Wat is een installatieautomaat?

Een installatieautomaat, kortweg ook wel automaat, maar ook vermogensschakelaar, vermogensautomaat, miniatuur vermogensschakelaar, miniatuur stroomonderbreker, MCB, soms zekering of stop genoemd, is een apparaatje die de bekabeling van elektrische installatie beschermt tegen twee ongewenste situaties: overbelasting en kortsluiting.

Basiskennis of verdiepingsstof?

Dit artikel is in twee versies beschikbaar. In de basiskennis versie behandelen we alleen het meest essentiële. Wil je veel details kies dan voor verdiepingsstof.

Basiskennis

Is een automaat een zekering?

Ja, veel mensen noemen die schakelaartjes in de meterkast zekeringen, maar formeel heten het automaten of installatieautomaten.

Wat is het verschil tussen een zekering en een automaat?

Ze doen beiden exact hetzelfde, alleen als een zekering doorsmelt dan moet je hem daarna vervangen voor een nieuwe zekering. Bij een automaat kan je het hendeltje / schakelaartje weer terugzetten en werkt hij weer. Dat is het enige verschil. Vroeger zaten in de groepenkast zekeringen, ook wel stoppen of patronen genoemd. Tegenwoordig worden alleen nog maar automaten gebruikt.

Waar dient een automaat voor?

Een automaat beschermt de 230 Volt draden in de elektrische installatie van je woning. Die automaat zorgt er voor dat niet te veel stroom door de elektriciteitsdraden vloeit. Zou dat wel gebeuren dan worden die draden heet en kan de isolatie smelten en komen de koperen draden bloot te liggen. Als het tegen zit komen die koperen draden tegen elkaar en krijg je kortsluiting. Zo'n situatie wordt voorkomen doordat de automaat bij een té grote stroom de elektriciteit voor die groep uitgeschakeld.

Groep

Een zekering beschermd een aantal draden in je woning. Aan één van de automaten zit bijvoorbeeld de huiskamerverlichting en de stopcontacten in woon- en eetkamer aangesloten. Al die aansluitpunten (voor lichten) en al die stopcontacten samen noemen we een "groep" of "elektriciteitsgroep". Een automaat beschermt dus "een groep". Vandaar dat de kast met automaten een groepenkast wordt genoemd. En die groepenkast, die zit (meestal) in je meterkast, samen met je water (en gasmeter).

Beschermt een automaat ook de elektrische apparaten?

Nee, een automaat beschermt de draden en kabels van de elektrische installatie in je woning, niet de elektrische apparaten. In ieder apparaat zit een eigen zekering en die beschermd het apparaat.

Beschermt een automaat ook tegen elektriche schokken?

Nee, een automaat beschermt alleen draden en kabels tegen te grote stromen. Een automaat beschermt niet mensen of dieren tegen mogelijke elektrische schokken. Het is de de aardlekschakelaar of als deze gecombineerd is met een automaat, de aardlekautomaat, die deze bescherming biedt.

Wat is het belangrijkste kenmerk van een automaat?

Het meest kenmerkende van een automaat is de "zekeringwaarde", "hoe zwaar de zekering is". Tien tegen één dat in je meterkast een heel aantal automaten zitten met een "zekeringswaarde" van 16 Ampère (dat is de standaard in Nederland). Op de automaat zie je vrijwel zeker ergens "B16" staan (zie foto als voorbeeld), dat is dan een automaat met een "zekeringwaarde" van 16A, zestien Ampère dus. Waar die B voor staat bij B16, dat behandelen we in de verdiepingsstof.

Velen denken dat als door die automaat 16 Ampère vloeit, dat hij dan "springt", de groep uitschakelt. Maar dat is niet zo! Deze automaat ondersteund een continue stroom van maximaal 16 Ampère. Pas als de stroom flink groter wordt, dán pas knalt hij er uit.

Verdiepingsstof

Wat is de primaire taak van een automaat?

De elektrische draden (kabels, bedrading) in een elektrische installatie (in een woning) hebben een bepaalde dikte, formeel "doorsnede", bijvoorbeeld 1,5 mm² of 2,5 mm² en hebben, afhankelijk van de lengte een bepaalde weerstand. Wanneer stroom door een draad vloeit zal deze vanwege die weerstand, een beetje, warmer worden. Hoe groter de stroom, hoe sterker de opwarming zal zijn.

De draden in een elektrische installatie, zoals de 230 Volt bedrading in een woning, zijn geïsoleerd. Die isolatie zal bij een bepaalde temperatuur smelten. Dat moeten we natuurlijk zien te voorkomen. Zie hier de taak van de automaat.

Een automaat zal bij langdurige overbelasting of een kortsluiting afschakelen (springen), het elektrisch circuit onderbreken, de spanning uitschakelen. Op dat moment staat er geen spanning meer op die draden, dus kan er ook geen stroom meer vloeien. De draden kunnen dan niet heet worden en smelten. Het gevaar is geweken.

Twee beveiligingen

Een automaat moet twee soorten fouten beveiligen. Een kortsluiting en een overbelasting (lees hier wat het verschil tussen die twee is). Hiervoor zitten in de automaat twee beveiligingen, een elektromagnetische beveiliging (bewaakt kortsluiting) en een thermische beveiliging (bewaakt overbelasting). Hierop komen we op terug bij de paragraaf "afschakelkarakteristieken".

Beschermt een automaat ook tegen elektrische schokken of elektrocutie?

Nee, een automaat beschermd alleen de draden, zodat een te grote stroom door die draden voorkomen wordt. Het beschermd niet de mens of dier tegen schokken of elektrocutie.

Een aardlekschakelaar of aardlekautomaat beschermt wél mens en dier tegen elektrische schokken of elektrocutie.

Wat is het verschil tussen een automaat en een zekering?

Een zekering heeft dezelfde taak of functie als een automaat. Alleen is de zekering voor eenmalig gebruik. Als een overbelasting of kortsluiting zich heeft voorgedaan, dan smelt de zekering door en moet je hem vervangen.

Klapt de automaat er uit, dan hoef je alleen maar het knopje om te zetten en hij werkt weer. Een automaat kan vele keren, maar niet heel veel keer, gereset worden. Vroeger, voordat automaten bestonden, werden zekeringen, ook wel smeltpatronen, smeltveiligheden of stoppen, gebruikt. In iedere groepenkast (meterkast) stond vroeger een doosje "klaar" met "stoppen" patronen / zekeringen voor het geval dat een zekering was doorgesmolten.

Is een AC-automaat uitwisselbaar met een DC-automaat?

Woningen en bedrijven zijn aangesloten op het net, en dat net levert wisselspanning (ook wel geschreven als AC). De automaten die je dan gebruikt zijn wisselspanningsautomaten.

Maar automaten kunnen ook gebruikt worden voor het beschermen van kabels van installaties waarbij gebruik wordt gemaakt van gelijkspanning (ook wel geschreven als DC). Bijvoorbeeld 12 Volt, 24 Volt of 48 Volt zoals je deze veel aantreft bij een EOS omdat daar accu's gebruikt worden die op gelijkspanning werken.

De automaten voor gelijkspanning zien er aan de buitenkant gelijk uit als de wisselspanningsautomaten, maar van binnen zijn ze anders. Een wisselspanningsautomaat kan absoluut niet gebruikt worden bij gebruik van gelijkspanning. Doe je dat toch dan kán dat fataal aflopen omdat ze in brand kunnen vliegen. Sommige automaten (zie datasheet fabrikant) kunnen wél voor AC en voor DC gebruikt worden, maar de specificaties voor AC gebruik zijn dan flink anders dan voor DC. Vooral de stroomonderbrekingscapaciteit, die wel later behandelen, zal significant lager zijn.

Een wisselspanningsautomaat is te herkennen doordat normaal gesproken de afkorting AC op de automaat vermeld staat, of het symbool ⏦ of ∿, meestal gevolgd door de werkspanning bijvoorbeeld AC230V of ⏦230V of ∿230V. Soms overdreven duidelijk AC230V∿.

Een gelijkspanningsautomaat is te herkennen aan de afkorting DC of het symbool ⎓, soms incorrect het ＝ symbool, meestal gevolgd door de werkspanning (in dit voorbeeld 125 Volt), bijvoorbeeld DC125V, ⎓125V, 125V⎓ of ＝125V, soms zelfs met DC125V⎓.

Eigenschappen van een automaat

Stel dat je een automaat wil kopen, waar moet je dan op letten of waar kan je uit kiezen?

• nominale stroomsterkte
• aantal polen / aantal beveiligde polen, wel/geen meeschakelende nul
• positie nulaansluiting
• schroef, steek of busboard aansluitingen
• minimale en maximale draaddoorsnede (massieve/soepel aders)
• DIN-rails montage / modulebreedte
• uitschakelkarakteristiek
• nominale spanning of werkspanning
• AC of DC
• DC automaten: wel of niet bidirectioneel
• stroomonderbrekingscapaciteit
• indicator
• vermogensverlies
• correctiefactor / derating
• levensduur
• aandraaimoment

Nominale stroomsterkte I_n

De doorsnede van de gebruikte draad en de stroomsterkte van de automaat hebben een relatie met elkaar. Iedere automaat heeft een bepaalde nominale stroomsterkte. De afkorting daarvan is I_n maar is soms heel slecht leesbaar geschreven als In (hoofdletter I en kleine letter n).

Als voorbeeld de overbekende B16 automaat. In iedere groepenkast in Nederland tref je vele van deze B16 automaten. Die automaat heeft een nominale stroom van 16 Ampère.

Dit houdt in dat door deze automaat, in principe, continue 16 Ampère kan stromen zonder dat hij afschakelt. Dat betekent dat de draden achter die automaat, de draden die de automaat dus moet beschermen, in staat moet zijn deze 16 Ampère te transporteren zonder dat de draden oververhit raken.

De draden die van de automaat naar de lichtpunten en wandcontactdozen gaan (stopcontacten), zijn in Nederland, een enkele uitzondering daargelaten, allemaal uitgevoerd met 2,5 mm² draad^[1]. Daardoor zal, normaal gesproken, altijd de automaat een zekeringwaarde (een nominale stroom) hebben van 16 Ampère. Die zekering samen met de bedrading daarachter wordt een (elektriciteits)groep genoemd.

Overigens, het installatiedraad, ook wel VD-draad genoemd, met een draaddoorsnede van 2,5 mm² kan zelfs iets meer dan 16 Ampère transporteren, maar men houdt graag wat marge aan voor de veiligheid.

Aantal polen / aantal beveiligde polen, wel/geen meeschakelende nul

Een automaat bewaakt de stroom door een draad/pool/aansluiting en bij een overbelasting of kortsluiting onderbreekt hij het elektrisch circuit. Een elektrische stroom vloeit altijd tussen twee draden (fase en nul, of plus en min), de vraag is, met hoeveel polen, met hoeveel onderbrekingsschakelaars, op hoeveel draden, op hoeveel aansluitingen, wordt het elektrisch circuit onderbroken?

Bij een enkelfase automaat, die dus één fase bewaakt, is het antwoord afhankelijk van de wettelijke regels van een land. In sommige landen onderbreekt de automaat maar één draad, dat is dan de fase. De nul wordt dan niet onderbroken. In Nederland is het volgens de NEN1010 norm verplicht om beide draden van het circuit te onderbreken, dus de fase én de nul.

Een "standaard" automaat in Nederland, zoals je die in grote getale aantreft in de groepenkasten, de B16 automaat is een 1P+N automaat. Die bewaakt één fase, dus niet de nul. Maar als de automaat afschakelt wordt tegelijkertijd de fase én de nul onderbroken, vandaar dat dit een 1P+N automaat wordt genoemd (P=phase, N=null). De 1P automaat is te herkennen dat hij maar één aansluiting zowel boven als benden heeft. De 1P+N automaat heeft boven en onder twee aansluitingen, bij één van die is duidelijk met "N" gemarkeerd (dat is de nul, die dus niet bewaakt wordt).

1P: één pool bewaakt, die bewaakte pool wordt afgeschakeld.

1P+N: één pool bewaakt, twee polen (P plus de N) worden afgeschakeld.

2P: twee polen bewaakt, twee polen worden afgeschakeld.

2P+2N: twee polen bewaakt, vier polen (2P plus 2N) worden afgeschakeld.

3P: drie polen bewaakt, drie polen worden afgeschakeld.

3P+N: drie polen bewaakt, vier polen (3P plus de N) worden afgeschakeld.

4P: vier polen bewaakt, vier polen worden afgeschakeld.

Positie N aansluiting

Bij een automaat met een N aansluiting, zoals de 1P+N automaat, is het vrijwel standaard dat de N aansluiting zich aan de rechterkant bevindt. Dat is geen norm of verplichting, maar "heel gebruikelijk".

Let op: bij bepaalde merken (of modellen) zit de N aansluiting links, zoals de hier afgebeelde 1P+N automaat van Elektramat (NB: diezelfde elektramat levert een bijvoorbeeld een aardlekautomaat waarbij de N wél aan de rechterzijde zit; opmerkelijk).

Als je altijd gewend bent om N rechts aan te sluiten, dan is het "vervelend" als N links zit. Kans op fouten. Daarom vermijden sommige elektriciens fabrikanten van installatieautomaten omdat die de N (soms) links hebben zitten.

Schroef, steek (quickconnect/veerklem) of busboard aansluitingen

Bij automaten kan je op diverse manieren aansluitingen maken. De mogelijkheden zijn de schroefverbinding, steekverbinding of busboardverbinding. Voor zowel de onderzijde als de bovenzijde moet je een keuze maken voor het type aansluiting.

De traditionele aansluiting is de schroefaansluiting, zowel onder als boven kan je de draden vastzetten door een bout aan te draaien. Feitelijk sluit je daarmee een kooiklem. Dit wordt ook wel een schroefterminal genoemd.

Alternatieven hierop zijn de steekverbindingen (quickconnect/veerklem). Je steekt de gestripte draad in een steekverbinding en dan zit hij meteen vast en is de verbinding gemaakt. Diverse fabrikanten hebben hier namen voor zoals flexomaat en quick connect. Loshalen van de verbinding is afhankelijk van de uitvoering maar je moet iets indrukken of met een dunne schroevendraaier vlak onder de verbinding duwen waarmee je de klem van de klemverbinding terugduwt.

Daarnaast bestaat ook de busboard verbinding. Aan de onderzijde van de automaat bevinden zich een paar metalen platte pinnen. Onder de DIN rails bevindt zich een "busboard" een geïsoleerde doorverbindingsrail. Wanneer je de automaat op de DIN rail klikt, maak je automatisch verbinding met de doorverbindingsrail, het busboard. De automaat wordt daarmee in één beweging verbonden met de fase en nul. De bovenzijde van de automaat is dan weer verkrijgbaar in een steek of schroefverbinding.

Een alternatief op het busboardsysteem is het flexline systeem van ABB. Hierbij hebben de automaten aan de onderzijde naast de schroefterminal ook sleuven waarin een flexline-kamrails in gedrukt kan worden. Die kamrails schroef je dus niet vast, maar druk je in de (extra) klemverbindingen van automaten en andere schakelmateriaal (die natuurlijk ook flexline uitvoeringen moeten zijn). De voeding krijgen de automaten vanuit een aardlekschakelaar ook in de flexline uitvoering (zie foto onder). Als alternatief kan de voeding (fase en nul) bij één van de automaten aan de onderzijde op de traditionele wijze met een schroefverbinding gemaakt worden.

De kamrails is verkrijgbaar in diverse breedtes voor enkelfase of driefase. Bij sommige fabrikanten moet je de kamrails op maat knippen en de uiteinden voorzien van een isolerend kapje.

Minimale en maximale draaddoorsnede (massieve/soepel aders)

Bij een automaat heeft de fabrikant gespecificeerd wat de minimale en maximale doorsnede is van de aders die in de kooiklem of steekverbinding aangebracht worden.

Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen een draad met een massieve kern, flexibele draad met samengestelde aders (litze) of dat deze flexibele draad voorzien is van een adereindhuls.

DIN rails uitvoering, modulebreedte

Automaten, voor gebruik in woningen, hebben een zogenaamde DIN-rail bevestiging. De DIN rail lijkt een beetje op een liniaal met omgebogen randen. Hij is gemaakt van metaal of kunststof.

De automaten hebben aan de achterzijde een uitsparing in de vorm van de DIN rail. Meestal is aan de onderzijde van die uitsparing een klem-veermechanisme gemaakt. De automaat plaats je op de DIN rail door hem eerst bovenaan de rail te haken en daarna druk je op de onderzijde en door het veermechanisme klikt hij zich vast.

De vorm is gestandaardiseerd, het heet niet voor niets DIN, de Duitse Industrie Norm. De breedte van de automaat is ook gestandaardiseerd. Die is 18 mm breed (1 eenheid), 27 mm breed (1,5 eenheid), 36 mm breed (2 eenheden) en ga zo maar door. Dus een veelvoud van 9 mm.

De DIN rails zit in een groepenkast en die heeft een bepaalde breedte en wordt vaak aangeduid in het aantal DIN eenheden (van 18 mm) of in "modules". Een groepenkast van 12 modules breed kan dus maximaal 12 automaten van 1 DIN breed (18 mm) herbergen.

Sommige automaten, maar die kom je doorgaans niet tegen in een normale meterkast, bijvoorbeeld een DC schakelaar van 125 Ampère zoals die gebruikt kan worden bij een EOS zijn zo groot en moet zoveel kracht op de hefboom worden uitgeoefend worden dat deze niet geschikt is voor DIN railmontage. Die automaten worden doorgaans met vier schroeven vastgezet.

Uitschakelkarakteristieken

Een automaat zal bij overschrijden van zijn nominale stroom afschakelen. Maar de vraag is, bij welke overschrijding is dat? Zal een automaat met een nominale stroom van 16 Ampère afschakelen als een stroom vloeit van 16,1 Ampère? Het antwoord is een hele duidelijke nee.

De reden dat een automaat niet meteen afschakelt bij een overschrijding van de nominale stroom is dat sommige apparaten "last" hebben van een aanloopstroom of inschakelstroom. Daarbij zal tijdens het inschakelen kortstondig, bijvoorbeeld een seconde of drie, een grotere stroom vloeien dan ná het inschakelen.

Alle apparaten met een motor of een transformator kennen zo'n aanloopstroom. Zo hebben een koelkast, vriezer, airco en warmtepomp, feitelijk zijn dit allemaal warmtepompen, een compressor die aangedreven wordt door een motor, dus tijdens het inschakelen zal een flinke inschakelstroom stromen. Maar ook een stofzuiger, hakselaar, elektrische grasmaaier of magnetron (heeft een grote transformator) kennen een aanloopstroom.

Als zo'n apparaat ingeschakeld wordt, zou kortstondig een stroom kunnen vloeien die, mogelijk samen met alle andere apparaten in die groep, groter is dan de nominale stroom van de automaat. Het zou dan vervelend zijn dat iedere keer als de koelkast aanslaat, de zekering er uit klapt. Dat is ook niet nodig, want het betreft maar een hele kortdurende overbelasting en de draden in een woning kunnen dat met gemak aan zonder dat ze warm of heet worden.

Dus als kortstondig een overbelasting plaatsvindt, bijvoorbeeld 1,5 keer de nominale stroom, dan schakelt de automaat niet af. Maar als langdurig zo'n (relatief kleine) overbelasting plaatsvindt, dan schakelt de automaat wel uit. Bij 1,5 keer I_n is dat na circa 100 seconden. Is de overschrijding bijvoorbeeld 2 keer I_n dan schakelt de automaat reeds na circa 7 seconden af.

In internationale normen is vastgelegd hoe het "afschakelgedrag" is. Daarbij is in een grafiek een curve (feitelijk gebied) aangegeven bij welke combinatie van stroom en tijd de automaat moet afschakelen. Dit wordt een karakteristiek genoemd. De B, C en D karakteristieken zijn het meest gebruikt.

In woningen wordt doorgaans automaten gebruikt met een "B" karakteristiek. Die wordt gebruik voor installaties met apparaten zonder, of met een relatief kleine inschakelstroom. De meest gebruikte automaat in woningen is een zogenaamde 1P+N B16 automaat, dus met een nominale stroom van 16 Ampère.

Sommige apparaten, zoals een zware haakse slijper, een niet modulerende warmptepomp (werd vroeger gebruikt) of een lastrafo kennen flinke aanloopstromen. Die kunnen zo groot zijn dan een normale B-automaat zou afschakelen. In zo'n geval wordt een automaat gebruikt met een C-uitschakelkarakteristiek, daarbij mag gedurende een wat langere tijd een grotere stroom vloeien. De automaten die voor de hoofdschakelaar zitten dus de koppeling naar het net, zijn doorgaans C-automaten. Die klappen er niet binnen het minste of geringste uit. Eerst klappen jouw B-automaten er uit en pas als het heel erg wordt dan de C-automaten van de netbeheerder. Automaten met een D-karakteristiek worden in woningen niet gebruikt.

Eerder schreven we dat in de automaat twee beveiligingen zitten, die zullen we nu behandelen. Tijdens een kortsluiting loopt een enorme grote stroom, denk aan zo'n 1000-3000 Ampère. Die stroom is zo groot dat de draden in de elektrische installatie binnen een seconde al heel heet kunnen worden. Daarom moet een kortsluiting in een enorm korte tijd beëindigd worden om schade aan de draden te voorkomen.

Hiervoor zit in de automaat een elektromagneet, een spoeltje met daarin een metalen pin. Die spoel staat in serie met de groep. Bij een kortsluiting loopt die stroom dus ook door dat spoeltje en wordt door die enorm grote stroom een enorm sterke (elektro)magneet die de pin (in dat spoeltje) aantrekt en die tikt de schakelaar om waardoor de stroom onderbroken wordt.

Dit afschakelen van de automaat bij een kortsluiting gaat enorm snel, en kan je aflezen uit de karakteristiek in de grafiek hiervoor. Daar zie je dat bij een stroom van voorbeeld van 10 keer nominaal, dus 160 Ampère bij een B16 automaat, de automaat binnen 0,01 seconden afschakelt. Bij een stroom van meer dan 1000 Ampère zal dit minimaal zo snel zijn.

Wanneer in een groep langdurig meer dan de nominale stroom vloeit, bij een B16 automaat is dat dus "groter dan 16 Ampère", dan is sprake van een overbelasting en dat moet ook voorkomen worden. Die stroom is zo klein dat de elektromagneet niet de pin zal aantrekken. Daarom bevat een automaat een tweede beveiliging, de zogenaamde thermische beveiliging. De stroom van de groep vloeit niet alleen door de elektromagneet, maar ook door een bimetaaltje. Dat bimetaaltje, de naam zegt het al, bestaat uit twee (bi) soorten metalen die aan de uiteinden met elkaar verbonden zijn.

De gebruikte metalen van het bimetaaltje hebben verschillende uitzettingscoëfficiënten en als door het bimetaaltje een grote stroom vloeit zal deze warm worden en zal deze uiteindelijk krom trekken. Het bimetaaltje zit aan één zijde vast en de andere kant zit los en kan dus bewegen / kromtrekken. Die zijde is met een kunststof palletje verboden aan de "schakelaar" van de automaat. Die wordt dus niet alleen door de elektromagneet bediend maar kan ook door het bimetaaltje bediend worden.

Hoe snel deze thermische beveiliging de automaat zal afschakelen is afhankelijk van twee factoren: stroomsterkte en tijd. Is de stroom "een beetje te groot" dan duurt het opwarmen van het bimetaaltje lang, dus duurt het ook lang voordat de automaat afschakelt. Kijk maar in de grafiek hiervoor, daar staan twee rode punten. Die rode punten staan op de lijn van twee keer I_n dus bij een B16 automaat is dat 32 Ampère. Een automaat met een B-karakteristiek zal dan op zijn vroegst afschakelen bij circa 7 seconden (onderste rode punt) en op zijn laatst bij 40 seconden (bovenst rode punt).

In de karakteristiek is dus een bepaalde marge aangebracht. Dat moet wel omdat door productieverschillen altijd sprake is van een kleine afwijking. Je ziet uit de grafiek dat voor de bewaking van een kortsluiting geen verschil zit tussen een B-, C- en D- karakteristiek, maar wel in hoe die automaten reageren op overbelastingen, in de praktijk: inschakelstromen. Wanneer een B-automaat bij een relatief kleine inschakelstroom al afschakelt, zal de C-automaat dat veel later doen, en de D-automaat nog later.

Nominale spanning / werkspanning

Een automaat kent een bepaalde nominale spanning, werkspanning of operationele spanning, afgekort met U_e. De automaat is ontworpen om bij die spanning goed te functioneren. Wanneer het een wisselspanningsautomaat betreft dan is is dit de effectieve spanning (true RMS).

AC of DC

We hebben al eerder in dit artikel behandeld, installatieautomaten (maar ook zekeringen) zijn in twee versies te koop: voor AC (wisselspanning) en DC (gelijkspanning). Die twee zijn absoluut niet uitwisselbaar!

Wil je een automaat voor DC gebruiken, dan moet dit duidelijk op de automaat vermeld staan. Let dan op de volgende zaken: I_n nominale stroom (zekeringwaarde), de maximale werkspanning U_e (die moet hoger zijn dan de spanning van de accu) en heel belangrijk, de I_cu de onderbrekingsstroomcapaciteit zoals hierna wordt behandeld. Vooral bij gebruik van een LFP accu, waarbij de korstluitstroom kan oplopen tot meer dan 10 kA (10.000 Ampère), moet de automaat deze kortsluitstroom kunnen onderbreken.

Bij een DC-automaat met een spanning van 70 Volt of meer en een I_n van bijvoorbeeld 125 Ampère, is het onmogelijk om dit onder te brengen in een kleine automaat zoals die op een DIN rail geplaatst kan worden. Dat soort automaten zijn echt grote joekels en moet je heel veel kracht zetten om de automaat in- of uit te schakelen. Deze worden doorgaans met vier schroeven vastgezet.

Tip: onderbreek de stroom nooit "onder belasting", hierdoor zullen namelijk de contactpunten van de automaat "inbrandplekken" gaan vertonen en daardoor zal de overgangsweerstand stijgen, dús zak de auomtaat warmer worden dan gebruikelijk. Dit geldt in minderen mate voor een AC automaat, maar in sterke mate voor een DC-automaat. Dus eerst alle belasting uitschakelen, dan pas de automaat uitschakelen.

DC automaten: wel of niet bidirectioneel (polarized)

Bij DC automaten bestaat een verschil tussen unidirectional automaten (polarized circuit breaker) en bidirectional automaten (non-polarized circuit breaker). Bij een unidirectional of polarized automaat mag de stroom maar één kant op stromen. Als voorbeeld dat de stroom vanuit een accu naar een lamp of apparaat stroomt. In zo'n geval, bij een lamp, zal de stroom nooit terugvloeien en is het gebruik van een unidirectionele automaat toegestaan/mogelijk, mits je let op de stroomrichting, dus hoe je hem aansluit.

Bij gebruik van een DC-automaat tussen de accu en een inverter/charger (als voorbeeld), kan de stroom vanuit de accu, via de automaat naar de inverter/charger stromen, dus tijdens het ontladen van de accu. Maar als de accu geladen wordt, dan vloeit de stroom de andere kant op. Vanuit de inverter/charger, door de DC-automaat, naar de accu. In dat geval moet de automaat "bidirectioneel" kunnen werken. Dat moet dus een bidirectionele automaat of non-polarized circuit breaker zijn.

Denk niet, het zal wel loslopen. Als je een unidirectionele automaat "verkeerd-om" gebruikt, of toch bidirectioneel gebruikt én de stroom uitgeschakeld wordt door de automaat, dan is de kans zéér groot dat je getuige bent van een spectaculaire gebeurtenis. Probeer het niet uit, kijk maar naar deze video met rook en vuur, dan weet je genoeg.

Stroomonderbrekingscapaciteit

Een bij velen onbekend fenomeen is dat een automaat (dit is ook van toepassing bij een smeltveiligheid/zekering) bij overschrijding van de nominale stroom afschakelt, maar, en nu komt het, dat hij mogelijk niet in staat is de stroomkring te onderbreken!

Je zal wellicht denken, nou moet het niet gekker worden, als de automaat afschakelt, dan wordt toch een soort schakelaar omgehaald, die dan daarna geen contact meer maakt? Dus dan kan er dan ook geen stroom meer lopen?

Was dat maar waar! Wanneer een circuit onderbroken wordt, waar op dat moment een stroom door vloeit, zal altijd een vlamboog (boogontlading) ontstaan, dat is een onvermijdelijk natuurkundig verschijnsel.

Voor de beeldvorming, heb je wel eens een lasser elektrisch zien lassen? Tijdens dat lassen, waarbij bewust eerst een kortsluiting wordt gemaakt en daarna een vlamboog wordt "getrokken" zie je hetzelfde fenomeen. Die vlamboog produceert een enorme hoeveelheid warmte. Stel je eens voor wat er gebeurt als zo'n vlamboog langdurig zou ontstaan in een automaat. Precies, die smelt en heel snel breekt brand uit. Dat moeten we dus niet hebben.

Bij een schakelaar, maar ook bij een automaat of zekering is het natuurlijk de bedoeling dat die vlamboog maar héél kortdurend is.

Hoe snel die vlamboog gedoofd wordt (of wellicht niet) is afhankelijk van de spanning tussen de contactpunten, de stroomsterkte die vloeide op het moment van onderbreking, het diëlektricum tussen de contactpunten (vrijwel altijd is dit lucht), de mate waarin de ontstane warmte afgevoerd wordt, en de afstand tussen de contactpunten.

Om een lang verhaal kort te maken, wanneer een automaat een stroomonderbrekingscapaciteit heeft van bijvoorbeeld 1000 Ampère (1 kA), en op het moment van afschakelen vloeide een stroom van bijvoorbeeld 800 Ampère, dan levert dat geen enkel probleem op.

Wanneer de stroom tijdens het afschakelen, in dit voorbeeld, 1200 Ampère was geweest, dus groter was dan de stroomonderbrekingscapaciteit, dan zal de automaat wel afschakelen, dus de schakelaar in de automaat geopend worden, maar zal een vlamboog ontstaan die niet gedoofd wordt.

De vlamboog vormt een verbinding, maar dan door geïoniseerde lucht, waarbij dus stroom blijft vloeien. Het is, bij automaten (en zekeringen) dus van belang dat de maximale kortsluitstroom bekend moet zijn en de stroomonderbrekingscapaciteit van de automaat groter moet zijn als deze kortsluitstroom.

Voor de duidelijkheid, het gaat hier specifiek om het moment dat de automaat moet afschakelen vanwege een kortsluiting. Mocht zich een overbelasting voordoen, dan is de stroom (ten opzichte van de stroomonderbrekingscapaciteit) enorm laag en speelt deze problematiek niet.

De automaat heeft een speciale voorziening om de vlamboog, als deze iets te lang zou bestaan, deze te doven. Daarvoor zit in de automaat een "vlamboogdover".

Juist tijdens een kortsluiting zal een enorm grote stroom vloeien. Die is afhankelijk van de weerstand/impedantie tussen het kortsluitpunt en het transformatorhuisje in de wijk. Is de kabel naar het transformatorhuisje lang, dan zal de kortsluitstroom relatief laag zijn. Bij een kortere kabel zal die kortsluitstroom hoog zijn.

De netbeheerder heeft tot taak om te zorgen dat deze kortsluitstroom voldoende hoog is, waardoor automaten snel afschakelen, maar ook weer niet te hoog is omdat dan kans zou zijn op een vlamboog. De netbeheerder moet ook bewaken dat de kortsluitstroom niet te laag is omdat anders het afschakelen van een automaat bij een kortsluiting niet betrouwbaar zal zijn.

Iedere automaat (maar ook zekering) heeft een maximale stroomonderbrekingscapaciteit. Die wordt uitgedrukt in kA (kilo Ampère). Deze eigenschap kent velen namen zoals:

• stroomonderbrekingscapaciteit
• kortsluitafschakelvermogen
• kortsluitonderbrekingscapaciteit
• afschakelvermogen
• kortsluitvastheid
• onderbrekingsvermogen
• breaking capacity

Deze stroomonderbrekingscapaciteit wordt afgekort met Icu of Ics. De Icu (de u staat voor ultiem) is de maximale stroom die de automaat kan afschakelen, maar is daarna niet meer te gebruiken (moet vervangen worden). De Ics waarde, s staat hier voor service, is de maximale stroom die de automaat kan afschakelen maar daarna gewoon gebruikt kan blijven worden (hoewel het aantal afschakelingen niet enorm hoog kan zijn).

Hieraan is Icw, Icm en kapstroom wel gerelateerd maar dit zijn andere specificaties.

Gebruikelijke waarden voor Icu en Ics voor automaten die in woningen worden gebruikt zijn 4, 4,5 en 6 kA. Aan de voorkant van de automaat staat in een rechthoekig kader de stroomonderbrekingscapaciteit.

Indicator

Veel, maar niet alle, automaten hebben een indicator, dat is een gekleurd stukje plastic dat achter een klein "raampje" getoond wordt (zie foto hierboven van Gacia, links naast het kemakeurteken). Vaak wordt de kleur rood en groen gebruikt om aan te geven of de automaat afgeschakeld of ingeschakeld is.

Vermogensverlies

Een automaat is in de basis een schakelaar. Twee contacten die met elkaar, onder druk, verbinding maken. Dan is altijd sprake van een bepaalde overgangsweerstand. Wanneer door de automaat een stroom vloeit, dan zal dat vanwege de overgangsweerstand dus warmte ontstaan. Dat is te berekenen op basis van de formule P = I² x R.

Daarnaast heb je niet alleen te maken met deze overgangsweerstand, maar ook met de thermische beveiling van de automaat, het bi-metaaltje dat warm kan worden. Hoe groter de stroom, hoe meer warmte wordt geproduceerd.

Een automaat waarbij een stroom vloeit in de buurt van de nominale stroom zal dus aanzienlijk warm worden. Die warmte moet via de (gesloten) groepenkast wel afgevoerd kunnen worden. Bij het ontwerp van de groepenkast zal je hier rekening mee moeten houden. Een groepenkast, van een bepaald formaat, kan een bepaalde hoeveelheid warmte (in Watt) afstaan aan zijn omgeving. Dat vermogen moet hoger zijn dan de som van alle vermogens van alle automaten bij elkaar. Mogelijk zal je daardoor een grotere groepenkast moeten gebruiken waarbij dan "veel loze ruimte" ontstaat.

Vooral bij DC automaten, waarbij bij een EOS de stomen aanzienlijk kunnen zijn, bijvoorbeeld 100 Ampère, én het gedissipeerde vermogen kwadratisch toeneemt met de stroomsterkte P=I²R, zal je vooral moeten letten op de overgangsweerstand / vermogensverlies bij de nominale stroom.

Het vermogensverlies / de overgangsweerstand is zéker niet bij automaten met een gelijke I_n maar van verschillende fabrikanten (of zelfs van dezelfde fabrikant maar een ander modelreeks) gelijk. Het loont om diverse automaten te vergelijken wat betreft dit verlies/overgangsweerstand.

Correctiefactor / derating

De omgevingstemperatuur heeft invloed op de thermische beveiliging, dus de bewaking van overbelasting. De nominaalstroom I_n van een automaat geldt bij een bepaalde omgevingstemperatuur, bijvoorbeeld 30°C (zie datablad fabrikant).

Is de temperatuur lager, dan zal de afschakelstroom bij overbelasting op een hoger punt liggen. Wordt de temperatuur in de groepenkast hoger, dan zal de stroomsterkte waarbij de automaat afschakelt bij een overbelasting steeds lager worden.

Deze temperatuursafhankelijkheid is in het datablad van de automaat weergegeven bij "correctiefactor" waarbij beschreven wordt wat de invloed is bij een bepaalde omgevingstemperatuur.

Levensduur

Een automaat heeft niet het eeuwige leven. In de specificaties van de automaat kan je het aantal schakelcycli terugvinden, bijvoorbeeld 1000 stuks. Het zou wel heel vreemd zijn als je in een woonhuis aan deze grens komt.

Bedenk wel dat dit niet het aantal schakelcycli is onder belasting. Naarmate de stroom hoger wordt die vloeide tijdens uit- of inschakelen, de contactpuntjes een steeds grotere overgangsweerstand krijgen, dus de automaat meer elektrisch verlies heeft, dus warmer wordt dan toen hij nieuw was (onder dezelfde omstandigheden, lees dezelfde stroomsterkte).

Deze warmteontwikkeling kan zorgen dat de automaat onverwacht sneller afschakelt omdat de thermische beveiliging warmer wordt dan bij een nieuwe automaat (bij gelijke stroomsterkte).

Aandraaimoment

Wanneer je gebruik maakt van de schroefterminals van een automaat, dan gelden daar strikte aanbevolen aandraaimomenten voor. Die zijn per fabrikant én per model verschillend. Het is belangrijk dit aandraaimoment aan te houden. Draai je de bout met een te klein aandraaimoment aan, dan bestaat de kans dat de overgangsweerstand te groot is en op termijn los kan gaan zitten (denk aan vlambogen). Draai je hem te strak aan, dan bestaat de kans dat de automaat beschadigd raakt, en dat is zeker niet ondenkbaar.

Bij installatie van een automaat dien je dus gebruik te maken van een momentschroevendraaier.

Verder lezen

Dit artikel maakt deel uit van een artikelenreeks waarbij we de vele aspecten van elektriciteit bespreken.