artikel

DC-schakelen is vooral vlamboogpreventie

energie

Nu gelijkstroom/spanning steeds meer in de belangstelling staat, rijzen er allerlei prangende vragen over het schakelen van gelijkstroom. Er ontstaat al bij relatief lage DC-spanning een indrukwekkende vlamboog. Hoe is deze te voorkomen?

DC-schakelen is vooral vlamboogpreventie

Door Richard Mooi

Het schakelen van gelijkstroom (DC) is een stuk lastiger dan wisselstroom (AC). Bij AC  gaat de spanning 50 keer per seconde door het nulpunt. Bij het schakelen of verwijderen van de stekker uit een wandcontactdoos dooft de vlamboog automatisch. Die vlamboog ontstaat door ionisatie van de lucht waardoor een geleidend kanaal ontstaat. Bij AC is die ionisatie verdwenen als de sinus door het nulpunt gaat.

Contacten vast

Bij DC is dat een ander verhaal. De lucht blijft geïoniseerd, en blijft de stroom vloeien bij het afschakelen of verwijderen van connector. Ionisatie van de lucht vindt plaats vanaf zo’n 50 volt. Een alleen voor AC-geschikte schakelaar verbrandt vanaf deze DC-spanning. Ook DC-schakelaars die alleen geschikt zijn voor lage spanning, bijvoorbeeld 12 of 24 volt, zijn ongeschikt voor hogere DC-spanning. Na één keer schakelen zitten de contacten vast. Hoe hoger de spanning des te groter de afstand die de vlamboog kan overbruggen.

Vlamboog blussen

Een mechanische schakelaar die geschikt is om gelijkstroom te schakelen is in vergelijk met een AC-schakelaar een stuk vernuft. De schakelaar werkt pijlsnel. Meestal bestaat een DC-schakelaar uit een draaiknop die bij een bepaald punt ineens omklapt. Daarnaast moet bij hoogvermogen de vlamboog geblust worden. Dat kan in een bed van zand of olie, of door in vacuüm te schakelen. Bij heel grote spanningen en vermogens wordt de vlamboog met een magneetveld wegblazen.

Ook bij AC vlambogen

Overigens bij hoge AC-spanning en stromen ontstaan eveneens vlambogen, maar deze duren in eerste instantie niet langer dan 1/50-ste van een seconden, wanneer de sinus weer door de nul gaat. Omdat bij de volgende sinusperiode wel opnieuw een vlamboog kan ontstaan, is snel schakelen ook hier een must. Maar zelfs de kortdurende vlamboog die ontstaat tot de eerstvolgende nuldoorgang kan al schade aanrichten. Door de sterke stroom ontstaat namelijk in die korte tijd een enorme hitte. Vacuümschakelaars en oliearme schakelaars zijn bij hoogspanningsnetten (AC) het meest gebruikt om vlambogen te blussen.

Wandcontactdozen

In Noord-Amerika bestaan nog kleine lokale netten op 110 Vdc waarbij gebruikers stekkers in een wandcontactdoos kunnen steken. Om te voorkomen dat bij het verwijderen een vlamboog ontstaat, schakelt dit type wandcontactdoos ook de DC-spanning af. Dat gebeurt nog voordat de contactpunten van de stekker fysiek geen verbinding meer hebben.

Solar

Ook de DC-schakelaar in de leidingen tussen zonnepanelen en de omvormer moet geschikt zijn voor het schakelen van gelijkstroom. Vanwege de vlamboogdovende constructie zijn DC-schakelaars een stuk prijziger. Meestal is de DC-switch al in de omvormer ingebouwd. Als die ontbreekt, is het verplicht om een DC-schakelaar te monteren. Het lostrekken van een connector bij systemen zonder DC-switch is levensgevaarlijk. Al bij systemen vanaf 4 panelen kan een grote vlamboog ontstaan, zo demonstreert GreenGuys in Almere op de website. Wie vergeet de DC-schakelaar uit te zetten, is alleen bij omvormers van SolarEdge beschermd tegen vlambogen. De omvormers hebben een ingebouwde vlamboogdetectie, maar die staat standaard uitgeschakeld. Met deze functie kunnen ook slechte verbindingen worden gedetecteerd. (tekst gaat verder onder video)

Elektronisch schakelen

Mechanische schakelen van DC-netten wordt nog veel  gedaan, maar door de komst van vermogenselektronica is het mogelijk om elektronische schakelen. Dat gebeurt met mosfetten, waarbij geen vlambogen ontstaan. Meestal wordt een elektronische DC-schakelaar gecombineerd met bewaakfuncties zoals aardlekken en kortsluitstromen. Ook is het in een elektronische schakelaar eenvoudig om de spanning te verlagen. Het nadeel van elektronica is de levensduur. Een mechanische schakelaar kan wel 30-40 jaar meegaan, bij elektronica is de levensduur beperkt tot 10-15 jaar.

DC-woningen

In toekomstige DC-omgevingen wordt bij hoge spanningen (350 Vdc) apparatuur vast aangesloten. Stekkerapparaten worden waarschijnlijk met USB-connectoren verbonden. Door de lage spanning (max 20 V) is er geen gevaar voor vlambogen.

Reageer op dit artikel