Een kortsluiting veroorzaakt een zeer hoge stroom die ver buiten de normale bedrijfswaarden van een elektrische installatie kan liggen. Daarom is het niet voldoende om alleen de nominale belasting van kabels, transformatoren en schakelapparatuur te kennen. Bij het ontwerpen of controleren van een driefasig circuit moeten ook de symmetrische kortsluitstromen op verschillende punten worden bepaald. Met een kortsluitstroom berekenen tool kunnen deze waarden snel worden geschat aan de hand van de fasespanning en de impedanties van het circuit.
De uitkomst is belangrijk voor de keuze van kabeldoorsneden, zekeringen, vermogensautomaten en verdeelinrichtingen. Apparatuur moet niet alleen de normale stroom kunnen voeren, maar ook bestand zijn tegen de thermische en elektrodynamische gevolgen van een fout. Dat geldt bijvoorbeeld voor installaties in bedrijfsgebouwen, technische ruimtes en casino’s, waar verlichting, beveiliging, speelautomaten, servers en klimaatinstallaties vaak tegelijk door complexe verdeelsystemen worden gevoed.
Wat betekent kortsluitstroom precies?
Een kortsluiting ontstaat wanneer twee punten met verschillende elektrische potentialen rechtstreeks of via een zeer kleine weerstand met elkaar worden verbonden. De normale stroombegrenzing van de belasting valt dan grotendeels weg. De stroom wordt voornamelijk bepaald door de weerstand en inductieve reactantie van de fase-nulkring, de transformator en de overige delen van het voedingsnet.
In een berekening wordt meestal uitgegaan van een symmetrische fout. Dat is een theoretisch model waarmee de maximale of representatieve foutstroom in een driefasige installatie kan worden bepaald. De berekende stroom wordt uitgedrukt in ampère. Hoe kleiner de totale impedantie, hoe groter de verwachte kortsluitstroom. Een korte, dikke voedingskabel kan daardoor een veel hogere foutstroom opleveren dan een lange kabel met een kleinere geleiderdoorsnede.
Een betrouwbare beveiliging begint met kennis van de stroom die bij een fout werkelijk kan ontstaan.
De formule achter de online berekening
De basisformule voor de kortsluitstroom luidt:
Ik = Uf / (Zp + Zt)
Hierbij staat Ik voor de kortsluitstroom in ampère en Uf voor de fasespanning in volt. De term Zp is de impedantie van de fase-nulkring in ohm. Zt staat voor de impedantie van de fasewikkeling van de transformator, eveneens in ohm.
De fase-nulimpedantie bestaat uit een actief en een inductief deel. Daarom wordt ze berekend met:
Zp = √(Rp2 + Xp2)
In deze formule is Rp de actieve weerstand van de fase-nulkring en Xp de inductieve reactantie van diezelfde kring. De actieve weerstand heeft onder meer betrekking op de geleiders. De inductieve component houdt verband met de magnetische eigenschappen en de geometrie van het circuit. Beide waarden zijn nodig om de totale impedantie realistisch te benaderen.
Welke gegevens voert de rekenmachine in?
Een online rekenmachine voor kortsluitstromen werkt met een beperkt aantal duidelijke invoervelden. De gebruiker moet eerst de fasespanning in volt invoeren. Vervolgens zijn de actieve weerstand van de fase-nulkring, de inductie of inductieve reactantie van die kring en de weerstand van de fasewikkeling van de transformator nodig. Afhankelijk van de notatie van de gebruikte bron kan de inductieve waarde worden aangeduid als reactantie in ohm.
De invoer moet altijd dezelfde eenheden gebruiken. Een weerstand in milliohm moet bijvoorbeeld eerst naar ohm worden omgerekend. Ook moet worden nagegaan of een opgegeven spanning een fasespanning of een lijnspanning is. Het verwisselen van deze waarden kan een aanzienlijk verkeerde kortsluitstroom opleveren. De rekenmachine voert daarna de impedantie van de fase-nulkring en de uiteindelijke stroomwaarde uit.
Wie de berekening controleert, kan de gegevens het beste in deze volgorde verzamelen: kortsluitstroom berekenen tool
- de fasespanning van het voedingssysteem;
- de actieve weerstand van de fase-nulkring;
- de inductieve reactantie van de kring;
- de impedantie of weerstand van de transformatorwikkeling;
- de gewenste eenheid en het aansluitpunt waarvoor de foutstroom wordt bepaald.
Zo lees je het resultaat correct
De uitkomst in ampère vertegenwoordigt de verwachte symmetrische kortsluitstroom volgens de ingevoerde parameters. Een hoge waarde betekent dat beveiligingscomponenten een groot afschakelvermogen moeten hebben. Een installatieautomaat met een te lage kortsluitvastheid kan bij een zware fout beschadigd raken voordat de beveiliging de stroom volledig onderbreekt.
Een lage waarde is niet automatisch veilig. Wanneer de foutstroom te klein is, kan een beveiliging juist te langzaam aanspreken. Daardoor blijven foutspanningen of gevaarlijke aanrakingstoestanden mogelijk langer bestaan. De berekende stroom moet daarom worden vergeleken met de karakteristieken van zekeringen, automaten en aardlekbeveiligingen. Ook de uitschakeltijd en de minimale foutstroom op het verste punt van een kabel zijn relevant.
Voor een correcte beoordeling worden vaak meerdere punten in dezelfde installatie onderzocht. Dicht bij de transformator is de impedantie meestal klein en is de kortsluitstroom groot. Verderop in het netwerk neemt de kabelimpedantie toe en daalt de foutstroom. De beveiliging moet onder beide omstandigheden correct functioneren: ze moet de maximale stroom veilig kunnen onderbreken en bij de minimale foutstroom tijdig uitschakelen.
Voor een eerste controle kan helpen om de waarden van een fase-nulkring overzichtelijk in te voeren en direct een berekende stroom te krijgen. Het resultaat is vooral nuttig wanneer duidelijk is welke elektrische gegevens aan de installatie ten grondslag liggen en op welk aansluitpunt de berekening betrekking heeft.
Voorbeeld met realistische invoerwaarden
Stel dat een installatie een fasespanning van 230 volt heeft. De actieve weerstand van de fase-nulkring bedraagt bijvoorbeeld 0,08 ohm, terwijl de inductieve reactantie 0,06 ohm is. De impedantie van de kring wordt dan bepaald met de wortelformule: de vierkantswortel van 0,08² plus 0,06². Dat levert ongeveer 0,10 ohm op.
Wanneer de impedantie van de transformatorwikkeling 0,02 ohm bedraagt, is de totale impedantie 0,12 ohm. De geschatte kortsluitstroom wordt vervolgens 230 gedeeld door 0,12, oftewel ongeveer 1917 ampère. Dit is geen normale bedrijfsstroom, maar een theoretische foutstroom die aangeeft welke belasting beveiligings- en schakelapparatuur tijdens een kortsluiting kan ondervinden.
In een werkelijke installatie kunnen kabeltemperatuur, leidinglengte, parallelle voedingen, transformatorvermogen en de precieze foutsoort de uitkomst beïnvloeden. Het voorbeeld laat vooral zien hoe sterk de stroom verandert wanneer de totale impedantie klein blijft. Een kleine wijziging in weerstand of reactantie kan daarom een grote invloed hebben op de keuze van beveiligingsmateriaal.
Toepassing bij complexe bedrijfsinstallaties
In grote gebouwen zijn meerdere verdeelkasten en onderverdelingen aanwezig. In een casino kunnen bijvoorbeeld speelzalen, horeca, beveiligingssystemen, kassaruimtes, serverruimten en noodvoorzieningen elk hun eigen voedingsgroep hebben. De aanwezigheid van veel elektronische voedingen maakt een zorgvuldig ontwerp extra belangrijk. De kortsluitstroom moet per relevant verdeelpunt worden beoordeeld, niet alleen bij de hoofdverdeler.
Een rekenmachine is daarbij een praktisch hulpmiddel voor een eerste dimensionering, een ontwerpcontrole of het vergelijken van verschillende kabeltrajecten. Ze helpt ook om snel te zien welk effect een langere leiding of een transformator met een andere impedantie heeft. De calculator vervangt echter geen volledige installatieberekening. Voor ingebruikname moeten de gegevens worden getoetst aan de geldende elektrotechnische voorschriften, de documentatie van de fabrikant en metingen ter plaatse.
Veelgemaakte fouten bij de invoer
Een veelvoorkomende fout is het gebruik van de lijnspanning waar de fasespanning nodig is. Een andere fout ontstaat wanneer alleen de ohmse weerstand van een kabel wordt ingevoerd en de inductieve component wordt genegeerd. Bij korte verbindingen kan het verschil beperkt lijken, maar bij langere kabels, grotere vermogens of ingewikkelde netwerken kan de reactantie merkbaar bijdragen aan de totale impedantie.
Ook de transformatorimpedantie mag niet zonder controle worden weggelaten. Wanneer de voeding direct uit een krachtige transformator komt, kan deze waarde een belangrijk deel van de totale weerstand vormen. Ten slotte moet worden gecontroleerd of de invoer betrekking heeft op één fase-nulpad en niet per ongeluk op een afzonderlijke geleider. Alleen met consistente waarden geeft de berekening een bruikbaar beeld van de te verwachten kortsluitstroom.