Mei 2021
Hoe aard je schakel- en besturingskasten?
Aarding, of met een mooier woord: potentiaalvereffening, heeft als hoofddoel mensen te beschermen tegen elektrische schokken. Daarna volgt de bescherming van de machine of installatie zelf. Theo Gerritzen, productmanager kastsystemen bij Rittal, over de relatie tussen potentiaalvereffening, veiligheidsaarding en functionele aarding van schakel- en besturingskasten.
Bij ‘de relatie tussen potentiaalvereffening, veiligheidsaarding en functionele aarding van schakel- en besturingspanelen’ kijkt Theo Gerritzen vooral naar de besturingskasten die het bedrijf als lege kast of behuizing levert. ‘In de praktijk merken we dat de drie verschillende manieren van vereffenen, ook wel aarden genoemd, veelal over één kam worden geschoren. Onterecht, want het zijn wezenlijk verschillende zaken, ook wanneer de uitwerking er soms hetzelfde uitziet. Een kastdeur waarin bijvoorbeeld functionele elektrische componenten zijn opgenomen, kan geaard zijn met een litze. Eenzelfde deur zonder deze componenten kan op dezelfde manier ‘geaard’ zijn, maar toch is de functie van die litze dan anders.’
Soorten aarding
De verschillen tussen de soorten aarding worden beschreven in Nen 1010:
1. potentiaalvereffening is een voorziening van elektrische verbindingen tussen geleidende delen die bestemd zijn om potentiaalgelijkheid te bereiken,
2. veiligheidsaarding is de aarding om elektrische veiligheid te bereiken,
3. functionele aarding is om een andere reden dan veiligheid aangelegd, bijvoorbeeld om (EMC) storingen te voorkomen.
Gerritzen: ‘Daarbij wil ik benadrukken dat de veiligheidsaarding in alle gevallen bóven de functionele aarding gaat en gevaarlijke situaties moet voorkomen wanneer een enkele fout optreedt. Wanneer bijvoorbeeld een spanningvoerende draad loskomt en tegen de deur aankomt, staat deze laatste hierdoor onbedoeld onder spanning. Door de deur te aarden, zijn schokken te voorkomen wanneer mensen de deur zouden aanraken.’
De tandring draagt bij aan een goede elektrische verbinding door de coating te doorboren.
Beschermen van mensen
Om een goede aarding tot stand te brengen beschrijft Nen 1010 als hoofdelementen een hoofdaardrail of -klem, de beschermingsleiding (PE) en de PEN-leiding. De hoofdaardrail is het element dat de elektrische verbinding voor aarding mogelijk maakt tussen een aantal geleiders. De PE is aangebracht om elektrische schokken te voorkomen terwijl de PEN-leiding zowel de functie van veiligheidsaarding als van nulleiding kan vervullen. De beschermingsmaatregelen beginnen bij de lege kast, waarbij Gerritzen uitgaat van metalen kasten. Nen-EN-IEC 62208 (lege omhulsels voor laagspanningsschakelmaterieel) zegt hierover dat er een beschermend circuit beschikbaar moet zijn; hoe je hier mee moet omgaan is in de documentatie beschreven. Voor de producent van de kast betekent dit dat hij mogelijkheden moet aanbrengen waardoor de installateur in staat is de kast te aarden. Bijvoorbeeld door het aanbrengen van punten waaraan litzes zijn te bevestigen. Gerritzen: ‘Een mooi voorbeeld van zo’n voorbereiding is het aanbrengen van een lasstift die geschikt is voor het aanbrengen van meer dan één kabel of litze. Bijvoorbeeld om de deur te vereffenen aan een zijwand of montageplaat van een wandkast. Wanneer je klemmen gebruikt voor veiligheidsaarding mag je maar één geleider aanbrengen per klem.’
Dezelfde norm behandelt ook de losse plaatdelen en geeft aan dat er tussen de geleidende delen altijd een overgangsweerstand moet zijn die kleiner is dan 0,1 Ω. Of vanaf de andere zijde bezien: er moet een maximale geleidbaarheid worden gecreëerd om potentiaal te vereffenen. Met een conformiteitsverklaring met datum én handtekening toont de producent aan dat dit circuit en geleidbaarheid bewezen en getest, in orde zijn. Uiteraard gelden potentiaalvereffening en beschermende en functionele aarde ook bij elektrische machines. Functionele potentiaalvereffening is onder andere nodig om ongewenste beïnvloeding door de stromen die ontstaan door elektrische stoorsignalen – afkomstig van bijvoorbeeld frequentieregelaars – te voorkomen. Veiligheidsaarding is bijvoorbeeld de aarding van de bedieningsunit naar de arm waaraan deze is bevestigd of het machineframe.
Wartelplaat uit de AX-serie kasten van Rittal.
Aarden en de praktijk
Nu duidelijk is welke soorten potentiaalvereffening er zijn en wat hun functie is, rijst de vraag: hoe is dit te realiseren? Gerritzen: ‘Wanneer je op een tekening kijkt waar de aarding is weergegeven, dan lijkt het of werkelijk alles aan elkaar is geknoopt, maar niets is minder waar. Het is een logisch systeem dat tot stand komt door goed te bekijken wáár stromen kunnen lopen en hoe deze delen op de beste manier potentiaaltechnisch met elkaar zijn te verbinden. Daarbij moeten niet alleen de elektrische componenten worden verbonden, maar – in het geval van machines – ook het machineframe en eventuele metalen delen die binnen een afstand van 2,5 m staan. Deze afstand wordt van oudsher aangehouden, omdat het hierbinnen mogelijk is om twee geleidende delen vast te pakken waardoor de stroom door je heen kan lopen.’ Om schokken en storingen te voorkomen is het belangrijk dat een goed contacterende en duurzame verbinding tot stand komt tussen alle onderdelen in de kast en de PE (figuur 2). Maar ook tussen de kastdelen onderling. Gerritzen: ‘Kijken we naar het elektrische contact, dan ontstaat nog wel eens discussie of het metalen scharnier van een deur een voldoende goede geleiding tot stand brengt tussen deur en kast. Die discussie is te voeren, maar slimmer en veiliger is het om een aparte litze aan te brengen. Dan weet je zeker dat in het gebruik de geleiding in orde is.’ Verder toont hij verschillende voorbeelden waarmee tijdens de montage van de kast automatisch potentiaalvereffening tot stand komt. Dit is het geval bij bepaalde montagemiddelen die voorzien zijn van een snijrand of gecombineerd worden met een tandring. De laatste is een metalen ring met ‘tandjes’ die tussen de schroef- of boutkop en de kast wordt geplaatst. Wanneer de schroef met een voldoende hoog moment wordt aangedraaid, zullen deze tandjes de beschermende laklaag doorboren en elektrisch verbinding maken met het onderliggende kastmateriaal. Ook de speciale vorm van de metalen wartelplaat van de nieuwe Rittal wandkast vereffent na het aandraaien automatisch. Gerritzen: ‘Vergeet vervolgens niet de schroefkop van het metalen deel van het slot van de nieuwe AX-kasten af te schermen door een kunststof dopje. Mócht er toch door een fout een stroomvoerende ader tegen het slot komen, dan kun je vanaf de buitenkant in elk geval geen schok krijgen.’
De mogelijke foutstroom bepaalt welke litzes en aardingskabels geschikt zijn
En duurzaam
De duurzaamheid van de verbinding zit in de sterkte ervan. Litzes en de groen/gele aardingskabels zijn bijvoorbeeld beschikbaar in verschillende diktes. De mogelijke foutstroom bepaalt welke uitvoering geschikt is. Is de litze of kabel te dun, dan zal de warmteontwikkeling te groot zijn en kan deze voorziening kapotgaan. Ook mechanische belasting, bijvoorbeeld wanneer gereedschap achter een kabel blijft hangen, kan funest zijn voor de duurzaamheid van de verbinding. Gerritzen: ‘Een koperdraad van 2,5 mm2 is door mensen kapot te trekken. Om dit te voorkomen kun je kabelslangen gebruiken waarbij je de aarddraad meevoert in de bescherming. Een 4 mm2 kabel is mechanisch sterk genoeg. Verder zijn er tabellen beschikbaar waar je de benodigde dikte van je beschermingsleiding kunt aflezen aan de hand van de toegekende bedrijfsstroom.’
‘Dezelfde aandacht vereist onder meer de litze die de deur met bijvoorbeeld een wand verbindt; deze moet sterk genoeg zijn omdat de deur in het kader van onderhoud regelmatig kan worden geopend. De litzeverbinding moet dus goed en duurzaam aangebracht zijn.’ Gerritzen besluit: ‘Denk tot slot ten aanzien van de duurzaamheid van je verbinding ook altijd aan de omgeving. Binnenin een kast in een schone omgeving is de kans op corrosie bijvoorbeeld minimaal. Bij kasten die in vochtige omgevingen staan of omstandigheden waar chemicaliën een rol spelen, is dit weer anders. Houd daar rekening mee en inspecteer er ook op.’
Codering
Bij het aansluiten van litzes of een aardedraad is het belangrijk om ook de juiste codering aan te brengen. Zo is de veiligheidsaarde veelal de geelgroene kabel, maar dat hóeft niet. Door het symbool erbij te zetten (randaarde), is het duidelijk. Het tweede symbool (harkje) is de functionele aarde.