend wordt.
Het verminderen van de magnetisch houdkracht wordt gedaan met behulp van de tripspoel. Door de tripspoel te bekrachtigen met een stroompje zal deze zich gaan gedragen als een magneet. De magneetkracht van de tripspoel is echter tegengesteld aan de magneetkracht van de permanent magneet. Hierdoor wordt de netto magnetische houdkracht (kleefkracht) sterk verminderd en zelfs negatief zodat de uitschakelveer het tripsysteem kan openen.
- spanningsonafhankelijk
- spanningsafhankelijk
Daar aardlekschakelaars reeds moeten kunnen reageren op aardlekstromen vanaf 10mA zal het duidelijk zijn dat de energie in het stroompje IDN bijzonder klein is. Het gevolg hiervan is dat het tripsysteem van een spanningsonafhankelijke aardlekschakelaar een bijzonder gevoelig tripsysteempje is. Om een tripsysteem te trippen moet immers de kleefkracht opgeheven worden door de tripspoel en daar is energie voor nodig. Daar een spanningsonafhankelijke aardlekschakelaar echter een zeer beperkte hoeveelheid tripenergie heeft zal de kleefkracht van het tripsysteem zo klein mogelijk gehouden moeten worden.
De implicaties van bovenstaande filosofie moeten niet worden onderschat. Het gebruik van zeer gevoelige tripsysteempjes heeft als belangrijkste nadeel: de gevoeligheid voor de atmosferische condities. Met name vochtigheid kan zorgen voor een zogenaamde verkleving van het tripsysteem. Bij verkleving vormt zich een minuscuul oxide laagje tussen het juk en de arm waardoor ze als het ware een beetje aan elkaar "plakken". Dit "plakken" vertaalt zich echter in extra kleefkracht en hierdoor kan de energie van het sensorstroompje IDN te klein worden om het tripsysteem te trippen.
Verschillende publicaties duiden op vocht als meest belangrijke oorzaak voor het falen van aardlekschakelaars. De beste manier om de aardlekschakelaar te beschermen tegen verkleving is door deze regelmatig (eens per maand wordt aanbevolen) te testen en op een droge warme plaats in te bouwen.
Een tweede nadeel van deze gevoelige tripsystemen is het feit dat de aardlekschakelaar gevoeliger wordt voor mechanische schokken, de kleefkracht is immers op een minimale waarde ontworpen.
Kenmerkend voor een spanningsafhankelijke aardlekbeveiliging is dat het signaal IDN van de sensor gedetekteerd wordt door een elektronische schakeling die gevoed wordt uit het net waarin de aardlekschakelaar zich bevindt. Deze elektronische schakeling geeft vervolgens een relatief grote energiebuffer (condensator) vrij om de tripspoel van het tripsysteem te bekrachtigen. Er zijn ook elektronsiche schakelingen die de tripspoel van het tripsysteem direct uit het net voeden.
Het gevolg zal duidelijk zijn: in plaats van een zeer gelimiteerde hoeveelheid tripenergie is er nu bijna sprake van een overvloed aan energie. Dit vertaalt zich vervolgens in een veel robuuster tripsysteem dat minder gevoelig is voor verkleving. Kenmerkend is dat deze tripsystemen naast hun robuuster ontwerp in de meeste gevallen ook met een ruime overmaat aan tripenergie getript worden.
Naast bovenstaande hoofdreden (een zo betrouwbaar mogelijke aardlekschakelaar) is er nog een tweede reden om gebruik te maken van spanningsafhankelijke aardlekschakelaars. De elektronische schakeling geeft namelijk de mogelijkheid om de aardlekschakelaar te voorzien van extra functionaliteiten die het comfort voor de gebruiker verhogen. Momenteel beperkt deze extra functionaliteit zich tot een betere weerstand tegen nuisance trip.
Vanwege bovenstaande voordelen heeft Eaton Holec de Alamat uitgevoerd met een spanningsafhankelijke aardfoutbeveiliging.
U zult zich misschien afvragen waarom Eaton Holec een van de weinige Europeese fabrikanten is die spanningsafhankelijke aardlekschakelaars produceert. De meest belangrijke reden hiervoor is waarschijnlijk dat Eaton Holec niet zoals veel andere fabrikanten begonnen is met de ontwikkeling van spanningsonafhankelijke aardlekschakelaars maar direct begonnen is met het investeren in de ontwikkeling van een spanningsafhankelijke aardlekschakelaar. Omdat de aardfoutelektronica bestand moet zijn tegen de spannings- en stroomverschijnselen zoals die in het elektriciteitsnet kunnen voorkomen worden er speciale eisen aan het ontwerp en de ontwikkeling van deze elektronica gesteld.
Een aardlekbeveiliging fungeert vaak als persoonsbeveiliging en men kan dan ook niet het risico lopen dat de beveiliging kapot gaat doordat er bijvoorbeeld in de buurt een blikseminslag plaatsvindt. De aardfoutelektronica moet daarom bestand zijn tegen de ergste "normaal" voorkomende spanningen in het net. We lichten er als voorbeeld drie toe:
In het bereik van de laagst mogelijke tot de hoogst mogelijke netspanning dient de aardfoutelektronica naar behoren te functioneren. Internationaal (in IEC verband) is overeengekomen dat spanningsafhankelijke aardlekschakelaars normaal moeten functioneren in het bereik van 85 V tot en met 265 V.
De ondergrens van 85V komt misschien een beetje vreemd over daar de NEN 1010 50V als aanrakingsveilige grens voor wisselspanning hanteert. Om geen (ongerede) twijfel te laten bestaan over de veiligheid van spanningsafhankelijke aardfoutbeveiliging heeft Eaton Holec besloten haar aardfoutelektronica reeds vanaf 50V te laten werken.
De NEN 1010 onderkent echter dat de meeste elektronica of niet bestand is tegen de meggerspanning of niet de goede isolatiewaarde afgeeft en staat toe deze te ontzien. Voor de huidige Alamat betekent dit dat twee van de drie aansluitingen (fase, nul en aarde) losgenomen moeten worden voordat men gaat meggeren.
Ontwikkelingen in de elektronicawereld hebben er voor gezorgd dat er nieuwe componenten beschikbaar zijn gekomen waarmee Eaton Holec de aardfoutelektronica voor d.c. meggerspanningen tot 1000V geschikt kan maken. Deze nieuwe componenten zorgen er tevens voor dat men bij de d.c. meggerspanningen een schijnbaar oneindig hoge impedantie meet tussen fase en aarde en tussen nul en aarde. De Alamat zal begin 2002 uitgerust zijn met deze nieuwe technologie.
 | |
 | |
