Schuur van de sportvereniging: zekering, kosten en veiligheid
Een sportvereniging heeft een schuur met vier LED-lampen van elk 12 W, een elektrische heater van 2000 W en een waterkoker van 2200 W. Alles werkt op 230 V en zit op één groep met een zekering van 16 A. De eigenaar wil 's winters alle lampen, de heater en de waterkoker tegelijk aanzetten. De bedrading is oud en de contactdozen zijn niet geaard; de heater heeft een metalen behuizing. De zekering is een smeltveiligheid in de fasedraad. De eigenaar betaalt 0,30 euro per kWh. De heater staat elke trainingsavond 3,0 uur aan en er zijn 8 trainingen per maand. Een vrijwilliger stelt voor de vier lampen in serie te schakelen, 'dan gebruikt de schuur minder stroom en blijft de zekering heel'. Een andere vrijwilliger wil de zekering vervangen door een exemplaar van 25 A, zodat hij nergens meer op hoeft te letten.
1. Bereken de stroomsterkte als alles tegelijk aan staat en leg uit wat er dan gebeurt.
Read the worked answer
Eerst het totale vermogen: vier lampen van 12 W = 48 W, plus 2000 W heater, plus 2200 W waterkoker = 4248 W. Dan I = P / U = 4248 W / 230 V = 18,5 A. Dat is meer dan de 16 A waarop de zekering is afgesteld. Door de smeltveiligheid loopt dus te veel stroom; de draad in de zekering wordt heet door de stroom (hoe groter de stroom, hoe meer warmte) en smelt door. Daarmee wordt de stroomkring verbroken en gaat alles in de schuur uit. De zekering beschermt zo de bedrading tegen oververhitting. Let op: ook zonder de lampen (2000 + 2200 = 4200 W, dus 18,3 A) gaat de zekering er al uit; de lampen zijn niet de oorzaak.
2. Bereken de energiekosten van de heater per maand en beoordeel het voorstel om de lampen in serie te schakelen.
Read the worked answer
Vermogen heater = 2000 W = 2,0 kW. Per avond: E = P x t = 2,0 kW x 3,0 h = 6,0 kWh. Per maand: 8 x 6,0 = 48 kWh. Kosten: 48 x 0,30 = 14,40 euro. Het serie-voorstel deugt niet. In serie krijgt elke lamp maar 230 / 4 = 57,5 V in plaats van 230 V, dus ze geven nauwelijks licht; je lost het probleem op door het licht uit te zetten, niet door het slim te schakelen. Bovendien blijft de stroom door heater en waterkoker samen ongeveer 18,3 A, dus de zekering smelt nog steeds. Lampen horen parallel te staan, zodat elke lamp de volle 230 V krijgt en de andere blijven branden als er één stuk is.
3. Geef twee veiligheidsadviezen voor deze schuur en leg uit waarom de zekering vervangen door 25 A gevaarlijk is.
Read the worked answer
Adviezen: (1) zet heater en waterkoker niet tegelijk aan, of verdeel ze over twee aparte groepen met eigen beveiliging, zodat de stroom per groep onder de 16 A blijft; (2) laat de contactdozen aarden en de oude bedrading keuren, want de metalen behuizing van de heater kan onder spanning komen te staan en zonder aarde en aardlekschakelaar krijgt de gebruiker dan zelf een schok. De 25 A-zekering is gevaarlijk omdat de zekering bij de bedrading hoort: de draaddikte in de schuur is gekozen bij 16 A. Bij 25 A kan er langdurig te veel stroom lopen zonder dat de zekering ingrijpt; de bedrading wordt dan heet, de isolatie kan smeulen en er kan brand ontstaan nog voordat de zekering doorsmelt. Je maakt dus de beveiliging zwakker in plaats van het probleem op te lossen.