Aardingsvoorziening in een TT-stelsel.

Bij een TT stelsel heeft elke installatie een eigen aardingsvoorziening. Er is geen aardgeleider aanwezig welke rechtstreeks verbonden is met het sterpunt van de trafo en de installatie.

Bij een aardfout zal de foutstroom via de grond terug lopen naar de trafo (voedingsbron).

De grootte van deze stroom is afhankelijk van de:
– Ra: de verspreidingsweerstand van de elektrode + aardleiding + beschermleiding van de installatie gebruiker
– Rb: de verspreidingsweerstand van de bedrijfsaarde van de trafo
– Zl: de impedantie van de fasegeleiders

De totale circuitweerstand Zc is de som van deze weerstanden en impedantie.

In deel 4 van NEN 1010 (1 jan 2005) gaat men van een vaste 50V spanning uit, die in een foutsituatie maximaal 5 sec mag aanhouden.
In de nieuwe NEN 1010 (okt 2007 + C1:2008 en okt 2015) staat dat bij TT-stelsel met een eindgroep van ten hoogste 32 A, binnen 0,2 sec uitgeschakeld moet worden.

In formule: Zc * Ia < Ua    

Zc   is de impedantie, in Ω, van de stroomketen met een fout die bestaat uit:
  – de bron,
– de faseleiding tot aan het punt van de fout,
– de beschermingsleiding van de metalen gestellen,
– de aardleiding,
– de aardelektrode van de installatie en
– de aardelektrode van de bron;
Ia    is de stroom die het beveiligingstoestel automatisch doet aanspreken
Ua  is de nominale spanning tov aarde

In de uitschakelkarakteristieken van automaten (volgens NEN-EN 60898), kan men zien bij welke stroom Ia de automaat binnen 0,2 sec uitschakeld.
Daarbij is in de karakteristiek een bandbreedte te zien, welke afhaneklijk is van merk en uitvoering van een automaat.

In de karakterstiek zien we 3 type automaten (B, C en D).
– Uitschakelkarakterstiek B
voor licht- en leidingbeveiliging, gegarandeerd afschakeling bij 5 keer de nominale stroom In
– Uitschakelkarakterstiek C
voor waar hogere stroompieken voor (kunnen) komen, gegarandeerd afschakeling bij 10 keer de nominale stroom In
– Uitschakelkarakterstiek D
voor waar hoge aanloopstromen voorkomen (bijv motoren), gegarandeerd afschakeling bij 20 keer de nominale stroom In

Een automaat met een B-karakteristiek lijkt de beste kaarten te hebben, echter in de praktijk komt het voor dat deze automaten onnodig uitschakelen t.g.v. inschakelverschijnselen van een motor of toestel.
De bandbreedte van uitschakelen bij deze automaten ligt tussen 3 keer en 5 keer de nominale stroom.
In de praktijk wordt deze automaat dan omgewisseld door een automaat met een C-karakteristiek, waarbij de bandbreedte ligt tussen 5 keer en 10 keer de nominale stroom. Echter moet de aardingsvoorziening aangepast worden.

Bijvoorbeeld:
Een 16 A B-automaat schakelt af bij 5 keer 16 A = 80 A.

Dus mag de weerstand in het gehele circuit niet meer zijn dat (230V / 80A =) 2,875 ohm, om deze stroom te kunnen laten lopen.

Afgerond 2,9 ohm.
Een 16A C-automaat schakelt af bij 10 keer 16 A = 160 A
De weerstand van het gehele ciruit mag dan niet meer zijn dan 1,4 ohm.
Om Ra (weerstand naar aarde bij de gebruiker) te kunnen bepalen is Rb (weerstand trafo aarde) en Zl (impedantie van fase en beschermleidingen) van belang.
Vroeger was de vuistregel voor Rb + Zl ca 0,5 ohm. Nu hanteert men 0,9 tot 1 ohm.
In het voorbeeld zou de weerstand waarde van de aardelektrode van de gebruiker Ra bij een 16 A B-automaat (2,9 – 1 =) 1,9 ohm maximaal moeten zijn en bij een 16 A C-automaat ( 1,4 – 0,9 =) 0,5 ohm.
Smeltpatronen hebben natuurlijk ook uitschakelkarakteristieken. Deze karakteristieken zijn zeer afhankelijk van merk en uitvoering.

NPR 5310
In de NPR 5310 (Blad 35 – dec 2008) is een tabel opgenomen waarin de meest voorkomende smeltpatronen en installatieautomaten staan vermeld, met de daarbij behorende maximale weerstand waarden die in een TT-stelsel aanwezig dienen te zijn.

* praktisch niet haalbaar, waardoor men aanvullend aardlekschakelaars toe moet passen.

Voor de tabel gelden de volgende uitgangspunten:
– aansluiting alleen in bebouw gebied (max 300 m van trafo)
– Rb (weerstand trafo aarde) niet meer dan 0,4 ohm
– lengte van fase- en PE-leiding van de installatie; niet meer dan 20m
– weerstand fase- en PE-leingen (2,5 mm²) 0,0093 Ω/m
– geen veiligheidsmarges (uitdroging grond, corrosie,seizoeninvloeden ed)

Niet in tabel
Staat de gewenste smeltpatroon of automaat niet in de tabel of men kan niet aan bovenstaande uitgangspunten voldoen, dient e.e.a. uitgerekend te worden.
Voor het bepalen van Zc dient men de juiste uitschakelkarakteristieken van de toe te passen smeltpatronen of automaten te gebruiken om de maximale stroom te bepalen waarbij het beveiligingstoestel binnen de 0,2 sec uitschakelt.
Voor het bepalen ban Ra (weerstand naar aarde) dient men de juiste Rb (weerstand trafo aarde) en de juiste Zl (impedantie van fase en beschermleidingen) bij de netwerkbeheerder te achterhalen.

Voorbeeld uitschakelkarakteristieken van D-Traag gG smeltpatroon
Voorbeeld uitschakelkarakteristieken van D-Snel gF smeltpatroon

Voorbeeld:
Bij een TT-stelsel,  met 25 A D-Traag gG zekeringen; welke weerstand naar aarde moet men toepassen?
In grafiek van gG smeltpatroon zien we dat een 25 A zekering bij 0,2 sec dan bij ca. 190 A uitschakelt.
Zc < Ua /  Ia   = 230 / 190  = 1,21 ohm
Dus mag de weerstand in het gehele circuit niet meer zijn dat 1,21 ohm, om deze stroom te kunnen laten lopen.
Weerstand van trafo aarde + impedantie van fase en beschermleidingen is ca 1 ohm (vuistregel).
Dus de weerstand waarde naar aarde moet onder de 0,21 ohm blijven.

Kan men deze waarde niet halen, zal men het volgende na moeten gaan:
–  de Rb (weerstand trafo aarde) is (op te vragen bij de netwerkbeheerder)
–  de weerstandwaarde van de fase- en pe-leidingen.
Weerstand berekening van draad:
R draad=  0,017   *    lengte van de draad  (in m)   /   draaddoorsnede (in mm²)

Hier had men een andere benadering, namelijk de formule: Ra * Ia < 50 V     →    Ra = 50 / Ia      (Ia = stroom die het beveiligingstoestel automatisch doet aanspreken)

Kijkende naar de uitschakelkarakteristieken van automaten, blijkt dat een automaat met een B-karakteristiek bij  – 5 keer de nominale stroom In –  gegarandeerd afschakelt.

Met andere woorden Ra = 50 / 5 * In   →  Ra = 10 / In      (In = nominaal stroom)

In de oude NPR 5310 werd er met benaderingsformules gewerkt, uitgaande van de totale circuitweerstand Zc. Waarbij de getallen naar de veilige kant zijn afgerond.

Maximale circuitweerstand in een TT-stelsel (volgens de oude NPR 5310 blad 35):

Aardverspreidingsweerstand van de installatie aarde (uitgaande van Rb + Zl = 0,5 Ω) (volgens de oude NPR 5310 blad 35):

In de praktijk mag men voor de Rb + Zl van ca. 0,5 Ω uitgaan.
In buitengebieden kan deze waarde hoger liggen, zodat een controle op de echte circuitweerstand nodig is.

* praktisch niet haalbaar, waardoor men aanvullend aardlekschakelaars toe moet passen.

Aardverspreidingsweerstand volgens de benaderingsformule (volgens de oude NPR 5310 blad 35):

In de praktijk wordt ook vaak als benadering, Rb + Zl in een verhouding van In weergegeven. Hierdoor krijgt men enkele vuistregels die makkelijker te onthouden zijn.
De bekendste daarbij is Ra < 25 / In
Vroeger was dit de basisregel, echter nu geldt deze regel alleen nog maar in specifieke gevallen.

* praktisch niet haalbaar, waardoor men aanvullend aardlekschakelaars toe moet passen.

Voor informatie over de waarde van Rb + Zl kan men in het algemeen terecht bij de netbeheerder (energiebedrijven).

Uit de tweede tabel (aardverspreidingsweerstand uitgaande van Rb+Zl=0,5 Ω) zien we dat een TT-stelsel alleen voor kleine installaties mogelijk is.

Aardingsvoorziening in een TT-stelsel

Basis: NEN 1010 okt 2015  en  NPR 5310 dec 2008