Hoe reageert een standaard schakelaar op een elektrisch defect?

Werking van de schakelaar voor storingen

Een standaard schakelaar is een cruciaal veiligheidsapparaat dat ontworpen is om elektrische stroom te onderbreken bij storingen, zoals overbelasting of kortsluiting, waardoor schade aan het elektrische systeem, oververhitting van kabels en brandgevaar wordt voorkomen. De beschermende werking zorgt voor de veiligheid en betrouwbaarheid van het circuit.

Bescherming tegen kortsluiting

• Wat gebeurt er: Een kortsluiting treedt op wanneer een laagweerstandspad (bijvoorbeeld direct contact tussen live- en neutrale draad) een abrupte stroomstoot veroorzaakt die ver boven de capaciteit van het circuit ligt.

• Reactie van de schakelaar: De schakelaar detecteert de plotselinge piek in de stroom en valt bijna onmiddellijk (binnen milliseconden) uit, waardoor de stroom wordt afgesneden om:

• Excessieve warmteopbouw te voorkomen die componenten kan beschadigen.

• Het risico op brand of elektrische bogen te verminderen.

Overbelastingsbescherming

• Wat gebeurt er: Overbelasting treedt op wanneer de totale stroom die door aangesloten apparaten (bijvoorbeeld meerdere huishoudelijke apparaten of hoge vermogensapparatuur) wordt getrokken, de veilige capaciteit van het circuit over tijd te boven gaat.

• Reactie van de schakelaar:

• Voorkom oververhitting en slijtage van isolatie van de bedrading.

• Vermijd potentiele brandrisico's door langdurige overstroom.

• Het interne thermische mechanisme van de schakelaar detecteert de aanhoudende excessieve stroom.

• Naarmate de stroom aanhoudt, verwarmt het verwarmingselement van de schakelaar, waardoor een bimetaalstrip geleidelijk buigt.

• Zodra de strip voldoende is gebogen, valt de schakelaar uit, waardoor het circuit wordt losgekoppeld om:

Hoe werkt een standaard schakelaar tijdens elektrische storingen?

Een typische standaard schakelaar kan geen aardlekkages of afwezigheid van een neutrale draad detecteren. In plaats daarvan biedt hij alleen bescherming tegen kortsluiting en overbelasting. Daarom vereist de National Electrical Code (NEC) het gebruik van Ground Fault Circuit Interrupter (GFCI) schakelaars om adequate bescherming voor apparaten en personeel te garanderen.

Hieronder staan voorbeelden van circuits die laten zien hoe een standaard schakelaar zich gedraagt onder normale en storingstoestanden:

Normale toestand

In de onderstaande schema wordt een verlichtingsschakeling beheerd en beschermd door een 15-ampère schakelaar, gevoed met 120V van een 120V/240V hoofdpaneel.

Aangezien er geen storing in het circuit is, functioneren alle componenten normaal en verlicht de lamp zoals bedoeld.

Kortsluiting / Overbelastingsconditie

Stel nu een scenario voor waarin een kortsluiting of overbelasting optreedt, bijvoorbeeld als de live-draad in contact komt met de metalen behuizing van een apparaat (zoals een lampenhouder). In dit geval ontstaat een foutstroom, die via de aarddraad terug naar de energiebron reist. De aarddraad is verbonden met de neutrale draad in het hoofdpaneel, waardoor een laagweerstandspad wordt gevormd dat het circuit completeert.

Vanwege de extreem lage weerstand van de aarddraad, raast er tijdens een storing een substantiële stroom (tot 600 ampères) door het circuit, wat een ernstige overbelasting veroorzaakt. Het interne mechanisme van de schakelaar detecteert deze excessieve stroom onmiddellijk en activeert een uitschakeling. De 15-ampère schakelaar breekt dan snel het circuit van de hoofdenergiebron, waardoor zowel het elektrische apparaat als het personeel worden beschermd tegen potentiële gevaren zoals oververhitting, bogen of elektrische schokken.

Detectie van storingen en uitschakelen

Zoals in het diagram hieronder wordt weergegeven, valt de 15-ampère schakelaar onmiddellijk uit zodra een foutstroom wordt gedetecteerd die boven zijn gecapaciteerde capaciteit ligt. Deze actie koppelt het circuit van de hoofdenergiebron los, waardoor robuuste bescherming wordt geboden tegen zowel overbelasting als kortsluiting.

Standaardschakelaars en aardlekken

Zoals eerder besproken, bieden standaardschakelaars geen bescherming tegen aardlekken - situaties waarin elektriciteit onbedoeld naar de aarde stroomt - of gebroken neutrale toestanden, beide waarvan aanzienlijke veiligheidsrisico's inhouden. In dergelijke scenario's:

• Aardlekkage: Stroom wijkt af van het bedoelde circuitpad en stroomt naar de aarde (bijvoorbeeld via een persoon of defect apparaat), waardoor een gevaarlijk schokrisico ontstaat.

• Gebroken neutrale: Een losse neutrale draad kan spanningsonbalans veroorzaken, waardoor stroom alternatieve paden zoekt (bijvoorbeeld via behuizingen van apparatuur of aarddraden), wat kan leiden tot oververhitting of elektrische schokken.

In beide gevallen kan de foutstroom het circuit voltooien via onbedoelde routes, waardoor het overbelastings/kortsluitingsbeschermingsmechanisme van de standaardschakelaar wordt omzeild. Daarom zijn gespecialiseerde apparaten zoals Ground Fault Circuit Interrupters (GFCI's) of Arc Fault Circuit Interrupters (AFCI's) vereist voor deze specifieke gevaren.

Dit kan leiden tot stroom die door onbedoelde paden stroomt, inclusief neutrale en aarddraden. Bovendien kunnen blootgestelde metalen componenten in het circuit geladen raken, mogelijk met gevaarlijke spanningen van 72V of 120V - wat een ernstig risico op elektrische schokken of brand creëert.

Om dit probleem te tackelen, moet in plaats van een standaardschakelaar een GFCI-schakelaar worden gebruikt om veiligheid te waarborgen bij aardlekken.