Lekstromen zijn een belangrijk aandachtspunt bij elektromotoren. Ze ontstaan door fouten in het elektrische circuit, waardoor stroom ongewenst wegvloeit via leidingen of metalen constructies. Dit gaat ten koste van de energie-efficiëntie en kan leiden tot brand, corrosie of andere (persoonlijke) schade. Specialist John Meijer doet uit de doeken hoe je lekstromen herkent, meet, verhelpt én voorkomt.
Lekstromen kunnen heel klein beginnen en hierdoor in eerste instantie niet direct opvallen. Toch zijn er signalen waaraan lekstromen in een relatief vroeg stadium zijn te herkennen. Wanneer het aanraken van een apparaat bijvoorbeeld een lichte schok oplevert. Ook een hogere stroomafname zonder duidelijke oorzaak kan een indicatie van lekstroom zijn. Bedrijven die hun energieverbruik in het kader van duurzaamheid of onderhoud monitoren kunnen deze toename uit de gemeten parameters halen. Verder geven het regelmatig uitschakelen van de aardlekschakelaar zonder directe oorzaak, ongebruikelijke spanningsverschillen of storingen in elektrische apparaten aanleiding om te zoeken naar lekstromen.
DEZE ARTIKELEN OVER ELEKTROMOTOREN ZIJN OOK INTERESSANT:
- ‘Intelligente communicatie bepaalt toekomst elektromotoren’
- EN motors levert onderwatermotoren voor funderen windturbines
- Dieselmotor eruit, accu en brandstofcel erin
Oorzaken van lekstromen
In vrijwel alle gevallen ontstaat een lekstroom door een elektrische fout, waardoor stroom een weg met minder weerstand vindt en zo de gebruiker zelf ‘omzeilt’. Deze elektrische fout wordt veelal veroorzaakt door beschadigde isolatie van bekabeling of beschadiging van de kabel zelf. Zeker in combinatie met vocht leidt dit tot problemen. Beschadiging van isolatie en kabels is vaak het gevolg van veroudering of een te hoge mechanische belasting; bijvoorbeeld doordat de kabels meegaan in een bewegend onderdeel van de machine, doordat andere onderdelen er regelmatig mee in aanraking komen of eenvoudigweg doordat de omgeving agressief is. Ook kunnen te hoge stromen leiden tot beschadiging, maar dan is er uiteraard ook méér aan de hand.
Verder kan een defect in het elektrische apparaat zelf de oorzaak zijn van lekstomen; zeker na calamiteiten waarbij het apparaat heeft blootgestaan aan hoge (mechanische) belastingen. Denk aan een vorkheftruck die tegen een installatie aan is gereden of het laten vallen van de betreffende component bij onderhoud of servicewerkzaamheden. Ook kan een apparaat een defect vertonen door veroudering of verkeerd gebruik. Tenslotte kunnen slecht geaarde systemen lekstromen introduceren.
Lekstroom-specialist
John Meijer is specialist en trainer in lekstromen en EMC-problematiek: “Bij klasse 1 apparatuur zal de lekstroom via de aarde wegvloeien, waardoor er een potentiaalverschil optreedt en de aardlekschakelaar uitschakelt. Daarnaast kunnen ook harmonischen een stroom door de aardgeleider sturen en de aardlekschakelaar uitschakelen. Om dit probleem op te lossen, moet eerst worden gedetecteerd in welk deel of welke delen van het apparaat of de installatie de harmonischen zich bevinden. Ze worden onder andere veroorzaakt door niet-lineaire apparaten zoals computers, apparatuur met filters of dimmers.”
Een bijzondere oorzaak van lekstromen blijkt de frequentieregelaar te zijn. Deze componenten worden om bekende reden veelvuldig gecombineerd met elektromotoren en zijn een belangrijke stap geweest in het verbeteren van de efficiëntie van elektrische aandrijvingen. Wanneer deze regelaars echter verkeerd worden geïnstalleerd – onder andere met betrekking tot het aarden van de regelaar of de installatie – kunnen ze een bron van EMC-problemen worden en hiermee leiden tot lekstromen.
Aanzienlijke schade als gevolg
Lekstromen opmerken en vaststellen met het doel ze te verhelpen, is om verschillende redenen belangrijk. Ten eerste kunnen lekstromen leiden tot (aanzienlijke) schade. Dit varieert van letselschade als gevolg van elektrische schokken tot oververhitting van de apparatuur en brand. Zeker in ATEX-zones (waar explosiegevaar heerst) kan apparatuur op deze manier als ontstekingsbron optreden. Daarnaast betekenen lekstromen dat het energieverbruik toeneemt wat ongunstig is voor de energierekening maar ook ongewenst is in het kader van duurzaamheid en CO2-footprint.
“Lekstromen vormen tevens een indicatie voor EMC-problemen in de installatie zelf”, vertelt specialist John Meijer. “Deze EMC-problemen leiden niet alleen tot lekstromen, maar kunnen ook andere negatieve gevolgen hebben; zeker in relatie tot andere elektrische apparaten of processen in de directe nabijheid. De aanpak van deze EMC-problemen leidt niet alleen tot het oplossen van de lekstromen, maar mogelijk ook tot het verdwijnen van andere ‘onverklaarbare’ verschijnselen. In alle gevallen kunnen we stellen dat het voorkomen van lekstromen gunstig is voor de veiligheid en de productie maar dat het ook ongeplande stilstand, een hoog energieverbruik en verhoogde onderhoudskosten tegengaat.”
DC-installaties en lekstromen
Aparte aandacht in het kader van lekstromen is er voor DC-installaties. Deze zijn in de industrie nog niet zover ingeburgerd als in de gebouwde omgeving, maar de problemen aldaar waarschuwen alvast voor de toekomst waarin de energietransitie ook industriële installaties richting gelijkspanning stuurt. De reden voor specifieke aandacht voor gelijkstroom is het verschil in eigenschappen tussen AC- en DC-lekstromen. AC-lekstromen zijn wisselend negatief en positief en heffen elkaar dus op. Mocht er toch een onbalans zijn waardoor stromen te hoog worden, dan triggeren deze een aardlekschakelaar die het systeem in een veilige modus brengt door af te schakelen. Deze aardlekschakelaar triggert echter niet (of slechter) op gelijkstroom en is hiermee ongeschikt voor het beveiligen tegen DC-lekstromen. Wanneer dit niet bekend is en er geen aparte DC-aardlekschakelaar wordt toegepast, bestaat de kans dat de schakelaar niet schakelt en lekstromen ongehinderd hun gang kunnen gaan. En dat levert specifiek bij DC speciale effecten op.
Do’s en don’ts bij lekstromen
- Maak gebruik van de juiste kabels; zowel de stroomvoerende kabels als de aarde.
- Zorg voor een ononderbroken kabelafscherming en correcte afwerking aan beide zijden.
- Controleer en installeer vereffeningsleidingen op de correcte wijze.
- Houd je aan de installatievoorschriften van de fabrikant.
- Let bij onderhoudswerkzaamheden op zaken die kunnen duiden op lekstromen (schokken, spanningsverschillen).
- Neem een specialist in de arm wanneer je het niet zeker weet.
Metalen ioniseren
DC-lekstromen kunnen namelijk ongemerkt flink oplopen en zijn daarbij in staat om metalen te ioniseren. Hierbij ontstaan zuren, waardoor metalen gaan roesten of – zoals het in de volksmond heet – worden ‘opgevreten’. In concrete cijfers: één Ampère DC-lekstroom kan tot zo’n negen kg ijzer per jaar oplossen. Dit kan dus serieuze problemen opleveren wanneer de aantasting betonijzer in gebouwen of civiele werken betreft, maar is ook funest voor frames en complete industriële installaties. Vanuit de gebouwde wereld zijn er inmiddels voorbeelden bekend van instortende bruggen na het vervangen van de traditionele verlichting door (DC) ledverlichting. Ook zou het een verklaring kunnen zijn voor de corrosie die optreedt bij de voet van windturbines waar lekstromen van de grote DC/AC vormers in de grond worden geleid.
Lekstromen detecteren en oplossen
Voor het detecteren van lekstromen is speciale meetapparatuur nodig in de vorm van stroomtangen of lekstroomtangen. Een dergelijk instrument wordt om de aarddraad of gelijktijdig om de fase- en nulleider geklemd, waarmee het verschil in magnetische velden wordt vastgesteld. Is er inderdaad een verschil aanwezig, dan is er sprake van een lekstroom. Eventueel is een lekstroom ook te detecteren met behulp van een spanningsmeting met behulp van een multimeter. Deze methode wordt echter afgeraden omdat hij gevoeliger is voor storingen en mogelijk wordt beïnvloed door andere componenten in de buurt. Stroomtangen daarentegen zijn in staat tot het meten van verschillen in het mA bereik en kunnen zo ook zeer kleine lekstromen opsporen.
Wanneer lekstromen zijn opgemerkt en vastgesteld, is het uiteraard zaak om dit probleem op te lossen. Hiervoor moet eerst de bron worden gezocht. In sommige gevallen is deze al bekend, in andere gevallen zullen diverse metingen op verschillende plekken leiden naar de veroorzaker van de problemen. John Meijer: “Volledige eliminatie van lekstromen is zelden haalbaar, maar significante reductie is wel mogelijk. In feite ga je dan op zoek naar de oorzaken van lekstromen (zoals eerder in het artikel genoemd, red.). Meestal is het oplossen ervan vervolgens een omvangrijke klus omdat een herziening van de installatie noodzakelijk is. Hierbij worden bekabeling, wartels en aardingspunten gecontroleerd en indien nodig vervangen. Vooral in bestaande installaties, waar aardingen vaak doorverbonden zijn, is dit een complexe maar noodzakelijke ingreep om EMC-problemen te mitigeren. In andere gevallen is de oorzaak snel te achterhalen en op te lossen; bijvoorbeeld wanneer je een beschadigde isolatie of een loszittende aardeaansluiting aantreft.”
Voorkomen is beter
Uiteraard is het in alle gevallen het beste wanneer lekstromen helemaal worden voorkomen. Dit begint in de basis al bij een goed ontwerp van het betreffende systeem en een correcte installatie ervan. Specialist John Meijer: “Preventie betekent ook het naleven van installatiehandleidingen en technische voorschriften van apparatuur. Daarnaast is kennis van EMC en de juiste keuze van installatiematerialen cruciaal. Denk aan het correct dimensioneren van aardingssystemen, het toepassen van afgeschermde bekabeling en het vermijden van aardlussen. Een goed ontwerp houdt rekening met retourstromen en minimaliseert de kans op ongewenste stroompaden.”
Wanneer dit allemaal in orde is, moet het juiste onderhoud vervolgens voorkomen dat lekstromen ontstaan of een bepaalde grens overschrijden. Dit begint al bij het uitvoeren van visuele controles van de bekabeling en aansluitpunten, aandacht voor de installatie na een calamiteit en regelmatig meten om beginnende problemen in een vroeg stadium te ontdekken.
John Meijer besluit: “Wees je in beginsel al bewust van het bestaan van lekstromen zodat je ze kunt herkennen en actie kunt ondernemen. Dit bespaart geld en verhoogt de veiligheid in je bedrijf.”
Meer informatie over lekstromen in gelijkspanningsinstallaties vind je op www.dc-lekstroom.nl. Hier zijn ook de trainingen op locatie te vinden die John Meijer geeft bij bedrijven. Deze zijn gericht op technici, engineers en onderhoudspersoneel.
