Waarom beschermt een standaard schakelaar niet tegen aardslekken

Een gebroken neutrale in een circuit met een standaard schakelaar vormt een schokgevaar, omdat de schakelaar de neutrale draad niet monitort of beschermt. Het interne mechanisme van een standaard schakelaar is niet ontworpen om grondfoutstromen tijdens het gebruik te detecteren. Standaard stroomonderbrekers zijn ontworpen om overbelasting en kortsluitingen te beschermen, niet grondfouten.

Standaard schakelaars monitoren de stroom in de faseleiding en springen open als de stroom de rating van de schakelaar overschrijdt - meestal door overbelasting of kortsluiting. Echter, bij een gebroken neutrale, kan de foutstroom via de aardingsdraad terugkeren naar de bron. Dit gebeurt omdat de aarding- en neutrale terminalbalken in het hoofdpaneel verbonden zijn.

Daarom kan een stroom die lager is dan de gecapaciteerde capaciteit van de schakelaar door het circuit in een onbedoeld pad stromen. Aangezien er geen overmatige stroom door de faseleiding stroomt, detecteert de schakelaar geen fout en blijft deze gesloten. Hierdoor blijven delen van het circuit geladen, wat een verborgen schokrisico creëert dat de schakelaar niet aanpakt.

De meest voorkomende fouten in een elektrisch circuit zijn als volgt:
Overbelasting en Kortsluiting

Standaard schakelaars reageren op overmatige stroom veroorzaakt door overbelasting of directe kortsluiting (hoogstroomfouten waarbij de stroom direct van fase naar neutraal of fase naar fase stroomt). Deze omstandigheden creëren een stroomsurge, die de schakelaar detecteert en waardoor hij openspringt om schade te voorkomen.

Grondfouten

Een grondfout treedt op wanneer stroom lekt van de faseleiding naar een aangedraagde oppervlakte, waarmee de neutrale draad wordt omzeild (bijvoorbeeld door een gebroken neutrale of een live draad die contact maakt met een metalen apparaat behuizing of natte oppervlakte). Grondfouten kunnen de hoge stroomsurges die nodig zijn om een standaard schakelaar te laten openspringen niet genereren, vooral als slechts een kleine hoeveelheid stroom lekt naar de aarding. Deze lekkage kan zware schokrisico's creëren zonder de tripsdrempel van de schakelaar te bereiken.

Hoe Reageert een Standaard Schakelaar op een Kortsluiting of Grondfout?

Laten we kijken hoe een standaard schakelaar zich gedraagt en reageert op kortsluitingen of grondfouten in een circuit, zoals hieronder wordt geïllustreerd.

Bekijk dit voorbeeld: In een 120V/240V hoofdpaneel wordt een verlichtingscircuit bestuurd en beschermd door een 15-ampere standaard schakelaar op een 120V-aansluiting, en de neutrale verbinding is verloren gegaan.

Zoals in de figuur wordt getoond, als de neutrale balk in het hoofdpaneel niet beschikbaar is, probeert de retourstroom terug te stromen naar de neutrale balk. Omdat de neutrale balk verbonden is met de aardingbalk, is de enige weg voor de stroom terug naar de bron (meestal de transformator) via de aardingsdraad. Dit vormt een circuit, waardoor ongeveer 2,4 ampère foutstroom kan stromen. De gloeilamp kan nog steeds een gedimde gloed uitstralen.

Deze 2,4-ampère foutstroom is aanzienlijk lager dan de 15-ampère rating van de schakelaar, dus deze springt niet open. Daarom presenteert het circuit een schokgevaar, omdat alle metalen componenten - inclusief apparatuur behuizingen, metalen kabelkanalen en de metalen lichamen van aangesloten apparaten - geladen raken met ongeveer 72V AC.

Nu, bekijk een ander scenario waarbij de neutrale is verloren en de faseleiding contact maakt met het metalen lichaam van het apparaat, waardoor een "dubbele fout" ontstaat. In dit geval is het licht uit vanwege het ontbreken van belastingsverzet. Zoals in de figuur wordt getoond, stroomt een foutstroom van ongeveer 4 ampères via de aardingsgeleider terug naar de bron.

Opnieuw worden alle metalen componenten in het circuit geladen met 120V AC. Deze 4-ampère foutstroom blijft onder de 15-ampère drempel van de schakelaar, dus de schakelaar springt niet open. Als een operator de apparatuur behuizing, metalen kabelkanaal of het metalen lichaam van het apparaat aanraakt, loopt hij het risico van een ernstige elektrische schok.

Om deze gevaren te verminderen, wordt een GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) schakelaar aanbevolen boven een standaard schakelaar. GFCI-schakelaars zijn ontworpen om grondfouten te detecteren en te springen in gevaarlijke scenario's - inclusief die veroorzaakt door een gebroken neutrale - om veiliger werking te garanderen.