Elektrische veiligheid

Een stroom van ongeveer 10 tot 20 mA door het lichaam kan ervoor zorgen dat de hand een draad blijft vastklemmen. Iemand die doorweekt is, heeft mogelijk nog maar 10 kΩ weerstand.

Twee gevaren: hitte en schok

Elektriciteit kan op twee manieren schade veroorzaken. Thermisch gevaar betekent dat te veel vermogen wordt omgezet in warmte waar dat niet hoort, bijvoorbeeld in een muur, waar brand kan ontstaan. Schokgevaar betekent dat stroom door een mens gaat. Beide volgen rechtstreeks uit de formules P = V² ÷ R en I = V ÷ R. Je weet dus al genoeg om te begrijpen waar het gevaar zit.

Kortsluiting

Kortsluiting is een pad met heel lage weerstand tussen beide kanten van een voeding. Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer versleten isolatie twee draden in een snoer elkaar laat raken. Omdat de kortsluitweerstand r heel klein is, wordt P = V² ÷ r enorm. OpenStax neemt 120 V over 0.100 Ω: 120² ÷ 0.100 = 144 000 W, of 144 kW, veel meer dan een huishoudapparaat gebruikt. De warmte ontstaat zo snel dat isolatie smelt of vlam vat. Hieronder is de batterij ideaal. Een kortsluiting laat de stroom daarom onbegrensd oplopen en de schakeling meldt dat in rood. Een echte batterij beperkt de stroom met haar inwendige weerstand, maar wordt toch snel heet.

Overbelasting, zekeringen en automaten

Een minder opvallend gevaar is overbelasting: te veel stroom door een draad gedurende te lange tijd. De warmte in de draad is P = I² R_w. Een beschadigd snoer met enkele gebroken aders kan 2.00 Ω hebben in plaats van 0.100 Ω. Bij 10.0 A wordt dan 200 W binnen het snoer in warmte omgezet. Uit het parallelhoofdstuk weet je dat elk ingeschakeld apparaat zijn stroom aan de toevoerdraden toevoegt. Veel zware apparaten op één stekkerdoos kunnen die dus overbelasten, ook als elk apparaat afzonderlijk goed werkt.

Zekeringen en installatieautomaten beschermen tegen beide problemen. Ze staan in serie met de schakeling, zodat alle stroom erdoor gaat. Een zekering bevat een metaalstrip met een laag smeltpunt. Te veel stroom laat die smelten en onderbreekt de kring blijvend, zodat vervanging nodig is. Een installatieautomaat opent bij aanhoudende overstroom en kan worden teruggezet. Sommige apparaten nemen bij het starten kort veel stroom op, zoals de koude koplamp in het hoofdstuk over de wet van Ohm. Daarom laten zekeringen en automaten korte pieken toe en schakelen ze bij aanhoudende overbelasting uit.

Wat stroom met het lichaam doet

De ernst van een schok hangt vooral af van de stroomsterkte, maar ook van de route door het lichaam, de duur en de frequentie van de voeding. De tabel geeft volgens OpenStax typische effecten van 1 seconde stroom door de romp bij 60 Hz netspanning. De waarden voor vrouwen zijn ongeveer 60 tot 80 procent van de genoemde waarden. De drempels zijn laag. Vanaf ongeveer 10 tot 20 mA kan de hand vastklemmen zodat loslaten onmogelijk is. Vanaf ongeveer 100 tot 300 mA kan het hart gaan fibrilleren, een dodelijk onregelmatig ritme.

De wet van Ohm laat zien waarom water zo belangrijk is. De meeste lichaamsweerstand zit in droge huid. OpenStax noemt ongeveer 200 kΩ voor een persoon met droge huid. Bij 120 V loopt dus 120 ÷ 200 000 = 0.6 mA, zonder dat je het voelt. Doorweekt kan dezelfde persoon slechts 10.0 kΩ hebben. Dezelfde 120 V geeft dan 12 mA, boven de grens waarbij je niet kunt loslaten. Bij de 220 tot 230 V in Korea, Europa en veel andere plaatsen geven dezelfde weerstanden ongeveer 1.1 mA en 22 mA. Precies daarom zijn natte handen, badkamers en elektrische apparaten bij water gevaarlijk.

Aarding, dubbele isolatie en aardlekschakelaars

Moderne elektrische bedrading voegt meerdere beschermingslagen toe. In een driedraads systeem verbindt een derde draad, de aarddraad, de metalen behuizing van een apparaat met de aarde en houdt die dicht bij nul volt. Als door versleten isolatie de fasedraad de behuizing raakt, loopt de stroom door de aarddraad in plaats van door degene die het apparaat vasthoudt. Gewoonlijk schakelt daardoor de automaat uit. Dubbelgeïsoleerde apparaten gebruiken een beschermend isolatiesysteem in plaats van een aardverbinding. Je herkent ze aan hun markering, niet alleen aan het aantal stekkerpinnen. Een aardlekschakelaar (ground fault interrupter, in veel landen residual current device of lekstroomschakelaar genoemd) vergelijkt de stroom die via de ene draad weggaat met de stroom die via de andere terugkomt. Als het verschil groter is dan een ingestelde grens, lekt er ergens stroom weg, misschien door een persoon. De schakelaar onderbreekt dan de voeding binnen een fractie van een seconde. De grens verschilt per land. In Noord-Amerika reageren deze schakelaars bij ongeveer 5 mA, de grootste onschadelijke stroom uit de tabel. De aardlekschakelaars (residual current devices) die in Korea en Europa mensen beschermen, zijn gewoonlijk ingesteld op 30 mA. Koreaanse bedradingsregels vragen 15 mA voor badkamerstopcontacten.

• Houd elektrische apparaten en stopcontacten uit de buurt van water en droog eerst je handen.
• Gebruik niet tegelijk veel apparaten met een hoog vermogen op één stekkerdoos.
• Gebruik snoeren niet meer als de isolatie beschadigd is of de stekkers heet worden.
• Als een zekering of automaat steeds weer uitschakelt, is er iets mis. Zoek de oorzaak in plaats van een zwaardere zekering te plaatsen.
• Laat werkzaamheden aan netspanningsbedrading en reparaties binnen apparaten over aan een gekwalificeerde elektricien.