Introductieles voor cursus Elektrotechniek - basis - hoofdstuk 1
In deze module maak je kennis met enkele belangrijke elektrotechnische basisbegrippen. Wat is nu eigenlijk spanning, stroom en weerstand? Wat is het verschil tussen overbelasting en kortsluiting? Op een speelse manier, zonder veel en diepgaande theorie, komen diverse begrippen aan bod. In alle gevallen ondersteund door een verklarende animatie of film.
Gesloten circuit, spanning en stroom
Elektrische spanning en stroom zijn doorgaans onzichtbaar. Dat maakt het voor veel mensen lastige begrippen. Spanning is heel goed te vergelijken met (water)druk en elektrische stroom met hoeveel water er stroomt. Elektrische stroom kan alleen lopen als er sprake is van “een gesloten circuit”.
Figuur 1 is een animatie waarin een gesloten watercircuit wordt getoond, vergelijkbaar met een gesloten elektrisch circuit.
Naast spanning en stroom bestaat er het begrip weerstand. Materialen waar makkelijk een stroom doorheen kan, hebben een lage weerstand en noemen we geleiders. Koper is binnen de elektrotechniek een bekende geleider. Materialen waar moeilijk een stroom doorheen kan, hebben een hoge weerstand en noemen we isolatoren. Het isolatiemateriaal om een draad is daar een voorbeeld van. Daardoor ben je in de praktijk beschermd tegen de spanning die op de koperdraad staat.
Spanning, stroom, weerstand (schema’s)
In de elektrotechniek worden schema’s gebruikt om de werking van een apparaat of installatie te verduidelijken. Een apparaat of installatie is opgebouwd uit diverse componenten. Een zaklamp is bijvoorbeeld opgebouwd uit een schakelaar en een lamp, aangesloten op een spanningsbron (batterij).
De spanningsbron, schakelaar en lamp vormen samen een circuit of schakeling. Hoe de componenten met elkaar verbonden zijn, kun je zien in een elektrisch schema. In een schema heeft elk component een eigen symbool.
Figuur 2 is een animatie waarin schematisch getoond wordt hoe spanning, stroom en weerstand zich gedragen ten opzichte van elkaar.
Elk component is gemaakt voor een bepaalde spanning. Wanneer deze spanning wordt aangesloten, functioneert in dit geval het lampje goed. Zou er teveel spanning worden aangesloten op het lampje, dan gaat deze kapot. Dat komt omdat er een te grote stroom gaat lopen.
Zou het circuit een te grote weerstand hebben, dan gaat er een kleinere stroom lopen dan de bedoeling is.
- Spanning wordt aangegeven met de letter U, de hoeveelheid spanning met V (volt).
- Stroom wordt aangegeven I, de hoeveelheid stroom met A (ampère).
- Weerstand wordt aangegeven R, de hoeveelheid weerstand met Ω (ohm).
Wissel- en gelijkspanning
Er bestaat wissel- en gelijkspanning. Gelijkspanning komt uit een batterij of accu. Bij gelijkspanning loopt de stroom altijd van plus naar min. Omdat dit altijd dezelfde richting is, heet het gelijkspanning en gelijkstroom.
Wisselspanning wordt gemaakt met een dynamo of een generator. Bij wisselspanning wisselt de stroomrichting continu en loopt de stroom van fase (L) naar nul (N) en dan van nul (N) naar fase (L).
Bij ons elektriciteitsnet gebeurt dat 50 x per seconde (ook wel 50 Hz genoemd). Dit gaat zo snel dat het lastig voor te stellen is. Bij een oude fietsdynamo gebeurt het wisselen afhankelijk van je snelheid. Deze fietsdynamo is goed te vergelijken met een generator in een elektriciteitscentrale.
In figuur 3 is een animatie te zien waarin het gedrag van wisselspanning te zien is.
Wisselspanning en wisselstroom zijn te herkennen aan de letters AC, zo staat er bijvoorbeeld 230 VAC op je stopcontact thuis. Gelijkspanning en gelijkstroom herken je aan de letters DC. Zo komt er uit de meeste telefoonladers een spanning van 5 VDC. De verschillen worden in de animatie van figuur 4 nog eens zichtbaar gemaakt.
Aarde, nul, fase
Bij wisselspanning hebben we dus een fase (L) aansluiting en een nul (N) aansluiting. De fase heeft in verlichtingsinstallaties doorgaans de kleur bruin, de nul is blauw. Daarnaast kom je een groen-gele draad tegen, de beschermingsleiding of aarddraad. Bij apparaten met een geaarde stekker is deze verbonden met de metalen behuizing, denk bijvoorbeeld aan een wasmachine. De spanningsbron (transformatorhuisje) waar je huisinstallatie op is aangesloten, is ook verbonden met aarde.
Als de bruine draad los zou trillen en tegen de behuizing aan komt, gebeuren er twee dingen:
De behuizing komt onder spanning te staan. Raak je dan de behuizing aan, dan maak jij onderdeel uit van het circuit en loopt er een stroom door jou heen, via de aarde terug naar de bron.
Via de beschermingsleiding ontstaat er gesloten circuit tussen fase (L) en aarde, zonder dat er iets tussen zit. Een circuit met een hele lage weerstand dus. Dit noemen we een kortsluiting. Het gevolg is dat er een hele hoge stroom gaat lopen.
De kortsluitstroom wordt in de praktijk snel afgeschakeld door een beveiliging, dan is er weer een veilige situatie. Zou de beschermingsleiding er niet zijn, dan blijft de behuizing onder spanning staan: levensgevaarlijk! In de animatie van figuur 5 worden boven genoemde situaties getoond met de daarop ontstane gevolgen.
Bel mij
Heb je een vraag over een cursus of een vak- of schakelopleiding? Ik help je graag! Bel of e-mail mij voor een persoonlijk studieadvies.
Rob Manders