Elektrische ketel in utiliteit en industrie

In de industrie en utiliteit zien we het gebruik van Elektrische ketels de laatste jaren toenemen. Ook daar wil men in de toekomst van het aardgas af natuurlijk. Daarnaast is dit al snel 'groot verbruik' met veel lagere kWh prijzen dan de particulier.  Veel grote industrie gebieden hebben eigen stroom-generatoren, met een grote windmolen erbij kun je dan al snel iets bereiken m.b.t. verduurzaming.  In de industrie wordt natuurlijk niet alleen water warm gemaakt maar ook andere vloeistoffen.  Denk bijvoorbeeld aan dranken in een brouwerij of olie in een raffinaderij.

Wij beperken ons op deze pagina tot de ketels die verwarmingswater maken.

Ook industriële ketels zijn vaak hetzelfde opgebouwd als de kleinere ketels. Hier boven een voorbeeld van een 'vat' wat met water wordt gevuld, maar dat kan natuurlijk ook een andere vloeistof zijn.  In het vat worden meerdere Elektrische elementen geschroefd en met zware magneet- of vermogensschakelaars geschakeld.  Natuurlijk is het 'vat' ook voorzien van dompelhulzen voor sensoren, en is er een elektrode die er voor zorgt dat de elementen uitgaan als er geen vloeistof meer in het vat is. Vaak worden beveiligingen ook dubbel uitgevoerd.  Soms zijn er ook drukbeveiligingen nodig om naast de temperatuur ook de druk in het vat te bewaken zowel minimaal als maximaal.  Afbeelding hieronder: Overstort 2x,  Hogedruk 2x, Lagedruk 1x en ontluchter.

Bovenstaande afbeelding is een tekening van een schakelkast ontwerp.

Het schema van elementen zou er zo uit kunnen zien:

Dat zijn heel veel elementen .. die allen in groepen kunnen worden geschakeld en gezekerd.

De aders van de kabels die hier naar toe gaan zijn vaak zo dik als je pols.  Er gaan heel wat ampères doorheen.

Maar het principe blijft eigenlijk redelijk eenvoudig.  Overigens zijn er ook ketels die op veel hogere spanning kunnen draaien dan 400 Volt.

Doorsnede van een elektrisch element

1. Metalen mantel

2. Gloeidraad of element / weerstand die warm wordt
3. Isolatie poeder
4, 5 Isolatie

6, 7, 8 Afdichtingen / verbindingen
9. Isolatie (vaak porselein)
10. Elektra aansluiting

In de ketel:

3 Fase ketels

De grotere Elektrische ketels werken voornamelijk met het 3 Fase principe.  Je hebt dan L1, L2 en L3 die op de elementen worden aangesloten.  De elementen staan meestal in driehoek verdeeld over de fases.  Maar in Ster zou ook kunnen.   Het voordeel is dat er maar 3 Aders + Aarde nodig zijn om het toestel te voeden op groot vermogen (dat scheelt weer koper voor een dikke NUL-ader).   Voor het schakel gedeelte,  230 Volt ~, wordt vaak een aparte groep gemaakt.  Stuurstroom (schakelen) en Hoofdstroom (elementen) zijn van elkaar gescheiden.  De voeding voor de stuurstroom is meestal 16 Ampère (of kleiner) beveiligd.

Stroom in water en Aardlekbeveiliging.

Iedereen heeft wel eens gehoord of gelezen dat STROOM en WATER niet de ideale combinatie is.  Geen elektrische apparaten meenemen in het bad!  Net zoals het bad in de badkamer geaard dient te zijn als extra beveiliging  is een elektrische ketel ook zeer goed geaard.

Als het element in een kleine elektrische ketel, koffiezetapparaat, frituurpan, en dergelijke gaat slijten merken we dat thuis doordat de 30 mA aardlekschakelaar in de groepenkast er uit gaat. Er vloeit op dat moment stroom weg naar aarde.  De 30 mA aardlekschakelaar in de meterkast controleert namelijk of er net zoveel stroom weggaat dan dat er terugkomt. Is dit verschil groter of gelijk aan 30 mA dan schakelt de beveiliging de stroom van die groep(en) af.

Elektrische elementen hebben vaak een heel klein beetje lek naar aarde.  In de loop van de tijd is dit beter geworden, maar een heel klein beetje lek kan dus voorkomen.  Vandaar dat jaren geleden er een verschil was tussen de ‘natte groepen’ en ‘droge groepen’ in een woning.  Toen was er voor de wasmachine bijvoorbeeld een aardlek van 500 mA beschikbaar. Maar dat is dus verleden tijd, nu is een lek tot 30 milliampère (mA) mogelijk.

In de handleiding van Elektrische elementen zie je vaak ook staan dat men een eigen groep en eigen aardlekschakelaar voorschrijft.  Zo krijg je geen optel som in de woning,  want als de friteuse 14 mA lekt en de koffiemachine 12 mA dan zit je al aan 26 mA samen.  Dan kan het element van een ketel, met ook een klein beetje lek, er niet meer bij.

Nu weer terug aan de grote Elektrische ketels voor utiliteit en industrie:  Ook daar kan, en zal ook regelmatig, een beetje aardlek in voorkomen.  Deze kunnen niet achter een 30 mA aardlekschakelaar natuurlijk.  Vandaar dat deze ketels meestal ook voorzien zijn van een eigen aardlekbeveiliging.  Hieronder treft u hiervan een afbeelding:  

Het principe is simpel: er zit een spoeltje (zeg maar een soort ampère tang) om de aarddraad heen.  Zodra het element stroom zou lekken, door het water heen naar het vat, zal er via deze aarddraad stroom gaan lopen naar aarde. Het spoeltje ziet dit en de elektronica schakelt via de stuurstroom het element uit.  Vaak is er in de regeling van de ketel een mogelijkheid om in te stellen bij welke stroom dat is.  In de industrie kan dit soms behoorlijk hoog worden ingesteld.

Potentiaalvereffening

Om spanningsverschillen te voorkomen (tussen de verschillende aardingen) , koppelt de potentiaalvereffening alle onderdelen van een gebouw die stroom kunnen geleiden. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de waterleiding, cv-leidingen, trappen en kabelgoten, alsook de  elektrische-ketel. Tussen deze delen worden geleidende verbindingen geplaatst. Vervolgens worden alle delen via een potentiaalvereffeningsrail aangesloten op de veiligheidsaarding. De potentiaalvereffening wordt ook aangesloten op de uitwendige bliksemafleiderinstallatie als die aanwezig is, en op de (pen) aarding die in de grond is aangebracht, vaak ook nog aan de bewapening in beton.   Als er tussen aarddraden geen spanning  kan ontstaat zal er dus ook geen stroom gaan lopen van het ene aardpunt naar het andere.  Met andere woorden dit voorkomt storingen. De kans op onverwachte aarlekmetingen uit andere toestellen wordt dan kleiner. Een goede aarding brengt veiligheid in een gebouw.

Afbeelding: Soms wordt er voor gekozen om in plaats van een grote ketel, meerdere kleine aan elkaar te koppelen. Dat kan zowel een serie als parallelschakeling (cascade) zijn. Met afsluiters kun je dan kiezen welke mee moeten draaien en welke niet, tijdens onderhoud kun je er dan ook 1 afschakelen terwijl de productie (door de andere) in stand blijft.