Beschouwingen betreffende de toepassing van draaistroom voor the hulpnet aan boord van schepen, speciaal wat betreft de beveiliging, met een overzicht van recente op deze schepen toegepaste lieraandrijvingen en hun invloed op het generatorvermogen

RAPPORT NO. 18 M FEBRUARI 1957

STUDIECENTRUM T.N.O. VOOR SCHEEPSBOUW EN NAVIGATIE

NETHERLANDS' RESEARCH CENTRE T.N.O. FOR SHIPBUILDING AND NAVIGATION

ENGINEERING DEPARTMENT - HEEMSTEEDSE DREEF 264, HEEMSTEDE

BESCHOUWINGEN BETREFFENDE DE TOEPASSING VAN DRAAISTROOM

VOOR HET HULPNET AAN BOORD VAN SCHEPEN, SPECIAAL WAT

BETREFT DE BEVEILIGING, MET EEN OVERZICHT VAN RECENTE OP

DEZE SCHEPEN TOEGEPASTE LIERAANDRIJVINGEN EN HUN INVLOED

OP HET GENERATORVERMOGEN

(CONSIDERATIONS ON THE APPLICATION OF THREE PHASE CURRENT ON BOARD SHIPS FOR AUXILIARY PURPOSES, ESPECIALLY WITH REGARD TO FAULT PROTECTION, WITH A SURVEY

OF WINCH DRIVES RECENTLY APPLIED ON BOARD OF THESE SHIPS AND THEIR INFLUENCE ON THE GENERATING CAPACITY)

DOOR

IR. J. C. G. VAN WIJK

Uitgegeven door het bestuur (Issued by the Council)

SPEURWERKCOMMISSIE (Research Committee)

Ir. J. L. BONEBAKKER W. VAN DEN BORN

Ir. H. J. JIMMINK Ir. D. LUCKENS A. A. NAGELKERKE O. PANNEVIS Ir. E. STRUYK Ir. H. VAN DER WIJK

INHOUD

SUMMARY 5

INLEIDING 5

Hoofdstuk I. ALGEMENE OPMERKINGEN OMTRENT BEVEILIGING 7

Twee verschillende catagorieen van beveiliging 8

Beveiligingsinrichtingen. welke het optreden van een storing moeten trachten te

voor-komen. 8

Beveiliging tegen de gevolgen van kortsluit- en doorslagfouten. 9

Factoren die de grootte van een kortsluitstroom beïnvloeden 10

Noodzaak van zeer snelle afschakeling van kortsluitingen 12

Selectiviteit 12

Bezwaren van cascadeschakeling (back-up protection) 12

Hoofdstuk II. BEVEILIGINGSINRICHTINGEN TEGEN DE GEVOLGEN VAN EEN KORTSLUITING

Smeltveiligheden 14

Internationale voorschriften voor de nominale stroomsterkte 14

Bezwaren tegen bet gebruik van smeltveiligheden 14

Voorschriften van de Classifìcatiebureaus 15

Maximaalschakelaars 16

Tijdvertragingsrelais met oliedemper 16

De meest gewenste tijd-stroom karakteristiek 1 7

Hoofdstuk III. KORTSLUITSTROOM BIJ DRAAISTROOMINSTALLATIES

a. Hoe wordt de grootte van de kortsluitstroom aangegeven 19

b. Berekening van de kortsluitstroom 23

Invloed van boogvorming 24

Synchrone-, overgangs- en stootreactantie 25 c. Berekening van de maximum waarde van de kortsluitstroom in een bepaald punt

van de installatie 25

d. De grootte van de maximale kortsluitstroom in verhoudïng tot de vollaststroom van 26

de centrale

Hoofdstuk IV. EISEN TE STELLEN AAN BEVEILIGINGSINRICHTINGEN

a. Beveiliging van generatorcircuits 29

Differentiaalbeveiliging 30

b. Beveiliging van koppelschakelaars 31

c. Kortsluitbeveiliging van groepschakelaars 32

d. Kortsluitbeveiliging van individuele circuits 32

Hoofdstuk V. DE GRENS WELKE AAN NET CENTRALE-VERMOGEN VAN EEN SCHEEPSINSTALLATIE WORDT

GESTELD DOOR DE GROOTTE VAN DE KORTSLUITSTROOM

Bij gelijkstroominstallaties 34

Bij draaistroominstallaties 34

Maximaal afschakelvermogen van smeltveiligheden 36

Voorschriften van Lloyd's Register of Shipping 36

Conclusie 37

Hoofdstuk VI. BEVEILIGING TEGEN OVERBELASTING.

Belang van beveiliging tegen overbelasting 38

Beveiliging tegen overbelasting bij generatoren 39

e. Overbelastingsbeveiliging van motoren 40

Thermische beveiliging 40

De aanzetstroom van kooiankermotoren bij directe inschakeling 43

Magneetschakelaars 45

d. Voorschriften van de Classificatiebureaus 47

e. Samenvatting 47

Hoofdstuk VII. OVERZICHT VAN DE OP SCHEPEN MET DRAAISTROOMINSTALLATIES TOEGEPASTE

LIERAANDRIJ-VINGEN EN HUN INVLOED OP NET GENERATORVERMOGEN ₄₉

Gelijkstroomlieren met omzetters 49

Aandrijvingen met draaistroommotoren 51

Hydraulische lieraandrijving 55

Draaistroom collectormotoren 55

Het benodigde generatorvermogen in verband met de diverse Systemen van

lieraan-drijving 55

Aanhangsel I. BEPALING VAN DE FAZEI-IOEK TUSSEN SPANNING EN KORTSLUITSTROOM UIT NET VERLOOP VAN

NET OSCILLOGRAM. I.E.C. SPECIFICATIONS FOR A.C. CIRCUIT BREAKERS 59

Aanhangsel II. BEREKENING VAN ENIGE KORTSLUITSTROMEN, WELKE KUNNEN OPTREDEN IN EEN

SCHEEPS-INSTALLATIE EN VAN DE DEMPENDE INVLOED VAN VEP.BINDINGSLEIDINGEN 61 Aanhangsel III. BEREKENING VAN DE EQUIVALENTE WEERSTAND EN ZELFINDUCTIE BIJ TWEE PARALLEL

GESCHAKELDE IMPEDANTIES VOLGENS DARLING 65

SUMMARY

The use of three-phase A.C. for the auxiliary equipment of passenger ships, tankers and freighters has increased considerably during the last years. The growing use of electrically driven auxiliaries has re-sulted in very large increases in the installed generating capacity. This has emphasized the application

of A.C. The capacity of the generating plant determines the value of fault currents. The interrupting

requirements of the circuit breakers may become excessive. The difficulties are removed by increasing the voltage, which is practically only possible with A.C.

The high interrupting requirements, together with the necessity of maintaining a high degree of

reli-ability and continuity of service, has emphasized the importance of providing adequate fault protection. Such protection is concerned primarily with the automatic isolation of the fault with minimum damage

and disturbance to the remainder of the system. This paper develops the fundamental considerations in fault protection on shipboard and establishes the basic principles for the selection of the various

protective devices.

Since there is still uncertainty as to the most suited type of cargo winch on three-phase A.C. powered ships, a chapter is added, regarding the different kinds of winch drives applied on these ships in recent years and their influence on the generating capacity of the ship.

INLEIDING

In rapport no. Il M van mei 1953 werd een

op-somming gegeven van de voor- en nadelen, verbon-den aan het gebruik van gelijkstroom en van draai-stroom aan boord van handelsschepen.

Hoewel aan gelijkstroom wel steeds bepaalde

voordelen verbonden zullen blijven, speciaal wat betreft de gemakkelijke snelheidsregeling van de motoren en de daaruit voortvloeiende geschiktheid voor het aandrijven van bepaalde werktuigen, met name de dekwerktuigen, kan niet worden ontkend, dat de toepassing van draaistroom voor het hulp-net steeds groter vorderingen maakt.

Voor tankschepen is de toepassing van draaistroom vrijwel algemeen geworden, en ook voor vracht- en passagierschepen neemt het aantal draaistroom-uit-voeringen steeds toe.

Zo bericht SCHIRMER [28] dat in Duitsiand in de eerste drie maanden van 1955 zes vrachtschepen met draaistroominstallaties in dienst werden ge-steld en 20 andere in aanbouw waren.

Het grootste voordeel van draaistroom ligt onge-twijfeld in het mindere onderhoud, dat de motoren

vereisen. Vooral nu de installaties steeds groter

worden en het verkrijgen van geschoold personeel

voor onderhoud steeds moeilijker wordt, is dit een punt, dat, onverminderd de geldelijke voordelen,

sterk ten gunste van de draaistroom-installatie

spreekt.

Er zijn echter ook anderere denen, die overgang

van gelijkstroom naar draaistroom gewenst

kun-nen maken en in bepaalde gevallen zeifs

nood-zakelijk kunnen doen zijn.

Door de sterke toeneming van het gebruik van

elektrische aandrijving voor hulpwerktuigcn is het benodigde elektrische vermogen sterk toegenomen en wordt de centrale-capaciteit voortdurend groter. Wil men de daardoor veroorzaakte stromen

kun-nen beheersen, zonder in zéér zware kabels en uitermate kostbare schakelaars te vervallen, dan

moet de spanning verhoogd worden. Dit is prak-tisch alleen bij draaistroom mogelijk. Bovendien neemt evenredig met de grootte van het

generator-vermogen ook de stroomsterkte toe, die bij een sluiting in het scheepsnet kan optreden en daar-mede het gevaar, dat door deze grote

kortsluit-stroom ernstige schade wordt veroorzaakt.

Het beheersen van deze grote kortsluitstromen is daarom een zeer belangrijk probleem geworden.

Niet alleen moeten dergelijke sluitingen zeer snel

worden afgeschakeld orn brandgevaar en zeifs

buiten bedrijf geraken van de generatoren te

voor-komen, maar dit afschakelen moet ook selectief

geschieden, d.w.z. op zodanig wijze, dat alleen het

defecte onderdeel wordt afgeschakeld, maar de

rest van de installatie in bedrijf blijft.

Bij gelijkstroom-installaties met een generatorbe-lasting van omstreeks 1000 kW en een spanning van 220 volt kunnen onder ongunstige omstandig-beden reeds kortsluitstromen optreden van zoda-fige grootte, dat de bestaande beveiligingsinrich-tingen niet meer in staat zijn, deze af te schakelen. Bij bet optreden van een dergelijke sluiting loopt men dan gevaar, dat het schip volkomen stroom-loos wordt en dus onbestuurbaar. Grotere

yermo-gens van de centrale dwingen dus sterk in de

richting van draaistroorn.

Ten einde in dergelijke gevallen een verantwoorde beslissing te kunnen nemen, is bet nodig alle

fac-toren, die voor de doelmatigheid en de bedrijfs-zekerheid van de installatie van belang zijn, te

kennen en te kunnen beoordelen. Hierbij speelt de beveiliging een zeer voorname rol. Aan deze

be-veiliging zal in de volgende hoofdstukken

spe-ciale aandacht worden gewijd.

Nog steeds vormen de dekwerktuigen bij de vraag, of gelijkstroom dan wel draaistroom gekozen moet

worden, een belangrijk punt van discussie. Het

werd daarom van belang geacht tevens na te

gaan, welke vorderingen de laatste jaren gemaakt zijn op het gebied van de draaistroornlier. In een afzonderlijk hoofdstuk zullen de verschil-lende systemen, die voor de lieren aan boord van

schepen met draaistroominstallaties toepassing

hebben gevonden, worden behandeld. Dat de

dek-werktuigen nog steeds een geschilpunt vormen bij de voor- en tegenstanders van draaistroom is niet verwonderlijk, daar veranderingen in de

bereikbare los- en laadsnelheid van grote invloed

zijn op de rentabiliteit van het schip. Wat de

toepassing van draaistroomlieren betreft gaat het eigenlijk orn de vraag, of alle eigenschappen, welke de stoomlieren bezaten en waaraan de gelijkstroom-lieren zieh geheel hebben aangepast, strikt nodig

zijn of niet. Speciaal de hoge snelheid voor de

lege haak is een struikelbiok voor een eenvoudige oplossing bij de draaistroomlier.

De voorstanders van de draaistroomlier betogen, dat ook zonder deze speciale hoge sneiheid van de

lege haak met de draaistroomlier laad- en

los-tijden verkregen kunnen worden, die

gelijkwaar-dig zijn aan die, welke met gelijkstroomlieren

worden bereikt.

Vele anderen, die voor bet hulpnet wel op draai-stroom over gaan, willen de voordelen van de ge-lijkstroomlier niet prijs geven en grijpen naar

op-lossingen, waarbij gelijkstroommotoren voor de lieraandrijving worden gehandhaafd en via

orn-zetters uit het draaistroomnet worden gevoed. De verschillende systemen van lieraandrijving, die

de laatste jaren toepassing hebben gevonden,

worden beschreven, met vermelding van een aan-tal schepen, waarop deze lieren zijn aangebracht. Men mag verwachten, dat, nu geleidelijk een

be-langrijk aantal schepen in bedrijf is gesteld met

de verschillende liersystemen, die in aanrnerking komen, op grond van de daarrnee opgedane erva-ringen spoedig voor jeder bepaald geval een ver-antwoorde keuze gemaakt zal kunnen worden.

HOOFDSTUK I

ALGEMENE OPMERKINGEN OMTRENT BEVEILIGING

Onder beveiliging in de meest uitgebreide zin van het woord, valt ook de beveiliging van de mensen tegen levensgevaar bij aanraking van onder

span-fling staande delen.

Bij gelijkstroominstallaties was het vroeger alge-meen gebruikelijk schakelborden toe te passen van

marmcr of ander isolatiemateriaal, waarop de schakelaars en andere onder spanning staande delen waren gemonteerd, zonder bescherming

tegen toevallige aanraking. Geleidelijk is men bij het hoger worden van de spanning deze spanning-voerende delen steeds meer achter het bord gaan monteren, waardoor dit aan de voorzijde in plaat-ijzer kon worden uitgevoerd. In de bedrijfsruimte achter het bord waren de onder spanning staande

delen niet tegen aanraking beschermd.

Wegens het grote levensgevaar, dat wissel- en draaistroom bij aanraking oplevert, is

het bij

draaistroominstallaties aan boord van een slinge-rend schip ontoelaatbaar, dat in de bedrijfsruimte achter het bord onbeschermde spanningvoerende delen voorkomen. Men moet de eis stellen, dat ook bij het hoofdverdeelbord alle blanke delen, welke onder spanning staan, in gesloten kasten zijn

on-dergebracht en tegen aanraking zijn beschermd.

Daar de schakelaars, smeltveiligheden enz. niet te min gemakkelijk inspecteerbaar moeten blijven, is men bij draaistroomscheepsinstallaties tot een ge-heel gewijzigde schakelborduitvoering gekomen, waarbij de schake]aars etc. in gesloten kasten zijn

ondergebracht. Het deksel van iedere kast is

zo-danig met een scheidingsschakelaar vergrendeld, dat het eerst geopend kan worden, wanneer deze

scheidingsschakelaar de apparatuur in de kast

spanningsvrij heeft gemaakt. Belangrijke schake-laars worden dikwijls zo uitgevoerd, dat ze in hun

geheel uit het bord verwijderd kunnen worden, zonder dat het nodig is de rest van de installatie

spanningsvrij

te maken, of aansluitstrippen en

kabels los te nemen. Aan een doelmatige inrichting van het schakelbord worden bij draaistroominstal-laties hoge eisen gesteld.

In het verdere gedeelte van dit rapport zal aan dit

soort beveiliging echter geen aandacht worden geschonken, doch uitsluitend de beveiliging uit

elektrisch oogpunt worden beschouwd.

De hoge eisen, die aan boord van een schip aan de bedrijfszekerheid van de installatie moeten worden

gesteld en de absolute noodzaak brandgevaar te

voorkomen en de continuïteit van het bedrijf, ook

bij ernstigc storingen, te verzekeren, maakt het

aanwezig zijn van goede beveiligingsinrichtingen steeds meer een voorwaarde van de eerste orde. Deze beveiligingsinrichtingen moeten er voor zor-gen, dat geen storingen ontstaan tengevolge van verkeerde bediening en abnormale bedrijfsomstan-digheden en ten tweede, in het geval er niettemin toch een storing optreedt, dat de daardoor veroor-zaakte bedrijfshinder en schade tot een minimum

wordt beperkt en de rest van de installatie in

bedrijf blijft.

De beschouwingen omtrent de eisen, waaraan

deze beveiligingsinrichtingen moeten voldoen,

zullen beperkt worden tot laagspanningsinstalla-ties, zoals deze aan boord van schepen worden toe-gepast. Hoewel daarbij het oog in de eerste plaats gericht zal zijn op draaistroominstallaties, wil dit gecnszins zeggen, dat de beschouwde problemen

bij gelijkstroominstallaties van overeenkomstig vermogen niet zouden bestaan. Een vergelijking van beide stroomsoorten zal daarom niet kunnen worden vermeden.

De elektrische installatics aan boord van schepen moeten voldoen aan de bepalingen, welke door de Classificatiebureaus zijn vastgesteld. In

samen-werking met de K.E.M.A. te Arnhem zijn door

het Nederlandse Kantoor van Lloyd's Register of Shipping voor draaistroom meer gespecificeerde

eisen opgesteld, waarnaar in het volgende ver-wezen zal worden onder de aanduiding

,,Richt-lijnen 1954".

Door de speciale omstandigheden aan boord van een schip zijn vele voor landinstallaties gangbare beveiligingsinrichtingen niet of minder geschikt

orn aan boord te worden toegepast. Gebrek aan ruimte, grote vochtigheid, optredende trillingen

en schokken, behoefte aan grote mechanische sterkte, gepaard aan gering gewicht en volume,

ongevoeligheid voor de dikwijls zeer grote

varia-ties in omgevingstemperatuur, de noodzaak van

ongestoorde werking ook bij slingerend en stam-pend schip, en de noodzakelijkheid van eenvoud in bediening en onderhoud en van overzichtelijk-heid stellen evenzovele speciale eisen aan de

be-veiligingsapparatuur aan boord van cen schip.

Ook de vereiste afstanden tussen spanningvoerende delen en tussen deze delen en aarde zijn voor het scheepsgebruik groter dan voor landgebruik. In de Richt1ijnen 1954 zijn hieromtrent en speciaal

orn-trent de schok- en trillingsvastheid, een aantal

eisen gespecificeerd, waarvan nagegaan zal dienen te worden, in hoeverre deze aangehouden kunnen

worden, zonder in conflict te kornen met andere

eisen en wensen.

Twee verschullende categorieën van

beveiliging

Bij het beschouwen van de problemen van het

be-veiligen van een installatie moeten, als boyen

reeds werd opgemerkt, twee essentieel

verschillen-de catagorieën van beveiliging worverschillen-den onverschillen-der-

onder-scheiden, nl.:

lo. De beveiligingsinrichtingen, welke het optre-den van een storing moeten trachten te voor-komen, en

2°. de beveiligingsinrichtingen, welke bij het

op-treden van een storing het defecte onderdeel

op de snelst mogelijke wijze afschakelen en

zo-wel de schade aan het defecte onderdeel tot

een minimum moeten beperken, als de gevol-gen van de storing voor de rest van de instal-latie zo gering mogelijk moeten doen zijn. De eerste catagorie van beveiligingsinrichtingen omvat

1°. De inrichtingen welke een verkeerde bediening moeten verhinderen.

Hieronder vallen inrichtingen voor het onderling mechanisch of elektrisch vergrendelen van bedie-ningsschakelaars, alsook inrichtingen die tegen verkeerde bediening moeten waarschuwen

(sig-naallampen e.d.). Voorbeelden zijn:

Vergrendeling orn te voorkomen, dat een motor

met ster-driehoek aanzetapparaat in driehoek kan

worden ingeschakeld, met gevaar van vastlassen

van inschakelcontacten of te grote

spannings-daling van de generatoren.

Inrichtingen orn foutiefsynchroniseren van een bij

te schakelen generator te voorkomen.

Nuispanningsuitschakeling van motoren orn te

voorkomen, dat na wegvallen van de spanning een stilstaande sleepringankermotor wordt ingescha-keld, terwiji het aanzetapparaat nog in de bedrijfs-stand staat.

Inrichtingen die verhinderen, dat na het

wegval-len van de spanning een groot aantal

kortsluit-motoren gelij ktij dig wordt ingeschakeld, zodat door de zeer grote aanloopstroorn de generatorschake-laar opnieuw uitvalt.

2°. Controle op aardfouten.

Bij een installatie waarvan het sterpunt niet

ge-aard is, zoals aan boord van schepen gebruikelijk

is, betekent het optreden van cen sluiting tegen aarde (scheepshuid) geen storing, die direct

ge-vaar oplevert. Gege-vaar treedt eerst op, wanneer op een andere plaats, in een andere faze, of bij gelijk-stroom in de andere pool, een dergelijke fout

op-treedt. Wordt het bestaan van een aardfout ter-stond gesignaleerd en door het personeel

opspoord en opgeheven, dan wordt hierdoor het

ge-vaar voor het ontstaan van cen storing

(kortslui-tung) voorkomen.

Omtrent de methoden, welke worden toegepast

ter controle van de isolatieweerstand is een artikel gepubliceerd door VON WERNER VOGLER [34].

Bij gelijkstroominstallaties krijgt men de nauw-keurigste resultaten bij meting van de

isolatie-weerstand met behuip van een op het net gesuper-poneerde wisselstroom, terwijl men bij een draai-stroornnet de nauwkeurigste resultaten krijgt met behulp van een op het net gesuperponeerde gelijk-stroorn.

Met behuip van drie tussen de hoofdleidin.gen en aarde geschakelde voltmeters of lampen kan men wel constateren of er in een van de fazen een siechte isolatieweerstand

bestaat, maar deze

controle-methode levert geen resultaat op, wanneer alle

drie fazen een even slechte isolatietoestand hebben of wanneer er een sluiting ontstaat in de buurt van het sterpunt van een van de statorwikkelingen van de motoren of generatoren.

Wil men de isolatieweerstand van bet in bedrijf

zijnde net meten, dan vormt men, door aansluiting op de drie fazeleidingen van telkens een weerstand en een gelijkrichter een kunstmatig sterpunt. Door

dit sterpunt via een k geijkte ampèremeter met

de schecpshuid te verbinden, kan men de totale

isolatieweerstand direct aflezen. Met cen dergelijk toestel is het echter niet mogelijk vast te stellen,

in welke van de drie fasen de siechte isolatie-weerstand bestaat. Dit kan, na afschakeling van het defecte gedeelte, met een inductor bepaald

worden.

In dit verband kan worden opgemerkt, dat volgens sommige deskundigen in de praktijk is gebleken, dat de isolatieweerstand van draaistroomrnotoren

buiten bedrijf sneller achteruit gaat dan van

ge-lijkstroornmotoren. Wanneer dit juist is moet dit waarschijnlijk worden toegeschreven aan het

ver-schil in constructie. De stator van een

draai-stroommotor heeft een wikkeling, die over een

groot oppervlak is verdeeld en daardoor een groot aantal kruipwegen bezit. Bij vochtig worden van de isolatie, vooral bij zouthoudende atmosfeer, zal dit sneller tot teruglopen van de isolatieweerstand

kunnen leiden dan bij een gelijkstroommachine,

waar een groot deel van het koper op de polen is

geconcentreerd, in spoelen van compacte bouw.

Terwiji ook bij gelijkstroommachines reeds dik-wijls verwarmingselernenten worden ingebouwd, orn de temperatuur van de machine tijdens

lang-durende rustperioden boyen het dauwpunt te

houden en daardoor neersiag van vocht op de

wikkelingen en isolatie te voorkomen, verdient deze maatregel bij draaistroomrnachines, voor zover deze aan een vochtige atmosfeer zijn

bloot-gesteld, zeker aanbeveling. Ook deze rnaatregel kan gezien worden als een beveiliging tegen bet

ontstaan van fouten.

3o Beveiliging van de aandrijvende machines van de generatoren tegen mechanische beschadiging, doordat de generator als motor gaat werken en bet krachtwerktuig gaat aandrijven.

4o _{Beveiliging tegen ontoelaatbare verwarming}

van de lagers. Daar defecten aan de lagers bij

moderne machines hoogst zelden optreden, is het

inbouwen van elektrische

temperatuur-controle-inrichtingen in de lagers in het algemeen slechts gebruikelijk bij eenheden van zeer groot vermogen of bij machines, die op siecht toegankelijke plaat-sen zijn opgesteld.

5°. Beveiliging tegen overbelasting.

Deze beveiliging moet verhinderen, dat de elek-trische isolatie van kabels en van de verschillende toeste]ien en onderdelen van de installatie gevaar

loopt beschadigd te worden door ontoelaatbare

verwarming.

Onder de beveiligingsinrichtingen van de tweede catagorie kunnen worden gerekend:

De beveiliging tegen de uitwerking van inwendige isolatiefouten in machines, als sluiting tussen

win-dingen onderling of tussen de wikkeling en het gestel (aardsluiting in stator of rotor),

isolatie-fouten of overslag tussen spanningvoerende delen in apparatuur en schakelaars onderling of tussen

deze delen en aarde en tenslotte tussen de aders onderling van een meeraderige kabel of tussen aders van deze kabel en aarde (scheepshuid) bij

eventueel geaard sterpunt.

Deze bcveiligingsinrichtingen kunnen worden

sa-mengevat als bescherming tegen korts]uit- en

doorslagfouten.

Hoewel in het algemeen deze bevelligingsinrich-tingen zowel bij een gelijkstroorninstallatie als bij een draaistroominstallatie van belang zijn, bestaat toch in sommige opzichten een aanmerkelijk ver-schil tussen de beveiligingsinrichtingen bij beide stroomsoorten.

Vooral is dit het geval bij de beveiliging tegen

overbelasting.

Bij het aanzetten van gelijkstroommotoren worden aanzetweerstanden gcbruikt, die bet mogelijk

ma-ken de motoren te doen aanlopen, zonder dat

daarbij grote stroomstoten optreden. De wals- en vlakbaan aanzetweerstanden, die in de regel van een groot aantal aanloopcontacten zijn voorzien,

maken het bij centrifugaalpompen en dergelijke

toestellen, die in de regel niet onder vollast aan-lopen, mogelijk de motor aan te zetten, zonder dat

de vollast stroomsterkte noemenswaardig wordt overschreden. In dergelijke gevallen is met een

zeer eenvoudig magnetisch maximaal-relais een afdoende beveiliging tegen overbelasting te ver-krijgen. Bij _{kleinere vlakbaan-aanzetapparatcn} voor gelijkstroom is dit maximaal-relais

boyen-dien dikwijls zo aangebracht, dat het eerst ná

het aanzetten in werking treedt, doordat het de

stroom van de nulspanningsvergrendelspoel van

het aanzethandel onderbreekt en daardoor dit

aanzethandel in de nulstand doct terugkcren.

Maar ook wanneer bet relais, wat natuurlijk veili-ger is, tijdens bet aanzetten wel is ingeschakeld, bijvoorbeeld doordat het de bekrachtiging van de

spoel van een magneetschakelaar onderbreckt,

kan zonder bezwaar een afdoende beveiliging tegen overbelasting worden verkregen.

Dit is ook het geval bij gelijkstroommotoren, die wel onder vollast aanlopen en eveneens bij gebruik van de meer moderne aanzetapparaten, die in de regel slechts met enkele aanzettrappen werken en daardoor grotere stroomstoten geven. Ook in die gevallen zijn deze aanloopstroomstoten in de regel niet zó groot en duren ze voldoende kort, orn een eenvoudig magnetisch maximaal-relais, wanneer dit van enige tijdvertraging is voorzien, in staat te stellen, deze stroomstoten te doorstaan en bij een

langer durende overschrijding van de

vollast-stroom uit te schakelen.

Bij een draaistroominstallatie is dit anders. Het

grote voordeel van draaistroom ligt in het gebruik van de eenvoudige en robuste kooiankermotor, die, indien enigszins mogelijk, zonder spcciaal

aanzet-apparaat, direct op de volle spanning wordt

in-geschakeld.

Daarbij treden weliswaar koridurende maar zéér grote stroomstoten op, die het vijf- tot

zevenvou-dige en zeifs meer van de vollaststroorn kunnen

bedragen. Door de grote fazeverschuiving tussen

spanning en stroom, die tijdens het aanzetten

bestaat, is het motorkoppel niet aan deze aanzet-stroom evenredig, wat betekent, dat ondanks deze hoge stroom het aanlopen verhoudingsgewijs vrij

lang kan duren,

moeten worden aangezet met een groot traagheids-moment.

Dit verschijnsel maakt het verkrijgen van een goede beveiliging tegen overbelasting bij kooiankermo-toren veel moeilijker dan bij gelijkstroommokooiankermo-toren. Het beveiligingsapparaat moet de zeer grote aan-loopstroom doorstaan, zonder in werking te treden, maar moet niettemin uitschakelen, wanneer ge-durende langere tijd de vollast-stroomsterkte slechts weinig wordt overschreden.

Ook bij de beveiliging tegen kortsluiting bestaan er verschillen. Hier is echter het voordeel in hoofd-zaak aan de kant van de draaistroom.

Ten eerste is een gelijkstroom-dynamo feitelijk in het geheel niet bestand tegen een volledige

kort-sluiting. De dan optredende kortsluitstroom zal omstreeks 10 maal zo groot zijn als de vollast-stroom, waardoor de commutatie, door absolute verzadiging van de huippoolkernen en de grote

overbelasting van de koolborstels, zodanig ont-regeld wordt, dat heftig vonken van de borstels

op-treedt en zeifs gevaar voor rondvuur ontstaat.

Na een volledige kortsluiting zullen de borstels en vaak ook de borsteihouders en de collector van een gelijkstroomdynamo daardoor in den regel zodanig beschadigd zijn, dat een bedrijfsonderbreking voor revisie noodzakelijk is.

Een draaistroom-generator dient tegenwoordig zo

geconstrueerd te zijn, dat hij een directe

kort-sluiting zonder schade kan doorstaan. Collector

en koolborstels, die de hoge stroom moeten voeren, ontbreken en kunnen dus geen moeilijkheden ver-oorzaken. De grote kortsluitstromen veroorzaken echter in de statorwikkelingen grote aantrekkende

of afstotende krachten tussen de wikkelkoppen

onderling. Deze krachten trachten de wikkdkop-pen te verbuigen, wat soms knikken of breuk van

de isolatiegoten tot gevolg heeft, juist op de ge-vaarlijkste plaats, waar deze goten uit het ijzer komen. De wikkelkoppen moeten dus afdoende

tegen vervorming beschermd zijn.

Ook in ander opzicht bestaat er verschil tussen de beveiliging in een draaistroom-installatie ten op-zichte van die voor gelijkstroom.

Ontstaat bij gelijkstroom een kortsluiting, dan

he-reikt de kortsluitstroorn in zeer korte tijd haar

maximum waarde en neemt dan bctrekkelijk

lang-zaarn in sterkte

zal dus steeds deze maximale waarde rnoeten af-schakelen.

Bij een draaistroominstallatie is ook de kortsluit-stroom een wisselkortsluit-stroom, zij het dat deze vervormd

is.

De maximum stroompieken zullen in verhouding

tot de vollaststroom groter zijn dan bij

gelijk-stroom, maar daar staat tegenover, dat deze zéér

snel in waarde afnemen en na enkele honderdste seconden reeds tot de helft van de oorspronkelijke waarde zijn gedaald, terwijl meestal reeds binnen 1 of 2 seconden de zgn. blijvende

kortsluitstroom-sterkte wordt bereikt, die in de orde van grootte is van 2 maal de vollaststroom.

Aan een draaistroombeveiligingsschakelaar

wor-den dus, wat de beveiliging tegen kortsluiting betreft, geheel andere eisen gesteld dan aan een gelijkstroomschakelaar, maar de eisen voor de

gelijkstroornschakelaars

zijn zeker niet minder

Factoren, die de grootte van de

laagspanningsnetten zijn de installaties aan boord

van schepen betrekkelijk eenvoudig. Gecompli-ceerde verdeelnetten, met voeding in meerdere

punten en met gesloten mazen, komen aan boord niet voor.

Ook als men de scheepsinstallatie vergelijkt met een grote fabrieksinstallatie, is de scheepsinstallatie

in vele opzichten in het voordeel. De

fabrieks-installatie zal in den regel gevoed worden uit een hoogspanningsnet van nagenoeg onbeperkte

capa-citeit, door middel van een of meer transforma-toren met slechts beperkte reactantie. De

kort-sluitstromen, welke kunnen optreden, zullen daar-door meestal groter zijn dan bij een scheepsinstal-latie, die gevoed wordt door eigen generatoren van

beperkte capaciteit, die in het algemeen boyen-dien een grotere reactantie hebben dan

transfor-matoren.

De grootte van de kortsluitstroom hangt niet

al-leen af van de generatoren (resp.

transformato-ren), maar ook van de motoren, die op het

ogen-blik van kortsluiting in bedrijf zijn. Ook deze

worden plotseling kortgesloten en geven een, zij het kortdurende, grote stroom af. Waar echter bijv.

bij passagiersshepen een groot deel van de

cen-trale-capaciteit voor licht, verwarming en andere doeleinden gebruikt wordt, zal het motorvermogen

in vele gevallen niet meer dan de helft van bet totale, door de generatoren geleverde vermogen

bedragen. Ook in dit opzicht zal de scheepsinstal-latie meestal in gunstiger conditie verkeren dan een landinstallatie.

Er zijn echter verschillende oorzaken, die aan

boord van een schip een ongunstige invloed op de grootte van de kortsluitstroom uitoefenen.

De korte lengte van de verbindingen tussen

gene-ratoren en verbruiksplaatsen maakt, dat ook aan

boord kortsluitstromen van grote sterkte kunnen optreden, zodra het centrale-vermogen een

enigs-zins belangrijke waarde heeft. Dit is des te meer

het geval, omdat de aan boord van een schip op-gestelde generatoren, vergeleken bij landmachines

van hetzelfde vermogen, in bet algemeen een

grotere kortsluitstroom zullen hebben.

Het is aan boord van een schip van het grootste

belang, dat zo groot mogelijke motoren direct op de volle spanning kunnen worden ingeschakelcl. Hierdoor kunnen dure en gecompliceerde aanzet-hirichtingen worden vermeden en kan aanzienlijk op ruimte en gewicht worden gespaard.

Wordt een draaistroommotor met kooianker direct

op het net geschakeld, dan neemt de motor een

grote inschakelstroom op, die bovendien sterk in faze is verschoven. Een dergelijke stroom veroor-zaakt een spanningsdaling van de generatoren en deze mag natuurlijk niet een zodanige grootte

be-reiken, dat het bedrijf daar schade van

onder-vindt. Waar men de grens moet leggen, zal sterk

van de omstandigheden afhangen.

In dit opzicht verkeert echter de

draaistroom-installatie in belangrijk ongunstiger conditie dan een gelijkstroominstallatie.

Een gelijkstroom-dynamo kan men

compoun-deren, d.w.z. men kan hem gemakkelijk zodanig uitvoeren, dat hij automatisch bij vollast dezelfde of desgewenst zeifs een hogere spanning geeft dan

bij nullast. Dit is bij een normale

draaistroom-generator zonder meer niet mogelijk. Een draai-stroomgenerator, die plotseling wordt belast, heeft vooral als deze belasting sterk fazeverscho-ven is, een groot spanningsafval. Men is daarom gedwongen de draaistroomgeneratoren van

auto-matische snelregelaars te voorzien, die er voor

moeten zorgen, dat de bekrachtiging van de

gene-rator zeer snel wordt bijgercgeld en daardoor de spanning weer op de normale waarde wordt

ge-bracht. Ook gaat men aan boord van schepen wel over tot toepassing van zgn. zelfbekrachtigde

gene-ratoren, die de cigenschap hebben optredende spanningsdalingen in onderdelen van seconden

automatisch te vereffenen.

De bij plotselinge belasting ogenblikkelijk op-tredende spanningsdaling van een generator is

uit-sluitend afhankelijk van de kortsluitimpedantie,

d.w.z. van de grootheid, die ook de groote van de kortsluitstroom bepaalt.

Deze spanningsdaling zal de automatische

span-ningsregeling in werking stellen, maar kan daar

niet door worden voorkomen, omdat de inzinking absoluut ogenblikkelijk is en eerst moet bestaan, wil de regelaar in werking treden.

Men is dus bij een scheepsinstallatie, vooral bij

passagiersschepen, genoodzaakt de kortsluitimpe-dantie zoveel mogelijk te beperken, vooral wan-neer bet licht niet op een afzonderlijke generator

staat. Een grote kortsluitstroom dient dan in de

koop toe genomen te worden.

Een extra kleine kortsluitimpedantie zal meestal

slechts ten koste van een grotere en duurdere

generator verkregen kunnen worden. Onbeperkt kan men in deze richting dus niet doorgaan, want wat men dan zou besparen aan aanzetinrichtingen

van grotere motoren, die dan nog direct

ingescha-keld zouden kunnen worden, worden, zou men

weer verliezen door de hogere aanschaffingsprijs en het meerdere gewicht van de generatoren, orn van bet nadeel van de zeer grote kortsluitstroorn maar niet te spreken.

In bet algemeen zullen echter aan boord van een schip ruim bemeten generatoren met kleine kort-sluitimpedantie de voorkeur verdienen. De daar-door veroorzaakte mecrprijs zal ruimschoots

worden goedgemaakt door de besparing op de

aanzetinrichtingen en de daardoor verkregen

ruim-tebesparing, grotere eenvoud en dientengevolge

grotere betrouwbaarheid van de installatie.

Noodzaak van zeer snelle afscha1eling van

kortsluitingen

Een volle sluiting zal een dergelijk grote stroorn

veroorzaken, dat het defecte onderdeel gevaar

loopt te verbranden. Bovendien kan de grote

ver-warming, welke de kortsluitstroom veroorzaakt

en de lichtboog, waarmee de sluiting dikwijls

ge-paard gaat, brandgevaar voor de omgeving

ver-oorzaken. Het is dus noodzakelijk, dat een derge-lijke sluiting zeer snel wordt afgeschakeld, te meer

daar bij een sluiting de generatorspanning sterk zal dalen en zo laag zou kunnen worden, dat het

gehele bedrijf buiten dienst zou gerakcn door het loslaten van de nulspanningsspoelen.

Selectiviteit

Het afschakelen van bet defecte onderdeel rnoet niet alleen zeer snel, maar ook selectief geschieden, d.w.z. alleen het defecte gedeelte moet worden af-gcschakeld, maar de rest van de installatie moet in bedrijf blijven.

Een scheepsinstallatie wordt in den regel zo uitge-voerd, dat van het hoofdschakelbord, dat door de generatoren wordt gevoed, enkele hoofdgroepen

aftakken, die elk van een beveiligingsinrichting

zijn voorzien.

ledere afgaande voedingskabel voorziet een hoofd-verdeelkast van stroom. Vanuit deze hoofd-verdeelkast

worden dan een groep van verbruikstoestellen,

motoren, transformatoren of verwarmingsappa-raten enz. van stroom voorzien. De van de verdeel-kast aftakkende kabels zijn in bedoelde verdeel-kast even-ecns alle van een beveiligingsinrichting voorzien.

Een dergelijke afgaande kabel zal bijvoorbeeld een grote motor van stroom voorzien, maar kan

eventueel ook eengroepje van 4of5 kleinere moto-ren voeden, die weer gezamenlijk op een verdeel-kast zijn aangesloten (zie fig. 1).

generato rea

h oof d g roe pen

onde rae rd eelkast

/

/A.

Deze onderverdeelkasten bevatten dan op hun

heurt weer beveiligingsinrichtingen voor alle af-gaande groepen.

Laten we even in het midden of de genoemde he-veiligingsinrichtingen maximaal-schakelaars dan wel smeltveiligheden zijn en spreken we voor het gemak van schakelaars, dan kunnen we dus zeggen,

dat dc groepschakelaar A op het hoofdbord een

aantal schakelaars B van de hoofdverdeelkast

achter zich heeft en iedere schakelaar B, of

ten-minste een aantal daarvan, een groepje schakelaars C. De hoofdschakelaar A zal bijv. voor 600 A zijn, de grootste B-schakelaar misschien voor 200 A en

de grootste C-schakelaar bijvoorbeeld 60 A.

Bezwaren van cascadeschakeling (backup

protection)

Wanneer de installatie een zeer grote

kortsluit-stroom heeft, zal het in bet algemeen niet econo-misch uitvoerbaar zijn iedere C-schakelaar, wan-neer daarvoor een automatische schakelaar wordt gebruikt, zó groot en zwaar te nemen, dat deze in staat is de grootst mogelijke kortsluitstroom af te

bevciligingsschak&aar

schakelen. Gelukkig zal een sluiting achter een

C-schakelaar meestal niet de maximaal mogelijke kortsluitstroom tot gevoig hebben. De weerstanden en reactanties van de voorgeschakelde toestellen en leidingen beperken de kortsluitstroom in zekere mate en bovendien treedt meestal bij een sluiting een boog op, die ook weerstand heeft en voor een verdere reductie van de kortsluitstroom zorgt. De meeste sluitingen zullen dus door de C-schakelaars

afgeschakeld kunnen worden. Treedt echter een

dusdanige sluiting op, dat de C-schakelaar niet in staat is deze af te schakelen, dan moet de voorge-schakelde B-schakelaar deze taak overnernen.

Is ook deze schakelaar daartoe niet staat, dan

grijpt schakelaar A in. Een dergelijke in serie scha-keling van beveiligingsinrichtingen met toenemen-de afschakeicapaciteit noemt men cascatoenemen-deschake-

cascadeschake-ling (back-up protection). Het is duidelijk, dat

deze cascadeschakeling in strijd is met de gestelde eis, dat bij een storing slechts het defecte onderdeel mag en moet worden afgeschakeld en de rest van de installatie in bedrijf moet blijven. Schakelt de

schakelaar B uit, dan zijn alle daar achter

ge-schakelde C-groepen stroomloos geworden. Moet

A ingrijpen, dan wordt nog een veel groter deel

van de installatie stroomloos.

RICKOVER en Ross [1], die een zeer interessant artikel hebben geschreven over de beveiliging van

draaistroominstallaties aan boord van schepen,

schrijven op bFz. 1110:

Because of the restricted space available on shipboard, the use of back-up protection is

often necessary. However, since back-up

protection necessitates loss of continuity of service and, in most cases, damage to the

device protected, its use should be restricted as much as possible.

De Europese deskundigen menen orn deze laatste redenen de back-up beveiliging geheel te moeten verwerpen.

Overeenkomstig de I.E.C. ,,Recomrnandations for electrical installations on ships" rnoet het afschakel-verrnogen van de bevei]igingsinrichtingen van de C-groepen aangepast zijn aan de maximale kort-sluitstroomsterkte ter plaatse. Dit afschakelverrno-gen zal dus bepalend zijn voor de daar ter plaatse maximaal toelaatbare kortsluitstroom en kan dus tevens bepalend zijn voor het maximale generator-vermogen.

Hierbij moet worden opgemerkt, dat het

aan-brengen van twee beveiligingsinrichtingen in serie

in één bepaalde leiding (b.v. schakelaar B en de

motorbeveiligingsschakelaar M niet als cascade-beveiliging wordt beschouwd. Door een dergelijke schakeling wordt de selectiviteit noch de grootst mogelijke continuïteit van het bedrijfgeschaad. Als men er voor zorgt, dat iedere C-schakelaar elke daarachter optredende kortsluiting kan afschake-len, moet er tevens voor worden gezorgd, dat door

het aanbrengen van tijdvertragingen bij bet

op-treden van een dergelijke sluiting alléén

schake-laar C uitvalt en deze schakeschake-laar dus selectief is

ten opzichte van de B- en A-schakelaars.

Hierop wordt in het volgende hoofdstuk nader

HOOFDSTUK II

BEVEILIGINGSINRICHTINGEN TEGEN DE GEVOLGEN VAN EEN KORTSLUITING

a. Smeltveiligheden

Als beveiliging tegen kortsluiting verdringen bij landinstallaties de kortsluitvaste smeltveiligheden

steeds meer de maximaal-schakelaars. De

in-stallaties worden daardoor vereenvoudigd, beknop-ter en overzichtelijker. Bovendien is, vooral voor kleinere stroomsterkte, het afschakelvermogen van

smeltveiligheden veel groter dan van normale

maximaalschakelaars voor dergelijke kleinere no-minale stroomsterkten.

Internationale voorschrften voor de nominale

stroomsterlcte

De internationale voorschriften voor

smeltveilig-heden (2) geven als definitie van de nominale

stroomsterkte 1n van een smeltveiligheid, dat dit is de stroomsterkte, waarvoor die smeltveiligheid

is ontworpen, d.w.z. de stroomsterkte, waarmee

de patroon, aangebracht in de daarbij behorende

houder of contacten, voortdurcnd belast kan

worden, zonder in kwaliteit achteruit te gaan en

zonder dat een bepaalde maximale temperatuur-toename wordt overschreden.

Belast men een dergelijke patroon met hogere

stromen, die voldoende groot zijn orn de patroon te doen doorsmelten, dan kan men de tijd, welke verloopt tussen het inschakelen van de stroom en het ogenblik van doorsmelten grafisch optekenen

als functie van de stroomsterkte.

Hoe kleiner de stroom is, des te langer zal het duren, eer de patroon doorsmelt. De daarvoor benodigde tijd nadert asymptotisch tot oneindig

voor die stroom, waarbij de patroon nog net niet

doorgaat, maar waarbij de kleinste toename in

stroomsterkte doorsmelten tot gevoig heeft, zij bet

na zeei lange tijd.

In de praktijk kan men natuurlijk niet met

on-eindige tijden werken, doch heeft men tijden vast-gesteld, dic in verhouding tot de warmtecapaciteit

van de patroon als zeer lang beschouwd mogen

worden. Deze arbitraire tijdsduren zijn: Voor patronen met een nominale

stroomsterkte van maximaal 63 A

i uur

boyen 63 maar niet meer dan 125 A 2 uur boyen 125 maar niet meer dan 400 A 3 uur

boyen 400 A 4 uur

Voorgeschreven is, dat in deze arbitraire tijd de

patroon niet door mag smelten, wanneer de

stroomsterkte 1,3 L is, maar binnen die tijd moet doorsmelten, wanneer hij belast wordt met 1,6 h.

Invloed van de omgevingstemperatuur

Daar het doorsmelten cen kwestie is van tempera-tuur, is de grootte van de omgevingstemperatuur daarbij van belang.

Bovenstaande grenzen gelden voor een omgevings-temperatuur van 20 °C. Vooral voor

smeltpatro-nen met een betrekkelijk laag smeltpunt zal een

andere omgevingstemperatuur ecn aanmerkelijke

invloed op de doorsmelt-stroomsterkte hebben, wat vooral tot uiting zal komen, als de patronen

in gesloten kasten zijn ingebouwd. Feitelijk moet men daarorn voor iedere smeltpatroon twee

grens-krommen optekenen; de bovenste gebaseerd op de tijd, welke voor het doorsmelten nodig is, als

men van koude toestand uitgaat en van een orn-gevingstemperatuur van 20 oc en de onderste ge-baseerd op de tijd, welke doorsmelten veroorzaakt, als de patroon reeds continu belast was met 0,8 In en de omgevingstemperatuur 50 oc bedraagt.

Bezivaren tegen het gebruilc van smeltveiligheden

Uit bovenstaande voorschriften blijkt, dat een patroon niet door mag smelten bij een voortdu-rende overbelasting met 30 % en dat zeifs geen

aanmerking kan worden gemaakt, wanneer hij bij

hogere overbelasting, bijv. met 40 %, nog niet

doorgaat.

Hieruit voigt zonder meer, dat een smeltveiligheid

niet gebruikt kan worden ais beveiliging tegen overbelasting. In des te sterkere mate zal dat het

geval zijn bij draaistroom-motoren, welke direct

deze motoren, wil de patroon tijdens het aanzetten

niet doorsmelten, in den regel beveiligd zullen

moeten worden met patronen van een hogere nomi-nale stroornstcrkte, dan met de nominomi-nale motor-stroom overeenkomt.

Als beveiliging tegen kortsluiting zijn daarentegen

de smeltpatronen buitengewoon geschikt, daar ook patronen met een kleine nominale

stroom-sterkte in staat zijn grote kortsluitstromen zonder bezwaar af te schakelen, daarbij zeer snel werken en selectief zijn.

Gebruikt men de smeitveiligheden alicen als be-veiliging tegen kortsluiting dan ge]dt ook niet het

bezwaar, dat soms naar voren wordt gebracht,

namelijk, dat het tijd kost orn een nieuwe patroon te halen en aan te brengen, daar immers toch niet opnieuw zai kunnen worden ingeschakeld,

vóór-dat de oorzaak van de sluiting is opgespoord en

opgeheven.

Wel kunnen er enkele andere bezwaren tegen het gebruik van smeltveiligheden worden ingebracht. lo. Er ontbreekt dikwijls nog al wat aan de

over-eenstemming van de stroom-tijd-karakteristiek van smeltpatronen van verschillend fabrikaat.

Wanneer deze smeltpatronen door elkaar in

dezelfde installatie gebruikt worden, kan dus de selectiviteit in gevaar komen.

2°. Een snel afschakelen van de stroom wordt al-leen verkregen, wanneer de stroom vele malen

de nominale stroomsterkte bedraagt. Voor

kortsluitingen met grote impedantie en dus be-trekkelijk kleine stroomsterkte, kan daardoor, vooral wanneer bet patronen van grote nomi-nale stroomsterkte betreft, een vrij lange tijd verlopen, voordat de stroom wordt afgescha-keid, mede in verband met bet snel in sterkte afncmen van de kortsluitstroom van een gene-rator.

3°. Vervuiling van de messen of contacten kan

tot gevolg hebben, dat extra verwarming van de patroon optreedt, tengevolge van de

over-gangsweerstand en de patroon daardoor

on-tijdig doorsmelt.

4°. De mogelijkheid bestaat, dat slechts één van de drie patronen van een motorcircuit doorsmelt, waardoor de motor op twee fazen blijft

door-lopen en een ontoelaatbare verwarming van

die motorfazen ontstaat.

5°. Bij veelvuidige hoge belastingen kan een

ver-oudering van de patroon optreden, waardoor de karakteristiek niet meer met de

oorspron-keijke overeenkomt.

6°. Het gebruik van smeltveiigheden maakt een

vrij grote hoeveelheid reservepatronen

nood-zakelijk, vooral in verband met afwijkende

maten en kwaliteiten in de verscbillende con-tinenten.

Normalisatie van smeltpatronen, ruime en

zorg-vuldige constructie, goed onderhoud zullen deze bezwaren echter kunnen ondervangen. De steeds

toenemende centrale-capaciteit en de daardoor

steeds toenemende grootte van de te verwachten maximale kortsluitstroom dringen steeds meer in

de richting van het gebruik van smeltpatronen, nu door bet verbeteren van de patronen een zeer

grote afschakeicapaciteit bij zeer beperkte

afme-fingen is verkregen. Het is bijvoorbeeld zonder

meer duidelijk, dat een lichtschakelaar van 10 A op het hoofdschakelbord, die direct gevoed wordt vanaf de hoofdrails van het schakelbord,

onmoge-lijk zo kan worden uitgevoerd, dat hij een zeer

zware sluiting kan afschakelen.

In een dergelijk geval bieden kortsluitvaste smelt-veiligheden uitkomst. Men behoeft aan bedoelde schakelaar slechts een std kortsluitvaste smeltpa-tronen van voidoende afschakelcapaciteit voor te schakelen, orn zekerheid te hebben, dat een sluiting in bedoelde groep veilig zal worden afgeschakeld,

zonder dat andere verbruikers, dan die, waarbij

de fout bestaat, stroomloos zullen worden gemaakt.

Voorschrfteri van de Classijicatiebureaus

De voorschriften van Lloyd's Register of Shipping 1952 limiteren het gebruik van smeltveiligheden tot patronen van maximaal 300 A., met dien ver-stande, dat voor stroomsterkten boyen 200 A smeltveiligheden zijn toegestaan, maar de

voor-keur wordt gegeven aan een maximaalschakeiaar. Andere classificatiebureaus nemen een soortgelijk standpunt in.

Ook de reeds eerder genoemde Amerikaanse auto-riteiten RICKOVER en Ross [1] zijn geen

voorstan-ders van smeltveiligheden van meer dan 200 A.

Zij zeggen, dat aangezien smeltveiiigheden ther-misch werkende apparaten zijn, dientengevolge de tijd, waarin ze doorsrnelten, een functie is van de grootte van de stroom, welke er doorheen gaat. Is

deze stroom niet 30 à 40 maal de nominale

Wanneer men echter de smeltveiligheden

uitslui-tend gebruikt als beveiliging tegen kortsluiting,

zal dat bezwaar in het algemeen geen gewicht in

de schaal leggen. De vollastgeneratorstroom zal

in de meeste gevallen wei ongeveer 3 à 4 maal zo

groot zijn ais de nominale stroomsterkte van de

zwaarste veiligheid van een afgaande groep. Daar

de kortsluitstroom ongeveer 10 maal de

vollast-stroom bedraagt, zal deze in die gevailen dus 30 à 40 maal de nominale stroomsterkte van de

smelt-patronen bereiken. Bovendien hebben sommige

kortsluitvaste smeitpatronen reeds bij 15-voudige stroom een smelttijd van niet meer dan 0,025-0,04 seconden, zodat ze dan reeds even snel werken als de sneiste schakelaar.

Het bezwaar van de classificatiebureaus tegen de smeitveiligheden zai dan ook waarschijnlijk wel

daarop berusten, dat vrocger dikwijls zgn.

re-wireble fuses werden gebruikt, die in het algemeen geen voldoende afschakelcapaciteit bezitten, als-ook dat smeltveiligheden gebruikt werden als be-veiliging tegen overbelasting.

Zoals reeds werd aangetoond, zijn de

smeltveiiig-heden daartoe ten enenmale ongeschikt. Als

be-veiliging tegen kortsluiting zijn echter de kortsluit-vaste smeltpatronen, door het grote afschakelver-mogen, ook bij kleine nominale stroomsterkte, en door hun buitengewoon snelle werking onovertref-baar.

Er bestaat dus zeker reden, dat de

ciassificatie-bureaus hun houding ten opzichte van het gebruik van smeltveiligheden, voor stroomsterktes boyen 300 A, herzien en het gebruik van smeltpatronen tot en met 600 A, als in landinstallaties reeds alge-meen worden toegepast, ook aan boord van sche-pen toestaan.

b. Maximaalschakelaars

Ook de maxirnaal-schakelaars verdienen echter

ais beveiliging tegen kortsluiting onze aandacht, te meer daar deze ais

generator-beveiligingsscha-kelaars niet gemist kunnen worden en door de

classificatiebureaus worden voorgeschreven.

Omtrent de beveiligingsinrichtingen aan boord

van schepen is, als reeds vermeld, in 1944 een

be-langrijk artikel verschenen van de hand van de chef van het bureau elektriciteit van de

Amen-kaanse Marine, Lieutenant Commander H. G.

RICKOVER en zijn eerste assistent P. N. Ross [I].

Dit artikel kan beschouwd worden als het

resul-taat van het overieg van RICKOVER met de meest vooraanstaande Amerikaanse deskundigen op

ap-paratengebied, teneinde te komen tot de meest

doeltreffende beveiligingstoestellen voor de Amen-kaanse Marine ten tijde dat Amerika in de oonlog betrokken werd.

Veci van hetgeen nu voigt is aan dit artikel

ont-leend. Daar in sommige opzichten de Amerikaanse opvattingen nogal afwijken van de Nederlandse, wordt bedoeld artikel niet precies gevoigd. RICKOVER en Ross beperken zich in hun

beschou-wingen tot laagspanningsinstallaties voor stroom. De Amerikaanse Marine gebruikt

draai-stroom van 450 V 60 perioden per sec zonder ge-aard sterpunt.

RICKOVER staat op het standpunt, dat de eisen van het marine-bedrijf het toepassen van

gecorn-pliceerde beveiligingsinrichtingen niet toeiaten.

Dit zal in het aigemeen ook geiden voor installa-ties op handelsschepen. De zorg, welke nodig is orn bij dergelijke systemen de volledige bedrijfszeker-heid te waarborgen, is aan boord niet mogelijk en niet gewenst. Daarom zou door de gecompliceerd-heid de bedrijfszekergecompliceerd-heid van het schip in gevaar kunnen worden gebracht.

Tjdvertragingsrelais met oliedemper

0m selectiviteit van de verschillende

maximaal-schakelaars te verkrijgen, is ais reeds werd

opge-merkt, een zekere tijdvertraging bij de

voorge-schakelde beveiligingsinrichtingen onmisbaar. Het meest gebruikelijke middel tot het verknijgen

van cen dergelijke vertraging vormt de van de

stroomsterkte athankeiijke tijdvertraging, waarbij

het toestel des te sneiler werkt, naarmate de

stroomsterkte groter is.

Deze stroom-afhankeijke tijdvertraging wordt als

regel verkregen door middel van oliebuffers of tijdrelais. Deze iaatste hebben, voor zover het hulpstroom-reiais zijn, het nadeei, dat er in den

regel een aparte uitschakel-stroombron voor nodig

is en ze bovendien veci ruimte op de

schakel-borden innemen. Bij een kortsluiting kan de net-spanning tot een zeer lage waarde dalen, zodat het niet mogeijk is op de netspanning te vertrouwen, om voor het uitschakelen te zorgen.

in-dien ze worden toegepast, als regel tot de genera-tor-beveiliging beperkt dienen te blijven, daar hier de spanning van de opwekker in vele gevallen als onafhankelijke stroombron dienst kan doen. Dcze spanning zal echter, afhankelijk van de belasting

van de generator, binnen wijde grenzen kunnen

variëren, terwijl bovendien complicaties optreden, als meerdere generatoren parallel werken. De meest toegepaste stroom-athankelij ke tijdver-traging is daarom de oliebuffer. Deze is eenvoudig in uitvoering en onderhoud, heeft geen afzonder-lijke uitschakel-stroombron nodig, maar heeft het nadeel, dat de uitschakeltijdkarakteristiek

athan-kelijk is van de, met de

omgevingstemperatuui-veranderende, viscositeit van de olie. Dit bezwaar kan vrij we] geheei worden ondervangen door

ge-bruik van speciale oliesoorten, als de moderne siliconolie, maar daaraan kleeft veer het nadeel,

dat deze olie niet overal verkrijgbaar is.

De ineest gewenste tijd-stroomkarakteristiek

Welke eisen men aan de tijd-stroomkarakteristiek moet stellen hangt voor een groot deel af van het te beveiligen object. Ecn lier, die alleen in de

ha-loo 0 o 50 -- 30 10 3 0.5 0,3 01 0,05 0,03 0.01

stroom in % van de nominale waarde

100 200 600 2000 60o

yens in gebruik is, doch dan dikwijls door

vol-komen ongeschoold personeel wordt bediend, zal andere eisen stellen dan een generator-automaat.

Bij beveiligingsinrichtingen, waar zeer speciale

eisen aan de selectiviteit worden gesteld, kan de spreiding in het verloop van de tijd-stroomkarakte-ristiek, als gevolg van viscositeitsverschillen van de olie, bezwaren opleveren.

Fig. 2 geeft de karakteristiek van een

tijdvertra-gingsrelais met oliedemper. Het geharceerde ge-deelte geeft de spreiding weer, welke bestaat ten-gevolge van dc viscositeitsverschillen van de olie, terwijl in de figuur ook de onderdelen zijn aange-geven, waaruit een dergelijke inrichting in de een-voudigste vorm bestaat.

Wanneer een automatische schakelaar gebruikt wordt a]s beveiligingsschakelaar van een groep

motoren, die direct op volle spanning worden

in-gcschakeld, kan het zijn, dat de aanloopstroom

van de grootste motor een vecivoud bedraagt van de nominale stroom van de groepschakelaar. Bij deze stroom mag de automaat niet uitschakclen.

Bezien we echter fig. 2, dan is het duidelijk, dat

enige beweging van het anker nodig is orn het tijd-vertragings-meclianisme in werking te stellen. De luchtspleet tussen anker en juk wordt dus klei-ner en dientengevolge neemt de kracht, waarmee

het anker aangetrokken wordt, sterk toe. Er zal

dus minder stroorn nodig zijn, orn het anker vex-der te doen verplaatsen. Bij het aanzetten van

bo-venbedoelde motor mag de beweging van het

anker dus niet zo groot zijn, dat de daarna

reste-rende normale helastingsstroom van de groep

voldoende is orn het anker verder aan te trekken en uitschakelen te veroorzaken.

Omgekeerd kan men de aanspreekstroomsterkte van de groepschakelaar ook niet willekeurig hoog kiezen, daar dan gevaar bestaat, dat de selectivi-teit ten opzichte van de generatorschakelaars

ver-loren zal gaan. De verschillende

beveiligings-inrichtingen tegen kortsluiting moeten dus zorg-uldig ten opzichte van elkaar worden afgestemd. Het verloop van de tijd-stroomkarakteristiek, als aangegeven in fig. 2 is niet zo gunstig als in vele gevallen gewerist is.

Wanneer op een bepaalde groepschakelaar enkele grotere motoren zijn aangesloten, kan de aanloop-stroomsterkte van een motor het 3- à 4-voudige

be-dragen van de nominale stroom van de groep-schakelaar. De tijd-stroomkarakteristiek van dc

o en ngstijd schakelaar

Fig. 2. Tijd-stroomkarakteristiek en onderdelen van een stroom-athankelijke uitschakelinrichting met

schakelaar moct dan zodanig zijn, dat deze bij het aanzetten van de motor niet uitvalt.

o

Stroom (log. chaal)

Fig. 3. M = stroomverloop tijdens het aanzetten van een grote kooiankermotor.

In fig. 3 geeft de lijn M bet stroomverbruik van de

groep aan tijdens bet aanzetten van een grote

motor. Men kan nu bet uitschakelmechaniek de

karakteristiek A geven, maar bet is duidelijk dat

dan voor grote stroomsterkten de uitschakeltijd

veel te lang zal zijn. Geeft men de schakelaar de karakteristiek B dan worden grotere stromen

vol-doende snel afgeschakeld, maar heeft men geen

beveiliging tegen stromen, die de nominale stroom niet zeer sterk overschrijden.

Het is duidelijk dat dc beste beveiliging verkregen

wordt als men een combinatie heeft van beide soorten beveiliging. Zeer grote kortsluitstromen

zullen echter ook volgens karakteristiek B nog niet snel genoeg worden afgeschakeld. Er is dus nog

een derde beveiliging nodig, die gote kortsluit-stromen onvertraagd uitschakelt en daardoor de

schakelaar zeif en de bevciligde machine

be-schermt tegen overbelastingen, welke deze ther-misch niet zouden kunnen doorstaan (short-time

current rating). De ideale beveiliging wordt dus

verkregen door de combinatic van de kromme A, B en C als met een dikke lijn in fig. 3 is aangegeven. Gebeel in overeenstemming daarmee is de

bevei-liging van de generatorschakelaars, die door de

Koninklijke Marine op haar nieuwbouwschepen

worden toegepast. Het gedeelte A wordt daarbij

verkregen door een thermische (bimetaal) beveili-ging met temperatuurcompcnsatie, werkend op de nuispanningsuitschakeling. Boyen dit gebied, dus voor kortsluitingen van beperkte sterkte (gedeelte

B van de kromme) werkt een

tijdvertragings-mechaniek, dat het uitschakelmechanisme

recht-streeks bedient (dus niet meer via de

uitschakel-spoel), terwiji bij een volle sluiting ogenblikke]ijk wordt uitgeschakeld (gedeelte C),

waarbij de

schakelaar tegen opnieuw inschakelen wordt ver-grendeld. Afzonderlijke uitschakel-stroombronnen zijn dus bij deze automaten niet nodig.

Met deze schakelaars kan een goede selectiviteit worden verkregen. Groepschakelaars kunnen

ana-bog worden uitgevoerd, met weglating van dc

thermische beveiliging en kleinere stroom- en tijd-c instellingen van de gedeelten B en C, terwijl

even-tuele koppelschakelaars instelbaar moeten zijn

tussen de generator- en groepschakelaars.

Dergelijke automatische schakelaars worden be-schreven door SPEROW en FAURE [3] en door BEALL en STEWART [3a]. De door SPEROW en FAURE beschreven automatische schakelaars kun-nen beschouwd worden bet antwoord te zijn, dat de Amerikaanse industrie gaf op de besprekingen met RICKOVER, inzake de eisen, welke aan goede bevciligingsschakelaars moeten worden gesteld.

Zij beschrijven schakelaars voor een nominale

stroomsterkte van 225 en 600 A. Het type 225 A heeft een afschakelcapaciteit van 15.000 A voor 600 V wisseistroom en voor 250 V gelijkstroom.

Het 600 A type heeft voor deze spanningen een

afschakelvermogen van 25.000 A. Deze stromen woiden afgeschakeld in ongeveer I periode. De

lange tijdvertraging wordt bij deze schakelaars

niet verkregen door thermische relais, maar door een oliebuffer met silicone olie.

BEALL en STEWART bcschrijven automatische schakelaars voor 1.600, 3.000 en 4.000 A bij 600V wissclstroom en 250 V gelijkstroom.

Deze automaten kunnen worden geleverd voor een afschakeicapaciteit van 50.000 A, maar ook voor een afschakeicapaciteit van 75.000 A en 100.000 A.

Het type van 1.600 A heeft handbediening, de

beide andere elektrische bediening. Ook bij deze

schakelaars wordt de lange tijdvertraging

HOOFDSTUK III

KORTSLUITSTROOM BIJ DRAAISTROOMINSTALLATIES

a. Hoe wordt de grootte van de

kortsluit-stroom aangegeven

Wanneer een elektrisch circuit, bestaande uit een

draaistroomgenerator en een of meer afgaande

kabels, ergens wordt kortgesloten, zal terstond een

abnormaal grote stroom ontstaan. De grootte en het verloop van deze stroom hangen af van de

eigenschappen van de betreffende generator. Zijn op deze generator bovendien draaistroommotoren aangesloten, dan worden ook deze kortgesloten,

voorzover ze op het ogenblik van kortsluiting in bedrijf zijn, en dragen ook deze motoren tot het

vergroten van de kortsluitstroom bij.

De schijnbare weerstand (impedantie) van het circuit, (railsschakelaarskabels) tussen de bron-nen (generator-motoren) en het punt van

kort-sluiten heeft daarentegen een dempende invloed op de grootte van de kortsluitstroom.

Het verloop van de kortsluitstroom, als functie van

de tijd, wordt aangegeven door oscillogrammen als weergegeven in fig. 4. Worden de drie fazen

van het circuit gelijktijdig kortgesloten, dan zullen de stromen in de drie fazen onderling aan elkaar gelijk zijn, maar, wat betreft de onsymmetrie ten opzicht van de X-as, van elkaar verschillen. Deze onsymmetrie hangt af van bet ogenblik waarop de kortsluiting ontstaat ten opzichte van bet verloop

van de sinusvormig veranderlijke spanning van

de betreffende faze. De grootste onsymmetrie ont-staat, als op het ogenblik van kortsluiten de span-fling juist door nul gaat, terwiji de stroom zuiver

symmetrisch zal verlopen in die faze, waarin de

spanning op bet ogenblik van kortsluiten juist z'n maximum waarde heeft.

In fig. 4 is bet verloop van kortsluitstroom weer-gegeven, geval I bij maximaal asymmetrisch ver-loop en geval IV bij geheel symmetrisch verver-loop.

Trekt men de omhullende krommen van het

oscillogram en tekent men de mediaan van deze

krommen (stippellijn) dan is de afstand van deze lijn tot de nulas een maat voor de asymmetrie. Deze verschuiving van de kortsluitstroom ten opzichte

van de nullijn, wordt de gelijkstroom-component genoemd. Zoals uit de figuur blijkt neemt deze met de tijd snel in sterkte af, terwiji ook de grootte van de wisselstroom-component met de tijd afneemt, maar in den regel minder snel.

II

Iv o

Fig. 4.

Hoe groter de ohmse weerstand van het circuit is, des te sneller neemt de gelijkstroom-component

in waarde af. Hoe dichter de kortsluiting bij de

klemmen van de generator ligt, des te langzamer zal dc gelijkstroom-component dus verdwijnen. Trekt men de gelijkstroom-component van de

to-tale stroom af, dan houdt men de

wisselstroom-component over. Deze wisseistroom-wisselstroom-component

heeft ten opzichte van de gelijkstroom-mediaan

precies hetzelfde verloop als de symmetrische kort-sluitstroom ten opzichte van de nullijn en is even groot.

De geijkstroom-component zal in het

ongunstig-ste geval na ongeveer 20 stroompieken, dus 10

perioden, verdwenen zijn. Bij 50 perioden per sec komt dit overeen met 0,2 sec.

Het is dus duidelijk, dat de asymmetrische kort-sluitstroom voor de grootte van de door de

beveili-gingsschakelaar af te schakelen stroom niet van

III

belang was, zolang de tijd, welke verloopt tussen het ogenblik, waarop de kortsluitstroom ontstaat en het ogenblik, waarop dientengevolge de

con-tacten van de schakelaar beginnen te openen,

langer was dan 0,2 seconde. Bij de oudere beveili-gingsschakelaars was dat het geval. De moderne schakelaars werken echter steeds sneller en daar-door is ook de asymmetrische kortsluitstroom en

het verloop van de stroom gedurende de eerste perioden na de kortsluiting voor de

afschakel-capaciteit van de schakelaars van belang gewor-den.

De International Electrotechnical Commission (I.E.C.) [4] geeft daarom in haar voorschriften

voor beveiligingsschakelaars de volgende definities:

Breaking current. The current broken by a pole of a circuit-breaker is the current in that pole at the instant of contact-separation. It is expressed by two values as below:

The symmetrical breaking current, which is the R.M.S.-value of the A.C.-component of the current in that pole at the instant of contact-separation.

In fig. 5 the symmetrical breaking current at instant D is represented by

X

The asymmetrical (total) breaking current, which is the R.M.S.-value of the total current comprising the A.C.-and D.C.-components of the current in that pole at the instant of contact-separation.

In fig. 5 the asymmetrical breaking current is represented by

The Breaking capacity of a circuit-breaker is a term used to express the current that the circuit-breaker is capable of breaking at a stated recovery-voltage and under prescribed conditions of use and behaviour.

It is expressed by two values as below:

The symmetrical breaking capacity, which is the value of the symmetrical breaking current that the circuit-breaker is capable of breaking at the stated recovery voltage under prescribed conditions.

The asymmetrical (total) breaking capacity, which is the

value of the asymmetrical breaking-current that the circuit-breaker is capable of breaking at the stated re-covery voltage under prescribed conditions.

The Making-current of a circuit-breaker, when being closed on a short circuit, is the peak value of the maximum current wave (including the D.C.-component) in the first cycle of the current after the circuit is closed bij the circuit-breaker. In fig. 5 the making current is represented by .

Uit deze definitie volgt dus, dat de

afschakel-capaciteit van een schakelaar wordt uitgedrukt in

de effectieve waarde van de symmetrische en

asymmetrische stroom, welke bestaat op het ogen-bilk, dat de contacten van de schakelaar beginnen

te openen en dat deze effectieve waarde berekend wordt uit de formule

i/( x \2

'eU = II

De maximale inschakelstroom wordt echter niet

uitgedrukt in de effectieve waarde, maar hiervoor geldt de amplitude _Zvan de eerste stroompiek. Dit laatste is logisch ,want_Zis de stroom, welke de

contacten moeten sluiten en waarbij ze nog niet

aan elkaar mogen vastbranden. Deze waarde van

Z komt overeen met de definitie van de

piek-kortsluitstroom van een draaistroomgenerator vol-gens art. 3202 van de V.E.M.E.T.

Voor de afschakelstroom neemt men echter de

effectieve waarde, berekend over een volle periode,

en onderscheidt dan de maximale symmetrische stroom en de maximale asymmetrische stroom,

welke hij mechanisch kan uithouden en kan ver-breken.

De Amerikanen maken dit onderscheid niet. Deze gaan uit van de onderstelling, dat een schakelaar,

welke een bepaalde asymmetrische stroom kan

onderbreken, ook in staat is om die stroom te on-derbreken, wanneer deze stroom symmetrisch ver-loopt. Omtrent deze opvatting zijn ook de Amen-kaanse deskundigen het lang niet allen met elkaar

eens, getuige vele artikelen, welke daaromtrent

zijn verschenen [5].

Hoewel deze artikelen betrekking hebben op hoog-spanningsschakelaars, zijn vele van de naar voren

+12

Fig. 5. D'

AA' and BB' = Envelope of current wave

BF = Normal zero-line

CC' = Displacement of current wave zero-line from normal zero-line at any instant DD' = Instant of contact-separation

EE' = R.M.S.-value of symmetrical current at any instant measured from CC'

X = Peak value of AC-component of current at contact separation

T = D.C.-component of current at contact-separation

T x 100 = Percentage D.C.-component at

gebrachte argumenten ook voor

laagspannings-schakelaars van belang.

Dat men de afschakelstroom uitdrukt in de

effec-tieve waarde zal wel daarop berusten, dat

wan-neer men de kortsluitstroom, welke in een bepaald

circuit maximaal kan optreden, berekent uit de

waarden van de reactanties en weerstanden van de verschillende delen van bet circuit, men eveneens de effectieve (symmetrische) kortsluitstroom als uitkomst krijgt. VAN SICKLE [5] zegt: De

effec-tieve waarde van de stroom is

criterium voor de krachten, welke op de delen van een schakelaar worden uitgeoefend, als de

piek-waarde (welke in verschillende andere landen

wordt gebruikt), omdat in het bereik tussen 40 en

90 % asymmetrie de verhouding tussen deze

waarden vrijwel constant is, nl. 0,59 + 2 %. Dit is inderdaad juist en kan gemakkelijk

geverifi-eerd worden.

Nemen we de amplitude van de wisseistroom-component, als in fig. 5 door X aangegeven, gelijk aan 1 en heeft de gelijkstroom-component r een waarde van 90% daarvan,

dan is de totale amplitude 1,9 en de effectieve stroom volgens de formule:

J/(i)2

Voorr = 70% is de totale amplitude 1,7 en de effectieve waarde

Vo,50 + 0,49 = 0,995 dus de verhouding 0$95 - 0,586 terwiji voor r = 400/o de totale amplitude 1,4 is en de

effectieve waarde

0,50 + 0,16 = 0,8 12 dus de verhouding0,812 - 0,58 1. Men moet er wel aan denken, dat de aldus verkregen effec-tieve waarde feitelijk een ficeffec-tieve waarde is, nl. de effeceffec-tieve waarde, die de stroom zou hebben, wanneer de betreffende X en r gedurende een gehele periode constant bleven, als in fig. 6 is aangegeven.

Fig. 6.

Wanneer we voor fig. 6 de equivalente stroom moeten be-rekenen (die qua verwarming dezelfde uitwerking heeft als de asymmetrische sinusvormige stroom), dan weten we dat

nuIhjr

de) gedurende de tweede golf gelijk aan Gesommeerd over de gehele periode wordt dus

(r+

_{)' +}

(r_h)'

i/

/ x

2

-

r

Hoewel, wanneer de kortsluiting op het ongunstig-ste ogenblik gemaakt wordt, zoals in fig. 5 is

aan-gegeven, de waarde van T gedurende het eerste

ogenblik gelijk kan zijn aan de amplitude X,

ncemt de waarde van T zó snel af, dat wanneer een halve periode later de stroom z'n maximum

waarde bereikt, Tal belangrijk kleiner is geworden. De waarde van de eerste stroompiek Z kan daar-door niet groter worden dan ongeveer 1,8 X. Een

onsymmetrie van 90 % kan dus alleen bestaan,

wanneer de beveiligingsinrichting zó snel werkt, dat deze de kortsluitstroom reeds afschakelt vóór dat de eerste piekwaarde bereikt wordt, dus voor

een net met 50 perioden per seconde binnen

0,01 sec.

Bedraagt de asymmetrie minder dan 40 %, dan

kan men nauwelijks meer van een asymmetrische

stroom spreken. I.E.C. steli dan ook, dat bij

be-proeving van bet asymmetrische afschake]vermo-gen ,,the breaking-current in any one phase during each breaking operation shall include a D.C.-com-ponent not less than 50 per cent of the A.C.-com-ponent".

We kunnen dus zeggen, dat voor asymmetrische stromen de verhouding tussen de effectieve waardc van de stroom (volgens de formule) en de

ampli-tude van dc stroom gelijk is aan 0,59 à 0,58 of omgekeerd, dat de amplitude gelijk is aan 1,7

maal de effectieve waarde.

Voor een symmetrische kortsluitstroom is deze

verhouding = 0,707, dus is de amplitude

ge-lijk aan 1,414 maal de effectieve waarde.

Opgemerkt moet nog worden, dat de Amerikanen dezelfde formules gebruiken voor bet berekenen

van de effectieve stroomsterkte, maar dat deze ook de inschakelstroom in de effectieve waarde

uitdrukken [6]. Daar voor een maximaal-schake-laar niet alleen de stroom van belang is, welke hij

voor de zuivere sinusvormige stroom, met de amplitude X, X

deze effectieve waarde gelijk is aan -. De equivalente stroom gedurende de eerste golf is dus gelijk aan