Wat is een aardlekschakelaar, heeft die "aarde" nodig, hoe werkt hij en welke verschillende typen bestaan er?

Een aardlekschakelaar, afgekort ALS, kan je beschermen als je een 230 Volt draad aanraakt die onder spanning staat of een apparaat aanraakt die defect is geraakt en de metalen ommanteling onder spanning staat.

We schrijven kan je beschermen vetgedrukt omdat dit, zeker in het kader van thuisbatterijen, alleen onder bepaalde condities van toepassing is.

Onderwerpen

In dit artikel behandelen we hoe een aardlekschakelaar werkt, en wanneer / in welke situatie een aardlekschakelaar de elektriciteit uitschakelt, waarom gekozen is voor een drempelwaarde van 30 milliampère, waarvoor aardlekschakelaars gebruikt worden met een drempelwaarde van 100 of 300 milliampère, wat het verschil is tussen een "type A" aardlekschakelaar, "type B" aardlekschakelaar en een "type S" aardlekschakelaar. Als laatste beantwoorden we de vraag: is een aarddraad noodzakelijk voor de goede werking van een aardlekschakelaar of aardlekautomaat?

Introductie

De (functie van de) aardlekschakelaar kan je onder zeer veel verschillende namen tegenkomen zoals aardlekautomaat, met de afkorting ALS (van AardLekSchakelaar), Residual Current Device (afgekort RCD), verliesstroomschakelaar, verschilstroomschakelaar, differentiaalschakelaar, differentieelschakelaar of aardwachter.

Soms wordt dit abusievelijk een alamat (AardLekAutoMaaT) genoemd, maar dat is niet geheel juist, in het artikel: wat is het verschil tussen een aardlekschakelaar een aardlekautomaat leggen we dit haarfijn uit.

In het Engels, dat je vaak tegenkomt in handleidingen wordt dit een Ground Fault Interrupter (GFI) genoemd, Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB), Residual Current Circuit Breaker (RCCB), ground fault interrupter (GFI), Ground Fault Circuit Interrupter (GFCI) of Portable Residual Current Device (PRCD).

De primaire en oorspronkelijke taak van een aardlekschakelaar is om elektrocutie te voorkomen bij aanraking van een draad of apparaat dat vanwege een fout onder spanning staat.

De secundaire taak is om, in bepaalde situaties, de taak van een zekering over te nemen omdat die door omstandigheden niet meer goed functioneert. Details daarover in het artikel waarom heeft de aardlekschakelaar/aardlekautomaat de taak van de zekering overgenomen?

Werking aardlekschakelaar

Stel een waterleidingmaatschappij heeft een kilometerslange aanvoerbuis van water en men wil weten of onderweg geen water weglekt. Een mogelijke oplossing is om de hoeveelheid liter water per seconde dat bij het begin van de buis er in wordt gepompt te vergelijken met het aantal liter water dat per seconde diezelfde buis weer uitstroomt. Want stop je aan het begin er één liter in, dan komt op hetzelfde moment ook een liter water aan de andere kant er uit (uitgaande dat die buis compleet gevuld is).

Zit daar een verschil tussen, dan weet je dat er iets abnormaals aan de hand is. Dan lekt de buis dus onderweg. En bij een bepaald verschil kan dat een reden zijn om het transport van water door die buis tijdelijk stil te zetten tot het probleem gevonden en opgelost is.

Vergelijkbaar werkt ook de aardlekschakelaar. Belangrijk in dit kader is te weten dat elektriciteit (elektrische stroom) alleen maar kan vloeien als sprake is van een gesloten circuit (een denkbeeldige cirkel) tussen de stroombron en een stroomafnemer / elektrisch apparaat.

Vanuit de stroombron gaat de elektriciteit door een aanvoerdraad^[1] (de fasedraad) dan gaat de elektriciteit door het apparaat (bijvoorbeeld een lamp) en via een retourdraad (die we de nuldraad noemen) gaat de stoom weer terug naar de stroombron en zo is het circuit "gesloten", er is sprake van een gesloten circuit.

Om te kunnen constateren dat onderweg iets (een beetje elektriciteit) weglekt wordt de aardlekschakelaar in serie geschakeld met (opgenomen in) de twee elektriciteitsdraden, de nul- en de fasedraad van een elektriciteitsgroep (of -groepen). De aardlekschakelaar meet continue de stroom door de aanvoer, de fasedraad en retour, de nuldraad. Aanvoer en retour hoort onder normale omstandigheden altijd exact aan elkaar gelijk te zijn.

Wanneer de stroom door de draden verschillend is, dan is er iets abnormaals aan de hand. Dat betekent dat (een deel van) de stroom via een andere niet reguliere / niet gewenste weg terug kan vloeien naar de stroombron.

Dan lijkt dus stroom weg te lekken. Zodra deze lekstroom groter is dan een bepaalde waarde (meestal 30 milliampère), zal de aardlekschakelaar ingrijpen door de aanvoer van elektriciteit te onderbreken. Dan "klapt de aardlekschakelaar er uit".

Hoe is het mogelijk dat stroom "weglekt" en de aardschakelaar de elektriciteit uitschakelt?

We zullen een paar scenario's beschrijven die dit duidelijk maken.

• Je komt per ongeluk met je vinger aan de fasedraad.
• De fasedraad in een apparaat schiet (onbedoeld) los en komt tegen het metalen (geaarde) omhulsel.
• Een verwarmingselement in een wasmachine of vaatwasser is "lek" het water in de machine heeft elektrisch contact met het verwarmingselement.
• Een beschadigde elektriciteitskabel buiten het huis die nat wordt door regenval of condens.
• Een, niet goed geïsoleerde, elektriciteitskabel die in de grond ligt en vochtig wordt.

Je komt per ongeluk aan de fasedraad

Op het moment dat je, bijvoorbeeld met je vinger, per ongeluk in contact komt met de fasedraad, staat er tussen je vinger en de "aarde" (waarop je staat), een spanning van 230 Volt. Dat komt omdat in het transformatorhuisje bij jou in de buurt de "nuldraad" met een aardpin verbonden is.

Vanuit de transformator in het transformatorhuisje vloeit er een stroom door de fasedraad, via de groepenkast, en via de draad die je aanraakt en dan via je vinger en je lichaam naar de aarde waar op je staat (dat kan ook een betonnen vloer zijn of wat dan ook, het hoeft niet letterlijk aarde (dat zwarte spul) te zijn. Via de "aarde" (de grond tussen jou en het transformatorhuis) vloeit de stroom terug naar de aardpin in het transformatorhuisje en die is verbonden met de nuldraad van de transformator, en zo hebben we weer een gesloten circuit, alleen dan een ongewenst circuit waar stroom door loopt: jou lichaam.

Hoe sterk de stroom zal zijn die dan vloeit is afhankelijk van hoe droog / nat je huid is, wat voor schoeisel je draagt, op wat voor vloer je staat (hout isoleert goed) en hoe vochtig de grond is tuseen je woning en het transformatorhuisje.

Zodra de stroom die via deze "aardweg" (via jouw lichaam) weglekt hoger is dan 30 milliampère^[2] zal de aardlekschakelaar zich uitschakelen.

De fasedraad in een apparaat schiet (onbedoeld) los en komt tegen het metalen (geaarde) omhulsel

Stel dat de fasedraad in een apparaat niet goed verbonden is tijdens de fabricage en tijdens gebruik losschiet. Dan bestaat de kans dat die draad contact maakt met het metalen omhulsel van het apparaat, denk aan bijvoorbeeld een espresso apparaat met een metalen buitenkant.

De fasedraad heeft een spanning van 230 Volt ten opzichte van de nuldraad, maar ook ten opzichte van de aarde (waarop je staat). Dat komt omdat in het transformatorhuisje de nuldraad verbonden is aan een aardpin. Dus de nul heeft in het transformatorhuisje een verbinding met de "aarde" (dat ding waar je op je staat). Die aarde geleid de elektriciteit, niet enorm goed, maar voldoende om een stroom te laten vloeien voor een goeie optater of zelfs elektrocutie.

Nu zijn er twee mogelijkheden: mogelijkheid 1. de stekker van het apparaat is verbonden met een niet geaard stopcontact. Op dat moment staat het metalen apparaat "onder spanning" (230 Volt). Op het moment dat je het apparaat aanraakt ontstaat dezelfde situatie als hiervoor beschreven, als je een fasedraad per ongeluk met je vinger aanraakt. Zodra je defecte apparaat aanraakt vloeit er door je lichaam een stroom (en via de aarde waarop je staat terug naar het transformatorhuisje) en zodra deze hoger is dan 30 mA, zal de aardlekschakelaar de elektriciteit uitschakelen. Je krijgt een flinke optater, maar... je kan tegen andere vertellen hoe de "tinteling" hebt ervaren. Je kan het in ieder geval navertellen, met dank aan de aardlekschakelaar.

Mogelijkheid 2: de steker van het apparaat is verbonden met een randaarde stopcontact. Het metalen omhulsel van het apparaat is elektrisch verbonden met de (rand)aarde-aansluiting van het stopcontact (dat is een wettelijke verplichting voor alle elektrische apparaten met een metalen omhulsel). Die randaarde is via een aarddraad naar de meterkast verbonden in de meterkast met een aardpin (of andere vorm van aarding) van de woning. Maar in je meterkast is die aarddraad ook verbonden met de nuldraad (die aangeleverd wordt vanuit het transformatorhuisje).

Dus het elektrisch circuit wordt via de loszittende fasedraad, het metalen omhulsel, de aarding van het apparaat, de randaarde van het stopcontact, de aarddraad vanuit het stopcontact naar de meterkast en daar naar de "aarde aan nul verbinding" (ook wel PEN verbinding genoemd, naar "Protective Earth to Neutral connection) in je meterkast aan je nul verbonden. Daardoor kan er een stroom lopen vanuit de fase, via de randaarde/veiligheidsaarde naar de nul. Zodra die stroom groter is dan 30 mA zal de aardlekschakelaar de elektriciteit van die groep uitschakelen.

Overigens, mocht je geen aardlekschakelaar hebben (maar het apparaat wel met een randaarde stopcontact verbonden is), dan zal via de aarding van het apparaat een stroom gaan vloeien naar de "aarde aan nul verbinding", dus naar nul. En als fase en nul (via draden) met elkaar verbonden zijn, krijg je een kortsluiting dus zal de zekering of automaat in je groepenkast de stroomkring onderbreken.

Mocht je tegelijkertijd dat deze fout zich voordoet het metalen apparaat aanraken, dan zal je daar niets van merken. De weerstand via de aarddraad is enorm veel lager dat de weerstand via jouw lichaam een de aarde en daarom zal een te verwaarloosbare hoeveelheid stroom door je lichaam vloeien, zo weinig dat je daar niets van voelt. Veiligheid voorop, met dank aan de randaarde stopcontacten.

Een verwarmingselement in een wasmachine of vaatwasser is "lek" het water in de machine heeft elektrisch contact met het verwarmingselement

In een wasmachine, vaatwasser, maar ook in een waterkoker, of elektrische boiler, zit een verwarmingselement. Dat is dunne draad die warmte afgeeft zodra er een stroom doorheen vloeit. Die draad staat natuurlijk "onder 230 Volt spanning". Daarom zit die verwarmingsdraad goed opgeborgen in een goed afgesloten metalen buis. Die metalen verwarmingsdraad loopt door een isolator van keramiek, die de warmte wel goed geleid, maar voor elektriciteit een isolator is. Daardoor staat het metalen verwarmingselement niet onder spanning.

Maar het is mogelijk, door een constructiefout of door veroudering, dat het water het verwarmingselement binnendringt. Op dat moment zal het water onder spanning komen te staan. Maar gelukkig is de waterkoker (grotendeels) van metaal en is dat metaal verbonden met de randaarde. Dus dan zal een stroom gaan vloeien via het water, het metalen deel van de waterkoker, de aarddraad van het randaarde stopcontact en die zit weer verbonden aan de nul in de meterkast, zoals hiervoor beschreven.

Een beschadigde elektriciteitskabel buiten het huis die nat wordt door regenval of condens

Het zal niet vaak voorkomen, maar een elektriciteitskabel die buiten het huis gebruikt wordt zal de invloeden van het weer moeten trotseren. Als, door wat voor reden dan ook, de kabel beschadigd is geraakt, waardoor via een minuscuul kleine (of wat groter) opening in de isolatie het vocht de fasedraad kan bereiken, dan is het denkbaar dat tijdens een regenbui de fasedraad, via het regenwater in contact komt met de aarde / grond. Op dat moment zal een kleine stroom via het regenwater naar aarde vloeien en als die stroom maar groot genoeg is, dan zal de aardlekschakelaar de stroom onderbreken.

Een, niet goed geïsoleerde, elektriciteitskabel die in de grond ligt en vochtig wordt.

In de tuin wordt vaak een elektriciteitskabel in de grond gelegd om daarmee tuinverlichting mogelijk te maken of het tuinhuis van elektriciteit te voorzien.

Het wil nog wel eens gebeuren dat die kabel te kort blijkt te zijn of ooit verlengt is geworden. Op de plaats waar de kabel verlengt wordt zal een zogenaamde mof (of iets wat daar op lijkt) gebruikt worden om de twee kabels met elkaar te verbinden. Daarna wordt die mof met een kunsthars volgegoten om te voorkomen dat vocht bij de verbinden van de draden kan komen. Vervolgens wordt zo'n mof diep in de grond gelegd, 60 centimeter of dieper is gebruikelijk.

Je voelt hem waarschijnlijk al aankomen, in de winter, wanneer de grondwaterstand hoog is of de aarde door langdurige regenval erg vochtig is, zal dit een mogelijk probleem opleveren omdat soms die mof toch niet waterdicht is.

Zonder vooraankondiging valt ineens het licht uit en na onderzoek blijkt dat na het inschakelen van de elektriciteitsgroep waar de kabel in de tuin aan vast zit de aardlekschakelaar steevast uitschakelt. Nou, dan weet je het wel.

Waarom is bij een aardlekschakelaar gekozen voor een drempelwaarde van 30 mA?

Een aardlekschakelaar zal bij een aardlek van bijvoorbeeld 10 milliampère zich niet niet uitschakelen, maar wel bij 30 milliampère. De vraag is, waarom is gekozen voor juist dié stroomwaarde?

Vraag ons niet hoe men er achter gekomen is, maar uit onderzoek is gebleken dat een stroom door een menselijk lichaam mogelijk dodelijk kan zijn als deze flink hoger is dan 30 milliampère. Bij 30 milliampère zal je nog steeds een flinke optater krijgen en je rot schrikken, maar je kan het later op verjaardagsfeestjes in geuren en kleuren navertellen.

Die 30 milliampère, afgekort 30 mA, blijkt een veilige grens te zijn voor de mens en daar was het allemaal om te doen bij een aardlekschakelaar, het voorkomen van elektrocutie.

Maar waarom bestaan er dan aardlekschakelaars met een drempelwaarde van 100 mA of 300 mA?

Aardlekschakelaars zijn ook verkrijgbaar in uitvoeringen die pas bij 100 milliampère of zelfs 300 milliampère uitschakelen. Dat soort hoge stromen zijn dodelijk.

Die 100 mA en 300 mA types zijn dus niet bedoeld voor de bescherming van de mens, maar, en dat klinkt vreemd, om in het geval van een kortsluiting waarbij de zekering (of automaat) zich niet uitschakelt, de taak van die zekering over te nemen. Dus deze 100 en 300 mA typen worden feitelijk als "zekering" bij kortsluiting gebruikt.

Hoe het komt dat bij een kortsluiting een zekering of automaat zich niet uitschakelt terwijl ze juist daarvoor bestemd zijn, en de aardlekschakelaar (of aardlekautomaat) die functie heeft overgenomen, lees je in het artikel waarom heeft de aardlekschakelaar/automaat de taak van de zekering overgenomen?

Wat houdt een type A en een type B aardlekschakelaar in en welke wordt voor welk doel gebruikt?

Dit wordt wel heel technisch, daarom eerst een simpele uitleg. Normaal gesproken wordt een aardlekschakelaar, of aardlekautomaat, gebruikt van het "type A". Bij het gebruik van speciale apparaten, denk aan thuisbatterijen en elektrische auto laadpunten is het soms noodzakelijk een "type B" aardlekschakelaar / aardlekautomaat te gebruiken omdat bij die apparaten een type A dan mogelijk niet werkt en hij dus géén bescherming biedt op elektrocutie.

Aan de buitenkant van die apparaten kan je niet zien of een aardlekschakelaar type B gebruikt moet worden, dat tref je wel aan in de handleiding van een dergelijk apparaat.

Nu de technische verklaring. Bij sommige apparaten, dit zie je vooral bij omvormers die niet werken met een transformator (de zogenaamde hoogfrequent omvormers), bestaat de kans dat ze niet alleen een 230 Volt wisselspanning leveren maar ook een gelijkspanning. Dan vloeit vanuit het apparaat náár het net een kleine gelijkstroom.

Een gelijkstroom op het wisselspanningsnet, dat is wel heel vreemd, dat hoort niet voor te komen. Maar toch kan dit gebeuren. De reden is dat het betreffende apparaat op basis van een hoge gelijkspanning en dit snel aan en uit te schakelen en in combinatie met een filter een wisselspanning van 230 Volt 50 Hz te maken.

Maar hierbij zal altijd een kleine gelijkstroom het net in stromen. En nou komt het, als door een normale aardlekschakelaar, dus van het "type A" een gelijkstroom vloeit, dan zal de aardlekschakelaar niet meer goed of totaal niet meer functioneren.

Is die gelijkstroom beperkt tot 6 mA, dan zal de aardlekschakelaar nog wel goed functioneren (zo staat dit in de specificaties van de normen). Is die stroom groter dan 6 mA, dan is het foute boel.

Gebruik je apparaten die een gelijkstroom naar het net leveren die groter is dan 6 mA, dan moet je aardlekschakelaars / aardlekautomaten gebruiken van het "type B", die blijft wel goed functioneren ook al is sprake van een grote(re) gelijkstroomcomponent.

Die type B automaten zijn zéér flink duurder, schrik daar niet van. Het is dus raadzaam om bij de aanschaf van een dergelijk apparaat te vragen naar een zogenaamde "6 mA verklaring". In zo'n verklaring stelt de fabrikant dat zijn apparaat getest is en gegarandeerd niet meer dan 6 mA gelijkstroom zal leveren en dáárdoor zijn normale (dus goedkope) aardlekschakelaars te gebruiken.

Let bij de aanschaf van een EOS / thuisbatterij, EV laadpaal / laadpunt of zonnepaneelomvormer of de fabrikant een "6 mA verklaring" kan overleggen.

Bij veel EV laadpalen / laadpunten zit in de kast van het laadpunt al een type B aardlekschakelaar waardoor je deze niet nog eens een keer in de groepenkast hoeft te installeren. Maar een normale aardlekschakelaar of aardlekautomaat blijft dan wel noodzakelijk.

Verwar een B-karakteristiek niet met een B-aardlekschakelaar

Veel aardlekautomaten hebben voor het automaatgedeelte, dus het zekering gedeelte, een afschakelkarakteristiek "type B". Dat type B zegt wat over de snelheid waarmee de automaat zich uitschakelt.

Verwar dat type B afschakelkarakteristiek niet met het type B aardlekschakelaar. Dat zijn twee totaal verschillende zaken.

De meeste alamats zijn van het type B16 type A. Dus een 16 Ampère automaat met een B-karakteristiek en een type A aardlekschakelaar.

Een

Wat is een "type S" aardlekschakelaar?

Een type S aardlekschakelaar is een aardlekschakelaar die vertraagd de stroom onderbreekt in geval van een lekstroom.

Zo'n type S aardlekschakelaar kan bijvoorbeeld toegepast worden als (bepaalde) groepen voorzien zijn van een aardlekschakelaar of aardlekautomaat, maar de groepenkast als geheel ook voorzien is van een aardlekschakelaar.

Als de aardlekschakelaar van een groep actief wordt, dan zou meteen ook de hoofdaardlekschakelaar zich uitschakelen. Door daar een type S te gebruiken bereik je selectiviteit en zal wel de aardlekschakelaar van de groep, maar niet van de groepenkast zich uitschakelen.

De "S" van dit type staat dus voor selectiviteit, maar je zou het ook kunnen onthouden als "slow".

Verschil aardlekschakelaar een aardlekautomaat

Een aardlekschakelaar wordt vaak gecombineerd met een automaat (de moderne vervanging van een zekering of "stop" in de meterkast). Door deze twee functies te combineren wordt ruimte in de groepenkast bespaard.

Een aardlekautomaat is dus ook een aardlekschakelaar, maar een aardlekschakelaar is dus nog niet een aardlekautomaat, omdat de aardlekschakelaar niet de functie van "automaat" (zekering) bevat.

Testknop

Een aardlekschakelaar bevat altijd een testknop. Door die testknop in te drukken wordt een weerstandje tussen de twee draden (fasedraad en de nuldraad) geschakeld waardoor een stroom groter dan 20 milliampère zal vloeien én de aardlekschakelaar zich moet uitschakelen.

Is aarding / een aarddraad noodzakelijk voor het functioneren van een aardlekschakelaar?

Het antwoord op die vraag is: nee, een aarding / aarddraad is niet noodzakelijk.

Laten we beginnen om te vermelden dat een aardlekschakelaar alleen maar een fase- en een nulaansluiting heeft, géén aarddraadaansluiting.

De aardlekschakelaar is geïntroduceerd in een tijd dat vele woningen geen randaarde stopcontacten hadden. Als je een elektrisch apparaat met een metalen omhulsel aansluit op een niet geaard stopcontact en de fasedraad in het apparaat losraakt en tegen het omhulsel aankomt, dan staat dat omhulsel onder 230 Volt spanning (te opzichte van de aarde).

In het transformatorhuisje is de nul van de transformator altijd verbonden met een aardpin. Als je het defecte metalen apparaat aanraakt, dan zal een stroom via je lichaam en via de aarde terugvloeien naar de aardpin van het transformatorhuisje en die aardpin is verbonden met de nul. En zo hebben we een elektrisch circuit rond: fase vanuit transformatorhuis, fase-sluiting naar metalen omhulsel, jouw lichaam, de aarde waar we op staan, de aardpin in transformatorhuisje en de aarde met nul verbinding in het transformatorhuisje.

Op het moment dat de stroom door je lichaam groter is dan 30 milliampère, dan zal de aardlekschakelaar uitschakelen.

Een aardlekschakelaar kan dus prima (juist daar!) functioneren in een woning zonder aarde / randaarde stopcontacten.

Heeft de woning wel randaarde stopcontacten, dan zal de fase-aardsluiting in het apparaat afgehandeld worden via het randaarde stopcontact en de aarde-nul verbinding in de groepenkast. Mocht in die primaire beveiliging iets mis zijn, bijvoorbeeld aarddraad zit los, dan beveiligd de aardlekschakelaar nog steeds maar dan omdat (een kleine) stroom door je lichaam loopt richting het transformatorhuisje.