Aardlekschakelaars
Een aardlekschakelaar (afgekort ALS, Eng: RCD), ook wel differentieelschakelaar genoemd, is een automatisch werkende schakelaar die een elektrische installatie spanningsloos maakt zodra een lekstroom vanaf een bepaalde grootte optreedt. In veel huis- en kantoorinstallaties bevinden zich in de groepenkast een of meer aardlekschakelaars.
Hoewel de naam doet vermoeden dat deze een stroom naar aarde meet is dit niet het geval. Deze schakelaars meten het verschil tussen de L en N stroom.
Gevaren van elektriciteit
Als elektriciteit door het lichaam stroomt, kan dat bij te grote stroomsterkte een gevaar opleveren. Bij de tabel moet opgemerkt worden dat frequentie - maar zeker ook de tijd (in seconden of milliseconden) - bepalend zijn voor de gevolgen.
| Stroomsterkte | Invloed op het menselijk lichaam | Uithoudingstijd |
|---|---|---|
| 0,5 mA | voelbaar, schrikeffect | onbepaald |
| 1 mA | goed voelbaar | onbepaald |
| 2 mA | begin van kramp | onbepaald |
| 5 mA | sterke kramp | onbepaald |
| 10 mA | loslaten kost veel moeite | onbepaald |
| 15 mA | loslaten is niet mogelijk en pijnlijke kramp | 15 seconden |
| 20 mA | + hevige pijn | < 15 seconden |
| 30 mA | ondraaglijke pijn | 1 seconde |
| 40 mA | bewusteloosheid, levensgevaar | 0,2 seconden |
| 40 mA - 200 mA | het hart stopt met werken, de bloedsomloop valt stil, levensgevaarlijk | geen |
| 200 mA - 1 A | brandwonden in weefsels, spieren en zenuwen. | geen |
| > 1 A | vergiftiging van de nieren. | geen |
Doel
Aardlekschakelaars komen met name in huisinstallaties voor. Het doel is bescherming te bieden tegen elektrocutie. Een aardlekschakelaar controleert de totale stroomsterkte via de fasedraad of fasedraden en de nuldraad. Volgens de eerste wet van Kirchhoff behoort de som nul te zijn. Een eventuele verschilstroom zou door de veiligheidsaarde terug moeten lopen, maar bij niet-geaarde toestellen, of aan een niet-geaarde wandcontactdoos aangesloten geaarde toestellen, zou een isolatiedefect een levensgevaarlijke stroomdoorgang door het lichaam van een mens of dier ten gevolge kunnen hebben. De aardlekbeveiliging reageert hierop door de stroomtoevoer bij een dergelijk lek af te sluiten.
De aardlekschakelaar biedt geen enkele bescherming wanneer een niet geaard persoon contact maakt met zowel de nul- als de fasedraad; alleen wanneer de stroom naar aarde weglekt, zal de schakelaar de stroom onderbreken.
Werking
Als de totale stroom ongelijk is aan nul, is er sprake van een lekstroom. Deze foutstroom kan ontstaan als de behuizing van een toestel, door een defect, onverhoopt onder elektrische spanning komt te staan. Bij geaarde toestellen vloeit de lekstroom via de aarding weg. Hierdoor zal de aardlekschakelaar bij overschrijding van de aanspreekstroom in werking treden, waardoor de betreffende groepen spanningsloos worden. Het moment van aanspreken ligt tussen de 50 en 100% van de aanspreekstroom. Met andere woorden; Een aardlekschakelaar van 30 mA schakelt af tussen 15 en 30 mA. Dit dient tevens binnen een bepaalde tijd te gebeuren. Installateurs hebben hiervoor speciale installatietesters. Bij een ongeaard, onder spanning staand toestel, zal bij aanraking de elektrische stroom door het lichaam wegvloeien naar aarde. Ook hier zal de aardlekschakelaar afschakelen voordat de situatie levensbedreigend wordt.
Als I3 weglekt naar aarde, dan zijn I1 en I2 verschillend en gaat de schakelaar open.
In een aardlekschakelaar zit een ringkern waarop de fase(s) en de nul een wikkeling hebben en een wikkeling voor de meetspoel. Deze drie of vijf wikkelingen zijn in dezelfde richting gewikkeld. Wanneer de totale stroom nul is, zal de kern niet worden gemagnetiseerd en zal er geen wisselstroom uit de meetspoel ontstaan. Als ergens in de groep een lekstroom naar aarde loopt, is de totale stroom niet nul; er ontstaat inductie waardoor er uit de meetspoel wisselstroom komt wat een relais bekrachtigt, zodat de schakelaar afschakelt.
Na gebruik moet de schakelaar met de hand weer gesloten worden; dit kan alleen als de lekstroom op dat moment niet meer aanwezig is. (De aanduiding 'voor' of 'achter' een schakelaar wordt bepaald door de energierichting).
Testknop
Er is een testknop met in serie een weerstand die een onbalans in de ringkern van de aardlekschakelaar veroorzaakt waardoor deze afschakelt door de inductie die zal ontstaat in de ringkern. Het weerstandje is precies afgestemd op de waarde van de aardlekschakelaar, en staat afhankelijk van het type aardlekschakelaar, tussen twee fases (lijnspanning) of tussen een fase en een nul (netspanning).
De testknop test alleen de werking van de aardlekschakelaar en NIET de aarding.
Voor het uitvoeren van een eventuele test dienen de daarop aangesloten groepen afgeschakeld te worden, omdat eventuele lekstromen van de groepen het testen kan beïnvloeden. De testknop van de aardlekschakelaar of aardlekautomaat wordt gewoonlijk aangegeven met de letter T.
Aardlekautomaat
Wanneer een aardlekschakelaar wordt gecombineerd met een installatieautomaat, spreekt men van een aardlekautomaat.
Ook hier vinden we een testknop voor de aardlek.
Reglementering
Nederland
De toepassing van aardlekschakelaars in nieuwe en gewijzigde huisinstallaties is sinds 1975 in Nederland volgens NEN 1010 verplicht. Ze worden veelal in de groepenkast opgenomen.
Sinds 1 september 2005 is het verplicht, om in woningen waarvan de bouwvergunning is afgegeven na deze datum, uitsluitend aardlekschakelaars toe te passen met een aanspreekstroom van maximaal 30 mA. Ook dienen minimaal twee aardlekschakelaars te worden geïnstalleerd (bij meer dan een eindgroep), zodat ook bij kleinere huisinstallaties, een ongestoorde lichtvoorziening wordt gewaarborgd en niet de gehele lichtinstallatie wordt uitgeschakeld, indien een aardlekschakelaar in werking treedt.
Er mogen maximaal vier eindgroepen worden beveiligd door een (tweepolige) aardlekschakelaar. Het aansluiten van enkelfasige eindgroepen op een driefasige (vierpolige) aardlekschakelaar van 30 mA wordt afgeraden. De reden is dat lekstromen van de verschillende eindgroepen elkaar kunnen beïnvloeden waardoor een goede werking van de aardlekbeveiliging niet kan worden gegarandeerd.
Aardlekschakelaars met IΔN = 500 mA mogen in huisinstallaties niet meer worden toegepast, maar komen in oudere installaties nog wel voor, en hadden als doel om te voorkomen dat bij een slechte aarding deze bij een lekstroom spanning zou voeren, maar omdat de aanspreekwaarde 0,5 A is bieden deze geen bescherming tegen indirecte aanraking.
Ook aardlekschakelaars van het type AC zijn niet meer toegestaan voor nieuwbouw en renovaties. De reden is dat dit type alleen goed werkt bij zuiver sinusvormige stromen. Hedendaagse apparatuur zorgt vaak voor netvervuiling in de vorm van vervormde sinusvormige stromen. Ook mogen volgens de NEN 1010 alleen nog aardlekschakelaars van het type A worden gebruikt.
Eindgroepen die uitsluitend toestellen voeden die vast zijn aangesloten, dat wil zeggen niet door middel van een wandcontactdoos, behoeven niet te zijn beveiligd door 30 mA aardlekschakelaars, mits de weerstand naar aarde laag genoeg is. Voor een woning is dat ongeveer 1,5 a 2 ohm.
In Nen 1010: 2020 moeten RCD's zo worden gekozen en geïnstalleerd dat de kans op ongewenst aanspreken wordt beperkt (bepaling 531.3.2). Het aantal eindgroepen dat wordt beveiligd door een RCD moet zodanig beperkt zijn, dat lekstromen door de PE bij normaal gebruik - bij aangesloten toestellen - niet tot ongewenste uitschakeling van de RCD resulteert. De som van de lekstromen, van de groepen die door een RCD worden beveiligd, mag maximaal 0,3 × ΔI bedragen. RCD's moeten ook beveiligen bij een niet-sinusvormige foutstroom. Er moet voor een geschikte RCD worden gekozen die past bij het type foutstroom dat kan worden verwacht op basis van aangesloten toestellen of installaties. Deze bepalingen gelden voor alle RCD's; dus niet alleen 30 mA-type, maar ook bijvoorbeeld het 300 mA type. Stromen door de PE ontstaan bij een aardsluiting en door capacitieve koppeling.
België
De richtlijnen van het AREI moeten gevolgd worden. Dit houdt onder andere in dat een algemene aardlekschakelaar van maximaal 300 mA type A geïnstalleerd moet zijn. Voor vochtige ruimten zoals badkamers, of toestellen aanwezig in deze ruimten, is een 30 mA aardlekschakelaar voorgeschreven. Ook de volgende vaste toestellen, die waterdamp produceren of water gebruiken, horen achter een 30 mA aardlekschakelaar: wasmachine, droogkast en vaatwasser. Over centrale verwarming, boilers en ventilatie wordt niet gerept in het AREI, maar aangezien die ook met water(damp) in contact komen, kunnen deze het beste ook achter een 30 mA aardlekschakelaar worden geplaatst.
Klasse aardlekschakelaars
| Klasse | Werkt betrouwbaar voor |
|---|---|
| AC | Sinusvormige AC-foutstromen. |
| A | Sinusvormige AC-foutstromen en pulserende DC-foutstromen. |
| F | Alles bij A plus samengestelde foutstromen, pulserende DC-foutstromenen gesuperponeerde op op een rimpelloze DC to max. 10 mA, bestand tegen hoge inschakelstromen, bestand tegen kortstondige overspanningen bij onweer. |
| B | Alles bij F, plus sinusvormige foutstromen tot 1 kHz, pulserende DC-foutstromen gesuperponeerd op een rimpelloze DC tot maximaal 6 mA. |
De klasse AC variant is verouderd en mag niet meer geplaatst worden. De 500 mA versies zijn van dit type.
Standaard worden A klasse aardleks gebruikt.