De nulstroomtransformator (kern) van een RCD — montage-eisen die de werking bepalen

De gids over aardlekschakelaars (RCD) en de gids over RCD-typen AC/A/F/B behandelen wélke lekstroomvorm een RCD detecteert. Dit artikel gaat een stap eerder: hoe de nulstroomtransformator (de ringkern) van een RCD fysiek moet worden gemonteerd, wil hij die lekstroom überhaupt correct kunnen meten.

Het meetprincipe: vectoriële som door de kern

Een RCD bevat een toroïdale (ring)stroomtransformator waar alle stroomvoerende geleiders van het beveiligde circuit doorheen lopen — bij een enkelfasig circuit de fase- én de nulleider, bij een driefasig circuit de drie fasen (en, afhankelijk van de belasting, de nulleider). In een gezond circuit is de vectoriële som van de stromen die de kern in- en uitgaan nul: elke ampère die via de fase gaat, komt via de nulleider weer terug. Er ontstaat dan geen netto magnetische flux in de kern, en dus geen signaal op de secundaire wikkeling.

Bij een aardfout verlaat een deel van de stroom het circuit via een andere weg dan de nulleider — bijvoorbeeld via de aarde. De vectoriële som is dan niet langer nul, er ontstaat een netto flux in de kern, en deze flux induceert een signaal in de secundaire wikkeling dat de RCD laat afschakelen zodra het de ingestelde nominale lekstroom overschrijdt.

Waarom de PE-geleider nooit door de kern mag

De beschermingsgeleider (PE) voert in een gezond circuit normaliter geen stroom, maar dat is niet de kernreden om hem buiten de ringkern te houden: als de PE wél door de kern zou lopen, zou een deel van een daadwerkelijke aardfoutstroom via diezelfde kern weer "terugkomen" en zo de vectoriële onbalans die de RCD juist moet detecteren, gedeeltelijk of geheel opheffen. De PE-geleider wordt dus altijd buiten de nulstroomtransformator om geleid.

Waarom alle stroomvoerende geleiders van hetzelfde circuit door dezelfde kern moeten

Wordt de nulleider van het beveiligde circuit ergens buiten de RCD-kern om aangesloten — bijvoorbeeld een gedeelde of "geleende" nulleider van een ander circuit — dan lopen fase en nulleider niet meer als gekoppeld paar door de kern. Het principe van de vectoriële som gaat dan niet meer op: er ontstaat een structurele schijnbare onbalans, met ongewenste afschakeling of, afhankelijk van de stroomrichting, een gemaskeerde onbalans als mogelijk gevolg.

Geaarde kabelschermen: door de kern, niet ernaast

Bij een gepantserde of afgeschermde kabel die aan de voedingszijde is geaard, geldt een vergelijkbaar principe als bij vergelijkbare nulstroomtransformatoren voor aardfoutrelais in industriële schakelinstallaties (core-balance CT's): de aardverbinding van het scherm/pantser moet eveneens door de kern worden geleid — in de praktijk vaak met een lus ("staartje") van de aardverbindingsdraad terug door het oog van de kern — zodat een eventuele stroom die via het scherm naar aarde terugloopt wordt meegenomen in de vectoriële som. Wordt de aardverbinding van het scherm in plaats daarvan naast de kern om naar de aardrail geleid, dan telt die schermstroom niet mee in de meting: dit kan een schijnbare onbalans veroorzaken (met ongewenste afschakeling tot gevolg), of, afhankelijk van de foutsituatie, juist verhullen dat een deel van een echte foutstroom via het scherm wegloopt.

Let op: de exacte aansluitwijze van een kabelscherm ten opzichte van een nulstroomtransformator kan per fabrikant en per toepassing (RCD voor een eindgroep versus core-balance CT voor een industriële aardfoutrelais) verschillen; volg altijd de installatie-instructies van de fabrikant van de RCD of het aardfoutrelais voor het specifieke kabeltype.

Add-on (splitsbare) kernen bij retrofit

Bij het achteraf toevoegen van een RCD of aardfoutrelais aan een bestaande, reeds bekabelde installatie wordt vaak een splitsbare ("add-on") kern gebruikt, die om de bestaande kabels heen wordt gemonteerd zonder de bekabeling te hoeven demonteren. Zo'n splitsbare kern moet na montage volledig en correct worden gesloten/vergrendeld: een resterende luchtspleet in de kern verhoogt de meetfout en kan de gevoeligheid van de RCD nadelig beïnvloeden.

Praktische relevantie

Bij het onderzoeken van een RCD die zonder aanwijsbare oorzaak ongewenst afschakelt (zie ook de gids over ongewenste afschakeling door cumulatieve lekstroom), is het zinvol om naast de lekstroomsituatie ook te controleren of alle stroomvoerende geleiders van het beveiligde circuit inderdaad door dezelfde kern lopen, of de PE-geleider abusievelijk mee door de kern is gevoerd, en — bij gepantserde of afgeschermde kabels — of het scherm correct via de kern is geaard.

Veelgemaakte fouten

1. De PE-geleider (mede) door de nulstroomtransformator van de RCD voeren — dit kan de detectie van een echte aardfout gedeeltelijk of geheel opheffen.
2. Een "geleende" of gedeelde nulleider aansluiten die niet door dezelfde kern loopt als de bijbehorende fase — dit breekt het principe van de vectoriële som en veroorzaakt een structurele schijnbare onbalans.
3. Het geaarde scherm van een gepantserde kabel naast de kern om leiden in plaats van met een lus erdoorheen, waardoor de schermstroom niet wordt meegenomen in de meting.
4. Een splitsbare (add-on) kern niet volledig sluiten/vergrendelen na montage om een bestaande kabel, waardoor een resterende luchtspleet de meetnauwkeurigheid verslechtert.

Gerelateerd

• Aardlekschakelaars (RCD)
• RCD-typen AC/A/F/B — classificatie en selectie per belastingtype (IEC 60755)
• RCD-selectiviteit — Type S en de cascadering van aardlekschakelaars
• Kabelscherm aarden — enkelzijdig of tweezijdig, en waarom dat verschil maakt