Schakelbeveiliging: Sleutel tot Veilige & Efficiënte Elektrische Distributie-ontwerp

Elektrotechnici die verantwoordelijk zijn voor het ontwerpen van stroomverdelingssystemen, dragen een enorme verantwoordelijkheid, aangezien hun werk de operationele efficiëntie, productiviteit en veiligheid van huizen, kantoren en commerciële centra bepaalt. Ontwerpen moeten foutloos zijn, bescherming bieden tegen fouten en overbelasting, terwijl tegelijkertijd veiligheid voor de gebruikers gewaarborgd wordt.

Er zijn geen duidelijke stappen voor zo'n ontwerp; alles wat beschikbaar is, is een set richtlijnen in de vorm van regelgeving en codes die door de desbetreffende ingenieur in overweging genomen moeten worden.

Schakelbeveiliging is een hot topic binnen artikelen uitgegeven door de National Electric Code (NEC), volgende de basisdoelen van:

• Lokaliseren en isoleren van de fout
• Voorkomen van onnodig stroomverlies

Overbelasting, kortsluiting, onder/overspanning, etc. zijn slechts enkele van de condities die zich kunnen voordoen gedurende de operationele levensduur van een gebouw. Het isoleren of rectificeren van deze fouten is noodzakelijk, anders kunnen ze schadelijke gevolgen hebben voor het gebouw en het netsysteem.

Overstroombeveiliging

Inkomende apparatuur fungeert als de eerste verdedigingslinie tegen thermische overbelasting en fouten. Overstroombeveiligingsapparaten of OCPD's omvatten schakelaars, relais en zekeringen, die de basisblokken van stroomsysteembeveiliging vormen. Deze apparaten worden geïntegreerd binnen het beveiligingssysteem om het circuit te breken, isoleren of ontkoppelen wanneer een overbelasting of kortsluitingsconditie optreedt. Moderne overstroombeveiligingsapparaten bezitten communicatie- en besturingstrategieën die een diepgravende analyse kunnen bieden op basis van de aard van de fout, evenals cruciale parameters verzamelen zoals vermogensfactor, harmonische, etc.

De meest basale OCPD's zijn zekeringen die een dun draadje bevatten met een Ampère-waardering hoger dan de maximum nominale stroom. Aangezien overstroomcondities de grootte met meerdere malen van de nominale stroom verhogen, brandt de zekering door bij foutcondities. De operatie is snel en betrouwbaar, echter, het is onomkeerbaar, wat betekent dat de zekering handmatig vervangen moet worden om de operatie te herstellen.

Voor omkeerbare operatie kunnen thermisch-magnetische schakelaars met lange-tijd valoperatie worden gebruikt. Zodra de stroom de nominaldrempel overschrijdt, isoleren de schakelaars de lokaliteit. Na een vertraagde periode sluiten ze weer en herstellen ze de continuïteit van de operaties. Er wordt aangenomen dat de fout door de tijd dat ze weer insluiten, opgelost is. Als de fout niet opgelost is, isoleren ze de lokaliteit opnieuw, volgens deze procedure een vast aantal keren voordat ze permanent open gaan, wat handmatige reset vereist.

Moderne schakelaars en magnetische sluiters kunnen aangevuld worden door digitale controle via relais die kunnen worden bediend via PLC's, microcontrollers, etc. Dit geeft aanleiding tot het concept van gebouwautomatisering, aangezien besturingsapparaten kunnen worden bediend via nauwkeurige data verkregen van sensoren in plaats van hun inherent mogelijkheden. Dergelijke systemen worden meestal geïmplementeerd in grootschalige gebouwen, aangezien ze extra investering vereisen en extra lopende kosten met zich meebrengen.

Aardfoutbeveiliging

Boogvormige aardfouten vereisen een extra laag beveiliging, aangezien ze moeilijk te detecteren zijn door lagere grootte. Er zijn twee basistypen aardfoutbeveiliging:

• Aardfoutbeveiliging van apparatuur – bedoeld om apparatuur te beschermen tegen schadelijke lijn-naar-aard foutstromen door ontkoppeling.
• Aardfoutstroomonderbrekers – voor persoonsbescherming, detecterend fouten lager dan 5mA

Aarding is zeer belangrijk in de context van stroomsysteembeveiliging. Het concept betekent simpelweg de opzettelijke verbinding van een stroomdragende geleider met de aarde, wat de spanning beperkt die door blikseminslag of wanneer twee geleiders in contact komen, en de spanning stabiliseert door een pad te bieden voor harmonische om in te vloeien. NEC aanbeveelt de vorming van diverse aardingspunten doorheen een gebouw om redundantie binnen het beveiligingsschema te waarborgen.

Naast aarding en overstroombeveiliging, kan andere apparatuur ook geïntegreerd worden binnen het systeem, zoals boogfoutstroomonderbrekers, mechanische bescherming voor voeders of takcircuits voor noodstroomcircuits in ziekenhuizen.