Een veilige elektrische installatie steunt op verschillende beveiligingen die elk hun eigen taak hebben. Twee van de belangrijkste zijn de differentieelschakelaar (ook wel verliesstroomschakelaar genoemd) en de installatieautomaat (automatische zekering). Hoewel ze vaak naast elkaar in een verdeelkast worden geplaatst, beschermen ze tegen totaal verschillende gevaren.

In dit artikel leggen we uit hoe beide beveiligingen werken, waarom ze onmisbaar zijn in elke residentiële installatie en hoe een correct elektrisch schema helpt om deze beveiligingen overzichtelijk weer te geven.

Hoe werkt een differentieelschakelaar?

De taak van een differentieelschakelaar is het beschermen van personen tegen elektrische schokken en het beperken van het risico op brand door lekstromen.

De schakelaar controleert voortdurend of de stroom die via de fasedraad naar een elektrische kring vloeit, volledig via de nuldraad terugkeert. Hiervoor gebruikt hij een ringkerntransformator die beide stromen met elkaar vergelijkt.

Normale werking

Onder normale omstandigheden is de stroom die via de fase vertrekt exact gelijk aan de stroom die via de nul terugkeert. Er is dus geen verschil tussen beide stromen en de differentieelschakelaar blijft ingeschakeld.

Wanneer ontstaat een lekstroom?

Wanneer een toestel defect raakt, kan een deel van de elektrische stroom een andere weg volgen. Dat kan bijvoorbeeld gebeuren via:

• een metalen behuizing die onder spanning komt te staan;
• de beschermingsgeleider (PE);
• de aarde;
• of in het slechtste geval via een persoon die het toestel aanraakt.

Daardoor keert niet alle stroom via de nuldraad terug en ontstaat er een verschil tussen de heen- en teruggaande stroom.

Automatisch uitschakelen

Zodra dit verschil groter wordt dan de ingestelde gevoeligheid, schakelt de differentieelschakelaar de voeding vrijwel onmiddellijk uit. Bij een gevoeligheid van 30 mA gebeurt dit meestal binnen enkele tientallen milliseconden.

Dankzij deze snelle reactie wordt de kans op een gevaarlijke elektrische schok aanzienlijk verkleind.

Praktisch voorbeeld

Stel dat een haardroger een stroom van 5 A verbruikt.

Normale situatie:

• Via de fase vertrekt 5,000 A.
• Via de nul keert eveneens 5,000 A terug.
• Verschil: 0 A.

Wanneer door een defect 50 mA via de aarde wegvloeit:

• Fase: 5,000 A
• Nul: 4,950 A
• Verschil: 0,050 A (50 mA)

Een differentieelschakelaar met een gevoeligheid van 30 mA zal in deze situatie onmiddellijk uitschakelen.

Waarom wordt meestal 30 mA gebruikt?

Een gevoeligheid van 30 mA is gekozen omdat kleinere lekstromen vaak normaal of ongevaarlijk zijn, terwijl stromen vanaf ongeveer 30 mA – afhankelijk van de contactduur en de stroomweg door het lichaam – ernstige lichamelijke gevolgen kunnen hebben.

Daarom worden stopcontacten, badkamers, wasmachines, buiteninstallaties en de meeste eindkringen in woningen meestal beschermd door een differentieelschakelaar van 30 mA.

Daarnaast wordt in veel residentiële installaties ook een 300 mA-differentieelschakelaar toegepast als hoofdbescherming. Deze is voornamelijk bedoeld om het risico op brand door isolatiefouten te beperken en niet als persoonsbeveiliging.

Wat doet een differentieelschakelaar niet?

Een veel voorkomende misvatting is dat een differentieelschakelaar alle elektrische problemen oplost. Dat is niet het geval.

Hij beschermt niet tegen:

• overbelasting;
• kortsluiting.

Voor deze gevaren is een andere beveiliging nodig: de installatieautomaat.

Hoe werkt een installatieautomaat?

Een installatieautomaat beschermt de elektrische bekabeling tegen overbelasting en kortsluiting. Hij controleert niet of er stroom naar de aarde lekt, maar wel of de stroom door de kring te groot wordt.

Hiervoor maakt hij gebruik van twee afzonderlijke beveiligingsmechanismen.

Thermische beveiliging

De eerste beveiliging bestaat uit een bimetalen strip.

Wanneer gedurende langere tijd een hogere stroom loopt dan waarvoor de kring ontworpen is, warmt deze strip op. Door de temperatuurverhoging buigt het bimetaal door en schakelt de automaat uit.

Hoe groter de overbelasting, hoe sneller dit gebeurt.

Voorbeeld

Een kring is beveiligd met een 16 A-installatieautomaat.

Wanneer meerdere zware elektrische toestellen tegelijk worden gebruikt, kan de stroom bijvoorbeeld oplopen tot ongeveer 20 A. Na enige tijd zal de automaat uitschakelen zodat de bekabeling niet oververhit raakt.

Magnetische beveiliging

Naast de thermische beveiliging bevat de installatieautomaat ook een elektromagnetische spoel.

Bij een kortsluiting stijgt de stroom in een fractie van een seconde tot een zeer hoge waarde. De elektromagneet activeert onmiddellijk het uitschakelmechanisme, waardoor de stroom vrijwel direct wordt onderbroken.

Hierdoor worden ernstige beschadigingen aan de installatie en aangesloten toestellen voorkomen.

Voorbeeld

Wanneer de fase- en nuldraad rechtstreeks met elkaar in contact komen, kan de kortsluitstroom honderden tot zelfs duizenden ampères bedragen. De installatieautomaat schakelt dan binnen enkele milliseconden uit.

B- en C-karakteristieken

In residentiële installaties worden meestal automaten met een B-karakteristiek toegepast.

• B-karakteristiek: schakelt magnetisch uit tussen 3 en 5 keer de nominale stroom. Ideaal voor verlichting en gewone stopcontacten.
• C-karakteristiek: schakelt uit tussen 5 en 10 keer de nominale stroom. Geschikt voor toestellen met een hogere inschakelstroom, zoals bepaalde motoren of compressoren.

Samen vormen ze een veilige installatie

Beide beveiligingen vullen elkaar aan.

Differentieelschakelaar beschermt personen, detecteert lekstromen en schakelt uit bij stroom naar aarde 

Installatieautomaat beschermt bekabeling, detecteert overbelasting  en schakelt uit bij te hoge stroom 

Enkele praktijkvoorbeelden:

• Een defecte waterkoker waarbij de metalen behuizing onder spanning komt te staan → de differentieelschakelaar schakelt uit.
• Te veel elektrische verwarmingstoestellen op dezelfde kring → de installatieautomaat schakelt uit.
• Een beschadigde kabel waarbij fase en nul elkaar raken → de installatieautomaat schakelt vrijwel onmiddellijk uit.

Geen van beide beveiligingen kan de andere vervangen. Samen zorgen ze ervoor dat een elektrische installatie veilig blijft voor zowel de gebruiker als de installatie zelf.

Waarom een correct elektrisch schema belangrijk is

Een veilige elektrische installatie begint niet alleen met de juiste beveiligingen, maar ook met een duidelijke en correcte documentatie.

Op een eendraadschema en situatieschema moet immers duidelijk zichtbaar zijn welke kringen door welke differentieelschakelaars en installatieautomaten worden beschermd. Dat is niet alleen belangrijk voor een AREI-keuring, maar ook voor onderhoud, uitbreidingen en het snel opsporen van storingen.