InfoNu.nl > Electronica > Huishoudelijk > Elektrische beveiligingen

Elektrische beveiligingen

Elektrische beveiligingen Elektriciteit kan gevaarlijk zijn voor zowel mensen als machines; het aanraken van hoge spanning kan elektrocutie veroorzaken. Kortsluitingen en overbelasting kunnen elektrische apparatuur beschadigen. Daarom worden beveiligingen ingebouwd. Een zekering onderbreekt het elektrische circuit wanneer langdurig een hoge stroom loopt. Een aardlekschakelaar beveiligt tegen het aanraken van onderdelen die onder spanning staan.

Overbelastingsstroom en kortsluitstroom

Als gevolg van hoge belasting van apparatuur of een elektriciteitsnet kunnen overbelastingsstromen optreden. Dit zijn stromen die hoger zijn dan de nominale stroom (de stroom waarvoor de apparatuur of installatie gespecificeerd is). Een overbelastingsstroom kan een zekere tijd lopen voordat het problemen veroorzaakt. Een kortsluitstroom ontstaat bij kortsluiting en zal vele malen de nominale stroom bedragen. Een kortsluiting levert direct een probleem op, en moet zo snel mogelijk worden afgeschakeld.

Beveiligingstoestellen beschermen tegen deze twee typen overstromen. Een beveiliging heeft een maximale stroom waartegen beveiligd kan worden, het onderbrekingsvermogen of de nominale stroom I_n. Wanneer een installatie beveiligd moet worden tegen een maximale stroom Imax, kiest men een beveiliging met een nominale stroom In die rond (of juist onder) Imax ligt. De beveiliging zal echter niet geactiveerd worden bij I_n, maar bij een stroom die hoger ligt, de zogenaamde 'conventionele aanspreekstroom'.

Beveiligingstoestellen voor overstromen zijn:
  • smeltzekeringen
  • automaten

smeltzekeringen
Een smeltzekering beveiligt tegen overstroom door het principe van warmteontwikkeling. Wanneer een elektrische stroom i door een draad met weerstand R gevoerd wordt gedurende tijd t, dan zal de warmteontwikkeling zijn:

  • Q = i² R t

-fig 1-<BR>
karakteristiek smeltzekeringen<BR>
-klik voor vergroting- / Bron: Tronic-fig 1-
karakteristiek smeltzekeringen
-klik voor vergroting- / Bron: Tronic
Een geleider kan een zekere warmte-energie (i² R t) verdragen, als deze warmte voldoende kan worden afgegeven aan de omgeving. Een smeltzekering bevat een smeltdraad, die doorbrandt wanneer de ontwikkelde warmte te groot geworden is. Dit kan optreden wanneer de tijdsduur t erg groot is, of de gevoerde stroom i hoog is. Voor een overbelastingsstroom zal het meer tijd vergen voordat de smeltdraad doorgaat dan bij een (hoge) kortsluitstroom -zie figuur 1.

Smeltzekeringen zijn er in verschillende soorten en maten. De schroefzekering of diazed (zoals bij u thuis in de meterkast) is waarschijnlijk de bekendste; daarnaast is de kleinere glaszekering een veel gebruikte zekering.

In principe is elke stroomdraad, bekabeling, of aansluiting een zekering; een geleider kan nooit meer energie verdragen dan een maximale waarde van (i² R t). Deze maximale waarde hangt af van de fysieke eigenschappen (zoals doorsnede en materiaal) van de draad, want dit bepaalt hoeveel warmte wordt afgegeven aan de omgeving.

Een zekering is gemaakt om door te kunnen branden en beschermt dus de achterliggende bekabeling. Wanneer een zekering doorgegaan is, zal hij vervangen moeten worden.

automaten
Tegenwoordig zijn de meeste huishoudens uitgerust met automaten in plaats van met smeltzekeringen. Een automaat bevat een schakelaar die uitschakelt bij een kortsluitstroom. Deze schakelaar wordt geactiveerd door een spoel die via inductie de kortsluitstroom kan meten.

Daarnaast bevat het een thermische schakelaar die overbelastingsstromen afschakelt. Lagere langdurige stromen worden thermisch gedetecteerd. Het voordeel van een automaat is dat deze niet vervangen hoeft te worden na afschakelen; men kan de schakelaar gewoon weer met de hand omzetten.

Aanraakgevaar en beveiliging

Een mens kan op twee manieren in contact komen met gevaarlijke spanning: rechtstreeks en indirect. Rechtstreeks betekent dat men delen van een installatie aanraakt die onder spanning staan. Het aanraken van een AC-spanning van 50 Volt kan al gevaarlijk zijn voor een mens. Men kan tegen rechtstreekse aanraking beveiligen door isolatie aan te brengen, of door een aardlekschakelaar te gebruiken.

Indirecte aanraking ontstaat wanneer massa's (metalen behuizingen) door isolatiefouten in contact komen met spanning voerende delen. Men kan beveiligen tegen dit type aanraking door:
  • isolatie
  • het aanbrengen van aarding
  • het aanbrengen van equipotentiaalverbindingen (twee massa's dezelfde potentiaal geven)
  • het gebruik van een aardlekschakelaar

aardlekschakelaar
Een aardlekschakelaar detecteert of de stroom die naar een apparaat of installatie gaat, ook terugkeert; dat wil zeggen is de stroom door de retourgeleider even groot als de toegevoerde stroom? Dit wordt gemeten door een spoel die zowel de heen- als de retour-stroom meet. Wanneer het verschil tussen heen- en retour een bepaalde grens overschrijdt zal de schakelaar aangesproken worden. In de normale situatie is de nettostroom door de spoel gelijk aan nul en schakelt de aardlekschakelaar niet. In de figuur hiernaast is afgebeeld hoe een aardlekschakelaar werkt.

Wanneer door aanraking een stroom wegvloeit naar aarde via het menselijk lichaam, zal de retourstroom N niet meer gelijk zijn aan de toegevoerde stromen. De aardlekschakelaar onderbreekt dan de stroomkring van de toegevoerde stroom. De kleinste stroom waarbij de schakelaar geactiveerd wordt, noemt men aanspreekstroom of gevoeligheid.

-fig 2-<BR>
veiligheidscurve / Bron: Tronic-fig 2-
veiligheidscurve / Bron: Tronic
contactspanning
De spanning die een mens kan aanraken zonder gevaar voor elektrocutie noemt men de toelaatbare contactspanning. Het aanraakgevaar wordt mede bepaald door de tijdsduur waarin men de spanning aanraakt. Men kan de blootstellingsduur en de hoogte van de spanning tegen elkaar uitzetten in een grafiek; dit noemt men een veiligheidscurve (figuur 4).

Er is een verschil tussen de curve voor een droge huid en de curve voor een vochtige huid (BB1 en BB2). Een wisselspanning van 50 Volt beschouwt men doorgaans als gevaarlijk bij aanraking met een droge huid. De toelaatbare contactspanning in combinatie met de tijdsduur waarin het aangeraakt wordt (blootstellingsduur) noemt men ook wel de relatieve conventionele grensspanning.

Het product van de verliesstroom en de aardingsweerstand levert een spanning. Men kan de aanspreekstroom van een aardlekschakelaar zodanig bepalen dat het product van verliesstroom en aardingsweerstand onder de toelaatbare contactspanning blijft.

  • (aanspreekstroom i) * R aarde < toelaatbare contactspanning

Volgens de NEN 1010 -de Nederlandse norm voor laagspanningsinstallaties (<1000V)- zijn aardlekschakelaars verplicht in huisinstallaties. Tegenwoordig (sinds 1996) mag de aanspreekstroom (ΔIn) maximaal 30 mA bedragen. Bij oudere woningen treft men nog aardlekschakelaars aan met een aanspreekstroom van 0,5A.
© 2012 - 2017 Tronic, het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Klussen: zekeringen (stoppen) en aardlekschakelaarsKlussen: zekeringen (stoppen) en aardlekschakelaarsWanneer er teveel apparaten in huis aanstaan die veel energie vreten kunnen de stoppen doorslaan vanwege overbelasting.…
Veiligheid van Elekriciteit in huisHoe zit het eigenlijk met de stroom die je huis in komt. En over de veiligheid van elektriciteit in huis en de veilighei…
Storing zoeken bij uitvallen aardlekschakelaarStoring zoeken bij uitvallen aardlekschakelaarDe aardlekschakelaar zorgt voor uw veiligheid in en om het huis tegen elektrische aanraking. Het schakelt de elektricite…
Elektrische Stroom & Aarding (Veiligheid)Elektrische Stroom & Aarding (Veiligheid)Elektrische stroom gebruiken we dagelijks. Toch weten velen niet precies hoe stroom werkt. Stoppen in de meterkast, de e…
Huisinstallaties, kleurcodes, en krachtstroomHuisinstallaties, kleurcodes, en krachtstroomVia een aansluiting van de netbeheerder komt elektriciteit uw huis binnen. De bedrading in huis noemt men een huisinstal…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Tronic
  • http://www.euronorm.net/
  • Afbeelding bron 1: Tronic
  • Afbeelding bron 2: Tronic

Reageer op het artikel "Elektrische beveiligingen"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Infoteur: Tronic
Rubriek: Electronica
Subrubriek: Huishoudelijk
Bronnen en referenties: 4
Schrijf mee!