Wisselstroom: sinus, 50 Hz en effectieve waarde
Leerdoel van deze les
Je begrijpt wat wisselspanning is, wat 230 V precies betekent, en waarom fase en nul niet gelijkwaardig zijn.
Gelijkstroom en wisselstroom
Bij gelijkstroom (DC) heeft de spanning een vaste polariteit: de plus blijft plus. Batterijen, zonnepanelen en de gelijkspanningszijde van vrijwel alle elektronica werken zo.
Bij wisselstroom (AC) wisselt de polariteit voortdurend van teken. Het Nederlandse net doet dat 50 keer per seconde: 50 Hz. Grafisch is dat een sinus die 50 maal per seconde door nul gaat en van teken wisselt.
Wisselstroom is de standaard voor distributie omdat je de spanning met een transformator eenvoudig kunt op- en neertransformeren. Hoge spanning betekent bij hetzelfde vermogen lage stroom, en lage stroom betekent weinig verlies over lange afstanden - het verlies is immers I²R.
Wat "230 V" eigenlijk is
De 230 V op je stopcontact is de effectieve waarde, ook aangeduid als RMS. Dat is de gelijkspanning die in dezelfde weerstand hetzelfde warmte-effect zou hebben.
De werkelijke piekspanning ligt hoger:
U piek = U effectief × √2 ≈ 230 × 1,414 ≈ 325 V
Van piek naar piek is dat dus ruim 650 V. Dat is geen weetje maar de reden waarom meetinstrumenten en componenten op een veel hogere spanning worden beproefd dan 230 V, en waarom isolatie op 325 V piek moet zijn berekend.
Fase, nul en beschermingsleiding
In een woninginstallatie kom je drie soorten geleiders tegen:
| Geleider | Aanduiding | Kleur | Functie |
|---|---|---|---|
| Fase | L | Bruin (of zwart / grijs bij meerdere fasen) | Voert de spanning aan |
| Nul | N | Blauw | Voert de bedrijfsstroom terug |
| Beschermingsleiding | PE | Geelgroen | Voert foutstroom af, voert géén bedrijfsstroom |
Fase en nul zijn elektrisch niet gelijkwaardig, ook al loopt door beide dezelfde bedrijfsstroom. De nul is in de installatie met aarde verbonden en staat daardoor ongeveer op aardpotentiaal; de fase niet. Daarom krijg je een schok van de fase en in normale omstandigheden niet van de nul.
De nul is niet ongevaarlijk
Bij een onderbroken nul kan er wel degelijk spanning op de nulgeleider komen te staan, via de belasting die er nog op zit. Een "nul" die losgeschroefd wordt terwijl er verbruikers aan hangen, kan de volle netspanning voeren. Behandel de nul daarom altijd als een geleider die spanning kan voeren, en meet dat.
Waarom PE geen tweede nul is
De beschermingsleiding voert in een gezonde installatie geen stroom. Hij is er uitsluitend om bij een fout - bijvoorbeeld een fase die de metalen behuizing van een wasmachine raakt - de foutstroom af te voeren, zodat de aardlekschakelaar of de automaat afschakelt en de behuizing niet levensgevaarlijk wordt.
Wie PE en N met elkaar verwisselt of doorverbindt in een eindgroep, sloopt precies dat mechanisme: er loopt dan bedrijfsstroom over de beschermingsleiding, de aardlek detecteert een verschil en schakelt af, of erger, hij detecteert het juist niet meer wanneer het nodig is.