Het gevaar van vlambogen

Brengen de bedrijfscontinuïteit in gevaar

De elektrische installatie van (industriële) bedrijven wordt steeds omvangrijker en complexer en de vermogens die erin omgaan nemen alleen maar toe. Met een dak vol zonnepanelen, grote warmtepompen voor klimaatbeheersing en aandrijving en een toenemende behoefte aan laadpalen zijn bedrijven vrijwel volledig afhankelijk van de vlekkeloze werking van de elektrische installatie. Dat vraagt om goede beveiliging tegen elektrische incidenten, in technologie en alertheid.

Met de toename van de complexiteit van de installatie neemt ook het risico op vlamboogincidenten toe. Vlambogen kunnen leiden tot ernstig letsel en veel directe schade. Een vlamboogincident kan de bedrijfscontinuïteit in gevaar brengen of tot financiële schade of persoonlijk letsel leiden. Voorkomen van vlambogen en het beperken van de impact verdienen dus serieuze aandacht.

Zenuwcentrum van de elektrische energie
De verdeelinstallatie is het hart van de stroomvoorziening van een bedrijf. In dit zenuwcentrum van de elektrische energie zijn veiligheid en zorgvuldigheid topprioriteit. Voor het ontwerp en de bouw van nieuwe schakel- en verdeelinrichtingen geldt de norm IEC 61439. Die norm is de richtlijn voor installateurs en leveranciers die een paneel bouwen en samenstellen.
In de IEC 61439 staat opvallend genoeg zeer weinig over vlamboogveiligheid. Hiervoor zijn de laatste jaren nieuwe en aanvullende richtlijnen opgesteld. Er is de IEC/TR 61641, waarbij TR staat voor Technical Report. Een TR biedt in de regel belangrijke aanvullende informatie voor een norm. De andere is de IEC/TS 63107. TS staat voor Technical Specification en die wordt opgesteld voor voorlopige toepassing, bijvoorbeeld omdat de technologie nog niet algemeen bekend is. Beide documenten zijn belangrijk voor adviseurs, paneelbouwers, installateurs én eindgebruikers.

Passieve en actieve bescherming
De IEC/TR 61641 gaat in op passieve vlamboogbeveiliging. Bij een elektrische installatie heb je het dan over zaken als afscherming en compartimentering van systemen, extra isolatie om te beschermen tegen vocht, vuil en aanraking. Maar ook over technologische oplossingen die bij kortsluiting of een vlamboog het beveiligingsrelais van de vermogensautomaat versneld afschakelen, waardoor de doorlaatenergie enorm wordt beperkt. Passieve beveiliging is erop gericht om het ontstaan van een vlamboog te voorkomen.
De IEC/TS 63107 geeft informatie over actieve vlamboogbeveiliging. Dan gaat het over geavanceerde technologieën die op basis van sensordata kritieke schakelsystemen extra kunnen beveiligen. Het zijn bijvoorbeeld systemen met temperatuursensoren waarmee je risicovolle temperatuurstijgingen in een verdeler kunt detecteren en lokaliseren en zo vroegtijdig kunt ingrijpen. Actieve vlamboogbeveiliging voorkomt schade en stilstand, mocht er toch een incident plaatsvinden.

Afweging van kosten en baten
Actieve vlamboogbeveiliging biedt een hoog niveau van veiligheid. Of dat noodzakelijk is voor een proces of bedrijf, hangt ook af van de gewenste beschikbaarheid en continuïteit van een bedrijf. Bij processen die cruciaal zijn voor bijvoorbeeld de infrastructuur (denk aan tunnel- of sluisbesturing) of voor de gezondheid van mensen (stroomvoorziening van ziekenhuizen) of die een groot financieel belang vertegenwoordigen (elektriciteit voor datacenters) zal sneller worden gekozen voor actieve beveiliging om letsel en procesonderbreking te voorkomen of minimaliseren. In veel gevallen is het een zeer waardevolle investering die niet opweegt tegen de kosten die ontstaan bij het uitvallen van de energievoorziening.

Systeem ARCON
Een vlamboog in een verdeelinrichting moeten we dus te allen tijde proberen te voorkomen, maar zoals zo vaak zit een ongelukje in een klein hoekje. Een monteur die met een meetpen net iets te onvoorzichtig is, is misschien wel de meest voorkomende oorzaak. Niet voor niets hebben we beschermende kleding en gelaatbescherming die de monteur moet dragen. Ook een loszittend contact of een los liggend stukje koperdraad kan ook voor veel ellende zorgen. Bij het werken aan een installatie is dan ook zorgvuldigheid een eerste vereiste.
Voorkomen is beter dan blussen, maar omdat we niet alles kunnen voorkomen, zijn er slimme installatiecomponenten die in ieder geval de schade tot een minimum kunnen beperken. Eaton heeft voor het te lijf gaan van vlambogen een uitgebreid systeem dat een vlamboog niet voorkomt, maar er wel voor zorgt dat hij in no time uitdooft. We hebben het dan over het systeem ARCON dat 11 componenten bevat, elk met een eigen functie. Al deze functies zijn er op gericht om bij het optreden van een vlamboog de stroom nagenoeg onmiddellijk uit te schakelen.

Stroom en licht
Bij het optreden van een vlamboog zien we dat de stroom plotseling aanzienlijk toeneemt. Tegelijkertijd produceert de vlamboog ook een hoeveelheid licht. Deze twee parameters kunnen we gebruiken bij het detecteren van een vlamboog.
Afbeelding 1 toont de onderdelen van het ARCON-systeem.  Niet op deze foto’s zijn de stroomtransformatoren te zien die de verandering van de stroom detecteren.

1. Detectie: Het zeer felle licht dat ontstaat bij vlambogen wordt gedetecteerd met glasvezelsensoren. Dit signaal kan dan worden geëvalueerd aan het uiteinde van de glasvezelkabel. Tegelijkertijd kijkt men met andere sensoren naar de stroom. Verkeerde vrijgaven door flitsen of laswerkzaamheden worden voorkomen doordat stroom en licht samen worden beoordeeld.
2. Evaluatie: De analoge sensorsignalen worden in zogenaamde slave-modules omgezet naar digitale signalen en dan doorgestuurd naar de centrale evaluatie-unit. Daarvoor werd er een speciale communicatiebus gemaakt die de taak heeft om de activerende informatie met ultrahoge snelheid door te geven. De slave-modules worden via deze verbinding ook gevoed. Aan de slave-modules worden adressen toegewezen, zodat ze aan verschillende railsecties kunnen worden toegewezen, de zogenaamde beschermingszones. Een centrale unit kan twee railsecties afzonderlijk monitoren.
3. Afleiden: Dit is het bluscomponent dat er voor zorgt dat vlambogen uiterst snel worden gedoofd. In minder dan 1 ms wordt er een driefasige kortsluiting tot stand gebracht om de energie uit de vlamboog te halen. Een pyrotechnisch geactiveerde actuator, zoals in een airbag, vuurt een koperen onderdeel af dat een isolatieplaat doorbreekt om elektrisch contact te maken.
4. Uitschakelen: Speciale vermogensautomaten hebben de taak om de betreffende railsectie los te koppelen van de netvoeding. Uitschakelen van de kortsluiting wordt gestart door de kortsluitbeveiliging. Iedere voedende vermogensautomaat op deze railsectie krijgt een extra uitschakelcommando toegestuurd via de uitschakelspoel als extra maatregel. Railsecties die niet betrokken zijn, blijven in werking.

Derde generatie
Ondertussen is er van het ARCON-systeem alweer een derde generatie. Deze is nog weer uitgebreider dan de vorige twee en biedt veel meer mogelijkheden ook op het gebied van signalering.
Was er voorheen maar één pakket, nu kunt u kiezen uit een simpel pakket waarmee al verbluffend veel kan, een extended pakket en een complex pakket (afbeelding 2). Bij deze laatste twee kunt u de installatie uitbreiden met een HMI.

Tot slot
De elektrificatie in de industrie vergroot het belang van een ononderbroken functionerende elektrische installatie. Dat vraagt dus ook om passende technologische oplossingen die kortsluiting en vlambogen voorkomen of in ieder geval de impact minimaliseren. Toch kun je met technologie niet alles oplossen. Deskundigheid, nauwkeurigheid en alertheid van elektrotechnische professionals is net zo belangrijk – zo niet belangrijker. Zorg dat normen en aanvullende richtlijnen nauwgezet worden opgevolgd, verval niet in routinematig handelen en zorg voor voldoende scholing van uw medewerkers. Blijf alert, de belangen zijn er groot genoeg voor.

Auteur: Johan Beumer, Product Manager Benelux bij Eaton.