Elektrische energie gebruiken

De meterkast
Elk woonhuis is door een voedingskabel met het elektriciteitsnet verbonden. De kabel komt het huis binnen door de vloer van de meterkast. In de meterkast zie je verder, van onder naar boven:

Het energieverbruik van een elektrisch apparaat
Het lichtnet levert energie aan de elektrische apparaten in huis. Die apparaten zijn energie-omzetters: ze zetten de elektrische energie van het lichtnet om in andere soorten energie: warmte, licht, bewegingsenergie en geluid.

Als eenheid van energie wordt bijna altijd de joule (J) gebruikt.
Elektriciteitsbedrijven vormen wat dat betreft een uitzondering. Die gebruiken de kilowattuur (kWh) als eenheid van energie. De meter die het verbruik van elektrische energie bijhoudt, wordt dan ook de kWh-meter genoemd.

Soms is het handig om een hoeveelheid energie om te rekenen van kilowattuur naar joule of omgekeerd. Je moet dan weten dat 1 kilowattuur gelijk is aan 3,6 megajoule: 1 kWh = 3,6 MJ. Reken zelf maar na: als een apparaat van 1000 W (1 kW) precies één uur (3600 s) aanstaat, verbruikt het:

E = P x t E = P x t
  = 1 kWh x 1 h   = 1000 W x 3600 s
  = 1 kWh   = 3,6x106 J = 2,6 MJ

 

Voorbeeld
Een gemiddeld Nederlands gezin verbruikt per jaar zo'n 3300 (3,3 x103) kWh aan elektrische energie.
Reken dit energieverbruik om in joule.

1 kWh = 3,6 x106 J
3,3 x103 kWh = 3,3 x103 x 3,6 x106 J = 12 x109 J (12 GJ)

Het opgenomen vermogen
Op veel elektrische apparaten is een typeplaatje aangebracht. Op dat typeplaatje kun je zien hoe groot het opgenomen vermogen van het apparaat is. Je weet dan hoeveel elektrische energie het apparaat per seconde opneemt. Een apparaat van 200 W neemt bijvoorbeeld elke seconde 200 J elektrische energie op.

Met de opstelling hiernaast kun je het vermogen van een elektrisch apparaat bepalen. Op de spanningsmeter (oranje) kun je zien of het apparaat op de juiste spanning aangesloten is. Op de stroommeter (geel) kun je aflezen, hoe groot de stroomsterkte door het apparaat is.
Vervolgens kun je het opgenomen vermogen berekenen met P = U x I.

Elektriciteit en veiligheid
Het gebruik van elektrische energie brengt twee gevaren met zich mee. Als draden te veel stroom moeten verwerken, kunnen ze zo heet worden dat er brand ontstaat. Als mensen en dieren iets aanraken waar een hoge spanning op staat, krijgen ze een schok.

Om veilig gebruik te kunnen maken van elektrische energie, moet je dus voorkomen:
1 dat de stroomsterkte door apparaten en leidingen te groot wordt;
2 dat je onderdelen kunt aanraken waar een hoge spanning op staat.

Alle leidingen en elektrische apparaten in huis zijn daarom geïsoleerd De isolatie voorkomt dat je een schok krijgt, als je de leiding of het apparaat aanraakt.

Als de isolatie van een apparaat kapotgaat, kan er in het apparaat kortsluiting ontstaan. De stroom neemt dan een gemakkelijke weg, waardoor de stroomsterkte veel te groot wordt. De stroomsterkte kan ook te groot worden door overbelasting: er staan dan te veel apparaten tegelijk aan‚

Voorbeeld
Lees de informatie in afbeelding hiernaast.
Bereken hoe groot de stroomsterkte door de stekker op zijn hoogst mag worden.

Pel = 2200 W
U = 230 V
Pel = U x I
2200 = 230 x I
I = 2200 : 230 = 9,6 A

Veiligheidsmaatregelen
De huisinstallatie is op verschillende manier beveiligd: met zekeringen, met een aardlekschakelaar en met aardleidingen.

Zekeringen
De groepszekeringen in de meterkast schakelen de stroom uit, als die boven een bepaalde waarde komt. Er zijn zekeringen van 10 A en van 16 A. Welke zekering je nodig hebt, hangt af van de stroomsterkte die de groep maximaal aankan.

Aardlekschakelaar
Een aardlekschakelaar controleert of er ergens in huis stroom 'weglekt', bijvoorbeeld doordat de isolatie van een apparaat kapotgegaan is. In dat geval bestaat er een verschil tussen de stroom die het huis binnenkomt en de stroom die het huis verlaat. Als het verschil groter is dan 30 mA, schakelt de aardlekschakelaar binnen 0,2 s de stroom uit.

Randaarde
Sommige apparaten hebben een metalen buitenkant die onder spanning kan komen te staan, Daarom wordt de metalen buitenkant van zo’n apparaat geaard met een groengele aarddraad. De aarddraad loopt van de metalen buitenkant via het snoer naar de rand van het stopcontact (vandaar de naam randaarde). Van de rand van het stopcontact loopt de aarddraad verder naar de aardrail in de meterkast.

De aardrail is verbonden met een metalen pin die diep in de bodem is geslagen. Als de metalen buitenkant onder spanning komt te staan, loopt er via de aarddraad een grote stroom naar de aarde. Deze grote 'lekstroom’ zorgt ervoor dat de aardlekschakelaar de spanning meteen uitschakelt. In oude installaties zonder aardlekschakelaar sloeg de groepszekering dan door.

Dubbele isolatie
Elektriciteitsdraden worden altijd geisoleerd met een laagje kunststof. Dit voorkomt dat je een schok krijgt of kortsluiting maakt. Sommige apparaten worden zelfs dubbel geïsoleerd. Bij deze apparaten is niet alleen de draad geïsoleerd, maar zit er om de draad nog een extra isolatie. Meestal is dat de kunststof buitenkant van het apparaat. Deze apparaten zijn te herkennen aan het symbool dat op het apparaat staat.