De zekering in de schuur
De schuur van familie Bakker heeft één groep met een zekering van 16 A. De netspanning is 230 V. Op die groep zijn een plafondlamp van 100 W, een straalkachel van 2000 W en een cirkelzaag van 1200 W aangesloten. Mevrouw Bakker zaagt planken voor een kippenhok. De kachel staat aan tegen de kou en de lamp brandt, want het is buiten al donker. Dat gaat een half uur goed. Dan komt haar zoon binnen met een waterkoker van 1000 W. Hij steekt de stekker in het stopcontact in de schuur, terwijl de zaag nog draait, de kachel nog aan staat en de lamp nog brandt. Een paar seconden later is de schuur donker: de zekering is doorgeslagen. In de kast ligt nog een zekering van 20 A. De buurman zegt: "Zet die er maar in, dan heb je nergens meer last van. De draden zijn heus wel dik genoeg, want ze zijn nooit warm geworden."
1. Laat met een berekening zien dat lamp, kachel en zaag samen de zekering van 16 A niet laten doorslaan, maar dat de waterkoker erbij net te veel is.
Read the worked answer
Stap 1: vermogen zonder waterkoker P = 100 W + 2000 W + 1200 W = 3300 W
Stap 2: stroomsterkte I = P / U = 3300 / 230 = 14,3 A 14,3 A is minder dan 16 A, dus de zekering blijft heel. Dit klopt met wat mevrouw Bakker ziet: het werkt een half uur goed.
Stap 3: waterkoker erbij P = 3300 W + 1000 W = 4300 W I = 4300 / 230 = 18,7 A 18,7 A is meer dan 16 A. De zekering smelt en verbreekt de stroomkring.
Conclusie: niet de zaag of de kachel alleen, maar de combinatie van alle vier de apparaten samen zorgt dat de stroom boven de 16 A komt. De waterkoker was de druppel.
2. De lamp zelf is niet kapot, maar gaat toch uit. Leg uit hoe dat komt.
Read the worked answer
De lamp, de kachel, de zaag en de waterkoker staan parallel op dezelfde groep: elk apparaat heeft zijn eigen stroomkringetje tussen de twee draden van de groep. De zekering zit in serie met de hele groep, dus alle stroom van alle apparaten gaat door de zekering.
Als de stroom boven de 16 A komt, smelt het draadje in de zekering door. Daarmee wordt de verbinding met het stopcontact van de hele groep verbroken. Er kan dan door geen enkel apparaat nog stroom lopen, ook niet door de lamp die zelf nog helemaal heel is. Let op: de lamp is niet in serie geschakeld met de andere apparaten (dan zouden ze allemaal zwakker branden), maar de zekering staat wel in serie met alles samen.
3. Mag de buurman de zekering van 20 A plaatsen? Geef een beargumenteerd advies en noem een betere oplossing.
Read the worked answer
Nee, dat is geen goed idee.
De zekering is niet voor niets 16 A: hij is afgestemd op de dikte van de draden in de schuur en op wat de groep veilig aankan. Een zekering van 20 A laat meer stroom door voordat hij doorslaat. De draden worden dan warmer dan waar ze voor gemaakt zijn. De isolatie kan smelten en er kan brand ontstaan in de muur, terwijl de zekering nog steeds niet ingrijpt. Dat de draden "nooit warm zijn geworden" bewijst niets: dat kwam juist doordat de zekering bij 16 A al ingreep.
Betere oplossingen:
- De waterkoker niet tegelijk met de zaag en de kachel gebruiken, of de waterkoker binnen in huis op een andere groep aansluiten.
- Een extra groep naar de schuur laten aanleggen door een installateur, met draden die bij een zwaardere zekering passen.
De zekering vervangen door een zwaardere is dus het probleem niet oplossen maar verplaatsen naar de bedrading.