Stalen wapening van pantserkabel als beschermingsgeleider — waarom de doorsnede van de wapening zelf moet worden getoetst

De gids over eenaderige kabels en wervelstroom in een stalen doorvoerplaat behandelt waarom eenaderige pantserkabel voor wisselspanning wordt afgeraden vanwege wervelstroomverwarming in de stalen wapening. Dit artikel behandelt een ander, veelgevraagd vraagstuk over dezelfde wapening: mag de stalen wapening van een meeraderige pantserkabel dienen als beschermingsgeleider, en zo ja, onder welke voorwaarden.

Wapening als beschermingsgeleider is toegestaan, maar niet automatisch

Meeraderige pantserkabel (bijvoorbeeld YMvKas) heeft een stalen draad- of bandwapening die de gehele kabel omhult. Bij meeraderige kabel is er — anders dan bij eenaderige kabel — geen wervelstroomprobleem, omdat de wapening alle fasegeleiders en de nulleider samen omsluit en de netto magnetische flux door de wapening bij een gebalanceerde belasting nagenoeg nul is. De wapening mag daarom in principe dienen als beschermingsgeleider (PE) of als onderdeel daarvan, zoals bij een kabelscherm dat als scherm-annex-beschermingsgeleider wordt gebruikt (zie ook de gids over kabelscherm-aarding voor een verwant vraagstuk bij schermen in plaats van wapening). Dit is echter geen automatisch gegeven: §543.1 (IEC 60364-5-54) vereist dat elke geleider die als beschermingsgeleider dient, hetzij door berekening volgens de adiabatische methode, hetzij door beproeving, wordt getoetst op voldoende doorsnede voor de te verwachten aardfoutstroom en uitschakeltijd.

Waarom de k-factor van staal het probleem is

De adiabatische formule (§543.1.2) luidt S = √(I²·t) / k, waarbij k een materiaalconstante is die de warmtecapaciteit en de toelaatbare temperatuurstijging van de geleider weergeeft. Voor koperen beschermingsgeleiders ligt k doorgaans tussen circa 115 en 143, afhankelijk van het type isolatie en of de geleider al dan niet in contact is met isolatiemateriaal. Voor staal ligt de k-factor aanzienlijk lager — staal heeft een lagere soortelijke warmtecapaciteit per volume-eenheid in verhouding tot zijn geleidbaarheid, en een hogere soortelijke weerstand dan koper. Het gevolg is dat een stalen wapening met een op het oog forse doorsnede, bij eenzelfde aardfoutstroom en uitschakeltijd, toch een aanzienlijk kleinere effectieve beschermingscapaciteit heeft dan een koperen geleider met vergelijkbare doorsnede. De doorsnede van de wapening moet daarom expliciet worden berekend of beproefd — niet aangenomen op basis van het uiterlijke formaat van de wapeningsdraden.

De wartel: mechanisch én elektrisch knooppunt

Een tweede voorwaarde is dat de wapening op een deugdelijke manier wordt afgevangen bij elke kabelinvoer. Een geschikte pantserkabelwartel (bijvoorbeeld een wartel met klembus en afdichtring die specifiek is ontworpen voor gewapende kabel) klemt de wapeningsdraden mechanisch vast tussen een binnen- en buitenhuls, en verzorgt tegelijk het elektrische contact tussen de wapening en de metalen behuizing of aardklem. Wordt in plaats daarvan een gewone kabelwartel gebruikt die alleen de buitenmantel afdicht, dan is de wapening weliswaar mechanisch aanwezig, maar niet betrouwbaar elektrisch doorverbonden — met als gevolg dat de wapening in werkelijkheid geen bruikbare beschermingsgeleider vormt, ongeacht de berekende doorsnede. Bij een aftakking of moflas moet dezelfde doorverbinding worden gewaarborgd, bijvoorbeeld met een aardvlecht die de wapening aan weerszijden van de mof overbrugt.

Praktische relevantie

Bij het beoordelen van een bestaande installatie waarin de wapening als enige beschermingsgeleider dient — zonder aparte groen-gele ader — moet worden geverifieerd dat (1) de wartels aan beide zijden geschikt zijn voor gewapende kabel en de wapening daadwerkelijk klemmen, (2) de doorsnede van de wapening met de juiste k-factor voor staal is getoetst tegen de aardfoutstroom en uitschakeltijd van de betreffende groep (zie ook de gids over kortsluitbeveiliging voor de samenhang tussen uitschakeltijd en beveiligingskarakteristiek), en (3) een doorgaande verbinding aanwezig is bij elke mof of aftakking. Ontbreekt één van deze elementen, dan moet een aparte beschermingsgeleider worden aangebracht in plaats van op de wapening te vertrouwen (zie ook de gids over dimensionering van de beschermingsgeleider voor de algemene dimensioneringsregels).

Veelgemaakte fouten

1. Aannemen dat de wapening geschikt is als beschermingsgeleider zonder de doorsnede met de k-factor voor staal te berekenen — de nominale doorsnede van de wapeningsdraden zegt op zichzelf niets over de beschermingscapaciteit.
2. Een gewone kabelwartel gebruiken in plaats van een pantserkabelwartel, waardoor de wapening mechanisch wel aanwezig is maar elektrisch niet betrouwbaar is doorverbonden.
3. Geen doorverbinding aanbrengen bij een mof of aftakking, waardoor de beschermingsgeleider ter plaatse van de mof feitelijk wordt onderbroken.
4. De wapening van eenaderige kabel op dezelfde manier behandelen als die van meeraderige kabel, terwijl bij eenaderige kabel juist wervelstroomverwarming het dominante probleem is (zie de gids over eenaderige kabels en wervelstroom).

Zie ook

• Eenaderige kabels en wervelstroom in een stalen doorvoerplaat
• Kabelscherm-aarding — enkelzijdig of tweezijdig
• Kortsluitbeveiliging §434
• Dimensionering van de beschermingsgeleider