Weerstandsaarding (NGR) — laagohmig versus hoogohmig sterpunt, en waarom dit iets anders is dan een Petersen-spoel

De gids over de Petersen-spoel behandelt hoe een resonant afgestemde reactor de capacitieve aardfoutstroom van een kabelrijk net compenseert. Dit artikel behandelt de andere hoofdroute om het sterpunt van een net doelbewust niet solide te aarden: een neutral grounding resistor (NGR), ook wel weerstandsaarding genoemd, tussen het sterpunt (rechtstreeks of via een zigzag-transformator, zie de gerelateerde gids) en aarde geschakeld.

Twee varianten: laagohmig (LRG) en hoogohmig (HRG)

Een NGR beperkt de aardfoutstroom doelbewust tot een vooraf bepaalde, beheersbare waarde, in plaats van de zeer hoge stroom die bij een solide (rechtstreeks) geaard sterpunt zou optreden. Er zijn twee gangbare uitvoeringen, met een fundamenteel verschillend doel:

• Laagohmige weerstandsaarding (low-resistance grounding, LRG): beperkt de aardfoutstroom tot doorgaans enkele honderden ampères (bijvoorbeeld 200–400 A, systeemafhankelijk) — hoog genoeg voor een gevoelige, snelle en eenvoudig te selecteren aardfoutbeveiliging (zie de gids over REF-beveiliging), maar aanzienlijk lager dan de foutstroom bij een solide geaard sterpunt, waardoor schade aan de foutplek beperkt blijft.
• Hoogohmige weerstandsaarding (high-resistance grounding, HRG): beperkt de aardfoutstroom tot doorgaans slechts enkele ampères. Bij een voldoende lage foutstroom kan de installatie, net als bij een Petersen-gecompenseerd net of een IT-stelsel, op de eerste fout blijven doorwerken zonder onmiddellijke uitschakeling, omdat de foutstroom te klein is om aanzienlijke schade of een gevaarlijke aanraakspanning te veroorzaken.

Waarom de HRG-weerstandswaarde niet willekeurig gekozen wordt

Bij een hoogohmig geaard net moet de stroom die door de NGR-weerstand zelf vloeit bij een fout doorgaans minstens gelijk zijn aan (of groter zijn dan) de totale capacitieve laadstroom van het net naar aarde — diezelfde capacitieve stroom die in de Petersen-spoel-gids wordt behandeld. Is de resistieve stroom door de NGR te klein ten opzichte van deze capacitieve stroom, dan kan bij het onderbreken van de fout een transiënte overspanning ontstaan doordat de capacitieve energie onvoldoende gedempt wordt. Een Petersen-spoel lost dit probleem op door de capacitieve stroom actief te compenseren met een tegengestelde inductieve stroom (resonantie); een hoogohmige NGR lost hetzelfde onderliggende probleem juist op door de stroom voldoende resistief te dempen — twee verschillende mechanismen voor eenzelfde doel, en dus geen inwisselbare technieken.

De kortstondige thermische rating van de NGR-weerstand

Een NGR-weerstand is, anders dan een continu belaste component, doorgaans ontworpen voor een kortstondige thermische belasting — vaak gespecificeerd als het vermogen om de nominale foutstroom gedurende doorgaans 10 seconden te verdragen — omdat de bijbehorende aardfoutbeveiliging wordt geacht de fout ruim binnen die tijd uit te schakelen. Een NGR is dus niet ontworpen om een aardfout continu te verdragen; een beveiligingsrelais dat te traag is ingesteld ten opzichte van de thermische rating van de weerstand kan de weerstand zelf laten doorbranden voordat de fout is opgeheven.

Let op: de exacte keuze tussen laagohmige en hoogohmige aarding, de weerstandswaarde en de thermische rating volgen uit de netstudie (foutstroomniveau, transiënte-overspanningsrisico, gewenste beveiligingsselectiviteit) van de betreffende installatie of netbeheerder; dit artikel behandelt het principe, niet een pasklare keuzetabel voor elke toepassing.

Waarom een hoogohmig genaard net toch isolatiebewaking nodig heeft

Net als bij een IT-stelsel of een Petersen-gecompenseerd net levert het kunnen doorwerken op een eerste fout geen vrijbrief op om die fout onopgemerkt te laten voortbestaan: een tweede, onafhankelijke fout op een andere fase zou dan een veel hogere, ongedempte foutstroom tussen de twee foutplekken kunnen veroorzaken. Een hoogohmig geaard net vereist daarom een stroomrelais dat de (kleine) stroom door de NGR bewaakt en een fout signaleert zodra deze optreedt, zodat de fout kan worden opgespoord en verholpen voordat een tweede fout ontstaat.

Praktische relevantie

Bij het beoordelen van een middenspanningsinstallatie met weerstandsaarding is het van belang te onderkennen welke van de twee varianten is toegepast: een laagohmig geaard net is ontworpen om een aardfout snel uit te schakelen, terwijl een hoogohmig geaard net juist is ontworpen om op de eerste fout te kunnen blijven doorwerken — met de bijbehorende verplichting om die eerste fout via bewaking wél tijdig op te sporen en te verhelpen.

Veelgemaakte fouten

1. Laagohmige en hoogohmige weerstandsaarding met elkaar verwarren — de eerste is bedoeld voor snelle uitschakeling, de tweede juist voor doorwerken op de eerste fout.
2. Een hoogohmige NGR verwarren met een Petersen-spoel — beide beperken de aardfoutstroom, maar via een fundamenteel ander mechanisme (resistieve demping versus actieve inductieve compensatie).
3. Aannemen dat een hoogohmig geaard net geen isolatiebewaking nodig heeft omdat de foutstroom toch al klein is — net als bij een IT-stelsel moet een eerste fout wél worden gesignaleerd en verholpen.
4. De thermische (tijd)rating van de NGR-weerstand negeren bij het instellen van de bijbehorende aardfoutbeveiliging — een te trage relaisinstelling kan de weerstand laten doorbranden voordat de fout is uitgeschakeld.

Gerelateerd

• Petersen-spoel (boogonderdrukkingsspoel) — resonant geaarde netten
• Zigzag-aardingstransformator — een kunstmatig sterpunt voor netten zonder natuurlijk nulpunt
• Restricted earth fault (REF) beveiliging — 64N/87N
• IT-stelsel en isolatiebewaking (IMD) — eerstefoutdetectie