Aarding

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Samenvoegen   Iemand vindt dat de onderstaande inhoud, of een gedeelte daarvan, samengevoegd zou moeten worden met Aarde (elektriciteit), of dat er een duidelijkere afbakening tussen beide artikelen dient te worden gemaakt  (hier melden).
Het gebruikelijke symbool voor aarde

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[bewerken]

Voor een goed begrip van aarding dient men te begrijpen wat aarde (elektriciteit) is, zie eerst aldaar. Daarnaast dient men het doel voor ogen te hebben van de aarding, gaat het om:

  • 1) het voorkomen van statische_elektriciteit
  • 2) het afvoeren van de bliksem
  • 3) een chassis of de geleidende behuizing van een elektrisch apparaat.

Bij 1) dient bijvoorbeeld de mens geaard te zijn. Noodzakelijk bij het verwisselen van spanningsgevoelige geheugenchips bij computers of het solderen van bepaalde elektronische componenten. Ook bij meditatie neemt men aan dat men goed "geaard" dient te zijn. Meestal is men er zich niet van bewust dat het menselijk lichaam zeer hoge spanningen kan hebben in droge (isolerende) lucht op een isolerende ondergrond. Men kan zich dan opladen door schuifelen over de grond. Die statische elektriciteit merkt men soms pas bij de ontlading als men bijvoorbeeld een ander de hand geeft en er een felle pijnlijke vonk overspringt. Of een auto die vanwege de wrijving met de lucht een hoge spanning verkrijgt gelijk een elektriseermachine. Met een "aardende" geleidende strip die over de grond sleept kan men dit tegengaan. Het gaat bij deze aarding om kleine stromen en hoge spanningen. De aardingsdraad mag daarom dun en hoogohmig zijn.

Bij 2) de bliksem gaat het om zeer grote en tevens zeer snelle stromen. Derhalve dient de aarddraad een grote diameter te hebben vanwege het skineffect en voldoende materiaaldikte te hebben voor een lage weerstand. Er mogen geen scherpe bochten zijn: vanwege de hoge snelheid gaat de stroom toch rechtdoor. Bekend is het geval van een bocht van de bliksemgeleider om een uitstekend kozijn heen; de bliksem ging dwars door het kozijn heen en liet een gaatje achter. Theoretisch te verklaren: de (parasitaire) capaciteit van het kozijn en de (parasitaire)zelfinductie van de halve lus van de geleider bij zeer hoge frequentie ofwel, de hoge snelheid van de bliksem.

Bij 3) gaat het om de aanraakveiligheid van de mens die op natuurlijk wijze elektrisch verbonden is met de aarde: nul volt. In normaal gebruik zullen metalen aanraakbare delen van elektrische apparatuur niet elektrisch in verbinding mogen staan met het elektriciteitsnet: ze zijn dus geïsoleerd van het net. In dat geval kan je ze veilig aanraken. De eventuele statische elektriciteit van zo'n apparaat is ongevaarlijk. Echter wanneer er een defect optreedt dan kan onverhoopt wel een elektrische verbinding van het net met de metalen behuizing ontstaan. In de volksmond heet dan, dat zo'n apparaat "onder stroom" staat. In theorie echter staat het apparaat dan "onder spanning" en gaat de stroom pas lopen als iemand het aanraakt. Die stroom gaat dan door de mens heen. Het gevaar bestaat dan, dat door de wisselspanning op een bepaald ongunstig moment een stroompuls het hart kan laten fibrilleren. Afgezien van verbranding bij vochtige huid, de huidweerstand is dan laag en daardoor kan de stroom groter worden. Om die reden is de behuizing "geaard". De potentiaal van het apparaat blijft dan nul. Er is geen spanningsverschil met de mens: beiden zijn nul Volt en er loopt geen stroom. Het probleem is dan voor het elektriciteitsnet dat de stroom in plaats door de "nulleider" (blauw) ten onrechte door de "aardleider" (geelgroen) stroomt. Dat heeft nadelige effecten. De aardleider is "geaard" op de aarde(planeet). Echter: alle systemen zijn op de aarde(planeet) geaard. Dus kunnen er door de aarde allerlei ongedefinieerde zogenaamde "zwerfstromen" lopen. Van een huis naar een transformatorhuisje of een verdeelstation of een centrale en onderling. Die stromen kunnen dan in de bodem metalen verbindingen en constructie's elektrochemisch afbreken. Daarom zijn er al snel aardlekschakelaars in gebruik genomen die de ongewenste aardstromen uitschakelen. In een later stadium werden deze zo gevoelig gemaakt, dat de stroom te gering is om fibrillatie van het hart te kunnen veroorzaken. De aardlekschakelaars hebben dus tegenwoordig twee doelen.

Veiligheidsaarde[bewerken]

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[bewerken]

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.

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.

Aarding in de praktijk in België en Nederland[bewerken]

Geaarde wandcontactdoos, met pen-aarde, onder meer in België
Geaarde wandcontactdoos, met randaarde (omcirkeld), onder meer in 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 één 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.

Voor (tijdelijk) vochtige ruimtes zoals badkamers gelden bijkomende regels met betrekking tot aarding. Zo moet in de badkamer een aanvullende potentiaalvereffening zijn aangebracht. Hiermee wordt een spanning tussen twee gelijktijdig aanraakbare, geleidende delen tegengegaan. Metalen onderdelen, zoals een badkuip, douchebak, waterleidingen, radiatoren en afvoeren, dienen apart geaard te zijn met een ononderbroken, blank vertinde koperdraad. Deze draden worden verbonden in een speciale doos met aansluitklemmen; daarvandaan loopt een draad naar de aardrail in de groepenkast.

Hoewel met veiligheidsaarding een goede beveiliging wordt bereikt tegen indirecte aanraking, dat wil zeggen tegen aanraking van een spanningvoerend deel dat normaal geen spanning voert, biedt het geen beveiliging tegen directe aanraking, d.w.z. aanraking van een deel dat normaal wel spanning voert. Bovendien is slechts in geringe mate sprake van beveiliging tegen brandgevaar. De sinds 1975 toegepaste aardlekschakelaar kent deze beperkingen niet: deze biedt bescherming tegen directe en indirecte aanraking, ook de beveiliging tegen het ontstaan van brand is goed, daar deze reeds bij een geringe lekstroom uitschakelt. Bij het toepassen van aardlekschakelaars dient de veiligheidsaarding gehandhaafd te blijven. Momenteel moeten in Nederland in woonhuizen, bij nieuwbouw, en bij ingrijpende aanpassingen aan de elektrische installatie of groepenkast, alle groepen verplicht worden beveiligd door aardlekschakelaars met een aanspreekstroom van ten hoogste 30 mA. Hierbij mogen maximaal vier groepen worden beveiligd door één aardlekschakelaar. Er dienen minimaal twee aardlekschakelaars te worden toegepast, om ook bij kleinere huisinstallaties een ongestoorde lichtvoorziening te waarborgen als een aardlekschakelaar in werking treedt.

Aardingssystemen (België/Nederland)[bewerken]

Gebouwen kunnen op 3 verschillende manieren geaard worden:

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) met de aarde (T = tèrre).
  • 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 = tèrre).
  • 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: één geleider vervult de functie van aardgeleider en nulleider (C = combiner).

Aardingsmethoden[bewerken]

Aarding van een huis

Het principe van aarding is eenvoudig: door een geleider te verbinden met een referentiepunt, heeft die geleider automatisch vrijwel dezelfde spanning als de referentie (de weerstand in de geleider wordt meestal verwaarloosd). Dit referentiepunt is vaak het grondwater, of een ander voorwerp wat elektrisch gezien voor mensen als "veilig voor aanraking" wordt beschouwd. Vanwege deze referentie wordt voorkomen dat iemand die de geleider aanraakt, ten gevolge van verschillen in spanning tussen het apparaat en de grond waarop hij staat, een elektrische schok ondervindt. Door de aardverbinding heeft de geleider namelijk dezelfde spanning als de referentie gekregen, en kan tussen die twee punten dus geen grote spanning staan. Een op de geleider aanwezige spanning zou immers door de goed geleidende aardverbinding "weglekken", en kan daardoor voor een mens geen gevaar meer vormen.

Door het geleidend verbinden van verschillende apparaten en verschillende inwendige delen van een apparaat ontstaan echter ook andere effecten die soms gunstig en soms ongunstig zijn. Er zijn in de loop der jaren verschillende methoden van aarding bedacht die in specifieke gevallen de beste oplossing bieden. Tussen de verschillende methoden onderling bestaan echter tegenstrijdigheden.

Eénpuntsaarding[bewerken]

Een vervelend probleem bij installaties voor geluidversterking is het ontstaan van elektrisch geleidende lussen, de zogenaamde aardlussen in het versterkercircuit.

Wanneer geleiders op meerdere punten elektrisch met elkaar zijn verbonden, ontstaan gesloten kringen, die een extern magnetisch veld van bijvoorbeeld een transformator kunnen omvatten. Hierdoor worden in de geleiders stromen geïnduceerd, die door de versterker worden versterkt. Dit leidt tot een sterk 50 Hz signaal (in de audiowereld met brom aangeduid) in het audiosignaal. In de audiowereld wordt om deze reden vaak eenpuntsaarding toegepast.

Meerpuntsaarding[bewerken]

Door een chassis op meerdere plaatsen te aarden wordt de elektrische weerstand tussen het chassis en de referentie lager, waardoor de aarding effectiever wordt. Een meerpuntsaarding heeft voordelen, vooral bij hoge frequenties waarbij door staande golven een eenpuntsaarding absoluut onmogelijk is. Men moet bij meerpuntsaarding echter zien te voorkomen dat ongewenste magnetische en elektromagnetische velden stromen induceren in lussen die door het op meerdere punten aarden zijn ontstaan. Een manier om dit te bereiken is het toepassen van elektrische en magnetische afscherming. Ook moet bij hoogfrequentsystemen de afstand tussen de verschillende aardpunten overal kleiner zijn dan een tiende deel van de golflengte.

Gescheiden aardes[bewerken]

In apparatuur waarbij zich zowel analoge als digitale elektronica bevindt, kunnen de analoge circuits worden gestoord door het schakelen van digitale signalen. De oorzaak hiervan ligt vaak in zogenaamde gemeenschappelijke impedanties. Om dit effect zo veel mogelijk te beperken, worden de analoge en digitale aardes van elkaar gescheiden (meestal worden deze op één punt met elkaar verbonden). Vervolgens worden de analoge circuits en digitale circuits intern verbonden, soms volgens verschillende aardingstechnieken. Vaak worden de analoge circuits verder als eenpuntsaarding uitgevoerd en de digitale circuits als meerpuntsaarding.

Hoogfrequent aarde[bewerken]

Bij hoge frequenties gedragen geleiders zich vaak als spoelen en gedragen onderbrekingen zich als condensatoren, waardoor bij hoge frequenties er meer elektrische stroom kan lopen tussen twee geleidende vlakken die zich vlak bij elkaar bevinden, dan door een lange elektrische verbinding met een lage weerstand. Dit gedrag druist in tegen de gangbare opvattingen, maar is heel verklaarbaar. Door resonanties worden kortsluitingen bij bepaalde frequenties perfecte onderbrekingen en omgekeerd. Het skineffect speelt ook een belangrijke rol. Gevlochten geleiders werken daardoor bij hoge frequenties vaak beter dan dikke massieve geleiders.

Het aarden van apparatuur die met hoge frequenties werkt is specialistisch werk.

Signaalaarde[bewerken]

Ten gevolge van de Wet van Lenz zullen retourstromen een pad kiezen dat zo gunstig mogelijk ligt ten opzichte van de heengaande stroom. Door signaalaansluitingen van, naar en tussen apparaten en modules hun eigen retourleiding te geven, zo dicht bij de signaallijn als praktisch mogelijk, worden ongewenste invloeden van buitenaf en naar buiten toe beperkt.

Kleurgebruik[bewerken]

Draadtype Symbool Internationaal België †† Nederland †† Nederland tot 1970 †
Fasedraad L Niet lichtblauw
of tweekleurig
Rood of Bruin
Bruin
Groen
Fasedraad (drie fasen) L1
Bruin
L2
Zwart of Bruin
L3
Grijs of Bruin
Schakeldraad T
Zwart of Grijs
Zwart
Zwart
Nuldraad N
Lichtblauw
Rood
Aarddraad Aarddraad
Geel-groen
Wit of Grijs
† De oude kleuren worden niet meer toegepast, maar zijn wel in woninginstallaties van voor 1970 aanwezig.
†† Gebruikelijke kleuren. Andere kleuren zijn toegestaan, mits niet in strijd met de internationale standaard.