Inhoudsopgave
1 Weerstand van geleiders 5
1.1 De lengte en weerstand van elektrische leidingen 6
1.2 De doorsnede en de weerstand van elektrische leidingen 6 1.3 Het materiaal en de weerstand van elektrische leidingen 8
1.4 Soortelijke weerstand 9
1.5 De weerstand van een geleider berekenen 10
1.6 Samenvatting 13
1.7 Antwoorden 14
2 Vragen Weerstand van geleiders 15
3 Buigzame leidingen 17
3.1 Isolatie van buigzame leidingen 18
3.2 Leidingtypen en eigenschappen 19
3.3 Aansluiten van buigzame leidingen 27
3.4 Samenvatting 29
3.5 Antwoorden 30
4 Vragen Buigzame leidingen 31
5 IP en IK-codering 33
5.1 IP-codering 34
5.2 IP-codering; waar en wanneer? 36
5.3 Samenvatting 39
5.4 Antwoorden 39
6 Vragen IP en IK-codering 41
7 Beschermingsmaatregelen tegen invloeden van buitenaf 43
7.1 Invloeden 44
7.2 Omgevingstemperatuur (code AA) 44
7.3 Aanwezigheid van water (code AD) 45
7.4 Aanwezigheid van vreemde voorwerpen en stof (code AE) 46 7.5 Aanwezigheid van corrosieve of verontreinigende gassen, 46 7.6 Mechanische stootbelasting (code AG) en trilling (code AH) 47
7.7 Trilling (code AH) 47
7.8 Elektromagnetische, elektrostatische of ioniserende invloeden(code AM) 47
7.9 Bliksem (code AQ) 48
7.10 Samenvatting 51
Inzage
Inzage
1 Weerstand van geleiders
Inleiding
Elektriciteit wordt via
hoogspanningsleidingen getransporteerd naar verdeelstations. Vanaf de
verdeelstations gaat de elektriciteit naar andere verdeelstations,
elektriciteitshuisjes en ten slotte naar woningen, scholen, bedrijven en dergelijke.
Elektriciteit legt dus een lange weg af naar de plaats van bestemming. Op deze lange weg treden verliezen op. Deze hebben te maken met de weerstand, lengte en doorsnede van de kabels
(geleiders). Verdeelstation
Ook in de dagelijkse beroepspraktijk heb je te maken met geleiders van verschillende doorsneden (draden, kabels en leidingen).
Immers: bij het bedraden van een verdeelkast gebruik je een andere draaddikte dan bij de rest van de huisinstallatie. Dit doe je om de verliezen te beperken.
In dit leerobject leer je het verband tussen weerstand van geleiders, de lengte, de doorsnede en de materiaalsoort.
Leerdoelen Je kunt:
• het verband aangeven tussen:
– lengte en weerstand van geleiders – doorsnede en weerstand van geleiders – materiaalsoort en weerstand van geleiders
• het begrip soortelijke weerstand omschrijven en berekeningen uitvoeren.
Inzage
1.1 De lengte en weerstand van elektrische leidingen
Als de weerstand van een leiding groter wordt neemt het verlies in een leiding toe.
De afstand van Groningen naar Maastricht is veel groter dan de afstand van Diemen naar Utrecht.
Het energieverlies zal over een grote afstand ook groter zijn dan over een kleine afstand.
De weerstand van een lange leiding is groter dan de weerstand van een korte leiding.
We moeten de leidingen daarom zo kort mogelijk houden.
De weerstand R van een leiding hangt af van de lengte l. Hoe groter de lengte, hoe groter de weerstand.
De weerstand R is recht evenredig met de lengte l van een draad.
1.2 De doorsnede en de weerstand van elektrische leidingen
Stel dat we de leiding van Amsterdam naar Borsele uitvoeren met een heel dunne draad.
De stroom die hier door kan gaan is natuurlijk zeer klein.
Een dunne draad heeft een hoge weerstand en een dikke draad heeft een lage weerstand.
De stroom zal makkelijker door de draad gaan als de doorsnede groot is.
De weerstand R van een leiding hangt af van de doorsnede A van de draad.
Een grotere doorsnede geeft juist een kleinere weerstand.
De weerstand R is omgekeerd evenredig met de doorsnede A van een draad.
Het begrip doorsnede
De radius r wordt ook wel de straal van de cirkel genoemd.
Als we een draad loodrecht doorsnijden krijgen we de zogenaamde doorsnede.
We bedoelen daarmee de oppervlakte van de afbeelding.
Doorsnede is dus eigenlijk hetzelfde als oppervlakte A.
Inzage
Voor de omtrek O van de cirkel geldt:
O = p·d
en voor de oppervlakte A geldt:
= 2
A p4×d of: A = p ×r2
O = omtrek in m
p = rekenkundige constante (ongeveer 3,14) d = diameter in m
A = oppervlakte in m2 r = radius of straal in m
We komen in de elektrotechniek meestal ronde geleiders tegen maar soms ook wel geleiders met andere vormen, bijvoorbeeld:
Bovengrondse leiding (Spoorwegen) voor elektrische treinen.
Laagspanningskabel voor grote doorsnede.
Rail voor voedingen in schakelkasten.
Geleider voor hoogfrequente stromen in bijvoorbeeld radarinstallaties.
Verschillende vormen van geleiders
Genormaliseerde aderdoorsneden die in elektrotechnische installaties worden gebruikt zijn bijvoorbeeld:
1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 mm2.
Inzage
1. Een cirkel heeft een diameter van 5 m.
a. Bereken de omtrek.
b. Bereken de oppervlakte.
2. Een kabel met een omtrek van 95 mm moet door een wand worden gevoerd.
Hoe groot moet de diameter van het gat minstens worden in hele mm?
3. Een geleider uit een kabel heeft een diameter van 8 mm.
Hoe groot is de doorsnede of oppervlakte van deze geleider?
1.3 Het materiaal en de weerstand van elektrische leidingen
De weerstand van een leiding hangt af van zowel de lengte als de doorsnede van de leiding.
In de elektrotechniek wordt meestal koperdraad gebruikt, omdat koper de elektriciteit goed geleidt.
Zilver en goud geleiden de stroom nog beter dan koper.
Bovendien oxideren ze nauwelijks. Contacten voor de elektronica worden daarom vaak verguld.
Voor toepassing als gewone geleider zijn deze materialen veel te duur.
De elektrische weerstand van een geleider hangt af van de materiaalsoort.
Inzage
1.4 Soortelijke weerstand
De soortelijke weerstand is de weerstand van een materiaal bij:
• een lengte van 1 m
• een doorsnede van 1 m2
• een temperatuur van 15 °C.
Soortelijke weerstand (1 m × 1 m2 bij 15 °C)
Het symbool voor soortelijke weerstand is r (rho). De eenheid is Wm (ohmmeter).
In de tabel zie je de soortelijke weerstand van een aantal materialen.
Materiaal Soortelijke weerstand r (Wm)
Aluminium 0,03 × 10–6
Constantaan 0,5 × 10–6
Kool 600 × 10–6
Koper 0,0175 × 10–6
Lood 0,21 × 10–6
Manganine 0,42 × 10–6
Messing 0,07 × 10–6
Nichroom 1 × 10–6
Nikkeline 0,44 × 10–6
Staal 0,12 × 10–6
Zilver 0,016 × 10–6
Soortelijke weerstand van een aantal materialen
Opmerking
Gebruik deze tabel bij het maken van de opgaven.
Inzage
1.5 De weerstand van een geleider berekenen
Het is handig om de weerstand Rl van een leiding te kunnen berekenen.
l = l
R A
r ×
Rl = de leidingweerstand in W r = de soortelijke weerstand in Wm l = de lengte in m
A = de doorsnede in m2
De doorsnede in de formule is in m2.
Wij hebben het in de elektrotechniek vaak over mm2. Voorbeeld
Gegeven
Een rol bevat 100 m VD-draad met een aderdoorsnede van 2,5 mm2. Gevraagd
Bereken de weerstand van deze rol VD-draad.
Oplossing
Volgens de formule geldt:
-6
l -6
100 0,0175 10
= = = 0,7
2,5 10 R l
A
r × ´ ´ W
´
Merk op dat voor de oppervlakte 2,5 mm2 (= 2,5 x 10–6 m2) is ingevuld.
Met het uitwerken vallen de 10–6 van de soortelijke weerstand en de oppervlakte gewoon tegen elkaar weg.
4. Een leiding heeft een lengte van 50 m, een doorsnede van 25 mm2 en is van koper. De temperatuur is 15 °C.
Hoe groot is de leidingweerstand?
Inzage
5. Een kabelader in de grond heeft een lengte van 250 m (koper).
Bij 15 °C is de weerstand van deze ader 0,273 W.
Hoe groot is de aderdoorsnede?
6. We meten van een aluminium leiding met een ohmmeter de weerstand:
Rl = 0,14 W bij 15 °C.
De doorsnede is volgens de afbeelding.
Bereken de lengte van de leiding.
Doorsnede van een aluminium leiding
7. Een verwarmingselement is gemaakt van 320 cm verwarmingsdraad met een doorsnede van 1 mm2. De draad heeft een weerstand van 3,2 W bij 15 °C.
Van welk materiaal is de verwarmingsdraad gemaakt?
8. Een ronde zilveren geleider heeft een diameter van 4 mm en een weerstand van 0,032 W.
Bereken de lengte van de draad.
Inzage
9. Een aluminium hoogspanningsleiding heeft een lengte van 36 km en een doorsnede van 25 mm2.
Bereken de weerstand van de leiding bij 15 °C.
10. Als voorschakelweerstand voor een voltmeter is een weerstand nodig van 7 kW.
Bereken de doorsnede van de 1.400 m lange constantaandraad die hiervoor nodig is.
11. Van welk materiaal is een meetweerstand gemaakt waarvoor 12,85 m weerstandsdraad met een diameter van 0,6 mm is gebruikt?
De meetweerstand heeft een weerstand van 20 W.
12. Een strijkijzerelement is gemaakt van nichroomdraad met een rechthoekige doorsnede. De dikte van de draad is 0,2 mm, de breedte 3 mm en de lengte is 69 m.
Hoe groot is de stroom in koude toestand (15 °C) door het element als de strijkbout op een spanning van 230 V is aangesloten?
Inzage
13. Een verwarmingselement neemt in koude toestand (15 °C) bij 230 V een stroom op van 0,5 A. Het element is gemaakt van nichroomdraad met een doorsnede van 0,25 mm2.
Bereken de lengte van de draad van het verwarmingselement. (Laat hierbij de koperweerstand van de voedingskabel buiten beschouwing.)
1.6 Samenvatting
• Aan elektrische leidingen stellen we eisen om verspilling van energie te voorkomen.
Verspilling kan worden voorkomen door de weerstand van de leiding zo laag mogelijk te houden.
• De weerstand van leidingen hangt af van:
– de soortelijke weerstand van het leidingmateriaal (r) – de lengte van de leiding (l)
– de doorsnede van de leiding (A).
l = l
R A
r ×
Rl = de leidingweerstand in W r = de soortelijke weerstand in Wm l = de lengte in m
A = de doorsnede in m2
• Onder soortelijke weerstand verstaan we de weerstandswaarde van een materiaal met een lengte van 1 m en een doorsnede van 1 m2 bij 15 °C.
Onder de doorsnede wordt de grootte of oppervlakte van het vlak van een geleider bij een loodrechte doorsnijding verstaan.
Inzage
1.7 Antwoorden
Antwoord 1
O = 15,7 m, A = 19,6 m2
Antwoord 2 d = 31 mm Antwoord 3 A = 50 mm2
Antwoord 4 Rl = 0,035 W Antwoord 5 A» 16 mm2
Antwoord 6 l = 112 m
Antwoord 7
Nichroom (r = 1 × 10-6 Wm) Antwoord 8
l = 25,13 m
Antwoord 9 Rl = 43,2 W Antwoord 10 A = 0,1 mm2 Antwoord 11
Nikkeline (r = 0,44 × 10-6 Wm) Antwoord 12
I = 2 A
Antwoord 13 l = 115 m
Inzage
2 Vragen Weerstand van geleiders
Vraag 1
Een toestel is aangesloten met een tweeaderige kabel met koperen geleiders.
De lengte van de kabel is 343 m. De kabel heeft een weerstand van 3 W.
De geleiders zijn rond.
Hoe groot is de doorsnede (oppervlakte) van één geleider van deze kabel?
Vraag 2
Een koperdraad heeft een weerstand van 8 W.
Hoe groot is de weerstand van een koperdraad die twee keer zo lang is en een drie maal kleinere doorsnede heeft?
Vraag 3
Volgens de veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties NEN 1010 mag er over een voedingsleiding een bepaald spanningsverlies optreden.
a. Vraag NEN 1010 in boekvorm aan de docent of raadpleeg op het computernetwerk op school NEN 1010 digitaal. Zoek in NEN 1010 op wat het maximale
spanningsverlies tussen spanningsbron en verbruiker mag zijn.
b. Een tweeaderige kabel met een lengte van 86,5 m voert een stroom van 9,5 A.
De geleiders van deze kabel zijn van koper.
Bereken met behulp van de onder a. gevonden waarde de aderdoorsnede, zodat het maximale spanningsverlies niet wordt overschreden. De netspanning is 230 V.
Inzage
Inzage
3 Buigzame leidingen
Inleiding
Voor het aansluiten van elektrische apparaten en toestellen gebruik je buigzame leidingen. Buigzame leidingen zijn soepele en soms oprolbare leidingen.
Ze zijn zo geconstrueerd dat ze ontelbare malen kunnen worden bewogen, opgerold en afgerold zonder dat de koperkern breekt of wordt beschadigd. Buigzame leidingen zijn voor verschillende
toepassingen en doeleinden ontwikkeld.
Kabelhaspel
Als deze leidingen worden toegepast voor handgereedschap of worden gebruikt als verlengkabel, dan worden ze verplaatsbare leidingen genoemd. Verplaatsbare leidingen zijn altijd buigzame leidingen.
Leerdoelen Je kunt:
• isolatiematerialen voor buigzame leidingen noemen
• eigenschappen van isolatiematerialen voor buigzame leidingen noemen
• buigzame leidingtypen en hun eigenschappen noemen.
Inzage
3.1 Isolatie van buigzame leidingen
Welke eisen je moet stellen aan de isolatie van een buigzame leiding hangt af van de toepassing van de leiding. Voor verschillende toepassingen gelden verschillende eisen.
Een snoer voor een scheerapparaat moet aan andere eisen voldoen dan een snoer voor een handboormachine in een chemische fabriek.
De volgende materialen worden veel gebruikt voor de isolatie van buigzame leidingen:
• polyvinylchloride (PVC) of vinyl
• gevulcaniseerd rubber
• gevulcaniseerd polychloropreen of neopreen
• etheenpropeenrubber (EPR)
• polyurethaan (PUR).
PVC (Vinyl)
Je gebruikt snoeren met een polyvinylchloride (PVC) isolatie voor het aansluiten van kleine verplaatsbare elektrische apparaten en verlichtingsaramaturen in woningen, zoals:
• schemerlampen
• radio's.
Je noemt PVC ook wel vinyl.
Een voorbeeld van een buigzame leiding met een vinyl isolatie is het vinyl tweelingsnoer (VTS) of vinyl mantelsnoer (VMS).
Vinylmantel en rubbermantel
Vinylmantelleidingen of rubbermantelleidingen gebruik je voor de aansluiting van huishoudelijke toestellen en verplaatsbare elektrische apparatuur. Je kunt hierbij denken aan toestellen zoals:
• koffiezetapparaten
• audio- en videoapparatuur
• stofzuigers
• koelkasten
• elektrische fornuizen
• kantoormachines.
De vinylmantelleiding (VMvL) heeft zowel een aderisolatie als een mantel van vinyl (PVC). Bij de rubbermantelleiding (RMrL) zijn de aderisolatie en de mantel van rubber.
Het rubber van de rubbermantelleiding is gevulcaniseerd. Bij het vulcaniseren gebruik je zwavel en dat tast koper aan. Daarom wordt bij een rubbermantelleiding de
koperen kern vertind.
Neopreenmantel
Soms worden er hogere eisen aan leidingen gesteld. Bijvoorbeeld in fabrieken, op werkplaatsen of op de bouwplaatsen voor de aansluiting van verplaatsbare elektrische
Inzage
Je gebruikt dan een leiding met een neopreen mantel. De aderisolatie van een neopreenmantelleiding is van gevulcaniseerd rubber. Daarom is de kern ook vertind.
De mantel van een neopreenmantelleiding is van gevulcaniseerd polychloropreen. Dat noem je ook wel neopreen. Neopreen is een gevulcaniseerde synthetische rubber. Dit materiaal is even soepel als rubber, maar is sterker. Neopreen is daarnaast bijzonder goed bestand tegen:
• mechanische bealsting
• weersinvloeden (ozon)
• slijtage
• oliën
• vetten.
Neopreenmantelleidingen kun je herkennen aan de gele streep over de lengte van de leiding.
Polyurethaan
Je gebruikt polyurethaanleiding voor zeer zware toepassingen, in bijvoorbeeld:
• de bouw
• garage- en carrossiebedrijven
• scheepswerven
• wegwerkzaamheden.
De geleider van een polyurethaanleiding is samengeslagen uit een aantal vertinde koperdraden.
De aderisolatie is van etheenpropeenrubber (EPR). EPR heeft de bekende
rubbereigenschappen. Het is elastisch en flexibel. Daarnaast heeft het een zeer breed thermisch gebruiksgebied. Hierdoor is deze buigzame leiding toe te passen tussen de -40 °C en + 98 °C.
De mantel is van polyurethaan. Polyurethaan wordt internationaal aangeduid met de letter Q en noem je ook wel PUR. Het heeft bijzonder goede eigenschappen:
• slijtvast
• toe te passen in ruwe omstandigheden
• zeer bestendig tegen:
– oliën – vetten – zeewater – ozon – UV-licht.
Uit veiligheidsoverwegingen is de standaardkleur voor de mantel signaalgeel of oranje.
3.2 Leidingtypen en eigenschappen
Inzage
Veel voorkomende buigzame leidingen zijn:
• vinyltweelingsnoer
• vinylmantelsnoer
• vinylmantelleiding
• rubbermantelleiding
• polychloropreenmantelleiding
• polyurethaanmantelleiding.
Daarnaast zie je ook veel:
• neopreen laskabels
• liftleidingen
• hittebestendige leidingen
• coaxiale kabels.
Gebruikstemperatuur
Bij buigzame leidingen is de gebruikstemperatuur gegeven.
De minimale gebruikstemperatuur wordt bepaald door de eigenschappen van het gebruikte isolatiemateriaal.
De maximale waarde van de gebruikstemperatuur wordt bepaald door twee factoren:
• De eerste factor wordt bepaald door de eigenschappen van het gebruikte isolatiemateriaal.
• De tweede factor wordt bepaald door de gekozen aanrakingstemperatuur. Als leidingen aan handgereedschap en verlengkabels te warm worden, kun je bij het vastpakken van de leiding een schrikreactie krijgen. Door deze schrikreactie zou er een onveilige situatie kunnen ontstaan.
Hiermee zijn de verschillende maximale gebruikstemperaturen voor leidingen met hetzelfde isolatiemateriaal verklaard.
Tweelingsnoer
Een tweelingsnoer heeft de volgende codering:
Tweelingsnoer
CENELEC H03VH-H of A03VH-H NEN 3207 VTS
Een tweelingsnoer heeft blank koperen geleiders. De isolatie om de aders is van vinyl (PVC). De aders liggen evenwijdig en zijn door de isolatie aan elkaar verbonden. Je kunt de aders gemakkelijk van elkaar scheiden. De isolatie is vaak zwart, wit of transparant.
Inzage
Vinylmantelsnoer
Een vinylmantelsnoer heeft de volgende codering:
Doorsnede van vinylmantelsnoer
CENELEC H03VV-F
NEN 3207 VMvS
Een vinylmantelsnoer heeft blank koperen geleiders. De isolatie om de aders is van vinyl (PVC). Ook de buitenmantel is van vinyl. De kleur van de mantel is vaak zwart of wit.
Een vinylmantelsnoer is 2- of 3- aderig. De aders zijn blauw en bruin en eventueel nog groen-geel.
Je gebruikt vinylmantelsnoer voor kleine huishoudelijke toestellen en verlichtingsarmaturen in gewone ruimten. Niet voor handlampen en niet in werkruimten.
Vinylmantelleiding
Een vinyl mantelleiding heeft de volgende codering:
Vinylmantelsnoer en -leiding
CENELEC H05VV-F
NEN 3207 VMvL
Een vinylmantelleiding heeft blank koperen geleiders. De isolatie om de aders is van vinyl (PVC). Ook de buitenmantel is van vinyl. De kleur van de mantel is vaak zwart of wit.
De mantelisolatie van een
vinylmantelleiding is dikker dan de mantelisolatie van een
vinylmantelsnoer.
Een vinylmantelleiding heeft 2, 3, 4 of 5 aders en is er ook in een meeraderige uitvoering.
De aders hebben de volgende kleuren:
2 aders: Bruin, blauw
Inzage
Je gebruikt vinylmantelleiding voor verplaatsbare toestellen zoals:
• koelkasten
• stofzuigers
• kantoormachines.
Je gebruikt vinylmantelleidingen niet in werkruimten.
Rubbermantelleiding
Een rubbermantelleiding heeft de volgende codering:
Rubbermantelleiding
CENELEC H05RR-F
NEN 3207 RMrL
Een rubbermantelleiding heeft blank of vertind koperen geleiders. De isolatie om de aders en de mantelisolatie is van gevulcaniseerd rubber. De kleur van de mantel is vaak zwart.
Een rubbermantelleiding heeft 2, 3, 4 of 5 aders. De aders hebben de volgende kleuren:
Doorsnede van rubbermantelleiding 2 aders: Bruin, blauw
3 aders: Bruin, blauw, groen-geel 4 aders: Bruin, zwart, grijs, groen-geel 5 aders: Bruin, blauw, zwart, grijs, groen-geel
Je gebruikt rubbermantelleiding voor verplaatsbare toestellen in werkruimten en tijdelijk vochtige ruimten. Bijvoorbeeld voor:
• handlampen
• verlengsnoeren.
Rubbermantelleidingen zijn niet bestand tegen olie en vet.
Inzage
Neopreenmantelleiding
Een neopreenmantelleiding heeft de volgende codering:
Neopreenmantelleiding
CENELEC H05RN-F
NEN 3207 RMcL
Een neopreenmantelleiding heeft blank of vertind koperen geleiders.
De aderisolatie is van gevulcaniseerd rubber. De mantelisolatie is van polychloropreen (neopreen) PCP. De kleur van de mantel is vaak zwart.
Een neopreenmantelleiding heeft 1, 2, 3, 4 of 5 aders, maar is er ook in een meeraderige uitvoering. De aders hebben de volgende kleuren:
Doorsnede van neopreenmantelleiding (5-aderig)
1 ader: Zwart 2 aders: Bruin, blauw
3 aders: Bruin, blauw, groen-geel 4 aders: Bruin, zwart, grijs, groen-geel 5 aders: Bruin, blauw, zwart, grijs, groen-geel Meeraderig 1 ader groen-geel, overige zwart genum-
merd
Je gebruikt neopreenmantelleiding voor verplaatsbare toestellen in fabrieken, werkplaatsen of bouwplaatsen:
• verlengsnoeren
• tijdelijke installaties
• verlichtingsarmaturen in de open lucht.
Neopreenmantelleiding is bestand tegen ozon, olie en vet en is slijtvast.
