Schaake.nu

Walstroom

Gepost in /Motorboot op 17 Maart 2013
Deze blog is geschreven door Christiaan Schaake

Walstroom

Walstroom is een prima stroombron in een haven. We kunnen de accu’s vol houden en eventuele 230 V apparatuur aansluiten zonder een (dure) omvormer te hoeven te gebruiken. Echter kleven er wel een paar nadelen aan walstroom. Deze blog legt uit hoe we veilig gebruik kunnen maken van walstroom.

Zekeren

Het eerste wat waar we rekening mee moeten houden is overbelasting om brand te voorkomen. Overbelasting kan ontstaan door kortsluiting, maar ook door te veel apparaten aan te sluiten. De kabels van het boordnet, en de walstroom kabel hebben een beperkte diameter. Hierdoor is de belasting beperkt. Om te voorkomen dat er te veel stroom door de kabels loopt waardoor ze te warm worden en (in het ergste geval) spontaan kunnen ontbranden, gebruiken we een zekering. Een zekering is met opzet het zwakste deel van de installatie. Een glaszekering b.v. bevat een draad met een diameter die exact boven een bepaalde belasting door brand. Brand kan op deze plek geen schade aanrichten. En wanneer de zekering ‘door brand’ wordt de achterliggende installatie spanningsloos en kan er verder geen schade meer worden veroorzaakt. In 230 volt installaties zien we tegenwoordig vaak een ‘installatie automaat’. Dit is een elektronische zekering die ook uitschakelt boven een bepaalde stroom, maar hierna via een schakelaar weer aangezet kan worden.

Nu zijn de meeste walstroom installaties ook voorzien van een zekering, dus waarom zouden we zelf een ‘dure’ zekering gebruiken? Als eigenaar van een schip zijn wij zelf verantwoordelijk voor de veiligheid aan boord. Waarom zouden we dan willen vertrouwen op de kwaliteit en veiligheid van een walstroom aansluiting in een jachthaven? Er zijn een hoop havens waar walstroom geen probleem is, maar er zijn ook haven die de kennis of het geld niet hebben een walstroom aansluiting correct en veilig te maken, laat staan te onderhouden.

Dan geldt de regel, beter een beveiliging te veel dan te weinig.

Welke waarde moeten we dan gebruiken? Dit hangt af van de diameter van de bekabeling van het boordnet en de walstroom aansluiting. Dus ook de kabel buiten het schip!

Bij 230 volt hoeven we geen rekening te houden met de lengte van de kabel. Als we in de hele installatie 1.5mm2 gebruiken, mag er maximaal 16 ampère door de installatie gaan. We kunnen dus zekeren met 16 ampère. Bij 16 ampère mogen we 230 * 16 = 3680 Watt gebruiken.

De meeste walstroom aansluitingen zijn echter maar 10 ampère of minder. We zouden dus ook een kleinere zekering kunnen kiezen om te zorgen dat ons schip eerder afslaat dan de walstroom zekering, dat scheelt weer een loopje naar de havenmeester. Maar dit is niet verplicht. Het is immers een veiligheid, wanneer om welke reden dan ook de walstroom zekering in de haven niet aanspreekt, zal onze eigen zekering wel zijn werk doen.

Aanrakingsgevaar

Aan boord zijn wij gewend aan 12- of 24 volt. Dit is een lage spanning die bij aanraken geen gevaar oplevert. Walstroom van 230 volt daarin tegen is wel gevaarlijk wanneer deze wordt aangeraakt. Bij het toch aanraken van de 230 volt spanning willen we dat deze zo snel mogelijk wordt afgesloten. Een zekering helpt dan niet, deze heeft tijd nodig om voldoende stroom op te bouwen om aan te spreken. In het ergste geval gaat deze stroom dus door een menselijk lichaam.

Een oplossing is de aardlek automaat. De aardlek automaat is een soort hele gevoelige zekering en spreekt al aan bij 30 milliampère. Uiteraard zit deze niet tussen de fase en de nul (de draden waar de apparaten hun stroom uit halen), maar tussen de fase of nul en de aarde. Stroom wil altijd weer terug naar de plek waar het vandaan komt. Stroom opgewekt in een energie centrale komt via de fase draad binnen en moet weer via de nul draad terug. Normaal gaat de stroom door een aangesloten apparaat terug naar de nul draad, maar bij een fout in de installatie kan de stroom ook via een aarde (of het schip, of een menselijk lichaam) terug naar de energie centrale.

De aardlek automaat meet dus hoeveel stroom er via de fase binnen komt en hoeveel er via de nul weer naar buiten gaat. Zit hiertussen een verschil van meer dan 0,03 ampère dan schakelt de aardlek direct de spanning uit. Als nu een persoon de 230 volt spanning aan raakt, geeft dit wel een pijnlijke schok maar is de kans dat die persoon daar van overlijd veel kleiner. De 0,03 ampère zal bij een gezond mens geen blijvende schade opleveren.

Aarde

Een belangrijke voorwaarde voor het goed functioneren van een aardlek automaat is een goed contact met de aarde. In een elektriciteit centrale en alle schakel stations wordt de nul verbonden met een aard pin. Dit is een pin die enkele meters in de grond wordt geslagen. Hierdoor is er een perfecte verbinding tussen de installatie en de aarde. De aard pin wordt ook verbonden met de geel-groene aarde ader. Hierdoor zijn alle delen van de installatie verbonden met dezelfde aarde. Wanneer nu iemand de 230 volt aan raakt zal er altijd een optimale verbinding ontstaan waardoor de aardlek snel de installatie kan uitschakelen.

Echter heeft de aarde zelf ook spannings velden. Zo kan het zijn dat over een afstand van enkelen honderden meters er een natuurlijk spannings verschil ontstaat van soms wel meer dan 100 volt. Hierdoor zal de aard draad dus een spanning van 100 volt t.o.v. de lokale aarde krijgen. Om dit te voorkomen wordt ook bij een huis aansluiting een aard pin in de grond geslagen waar de geel-groene draad wordt aangesloten. Zo zorgen we er voor dat eventueel spannings verschil tussen 2 aard punten wordt opgeheven.

Walstroom schema met aarde aan schip

Een schip heeft (in het water) een perfecte aansluiting met de aarde. Immers water is een perfecte geleider. Echter door het vereffenen van het eventuele spannings verschil tussen de wal en het water ontstaat er een nieuw probleem. De wal, het water en het schip wordt een grote accu. Er zal een stroom gaan lopen via de geel-groene aard draad via het schil door het water terug naar de wal. Het schip en de wal bevat verschillende metalen, stalen spijkers of een stalen damwand en de bronzen schroef. Het resultaat is dat het metaal sneller wordt aangetast. Een aluminium- of zink anode onder het schip voorkomt aanvreten van het schip doordat de anode als eerste wordt ‘opgevreten’. Echter elk jaar de anode verwisselen is ook geen echte oplossing.

Een andere oplossing is de aard draad van de walstroom niet aan te sluiten op de aarde van het schip. Hierdoor zal er geen potentiaal vereffening optreden tussen de aarde op de wal en het schip. De aardlek zal nog steeds zijn dienst doen, immers het schip is goed geaard. Maar er zijn wel een aantal nadelen. Het eerste nadeel is dat iemand die op de wal staat en het schip aanraakt een schok kan krijgen door het spannings verschil tussen de wal aarde en het schip. Op zich is dit niet schadelijk, de spanning kan wel dusdanig hoog worden dat de schok gevoeld kan worden, maar de natuurlijk opgebouwde stroom is zo klein dan dit nooit tot ernstige schade kan leiden. Het is vergelijkbaar met een statische schok. Na aanraking zal de spanning is elkaar zakken zodat er alleen nog een tinteling te voelen is.

Walstroom schema zonder aarde aan schip

Een ander nadeel welke wel gevaar kan opleveren is wanneer het schip op de wal wordt getrokken. Het schip is dan niet meer geaard waardoor de aardlek niet meer functioneert! Een oplossing is om dan via een schakelaar de aarde van de walstroom alsnog te koppelen aan het schip. Echter is het wel van belang dat deze schakelaar correct gebruikt wordt! Dus in als het schip op de wal staat en uit als het schip in het water ligt.

De corrosie problemen door potentiaal vereffening kunnen we niet helemaal weghalen. Op de wal is de nul verbonden met de aarde. Als op ons schip de nul verbonden wordt met de huid van het schip, door een fout! Dan zal er nog steeds een stroom gaan lopen tussen de wal en het schip.

Ook hier geldt weer dat zelfs wanneer op de wal een goede aardlek aanwezig is, gebruiken we op ons schip altijd ook een aardlek. Welke van de 2 aanspreken is niet te zeggen, vermoedelijk degene die het gevoeligst is. Maar we kunnen nooit vertrouwen op het correct aangesloten en onderhouden zijn van een walaansluiting in een haven.

Scheidingstrafo

Een oplossing voor het aard probleem is het aanbrengen van een scheidingstrafo. Een trafo (transformator) is apparaat dat elektriciteit omzet in magnetische energie en daarna deze magnetische energie weer terug in elektriciteit. Door draden te wikkelen tot een spoel ontstaat er bij wisselspanning een magnetisch veld wanneer er stroom door de spoel loopt. En wanneer een spoel in een magnetisch veld wordt gezet gaat er een stroom door de spoel lopen. Het aantal wikkelingen in een spoel bepaald de hoogte van de spanning. Zo kan een transformator gebruikt worden om bij wisselspanning een spanning te verhogen of te verlagen.

Walstroom schema met scheidingstrafo

Een scheidingstrafo heeft aan beide zijden evenveel wikkelingen, de spanning is dus aan beide zijde van de scheidingstrafo gelijk. De scheidingstrafo maakt echter gebruik van een ander voordeel van dit component. Stroom wil altijd rond lopen en terug naar het punt waar het gemaakt is. Bij een scheidingstrafo wordt stroom als het ware op nieuw gemaakt uit magnetische energie. De stroom wil dus altijd terug naar de scheidingtrafo en niet naar de energie centrale die de walstroom heeft gemaakt. Als bij een scheidingstrafo de fase achter de trafo wordt aangeraakt zal de stroom nooit terug lopen naar de aarde van de wal. Om de aardlek automaat te laten functioneren hebben we wel een nieuwe aarde nodig. Hiervoor wordt één van de fasen van de achterkant van de scheidingstrafo aangesloten op de huid van het schip. Er ontstaat een nieuwe aarde. De aardlek automaat komt ook achter de scheidingstrafo. Als iemand nu de fase draad aanraakt dan zal de stroom om de aardlek automaat naar de scheidingstrafo lopen waardoor de aardlek uitschakelt.

Het voordeel is dat het schip niet is aangesloten op de wal aarde waardoor er geen compensatie spanning kan lopen tussen de wal en het schip wat extreme aantasting van de anodes voorkomt. En toch hebben we een veilige installatie na de scheidingstrafo. Echter is een scheidingstrafo erg kostbaar. Ook moeten we voldoende verstand hebben van het aansluiten van de installatie om verkeerd aansluiten te voorkomen. Een verkeerd aangesloten installatie met een scheidingstrafo kan zeer gevaarlijke situaties opleveren, zelf met gevaar voor een dodelijke schok! Laat dit dus altijd door een professional doen.

Galvanische isolator

Een oplossing voor de compensatie spanning wanneer we de aarde van de wal verbinden met het schip is een galvanische isolator. Dit is zogenaamde zener diode. Een zener diode is een diode die alleen spanning tegenhoud wanneer deze lager is dan een bepaalde drempel waarde. Bij een galvanische isolator is dit ca. 1,5 volt. Het accu effect wat corrosie veroorzaakt komt alleen voor bij spanningen rond die 1,5 volt. De galvanische isolator houdt deze lage spanning tegen zodat ons schip geisoleerd is van de wal. Echter als er door een fout in de installatie een hogere spanning ontstaat wordt deze wel doorgegeven door de zener diode.

Een galvanische isolator kost ca. € 100,-. Echter is het onduidelijk of deze wel is toegestaan. Als bij een hoge kortsluitstroom de isolator defect raakt, is ook de veiligheid weg.

Samenvatting

Het 230 volt boordnet welke is aangesloten via een walstroom aansluiting is potentieel levensgevaarlijk. We passen altijd een zekering of installatie automaat EN een aardlek automaat toe. De aarde welke noodzakelijk is voor het functioneren van een aardlek kent 3 mogelijke oplossingen.

  • Aarde van de walstroom aansluiting direct aansluiten op de huid van het schip. Nadeel is extreme corrosie door potentiaal vereffening tussen de aard punten.
  • Aarde van de walstroom niet aansluiten, maar wel een eigen aarde gebruiken. Nadeel is mogelijk een schok of tinteling bij aanraken van het schip vanaf de wal door potentiaal vereffening. En we hebben nog wel corrosie problemen via de nul.
  • Toepassen van een (dure) scheidingstrafo. Dit is de perfecte oplossing zonder nadelen wanneer correct toegepast. Laat dit echter altijd door een vakman doen om ongelukken te voorkomen.

Voor de doe-het-zelver is oplossing 1 de veiligst.

Bij aanleggen van het 230 volt boordnet volg dan de volgende tips op:

  • Walaansluiting moet degelijk zijn. Gebruik een waterdichte installatie doos met een installatie automaat (b.v. 10 A) en een aardlek (0,03 A) en sluit de walstroom kabel hier direct op aan.
  • Sluit nooit een andere ader dan de geel-groene aard ader aan op de huid van het schip!
  • Gebruik voor het 230 V boordnet zogenaamde VMvK kabels (grijze 3 aderige kabels). Zo is er duidelijk verschil tussen het 12 V net en het 230 V net. En de kans dat deze kabels doorslijten is onwaarschijnlijker dan snoertjes.
  • Zet kabels altijd goed vast met speciale daarvoor bestemd bevestigings materiaal.
  • Gebruik altijd stopcontacten etc. met randaarde.

Zelf gebruik ik het 230 V boordnet alleen voor de accu lader en een 3-tal stopcontacten. Eén in de keuken voor b.v. een koffiezet apparaat, de andere 2 voor opladers van telefoons etc. Alle 4 de punten zijn aangesloten via een VMvK kabel die rechtstreeks uit een installatie doos komen. In deze installatie doos zitten de installatie automaat en de aardlek. Ik gebruik geen scheidingstrafo of galvanische isolator en neem het snel slijten van mijn anodes voor lief.

Deze blog is getagd als Aardlek Boot Elektra Walstroom

Google
facebook