Elektriciteit

Elektriciteit
Wat is elektriciteit
Elektriciteit kun je niet zien, niet ruiken,
niet proeven, maar wel voelen. Dit
voelen kan echter gevaarlijk zijn dus pas
hier voor op.
Maar wat is het dan wel? Hiervoor even
een klein stukje natuurkunde.
Alle materialen (stoffen) bestaan uit
atomen. Deze atomen bestaan uit een
kern en hier om heen bewegen
elektronen. In fig. 1 wordt dit
schematisch voorgesteld.
fig.een atoomkern met
elektronen
Elektrische stroom
Elektriciteit (stroom) is het overspringen van elektronen van de ene atoomkern naar
de andere atoomkern. In fig. 2 wordt dit schematisch voorgesteld.
fig. elektriciteit is het overspringen
van elektronen van de ene atoomkern naar de andere atoomkern
koperdraad
isolatie
Wanneer dit overspringen gemakkelijk
gaat noemen we het een geleider. Dit
zijn bijvoorbeeld metalen, zoals het
koperdraad in fig. 3.
fig. Koperdraad met isolatie
Wanneer het overspringen van de
elektronen moeilijk gaat noemen we het
een isolator of weerstand. dit zijn
bijvoorbeeld kunststoffen, zoals de
isolatie in fig. 3).
1
Wanneer heel veel elektronen door een geleider gaan hebben we een elektronenstroom. Dit wordt ook wel elektrische stroom genoemd of gewoon stroom
Om dit wat duidelijker te maken gaan we de elektronen vergelijken met hele kleine
waterdruppeltjes. Als heel veel van deze waterdruppeltjes in een trechter worden
opgevangen en door een leiding gaan, stroomt er water (fig. 4).
waterdruppels
trechter
waterstroom
fig. veel waterdruppels zorgen voor
een waterstroom
De hoeveelheid stroom die door een geleider of verbruiker gaat wordt weergegeven
in Ampère (A).
Bijvoorbeeld:
 de stroom door een lamp is 1A;
 de stroom door een elektrische kachel is 16A;
 de stroom door een grote elektromotor is 50A.
Spanning
Om water door een leiding te laten
stromen heb je druk nodig. Deze druk
krijg je van een pomp of een hoog
geplaatste watertank (watertoren).
Om elektronen te laten stromen heb je
spanning nodig. Dit krijg je bijvoorbeeld
van een dynamo (fig. 5), batterij of accu.
fig.. een dynamo levert spanning
De grootte van de spanning wordt
om de elektronen te laten stromen
weergegeven in Volt (V).
Bijvoorbeeld:
 de spanning van een fiets-dynamo is
6V;
 de spanning van een auto-accu is 12V;
2
 de spanning op een stopcontact of de verlichting in een huis is 220V;
 de spanning op een grote machine is 380V.
Vermogen
De spanning en de stroom leveren met
elkaar het vermogen. Dit is de
hoeveelheid energie die een apparaat
kan opnemen of kan afgeven.
Het vermogen wordt berekend door de
spanning met de stroom te
vermenigvuldigen.
De grootte van het vermogen wordt
weergegeven in Watt (W).
Bijvoorbeeld:
 het vermogen van een lamp is 100W
(fig. 6);
fig. het vermogen dat deze lamp
 het vermogen van een boormachine
opneemt is 100 W
is 150W;
 het vermogen van een straalkachel is
3000W.
Omdat de spanning en de stroom bij trafo's of generatoren geen constante waarden
hebben geeft men het vermogen niet aan in watt, maar wordt het soms aangegeven
in VA. Dit betekent volt-ampère (volt x ampère).
Weerstand
Wanneer elektriciteit of water ergens moeilijk doorheen kan noemen we dit
weerstand. Bij water is weerstand gemakkelijk voor te stellen door een vernauwing
in de leiding (fig. 7).
weerstand
fig. een vernauwing in een leiding
geeft weerstand
Bij elektriciteit ontstaat weerstand door bijvoorbeeld:
 een lange of dunne draad;
 materiaal waar elektrische stroom moeilijk doorheen gaat;
 slechte contacten of verbindingen.
3
De weerstand van de isolatie om de
draad is heel groot, zelfs zo groot dat er
geen stroom door gaat (fig. 8).
De grootte van elektrische weerstand
wordt aangegeven in Ohm (). Voor de
naam weerstand wordt vaak de letter R
van Resistant gebruikt (fig. 9).
Bijvoorbeeld:
 de weerstand van een draad is 5;
 de weerstand heeft een waarde van
100;
 op een weerstand staat R = 25(fig.
9);
 op een apparaat staat R = 400;
Koper
Isolatie
fig. isolatie heeft een zeer grote
weerstand
R = 25 
fig. . weerstand van 25 
De gevolgen van weerstand zijn:
 stroom gaat er moeilijker door;
 warmte ontwikkeling;
 slechter werken van apparaten.
Het verschil tussen wisselspanning en gelijkspanning
Gelijkspanning
Bij gelijkspanning gaat de elektronenstroom altijd in dezelfde richting. Hierbij heeft
de energiebron altijd een + en een . Bijvoorbeeld bij een batterij of een accu. De
stroom gaat van de + door de schakeling naar de . Dit is in fig. 10 weergegeven.
stroomrichting
fig. Bij gelijkspanning gaat de stroom
in één richting, altijd van = naar 
4
Wisselspanning
Bij wisselspanning wisselt steeds de + en de op de aansluitingen van de
energiebron. De elektronenstroom wisselt hierbij ook steeds van richting, hij gaat
heen en terug. Wisselspanning komt uit een fiets-dynamo, maar ook uit het
stopcontact aan de wand. Hoe de elektronenstroom beweegt, is in fig. 11
weergegeven.
stroomrichting
fig. bij wisselspanning wisselt de
stroom ook van richting, hij gaat heen en terug
Frequentie
Het aantal keren per seconde waarin de elektronenstroom heen en terug gaat
noemt men de frequentie. Dit wordt aangegeven in Hertz (Hz). Ons lichtnet heeft
een frequentie van 50 Hz. Dit betekent dat de stroom 50 x per seconde heen en
terug gaat.
Een computer heeft wel een frequentie van bijvoorbeeld 300 MHz. Dit betekend dat
er 300.000.000 (300 miljoen) elektronische schakelingen per seconde plaats vinden.
Stroomkring
Om een lamp of een apparaat op elektrische stroom te laten werken hebben we
altijd een toevoer- en terugvoerdraad nodig, dit noemt men ook wel een stroomkring.
toevoer
stekker
terugvoer
fig. een stroomkring heeft altijd
een toevoer en terugvoer draad
Door de toevoer- of terugvoerdraad te onderbreken kan er geen stroom meer door
de stroomkring en gaat de lamp uit.
5
toevoer
stekker
schakelaar
open
terugvoer
fig. een schakelaar onderbreekt de
stroomkring en de lamp gaat uit
Van bovenstaande tekening kun je ook een schema maken. Deze is duidelijker en
wordt ook vaak op de werkvloer gebruikt.
schakelaar
lamp
aansluitklemmen
fig. een schema maakt de schakeling
duidelijker
Twee-fasen (220 V) of drie-fasen (380 V)
Elektriciteit wordt opgewekt in de elektriciteitscentrale met een spanning van wel
150000 V (150 KV). Via hoogspanningslijnen wordt de elektriciteit naar
transformatorhuisjes gevoerd de spanning uiteindelijk verlagen naar 220 / 380 V (fig.
17).
Naar de meeste woningen lopen twee
draden. Dit zijn de toevoer van stroom,
de fase L1, L2 of L3 genoemd en de
terugvoer van stroom, de nul (N)
genoemd
De spanning tussen de nul (N) en de
fase L1, L2 of L3 is 220 V (fig. 15).
fig. spanning tussen nul (N) en
fase (L1, L2, of L3) is 220 V
Naar fabrieken, werkplaatsen en
sommige woningen lopen vier draden.
Hiervan zijn er drie die stroom leveren,
dit wordt de fase (L1, L2 en L3)
genoemd. De draad die de stroom
teruggevoerd wordt de nul (N) genoemd.
fig. . de spanning tussen de fasen
De spanning tussen de fasen is 380 V
is 380 V
(fig. 16). Een apparaat dat op 380 V is
aangesloten werkt meestal op de drie
fasen (L1, L2 en L3) en is nooit op de nul(N)aangesloten.
6
fig. elektriciteit vanaf de centrale
tot in de woning of werkplaats
7
Smeltveiligheid
In de groepenkast (meterkast) van een
elektrische installatie bevinden zich één
of meer smeltveiligheden (fig. 18) of
installatie-automaten (fig. 19). Voor elke fig.installatie-automaten
groep is zo'n beveiliging aangebracht.
Deze smeltveiligheid beschermt de
fig. smeltveiligheden
installatie tegen overbelasting, zodat er geen brand kan ontstaan.
Aarding van installaties
We nemen als voorbeeld de aansluiting van de koelkast (fig. 20). Elke koelkast heeft
uitwendig metalen delen. Deze delen worden door middel van een
beschermingsleiding (geel/groen) verbonden met de aarde van het voedende net.
Het voedende net (380/220 V) heeft in het transformatorhuisje een bedrijfsaarde. De
nul is dus geaard. Ook de installatie van de woning heeft een aarding (fig. 20).
fig.. aarding van een koelkast
Wanneer er contact is tussen de fase en het huis van de koelkast (aardsluiting).
komt de koelkast onder spanning te staan. Er gaat nu een grote stroom lopen vanaf:
fase L1, door de smeltveiligheid naar het metaal van de koelkast, via de randaarde
8
en aarde draad (beschermingsleiding) naar de aarde in de woning. De stroom gaat
door de grond (aarde) weer naar de bedrijfsaarde in het transformatorhuisje. Deze
grote aardstroom laat de smeltveiligheid doorsmelten en het toestel wordt
uitgeschakeld.
Aardlekschakelaar
De aardlekschakelaar (fig. 21) zit in de
groepenkast. Meestal is door middel van
een kleurverschil van de
groepsschakelaars aangegeven welke
groepen wèl en welke niet zijn beveiligd
door de aardlekschakelaar.
Een aardlekschakelaar zorgt ervoor dat
de stroom in de installatie en in de
elektrische toestellen de juiste weg
volgt. Hij doet dit door de toe- en de
terugvoer stroom met elkaar te
vergelijken. Een aardlekschakelaar van
30 mA schakelt de stroom uit als de
fig.. aardlekschakelaar
toevoer stroom 30 mA groter is dan de
afvoer stroom. Een aardlekschakelaar
werkt wanneer de stroom langs een
verkeerde weg, dus via de aarde, de installatie verlaat. Die verkeerde weg kan
bijvoorbeeld via je lichaam zijn, wanneer je een defect toestel of een beschadigd
snoer aanraakt. In dat geval gaat er een lekstroom door je lichaam naar de aarde.
Dubbel isoleren van toestellen
Een middel om geen schok van een apparaat te krijgen is dubbele isolatie. Een
apparaat dat dubbel is geïsoleerd heeft naast de gebruikelijke isolatie vaak een
kunststof behuizing. Er kan dan bij een inwendig defect van de draden geen contact
ontstaan met uitwendige metalen delen.
Elektrische boormachines, mixers,
scheerapparaten, stofzuigers,
haardrogers en dergelijke zijn meestal
dubbel geïsoleerd. Deze toestellen
hebben vaak een vast snoer waaraan
een tweepolige stekker zonder
aardcontact zit. Toestellen met dubbele
isolatie zijn te herkennen aan een
merkteken bestaande uit twee
vierkantjes (fig. 22).
fig.. Het merkteken voor dubbel
geïsoleerd
9