INLEIDING
Gevaar
Bij het gebruik van elektrische apparaten en toestellen is veiligheid een zeer belangrijk onderwerp. Veiligheid valt uiteen in twee sectoren:
- Bescherming van de installatie
- Bescherming van de gebruiker
Bescherming van de installatie betekent, dat wij de installatie beveiligen tegen te hoge elektrische stromen.
Bescherming van de gebruiker betekent, dat de gebruiker wordt beveiligd tegen de gevolgen van hoge stromen.
GEVAREN VOOR DE GEBRUIKER EN DE INSTALLATIE
Zeer schematisch ziet een huisinstallatie er als volgt uit.
Installatie voorbeeld
De stroom komt vanuit de toevoerleiding via de fasedraad de meterkast binnen. Via een smeltveiligheid loopt de stroom naar de verbruikers. Van de verbruikers loopt de stroom via de nuldraad terug naar de meterkast en verder.
Bescherming van de installatie betekent, dat wij de installatie beveiligen tegen te hoge elektrische stromen. Een te hoge stroom ontstaat bij:
•Overbelasting
• Kortsluiting
• Aardsluiting
•Gestelsluiting
Overbelasing
Overbelasting betekent dat er een stroom door de installatie loopt, die hoger is dan de stroom waarvoor de installatie is berekend. Overbelasting ontstaat, wanneer het totaal van de vermogens van de aangesloten apparaten te hoog is. Overbelasting is gevaarlijk, omdat de warmteontwikkeling in de draden en de dozen enz. zo hoog kan worden, dat er brandgevaar ontstaat.
Begrip overbelasting
Verzekering
Kortsluiting
?Wij spreken van kortsluiting, wanneer een of meer aders van de elektrische bedrading met elkaar in aanraking komen. De stroom loopt niet meer via de apparaten, maar kan ongehinderd van de fase naar de nul vloeien. De weerstand op de plaats van de kortsluiting is laag; de stroom is dus hoog.
Een rekenvoorbeeld: De spanning is 230 V. Er onstaat een kortsluiting met een weerstand van 1 Ohm. De stroom, die zou gaan lopen, bedraagt 230/1=230A(wet van Ohm). Het elektrische vermogen, dat hierdoor wordt ontwikkeld, bedraagt (P = U x I) 230 x 230 = 52900W. Dit is het vermogen van 26 elektrische kacheltjes van 2 kW. Conclusie: door kortsluiting ontstaat acuut brandgevaar.
Aardsluiting
?Bij toestellen met een metalen omkasting (wasmachine, droger, afwasmachine) kan er een verbinding ontstaan tussen de fase en de metalen kast. Via de beschermleiding loopt er een stroom direct naar de aarde. Vooral in een vochtige omgeving kan dit gebeuren.
Naast brandgevaar, zoals bij kortsluiting en overbelasting, ontstaat hier het gevaar dat de gebruiker met de metalen omkasting, waarop spanning staat, in aanraking komt. Wanneer een mens een voorwerp aanraakt, waarop een elektrische spanning dood staat, kan dit ernstige gevolgen hebben, tot de dood door elektrocutie toe.
Gestelsluiting
Het gestel is het apparaat dat stroom gebruikt. Wanneer binnenin het apparaat de fasedraad contact maakt met het omhulsel, ontstaat een levensgevaarlijke situatie. Omdat van buitenaf aan het apparaat niets te zien is, sluit men het nietsvermoedend aan. Op dat moment komt men in contact met de fasedraad via het omhulsel en ook met aarde. Hoe kan dit worden voorkomen?
• Installeer een aardlekschakelaar
• Gebruik alleen goede en goed gemonteerde materialen
• Gebruik alleen goed geconstrueerde apparaten
ELEKTROCUTIE
Aanraking Fase en aarde
Aanraking Fase- Fase of Fase - Nul
Het gevaar van elektrische stroom voor de mens hangt van een aantal factoren af. De belangrijkste is de sterkte van de elektrische stroom.
Een zeer kleine stroom (tot 1 mA; 0,001 A) voelen wij niet of nauwelijks, of leidt hooguit tot een schrikreactie. Bij een iets hogere stroom, al vanaf 5 mA, gaan spieren samentrekken. Hierdoor kan een situatie ontstaan, waarbij men niet meer in staat is het spanningvoerende deel los te laten. Boven 20 mA ontstaan ademhalingsproblemen, omdat bepaalde spiergroepen, die de ademhaling regelen, verkrampen. Bij stromen vanaf circa 40 mA raakt de hartslag verstoord. Dit kan direct de dood tot gevolg hebben. Bij zeer hoge stromen kunnen ook verbrandingen ontstaan op de plaatsen waar de stroom het lichaam binnenkomt en verlaat.
Elektriciteit kan dodelijk zijn!
?Wij spreken over stroom als gevaar, niet over spanning. Dit komt, omdat een lage spanning niet in staat is een hoge stroom door de hoge weerstand van ons lichaam te laten vloeien; een hogere spanning wel. Toch kan ook een lage spanning onder bepaalde omstandigheden een gevaarlijke stroom laten vloeien. De genoemde stromen zijn niet voor ieder mens gelijk. Ook is lichaamsweerstand erg afhankelijk van de toestand, waarin men verkeert. Wanneer men bezweet is, is de weerstand lager (en de stroom hoger) dan wanneer men droog is. Ook de tijd dat een stroom door het lichaam loopt, is van belang. Bij 230 V is de veilige tijd echter zeer kort, namelijk slechts 0,05 s.
BEVEILIGING
Het is noodzakelijk de mens en de installatie te beschermen tegen de gevaren van overbelasting, kortsluiting en aardsluiting. Hiervoor zijn verschillende mogelijkheden, zoals:
• De installatie verdelen in meerdere groepen
• Smeltveiligheden (in de volksmond zekeringen genoemd) toepassen
• Goed isoleren
• Aarden van metalen delen
• Toepassen van een aardlekschakelaar
VERSCHILLENDE MOGELIJKHEDEN
Per gevaar passen we toe
Groepen en smeltveiligheden
Door de installatie in huis in verschillende groepen te verdelen, is de belasting per groep lager dan wanneer alles op één groep staat. Voor het aansluiten van wasapparatuur is tegenwoordig een aparte groep verplicht: de natte groep. Om te voorkomen dat in de natte groep de wasmachine en de droger tegelijk aanstaan (overbelasting), is hiervoor een keuzeschakelaar ingebouwd. Schematisch ziet een huisinstallatie er dan als volgt uit.
Schema huisinstallatie
De smeltveiligheden in onze installatiegroepenkast begrenzen de maximale stroom, die door de betreffende groep vloeit.Wanneer de stroom door de smeltveiligheid te hoog wordt, smelt er een draadje, waardoor de stroom wordt verbroken. Hiermee is de installatie beveiligd tegen te hoge stromen door:
• Overbelasting
• Kortsluiting
• Aardsluiting
In een moderne installatie worden smeltveiligheden van 16 A toegepast. Oudere installaties gebruiken smeltveiligheden met een lagere waarde (10 of 6 A). Het is niet mogelijk smeltveiligheden met een lage waarde zonder meer te vervangen door smeltveiligheden met een hogere waarde. Smeltveiligheden met een hogere waarde passen namelijk niet in een vatting van een smeltveiligheid met een lagere waarde. Alleen een installateur kan oordelen of de installatie geschikt is om van zwaardere smeltveiligheden te worden voorzien. Omdat dit type smeltveiligheid verschillende diameters van het contanctpunt heeft, wordt dit type ook wel "D-patronen" genoemd.
Zekering kleurcode
Tegenwoordig worden meer automatische zekeringen gebruikt. In onderstaande figuur is een schematische weergave te zien van zo’n automatische zekering. In zo’n automaat zitten twee beveiligingsmechanismen.
?Thermische uitschakelinrichting - deze berust op het kromtrekken van een stukje bimetaal als gevolg van warmteontwikkeling door een te hoge stroomsterkte. Na enige tijd trekt hierdoor het stukje bimetaal krom en schakelt zo de zekering uit. Hoe groter de overbelasting en dus de stroomsterkte is, des te korter is die tijd.
?Elektromagnetische uitschakelinrichting - deze treedt in werking, als door een plotselinge kortsluiting de stroomsterkte boven een bepaalde waarde komt. Het bimetaal zou dan te traag reageren en zelf verbranden. Door de grote stroom wordt in de spoel van de elektromagneet een grote magnetische kracht ontwikkeld die de schakelaar uitschakelt.
Automatische veiligheid
Door goede isolatie van elektrische kabels wordt het gevaar van kortsluiting en aardsluiting verminderd. Helemaal uit te sluiten is een kortsluiting echter nooit. De metalen kast van een wasmachine of een droger kan door een kapotte isolatie onder spanning komen te staan. De stroom door de smeltveiligheid hoeft daardoor niet boven de maximumwaarde te komen. De smeltveiligheid smelt dus niet door. Dit betekent, wanneer een elektrotechnisch apparaat niet goed geisoleerd is, wij onderspanning staan als het wordt aangeraakt.?
Er zijn twee varianten van deze automaten:
• Schroefautomaten - die in plaats van de smeltveiligheid gedraaid kan worden
• Installatieautomaat - deze komt in plaats van de smeltveiligheid en de pas-schroef
Isoleren en aarden
Door goede isolatie van elektrische kabels wordt het gevaar van kortsluiting en aardsluiting verminderd. Helemaal uit te sluiten is een kortsluiting echter nooit. De metalen kast van een wasmachine of een droger kan door een kapotte isolatie onder spanning komen te staan. De stroom door de smeltveiligheid hoeft daardoor niet boven de maximumwaarde te komen. De smeltveiligheid smelt dus niet door. Dit betekent, wanneer een elektrotechnisch apparaat niet goed geisoleerd is, wij onderspanning staan als het wordt aangeraakt.
Sluiting
Door de metalen omhulling met de aarde te verbinden vloeit er van deze omhulling een stroom direct naar de aarde. De weerstand van deze verbinding is veel lager dan de weerstand van ons lichaam, waardoor wij bij aanraking minder gevaar lopen. Aarding vindt plaats via een extra draad in de aansluitkabel. De stekker en het stopcontact zijn voorzien van een extra contactstrip, de zogenaamde ”randaarde”.
Sluiting via aarde
Toestel met randaarde is veiliger dan zonder
Aarden is niet 100 % veilig. Ook bij aarding komen wij met de spanning in aanraking, want de smeltveiligheid smelt niet in alle gevallen door. Een goede aanvulling op het aarden is de aardlekschakelaar.
Aardlekschakelaar
Schema beveiliging
Bereik 1. Geen waarneembare inwerking
Bereik 2. Geen schadelijke medische gevolgen
Bereik 3. Nog geen gevaar voor hartkamertrillingen
Bereik 4. Er kunnen hartkamertrillingen optreden
IM: lichaamsstroom
t: inwerkingstijd
De aardlekschakelaar (differentiaalschakelaar) wordt in de voeding van de groepenkast opgenomen. Wanneer er geen probleem is, zal de stroom in de terugvoerleiding even hoog als de stroom in de toevoerleiding. Bij een aardsluiting lekt een deel van de toegevloeide stroom weg. Deze stroom loopt niet via de terugvoerleiding terug. De aardlekschakelaar meet dit verschil en schakelt zeer snel (0,2 s) de stroomtoevoer uit.
Voor de normale groepen zijn aardlekschakelaars in de handel, die afschakelen bij een stroomverschil van 30 mA. Voor de natte groep kan dit te laag zijn. In een vochtige wasmachine zijn kruipstroompjes onvermijdelijk. Voor de natte groep wordt daarom een aardlekschakelaar aanbevolen, die bij 500 mA-stroomverschil afschakelt. Aardlekschakelaars worden ook automaten genoemd.
Aarlekschakelaar Werking
Opengewerkt
Wanneer de aardlekschakelaar afschakelt, staat de schakelaarknop in stand 0; om de aardlekschakelaar weer in te schakelen, moet deze knop in stand 1 worden gezet. Met de testknop moet men af en toe dewerking van de aardlekschakelaar controleren.
Programma overzicht Aardlekschakelaars (Siemens)
Inbouw schakelaar
Vragen en opdrachten
Vragen en opdrachten PDF
1.Wat is een directe kortsluiting?
2. Wat is een aardsluiting?
3. Wat is een gestelsluiting?
4. Wat is het gevaar van een te veel buigen van het snoer?
5.Wat is een D-patroon?
6.Waarom kan men geen te zware D-patroon plaatsen?
7.Op welke twee manieren werkt een automatische veiligheid?
8. Hoe werkt een aardlekschakelaar?
9.Hoe groot is een veilige spanning?
10.Geef aan welke isolatieklassen worden onderscheiden.
11.Waarvoor staan de letters CEE en KEMA?
12. Als ergens brand ontstaat is dat meestal geen kortsluiting, maar wat anders. Wat is meestal de reden voor het ontstaan van brand?
13. Welk onderdeel uit de meterkast schakelt uit als:
Er een stroom door je lijf gaat?
Er kortsluiting plaats vindt?
Er een zeer kleine stroom van 3 mA door de aardleiding van een wasmachine weg vloeit?
14. Waarvoor dient een waterstop?
15. Waarom wordt bij de wateraansluiting van een wasmachine vaak een kraan met een ontluchtingsventiel geplaatst?
16. Op een haspel van een verlengsnoer staat het volgende:Verklaar het verschil in belasting.
17. Iemand snijdt met zijn elektrische zaag het snoer door. Na een geweldige klap is overal in huis de spanning uitgevallen. Bij controle blijken alle zekeringen intact te zijn, maar er is geen spanning. Bedenk hiervoor een verklaring?
