Elektriciteit voor beginners

Installatie en gebruik van elektronische apparatuur is tegenwoordig kinderspel. Toch is het een goed idee om je – als muzikant, DJ, producer, geluidstechnicus of lichttechnicus – eens te verdiepen in het onderwerp elektriciteit. Want dan weet je beter hoe je een set-up goed én veilig werkend krijgt, ook in onverwachte en ingewikkelde situaties. In dit artikel behandelen we de nodige basiskennis en vuistregels voor beginners!

• Vooraf
• Wat is elektriciteit?
• Spanning en stroomsterkte
• Het gevaar van elektriciteit
• Vermogen
• Overbelasting
• Hoge inschakelstroom
• Wisselstroom en gelijkstroom
• Wisselstroom wordt gelijkstroom
• Aarding
• Aarde als levensredder
• Aardlekschakelaar
• Aardlus en brom
• Goed om te weten
•     Het lichtnet: van 220 naar 230 Volt
•     Kortsluiting
•     Vuistregels en tips rond elektriciteit
• Zie ook

Wat is elektriciteit?

Wat is elektriciteit? Elektriciteit (vaak stroom genoemd) is eigenlijk niets anders dan energie. Maar dan energie in een specifieke vorm. Elektriciteit wordt gevormd door stroming van elektronen, die van het ene punt naar het andere punt stromen. Dat is de zogeheten stroomkring. Om die stroming mogelijk te maken, moet er een spanningsverschil zijn tussen de beide punten (zie verderop). En die beide punten moeten met elkaar verbonden zijn door iets wat elektriciteit geleidt. Bijvoorbeeld een koperen draad, zoals in een elektriciteitssnoer. Het handige van elektrische energie is dat het kan worden omgezet naar andersoortige energie, zoals beweging, licht of geluid. Daar maken we dan ook dankbaar gebruik van.

Spanning en stroomsterkte

Elektrische spanning en stroomsterkte zijn twee verschillende dingen. Elektrische spanning wordt uitgedrukt in Volt (V). Daarom wordt elektrische spanning ook wel voltage genoemd, maar wetenschappelijk gezien is die benaming niet correct. Stroomsterkte wordt uitgedrukt in Ampère (A). Wat is nu het verschil tussen spanning en stroomsterkte? Je zou een vergelijking met water kunnen maken. Denk aan een stuwmeer. Hoe groter en dieper het stuwmeer, hoe groter de overstroming als de dam zou doorbreken. Er is als het ware een groot ‘spanningsverschil’ tussen het stuwmeer en het gebied onder de stuwdam. Maar zo lang de stuwdam intact en gesloten is, stroomt er niets. Zou er een kleine opening zijn, dan stroomt er iets water uit. Maar dat beetje water heeft niet veel kracht. Hoe groter de opening, hoe meer water uit het stuwmeer stroomt, hoe meer kracht. Vergelijk die kracht van het vrijkomende water met het fenomeen stroomsterkte bij elektriciteit. Hoe ‘gemakkelijker’ elektriciteit kan stromen, hoe groter de stroomsterkte. Anders gezegd: hoe lager de weerstand van een stroomgeleider, hoe hoger de stroomsterkte (de Wet van Ohm). Zo heeft koperdraad een lage weerstand en wordt daarom in elektriciteitssnoeren gebruikt. Dan treedt het minste verlies op.

Vergelijking met water: hoe groter en dieper het stuwmeer, hoe groter de overstroming als de dam zou doorbreken

Het gevaar van elektriciteit

Elektriciteit kan gevaarlijk zijn, zelfs met dodelijke afloop. Dat geldt bijvoorbeeld voor de elektriciteit van ons lichtnet (230 Volt). Het gevaar van elektriciteit zit hem deels in het feit dat de spieren in ons lichaam (via de zenuwen) door elektriciteit in beweging worden gezet. Die lichaamseigen elektriciteit werkt met een zeer klein spanningsverschil (een nanovolt = een miljardste volt). Pak je iets vast waar (voldoende hoge) elektrische spanning op staat, dan verkrampen je spieren waardoor je het voorwerp niet meer kunt loslaten. Vervolgens kan die elektriciteit ritmestoornissen in je hart (ook een spier) veroorzaken, met hartstilstand tot gevolg. Ook kan er ademhalingsverlamming optreden. Verder kan de elektriciteit de vitale organen opwarmen, met (eventueel dodelijke) schade tot gevolg. Op de plek waar de elektriciteit het lichaam binnenkomt, kunnen brandwonden ontstaan. Het is overigens niet de spanning, maar de stroomsterkte die dodelijk kan zijn. Zo heeft schrikdraad een hoge spanning (2000 tot 10.000 Volt), maar een lage stroomsterkte. Het voelt vervelend, maar het is niet dodelijk.

Schrikdraad

Vermogen

Het spanningsverschil en de stroomsterkte tezamen bepalen het vermogen. Dit vermogen wordt uitgedrukt in Watt. In formule: Volt x Ampère = Watt. Let op, het gaat om de hoeveelheid afgegeven vermogen. Een gitaarversterker die 100 Watt verbruikt, zet dat niet allemaal om in geluidsenergie. Meestal ligt het rendement rond 60 procent. Dat betekent dat van die 100 Watt ongeveer 60 Watt ten goede komt aan het geluid. De overige 40 Watt gaat verloren aan warmte en bijvoorbeeld licht (oplichtende buizen in een buizenversterker).

Overbelasting

De elektriciteitsvoorziening van een huis of gebouw is onderverdeeld in groepen. Iedere groep kan een maximum aan vermogen aan (aantal Watts). Wordt er meer vermogen gevraagd dan de groep aan kan, dan is er sprake van overbelasting. Er ontstaat dan het gevaar van oververhitting, bijvoorbeeld van de bedrading of van de apparatuur in de meterkast. Om deze gevaarlijke situatie te voorkomen, is iedere groep voorzien van een zekering. Vroeger werden hiervoor zogeheten smeltzekeringen gebruikt (de ouderwetse ‘stop’ in de meterkast), tegenwoordig zijn dat magneetschakelaars. Bij overbelasting onderbreekt de zekering de stroomvoorziening. In woningen worden vaak zekeringen van 16 A (Ampère) gebruikt. De betreffende groep kan dus een vermogen aan van 230 V x 16 A = ruim 3600 Watt. De elektrische installatie van veel horecagelegenheden lijkt op die van een woning. Houd dus rekening met de maximale belastbaarheid van een groep. Met name lichtinstallaties vragen veel vermogen, maar ook zware geluidsinstallaties.

Een voorbeeld van een ouderwetse smeltzekering

Hoge inschakelstroom

Apparatuur met een groot vermogen, bijvoorbeeld powermixers, zijn vaak voorzien van een zogeheten ringtrafo. De uitleg van een ringtrafo zullen we je hier besparen, maar het is wel goed om te weten dat er iets bijzonders is met deze apparatuur. De inschakelstroom (aantal Ampères) van apparatuur met een ringtrafo is namelijk veel hoger (tot zes keer zo hoog) dan de continue stroomsterkte van het apparaat. Met andere woorden: als je zo’n apparaat inschakelt, wordt er even heel veel vermogen gevraagd van de elektrische installatie. Dat duurt maar heel kort en is daardoor in principe niet gevaarlijk. Heb je apparatuur met een hoge inschakelstroom en speel je in een kroeg met snelle zekeringen, dus zekeringen die er snel ‘uit vliegen’? Dan bestaat de kans dat bij het inschakelen van die apparatuur de zekeringen eruit vliegen. Zeker als er al andere (ingeschakelde) apparatuur op de bewuste groep staat. Dit probleem zal zich niet voordoen bij vertraagde zekeringen, die kunnen zo’n korte hoge inschakelstroom wel aan. Normaal gesproken is de hoofdzekering van een café een vertraagde zekering. Heb je te maken met de combinatie hoge inschakelstroom en snelle zekeringen? Verdeel dan je apparatuur slim over de groepen. Kan dat niet, schakel dan de zware apparatuur stuk voor stuk als eerste in en pas daarna de lichte apparatuur. Dan heeft de groep nog de grootste capaciteit over om de hoge inschakelstroom van de zware apparatuur op te vangen. Bij afbreken doe je het precies andersom, want uitschakelen van apparatuur met een ringtrafo geeft ook kort een hoge stroom.

Links het symbool voor gelijkspanning/gelijkstroom – in het Engels DC (Direct Current). Rechts wisselspanning/wisselstroom – AC (Alternating Current)

Wisselstroom en gelijkstroom

Binnen de elektriciteit kennen we wisselstroom (AC – Alternating Current) en gelijkstroom (DC – Direct Current). Veel apparatuur werkt op gelijkstroom. Het lichtnet levert echter wisselstroom. Daarover straks meer, eerst een korte uitleg over de beide stroomsoorten. Gelijkstroom is een elektrische stroom met constante stroomrichting. Doorgaans zijn ook spanning en de stroomsterkte constant (binnen zekere grenzen). En dan met name de spanning, zodat het eigenlijk correcter is om van gelijkspanning te spreken. Gelijkstroom wordt geleverd door onder meer batterijen, zonnepanelen en loodaccu’s in bijvoorbeeld auto’s. Wisselstroom is stroom die voortdurend van ‘stroomzin’ verandert. Of anders gezegd: plus en min wisselen elkaar voortdurend af, doorgaans in een soort golfbeweging (zie illustratie). Ons lichtnet levert wisselstroom. Die wisselt 50 keer per seconde van richting (een frequentie van 50 Herz; in Amerika is dat 60 Hz). Wisselstroom heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van gelijkstroom. Wisselstroom (op een hoge spanning) kan namelijk zonder grote verliezen over lange afstanden worden vervoerd. Bij de gebruiker wordt in een transformatorstation deze hoogspanning teruggebracht naar 230 Volt (maar het blijft wel wisselspanning). Bij wisselstroom spreken we van fase en nul. Via de fase(draad) wordt de stroom ‘aangevoerd’ vanuit de centrale, via de nul(draad) komt de stroom weer ’terug’ naar de centrale. Daarmee ontstaat een gesloten stroomkring.

Wisselstroom wordt gelijkstroom

Veel apparatuur werkt op gelijkstroom en ook nog eens op een lager voltage dan de 230 Volt van het lichtnet. Dat probleem wordt ondervangen door middel van een transformator die voorzien is van een gelijkrichter. De transformator brengt de spanning terug, de gelijkrichter zet wisselstroom om naar gelijkstroom. In sommige apparatuur zijn de transformator en de gelijkrichter ingebouwd. Zo niet, dan heb je een bijpassende adapter nodig. Adapters herbergen vaak een transformator en een gelijkrichter. Op de adapter is aangegeven wat het ingangsvoltage en het uitgangsvoltage zijn. En ook of hij wisselstroom naar gelijkstroom omzet. Er staat dan AC/DC. Staat er AC/AC, dan blijft het wisselstroom. Doorgaans staan ook de symbolen voor wisselstroom en gelijkstroom op de adapter (zie illustratie hierboven).

Zit er aan je apparaat een stekker met randaarde? Doe die dan altijd in een wandcontactdoos met randaarde.

Aarding

Een belangrijk onderwerp binnen de elektriciteit is aarding. Dit heeft alles te maken met veiligheid. Elektriciteit wil altijd naar de aarde, omdat die een zogeheten nulpotentiaal heeft (0 Volt). Een zichtbaar voorbeeld hiervan is de bliksem, die vanuit de lucht de weg met de minste weerstand zoekt naar de aarde. Omwille van de veiligheid moet iedere elektrische installatie over een goede aardaansluiting te beschikken. Dit is een aansluiting met een minimale elektrische weerstand die contact maakt met aarde (bijvoorbeeld het grondwater). Vroeger aardde men woningen via de waterleiding. Vanwege de komst van kunststof buizen (die niet geleiden) gebeurt dat nu met een koperen aardpen. Deze is verbonden aan de elektrische installatie. Voor het aarden van apparatuur die aan de installatie is gekoppeld, wordt in de installatie een aarddraad meegetrokken (tegenwoordig een groengele draad). Deze aarddraad staat in contact met de randaarde in een wandcontactdoos (‘stopcontact’). En die staat, via een daarvoor geschikte stekker (zie foto hierboven), weer in contact met het aangesloten apparaat.

Waarom aarden?

De uitleg hoe aarding precies werkt, laten we hier even achterwege. Het principe is dat aarding van een elektrische installatie dient om (dodelijke) schokken te voorkomen. Het belangrijkste om te weten is dat apparatuur met metalen behuizing geaard moet zijn. Dat geldt ook voor gitaren met metalen snaren of metalen beplating. En ook voor bijvoorbeeld Hammond toonwielorgels. Waarom? Stel dat er stroom vanuit het apparaat naar de behuizing of de snaren lekt en het apparaat is niet geaard. Je kunt dan een (levensgevaarlijke) schok krijgen als je het metaal aanraakt. Zit er aan je apparaat een stekker met randaarde? Doe die dan altijd in een wandcontactdoos met randaarde. Want die stekker van dat apparaat heeft niet voor niets randaarde. Ook microfoons hebben een metalen behuizing, bijvoorbeeld het gaas bovenop. Daarom moeten microfoons geaard zijn. In de kabel van microfoon naar mengpaneel zit één ader voor de aarde. Als het mengpaneel geaard aangesloten is, is daarmee ook de microfoon geaard. Krijg je toch een schok als je met je lippen de microfoon raakt? Dan deugt er iets niet. Uit oogpunt van je eigen veiligheid moet je dit niet accepteren. En ook al zou de schok niet gevaarlijk zijn, het is op zijn minst onprettig.

Krijg je een schok als je met je mond een microfoon aanraakt? Dan is de aarding niet in orde. Dat is een onveilige en op zijn minst onprettige situatie.

Aardlekschakelaar

Een belangrijke veiligheidsvoorziening in de meterkast is de aardlekschakelaar. In deze schakelaar zit een meter die meet of er geen elektriciteit lekt. Lekt er ergens elektriciteit in een groep, dan onderbreekt de aardlekschakelaar van die groep onmiddellijk de stroomvoorziening. Lekkende elektriciteit kan gevaarlijk zijn. Als iemand er mee in aanraking komt, kan dat een (dodelijke) schok opleveren. Elektriciteit kan lekken door bijvoorbeeld vocht (badkamers, buitenpodia) of ondeugdelijke apparatuur. Er ontstaat ook lekstroom als iemand rechtstreeks een geleider aanraakt waar stroom op staat. Een aardlekschakelaar meet het verschil tussen de aangevoerde stroom (fase) en de terugkomende stroom (nul). Als er geen lek is, zijn die beide hoeveelheden stroom in principe hetzelfde. Is er een verschil, dan lekt er ergens stroom. Doorgaans wordt er wel met een drempelwaarde gewerkt. Aardlekschakelaars in woningen onderbreken de stroom vanaf 30 mA (milli Ampère) lekstroom. Bij het opbouwen voor een optreden kan het wel eens gebeuren dat er steeds een aardlekschakelaar uitvliegt en daarmee de stroomvoorziening onderbreekt. Dan zit er ergens lekstroom, bijvoorbeeld in een ondeugdelijke adapter, waarin stroom lekt naar de behuizing. Soms wordt er dan voor gekozen om het bewuste apparaat maar ongeaard aan te sluiten, zodat de aardlekschakelaar niet meer reageert. Maar daarmee wordt een onveilige situatie gecreëerd. Denk bijvoorbeeld aan de schok die je van een microfoon kunt krijgen, zoals je hiervoor hebt kunnen lezen.

De aardlekschakelaar is een levensredder.

Aardlus en brom

Aarding van apparatuur (met name als er metaal aan de buitenkant zit) is dus van levensbelang. Een apparaat kan rechtstreeks geaard zijn, door het apparaat met de juiste stekker aan te sluiten op een wandcontactdoos met randaarde. Maar een apparaat kan ook geaard zijn via de geluidsinstallatie, die op zijn beurt weer rechtstreeks geaard is. Dat laatste is bijvoorbeeld het geval met microfoons. Een gitaarversterker moet rechtstreeks geaard zijn, omdat hij meestal niet geaard is via de installatie. Want een gitaarversterker wordt doorgaans doorversterkt via een microfoon die voor de versterker staat en niet via een aangesloten kabel. Nu kan het gebeuren dat er binnen de complete installatie diverse apparaten op verschillende plaatsen geaard zijn, maar ook onderling verbonden zijn doordat ze allemaal op hetzelfde mengpaneel zijn aangesloten. Er kan dan een zogeheten aardlus ontstaan, doordat de apparaten contact hebben met elkaar via de installatie én via de aarde (tussen twee of meer verschillende aardpunten). Er ontstaat dan een onbedoelde stroomkring, waarin een heel klein stroompje loopt. Dat kleine stroompje kan in de geluidsinstallatie een hinderlijke brom opleveren. Hoor je een brom, dan kan een aardlus de oorzaak zijn. Dit probleem kun je oplossen door de apparatuur die op elkaar aangesloten is, op één groep (met één aardpunt) aan te sluiten. Dan is er geen aardlus meer. Maar pas wel op dat die ene groep niet te zwaar belast wordt. Het probleem van een aardlus is ook op te lossen door apparaten in het circuit niet te aarden met de eigen randaarde, maar alleen via de installatie waarop ze aangesloten zijn. Vaak is die apparatuur voorzien van een knopje (‘ground lift’) waarmee je de eigen aarding onderbreekt. Maar je moet dan wel zeker weten dat het betreffende apparaat via de installatie geaard is. Anders kun je een gevaarlijke situatie creëren. Overigens kan een brom ook ontstaan door iets anders dan een aardlus. Dimmers van lichtinstallaties kunnen ook een brom veroorzaken.

Met het knopje ‘ground lift’ of ‘shield’ kun je de eigen aarding van een apparaat onderbreken, in geval van een brom door een aardlus. Je moet dan wel zeker weten dat het betreffende apparaat via de installatie geaard is

Zie ook

» Stroomkabels
» Stroomkabel per meter
» Losse stekkers
» Stroomverdelers
» Overspanningsbeveiligingen
» Kabel-accessoires & onderdelen
» Alle stroomkabels & toebehoren

» Muziekapparatuur repareren – Deze dingen kun je zelf doen
» Fantoomvoeding nodig? Hier moet je op letten
» Brom, en hoe ik het voorkom
» Speakers en versterkers: het verschil tussen 2, 4, 8 en 16 ohm
» Wat is een elektret-microfoon?
» Hoeveel watt? – De waarheid over speakers en vermogen
» Gebalanceerde en ongebalanceerde aansluitingen uitgelegd
» Kabeldikte en het berekenen ervan
» Het verschil tussen passieve en actieve speakers

Speakers en versterkers: het verschil tussen 2, 4, 8 en 16 ohm 100 volt-systemen – de basis uitgelegd Brom, en hoe ik het voorkom Fantoomvoeding nodig? Hier moet je op letten Muziekapparatuur repareren – Deze dingen kun je zelf doen Het verschil tussen dynamische en condensator-microfoons