Aarding
Aarding is het geleidend ("galvanisch") verbinden van een object met aarde (als planeet bedoeld). Het resultaat van aarding is, dat het geaarde object daardoor een spanning krijgt van nul volt: de "elektrische aarde."
Algemeen
Voor een goed begrip van aarding dient men te begrijpen wat in de elektriciteitsleer onder aarde wordt verstaan. Daarnaast dient men het doel van de aarding voor ogen te hebben; gaat het om:
- het voorkomen van statische elektriciteit
- het afvoeren van de bliksem
- een chassis of de geleidende behuizing van een elektrisch apparaat.
Incorrect gebruik van de term 'aarde'
Soms wordt bij voorwerpen die helemaal niet elektrisch verbonden zijn met de aarde, zoals auto's, vliegtuigen of draadloze toestellen, toch het begrip 'aarde' gebruikt. Hiermee wordt net als bij de echte aarde, een gemeenschappelijke referentiepotentiaal bedoeld voor alle elektrische systemen die zich op of in dat voorwerp bevinden. Meestal is dit de potentiaal van de behuizing of een ander groot elektrisch geleidend deel zoals het chassis. Dit is strikt gezien geen correcte benaming, en iedereen die bij het verlaten van een auto weleens een elektrische schok heeft gekregen, weet dat de potentiaal van de 'aarde' van de auto soms sterk kan verschillen van de potentiaal van de planeet aarde. Daarom wordt ook wel de term "massa" gebruikt, in plaats van "aarde".
Aardingssymbolen
 |  |  |
| Aarde | Chassis aarding | Signaal aarde |
Veiligheidsaarde
Een deugdelijke veiligheidsaarding bestaat uit een goed geleidende elektrische verbinding tussen aanraakbare metalen delen die bij een defect onder spanning kunnen komen te staan, en de aarde. Bij een isolatiedefect zal hierdoor een stroom door deze aardverbinding gaan lopen, en dat voorkomt dat de stroom door het lichaam van de gebruiker naar de aarde zou gaan vloeien. Bij een grote aardlekstroom zal een smeltveiligheid of installatieautomaat snel in werking treden en de spanning afschakelen, waarna er geen gevaar meer is te duchten. Als er sprake is van een kleine aardlekstroom, kleiner dan de nominale waarde van de smeltveiligheid of installatieautomaat, schakelt deze niet af. Er zal dan een stroom door de aarddraad blijven lopen, en dit voorkomt dat er op het voorwerp een gevaarlijke spanning komt te staan. Als in de installatie een aardlekschakelaar is opgenomen dan zal deze de lekstroom door de aarddraad signaleren en alsnog de stroomtoevoer afschakelen.
Aardverbinding
Aardpen van gegalvaniseerd staal met aansluitklem.
Aardelectroden worden beschreven in NEN 1010:2007 + C1:2008 542.2, aardleidingen in NEN 1010:2007 + C1:2008 542.3
De aardverbinding bestaat doorgaans uit een aarddraad, die parallel aan de stroomvoerende draden loopt. Als deze is voorzien van isolatie, dan is die in Europa volgens afspraak geel/groen van kleur. Deze aardverbinding maakt door middel van een aardelektrode contact met de (elektrische) aarde. Dit gebeurt ook in de elektrische centrale. Zo staan alle individuele installaties via de aarde met elkaar in contact, en dat voorkomt dat er gevaarlijke spanningen kunnen optreden tussen verschillende installaties onderling.
Indien ongeïsoleerd aarddraad wordt gebruikt voor het aardings netwerk is deze vertind. Ook de aardlitze in grondkabel is vertind.
| Doorsnede mm2 | Diameter mm |
|---|---|
| 2,5 | 1,8 |
| 4 | 2,3 |
| 6 | 2,8 |
| 10 | 3,6 |
| 16 | 4,5 |
| 25 | 5,6 |
| 35 | 6,7 |
| 50 | 8,0 |
Wordt er met buigzame litze draad gewerkt dan moet deze geïsoleerd zijn om rafelingen te voorkomen. Er moet dan wel een geschikte kabelschoen of aderhuls worden gebruikt.
Vroeger deed hoofdzakelijk het ondergrondse waterleidingnet dienst als aardelektrode. Aarding via de waterleiding voldeed goed. Maar door de toepassing van steeds meer (niet-geleidende) kunststof waterleidingsbuizen is deze manier van aarding onbruikbaar geworden. Tegenwoordig gebruikt men doorgaans in de grond gedreven aardelektrodes van koper of zwaar verzinkt staal.
In flatgebouwen loopt de aarddraad vanaf de grondpen naar boven toe en alle woningen hebben een aftakking op deze draad.
Aftakklem om op een doorgaande aardleiding te gebruiken.
In stalen installatie kasten wordt de aarddraad op speciale klemmen aangesloten. Deze maken contact met de DIN-rail. Alle onderdelen van een metalen kast dienen electrisch met elkaar verbonden te zijn. Deuren dienen met een draad verbonden te worden aan het chassis van de kast.
Aardklem voor omega DIN-rail
Aarding in de praktijk in België en Nederland
In Nederland en België werd tot juli 1997 in droge ruimten geen aarding toegepast. Sindsdien mogen (in Nederland) alleen maar wandcontactdozen worden geïnstalleerd die voorzien zijn van een aardcontact. Dit geldt voor nieuw aangelegde elektrische installaties, of bij een significante uitbreiding van een bestaande installatie. Bij deze laatste situatie betreft het doorgaans ingrijpende aanpassingen omdat combinaties van geaarde en ongeaarde wandcontactdozen in een ruimte niet zijn toegestaan volgens de NEN 1010. Dit betekent dat alle ongeaarde wandcontactdozen in de betreffende ruimte(s) vervangen dienen te worden door geaarde exemplaren, die aangesloten moeten zijn op de aardleiding.
Links het Belgische en rechts het Nederlandse geaarde stopcontact.
De getoonde stekkers zijn geschikt voor beide stopcontacten en daardoor in het grootste deel van Europa bruikbaar. Uitgezonderd Denemarken, Zwitserland, Liechtenstein en italië welke wel de eurostekkers accepteren. Groot-Brittannië en Ierland hebben een geheel ander type stopcontact.
Stroomstelsels
De stroomstelsels worden in wisselspanning en gelijkspanning gebruikt.
Installaties kunnen op 3 verschillende manieren geaard worden:
- TT
- TN (met als varianten: TN-C; TN-S en TN-C-S)
- IT
De eerste letter geeft de relatie tussen het verdeelnet (bron) en de aarde; ofwel de wijze van aarding van de voedingsbron:
- T: rechtstreekse verbinding van een punt (sterpunt of middenaftakking) met de aarde (T = terre).
- I: isolatie van alle actieve delen ten opzichte van de aarde (I = isoler).
De tweede letter geeft de relatie tussen de elektrische installatie en de aarde; ofwel wijze van aarding van de metalen omhulsels van de apparatuur:
- T: rechtstreeks geaard door middel van aardelektrode (T = terre).
- N: verbonden met de geaarde beschermingsgeleider van het verdeelnet (N = neutre).
- U: metalen omhulsel van de apparatuur zijn onderling met elkaar verbonden, maar niet opzettelijk geaard (U = unearthed).
- M: metalen omhulsel van de apparatuur zijn onderling met elkaar verbonden en verbonden met het sterpunt van de voedingsbron, maar niet opzettelijk geaard (M = métallique).
De eventuele derde of vierde letter bepalen de uitvoering van de nulleider en van de beschermingsgeleider (aarddraad).
- S: de nulleider en aardgeleider worden uitgevoerd als afzonderlijke geleiders (S = separation).
- C: een geleider vervult de functie van aardgeleider en nulleider (C = compose).
Zwevend net
TT stroomstelsel
TN stroomstelsel
TN-S
TN-S aarding
TN-C
TN-C aarding
De PEN draad dient minimaal 16 mm2 te zijn.
TN-C-S
TN-C-S aarding
Op de scheidings connector dient een 16 mm2 of gelijk aan de L en N draad gebruikt te worden naar de hoofdaardrail.
PEN draad
De pen-draad is geel/groen met aan het einde een blauwe ring.
Ook komt het voor dat de draad blauw is en dan dient een geel/groene ring aan het einde te worden aangebracht.
Wordt in de leveringskabel rood, geel en blauw gebruikt dan is de PEN-draad geel/blauw.
Vergelijking
| TT | IT | TN-S | TN-C | TN-C-S | |
|---|---|---|---|---|---|
| Earthfault loop impedance | High | Highest | Low | Low | Low |
| RCD preferred? | Yes | N/A | Optional | No | Optional |
| Need earth electrode at site? | Yes | Yes | No | No | Optional |
| PE conductor cost | Low | Low | Highest | Least | High |
| Risk of broken neutral | No | No | High | Highest | High |
| Safety | Safe | Less Safe | Safest | Least Safe | Safe |
| Electromagnetic interference | Least | Least | Low | High | Low |
| Safety risks | High loop impedance (step voltages) | Double fault, overvoltage | Broken neutral | Broken neutral | Broken neutral |
| Advantages | Safe and reliable | Continuity of operation, cost | Safest | Cost | Safety and cost |
Bij TN systemen is kabelbreuk het grootste risico. We lopen grote kans de aarde te verliezen.
Uitvoering
Na de kWh-meter dienen we altijd een gescheide Nul- en Aarddraad te hebben. Dus driedraads bij 1 fase en 5 draads bij 3 fase.
Bij alle aardingssystemen worden de water en gasleiding op de PV-rail aangesloten. Hierop wordt ook de PE-rail in de groepenkast verbonden.
Bij afsluiting moet het aardnet intakt blijven. Dus alleen de hoofdzekeringen mogen verwijdert worden bij TN systemen. Bij TT hebben we een eigen aardnet.
TT voeding
De netbeheerder levert L+N of L1+L2+L3+N. De afnemer zorgt voor een aardpen waarop de aarding wordt aangesloten.
De N en PE dienen gescheide te blijven. Er zal in de praktijk een kleine spanningsverschil ontstaan door leidingsweerstanden.
TN-C voeding
De netbeheerder levert L+PEN of L1+L2+L3+PEN.
De PEN draad bij TN-C voeding dient voor de kWh-meter gescheiden te worden. Aardstromen kunnen de nulleider overbelasten.
Hieronder een voorbeeld zoals die in de UK voorkomt. Dit wordt overal toegepast waar de netbeheerder TN-C voeding gebruikt.
Na de cut-out box wordt het TN-C-S. De cut-out box bevat de hoofdzekering en klemmenstroken voor de PEN of N + PE. De PEN wordt hier gescheiden in N en PE.
Hierboven is ook te zien dat er metalen gas- en waterleidingen worden gebruikt.
De N en PE dienen gescheide te blijven. Dus terug gaan naar TN-C is dus verboden.
Dit systeem wordt in veel landen gebruikt. Ook in Nederland wordt het gebruikt voor zware installaties.
Walvoeding
Als schepen hun stroom van de wal krijgen ontstaat er een probleem. Dit probleem is galvanische corrosie door potentiaal verschillen tussen scheepsaarde en wal aarde.
De oplossing is simpel. Scheid het scheepsnet van het walnet. Dit doen we met een scheidingstrafo.
De secundaire van de trafo wordt aan een zijde geaard en deze ader wordt de scheepsnul en ook de trafokern wordt met scheepsaarde verbonden. We hebben nu een IM net. De aarding via de scheepshuid is niet betrouwbaar. Bij polyester boten geldt dit zeker.