Introductieles voor cursus Elektrotechniek - basis - Hoofdstuk 2

In deze module maak je kennis met enkele belangrijke elektrotechnische basisbegrippen. Daarin kan veiligheid niet ontbreken. Elektriciteit kan gevaarlijk zijn. Teveel stroom kan leiden tot brand, onder spanning staan tot elektrocutie. Daarom bevat een elektrische installatie beveiligingen.

Overbelasting en kortsluiting

Het woord kortsluiting is al gevallen, maar wat is het nu precies? Kortsluiting heeft in elk geval te maken met te veel stroom.

In de elektrotechniek kennen we twee soorten “overstroom”, te veel aan stroom:

• Overbelasting
• Kortsluiting

Elke geleider (kabel of draad) waardoor stroom loopt, wordt warm. Loopt er weinig stroom, dan merk je dat niet. Loopt er veel stroom, dan kan de isolatie flink warm worden. Te veel stroom kan er voor zorgen dat de koperdraad doorsmelt. Of dat de isolatie om de draad heen smelt. Dit kan vervolgens brand veroorzaken. Het is dus belangrijk om te voorkomen dat er te veel stroom gaat lopen. Daar zorgen de smeltveiligheden of installatie-automaten voor. Deze zitten in de schakel- en verdeelinrichting, thuis noem je dat groepenkast.

Wat is nu overbelasting en hoe wordt het veroorzaakt?

Overbelasting is teveel stroom gedurende een langere tijd. Door een circuit beveiligd met 16 A, loopt dan bijvoorbeeld een kwartier lang 20 A. Voordat de draden te warm worden moet er afgeschakeld worden. Het ontstaat als je teveel apparaten op één circuit (eindgroep) aansluit. Bijvoorbeeld door een wasmachine en wasdroger via een verlengsnoer op hetzelfde stopcontact aan te sluiten.

Wat is nu kortsluiting en hoe wordt het veroorzaakt?

Kortsluiting is veel te veel stroom gedurende een korte tijd. De stroom door een circuit beveiligd met 16 A is dan bijvoorbeeld 100 A. De beveiliging schakelt deze stroom bijna direct af. Zou dit niet gebeuren dan kan dit weer tot brand leiden en in sommige gevallen zelf tot explosies. Dit vanwege de grote krachten die ontstaan. Een voorbeeld van een kortsluiting is wanneer de fasedraad en nul elkaar raken. Bijvoorbeeld doordat iemand zonder elektrotechnische kennis iets probeert aan te sluiten. In de animatie van figuur 6 worden de verschillen tussen kortsluiting en overbelasting getoond.

Bekijk de animatie: https://mijn.rovc.nl/_Blended-img/904/1546/Animatie/091b2828-3927-4e85-82d3-70a27ea33bd2/animation6/animation6.html

Figuur 6 Animatie: overbelasting en kortsluiting

Beveiligingscomponenten (overstroombeveiligingen)

De geleiders (bedrading en kabels etc.) in een installatie moeten tegen de gevolgen van overbelasting en kortsluiting worden beveiligd. Daarnaast wordt er bijvoorbeeld voor motoren een speciale beveiliging gebruikt omdat deze gevoeliger zijn. In de praktijk zie je dan ook verschillende beveiligingscomponenten terug. Die kom je in dit hoofdstuk tegen.

D-patroon en mespatroon

Een bekende smeltveiligheid is de D-patroon. Door op tijd af te schakelen is alle bedrading die er achter zit beveiligd tegen kortsluiting en overbelasting. In een D-patroon (de ouderwetse stop) zit een smeltdraad. Door de overbelasting wordt deze te warm en zal doorsmelten. Doordat dit bij een kleine overbelasting (bijv 20A bij een 16A-patroon) lang duurt, warmt ook de D-patroon op. Bij een kortsluiting smelt de draad zo snel door, dat de patroon geen tijd heeft om op te warmen. Nadeel is dat de D-patroon na daarna vervangen moet worden.In de animatie van figuur 7 worden de effecten van een kortsluiting of overbelasting in een D-patroon zichtbaar.

Bekijk hier de animatie: https://mijn.rovc.nl/_Blended-img/904/1546/Animatie/10883432-fbf1-4ebf-bd73-021bb4d6fa9b/animation9/animation9.html

Figuur 7 Animatie: beveiligen tegen overbelasting en kortsluiting

Een mespatroon werkt hetzelfde als een D-patroon, maar ziet er anders uit en kom je met name in de industriele schakel- en verdeelinrichtingen tegen.

Figuur 8 Mespatroon

Installatie-automaat

In een installatie-automaat zit geen smeltdraad, maar een contact. Dit contact wordt geopend wanneer er overbelasting ontstaat, maar ook bij kortsluiting. Overbelasting wordt gesignaleerd door een thermische beveiliging (bimetaal). Een bimetaal bestaat uit twee verschillende metalen. Deze zetten bij warmte verschillend uit waardoor het bimetaal krom trekt. Daarmee wordt het contact geopend en het circuit onderbreekt. De overbelasting is daarmee afgeschakeld. Hoe groter de overbelasting, des te sneller het bimetaal krom trekt. Toch kost het kromtrekken tijd, te veel tijd om grote kortsluitstroom snel af te schakelen.

De animatie in figuur 9 laat zien hoe een bimetaal zicht gedraagt binnen een thermische beveiliging.

https://mijn.rovc.nl/_Blended-img/904/1546/Animatie/82906dbb-e0d7-4765-a808-ec90e09f8a17/animation11_(8)/animation11_(8).html

Kortsluiting wordt gesignaleerd door een uitschakelspoel (vergelijkbaar met een relais). Bij voldoende stroom wordt de spoel magnetisch en schakelt één contact of meerdere contacten tegelijk.

In de animatie van figuur 10 wordt het principe van uitschakeling getoond, net als bij een relais. Bekijk hier de animatie: https://mijn.rovc.nl/_Blended-img/904/1546/Animatie/4b98be19-7c8b-4a46-9387-235a930f11e1/animation10/animation10.html

Het bimetaal en de uitschakelspoel samen, maken de installatie-automaat tot een betrouwbare beveiliging tegen overbelasting èn kortsluiting. Het voordeel is dat de automaat niet vervangen hoeft te worden, maar opnieuw kan worden ingeschakeld. De animatie van figuur 11 toont de beveiliging tegen kortsluiting en overbelasting in een installatie-automaat.

Bekijk hier de animatie: https://mijn.rovc.nl/_Blended-img/904/1546/Animatie/cce36292-2e33-4624-b3f1-f87dd9f03925/animation8/animation8.html

Figuur 11 Beveiligen tegen overbelasting en kortsluiting – installatie-automaat

Beveiliging voor motoren

Elektromotoren hebben de eigenschap meer stroom te vragen, als ze harder moeten werken. Daardoor kan een motor zichzelf overbelasten. Ook is een motor gevoeliger voor overbelasting dan bedrading. Bij een thermisch pakket en ook bij een motorbeveiligingsschakelaar kun je de thermische beveiliging daarom met een instelwieltje op de juiste waarde in te stellen.

Figuur 12 Instelbare beveiligingen voor motoren

Aardlekschakelaar als persoonsbeveiliging

Een aardlekschakelaar meet of er geen stroom wegloopt naar aarde. Als er teveel wegloopt (meer dan 30mA) dan schakelt deze uit. In figuur 13 is zo’n aardlekschakelaar te zien. Dit gebeurt ook wanneer die stroom door jou heen loopt als je onder spanning staat. De aardlekschakelaar beperkt daarmee de stroom die door je heen loopt en zorgt dat het niet te lang duurt. Daarom noemen we de 30mA aardlekschakelaar ook wel een persoonsbeveiliging en is deze te vinden in alle huisinstallaties. Dit geldt echter niet voor alle bedrijfsinstallaties. Daar moeten andere kortsluitbeveiligingen er voor zorgen dat er afgeschakeld wordt.

Figuur 13 De aardlekschakelaar schakelt de spanning uit zodra er teveel stroom wegvloeit naar aarde

Naar hoofdstuk 3