Een aardlekschakelaar (afgekort ALS), ook wel verliesstroomschakelaar, differentieelschakelaar of aardwachter genoemd, is een automatisch werkende schakelaar die een elektrische installatie spanningsloos maakt zodra een lekstroom vanaf een bepaalde grootte optreedt. In veel huis- en kantoorinstallaties bevinden zich in de groepenkast een of meer aardlekschakelaars.
Een vierpolige aardlekschakelaar
De aardlekschakelaar werd al in 1903 door Schuckert onder de noemer Summenstromschaltung zur Erdschlußerfassung gepatenteerd (DRP-Nr. 160.069). K. Kuhlmann, werkzaam bij AEG, beschreef een methode om de aardlekstroom in het Berlijnse netwerk te meten. Voor de techniek waarop de huidige aardlekschakelaar is gebaseerd, werd in 1908 door de Amerikaan Lloyd Nicholsen octrooi aangevraagd. Dit werd in 1910 toegekend.
Aardlekschakelaars komen met name in huisinstallaties voor. Het doel is bescherming te bieden tegen elektrocutie. Een aardlekschakelaar controleert de totale stroomsterkte via de fasedraad of fasedraden en de nuldraad. Volgens de eerste wet van Kirchhoff behoort de som nul te zijn. Een eventuele verschilstroom zou door de veiligheidsaarde terug moeten lopen, maar bij niet-geaarde toestellen, of aan een niet-geaarde wandcontactdoos aangesloten geaarde toestellen, zou een isolatiedefect een levensgevaarlijke stroomdoorgang door het lichaam van een mens of dier ten gevolge kunnen hebben. De aardlekbeveiliging reageert hierop door de stroomtoevoer bij een dergelijk lek af te sluiten.
De aardlekschakelaar biedt geen enkele bescherming wanneer een niet geaard persoon contact maakt met zowel de nul- als de fasedraad; alleen wanneer de stroom naar aarde weglekt, zal de schakelaar de stroom onderbreken.
Als de totale stroom ongelijk is aan nul, is er sprake van een lekstroom. Deze foutstroom kan ontstaan als de behuizing van een toestel, door een defect, onverhoopt onder elektrische spanning komt te staan. Bij geaarde toestellen vloeit de lekstroom via de aarding weg. Hierdoor zal de aardlekschakelaar bij overschrijding van de aanspreekstroom in werking treden, waardoor de betreffende groepen spanningsloos worden. Het moment van aanspreken ligt tussen de 50 en 100% van de aanspreekstroom. Met andere woorden; Een aardlekschakelaar van 30 mA schakelt af tussen 15 en 30 mA. Dit dient tevens binnen een bepaalde tijd te gebeuren. Installateurs hebben hiervoor speciale installatietesters. Bij een ongeaard, onder spanning staand toestel, zal bij aanraking de elektrische stroom door het lichaam wegvloeien naar aarde. Ook hier zal de aardlekschakelaar afschakelen voordat de situatie levensbedreigend wordt.
Als I3 weglekt naar aarde, dan zijn I1 en I2 verschillend en gaat de schakelaar open
In een aardlekschakelaar zit een ringkern waarop de fase(s) en de nul een wikkeling hebben en een wikkeling voor de meetspoel. Deze drie of vijf wikkelingen zijn in dezelfde richting gewikkeld. Wanneer de totale stroom nul is, zal de kern niet worden gemagnetiseerd en zal er geen wisselstroom uit de meetspoel ontstaan. Als ergens in de groep een lekstroom naar aarde loopt, is de totale stroom niet nul; er ontstaat inductie waardoor er uit de meetspoel wisselstroom komt wat een relais bekrachtigt, zodat de schakelaar afschakelt.
Na gebruik moet de schakelaar met de hand weer gesloten worden; dit kan alleen als de lekstroom op dat moment niet meer aanwezig is. (De aanduiding 'vóór' of 'achter' een schakelaar wordt bepaald door de energierichting).
Er is een testknop met in serie een weerstand die een onbalans in de ringkern van de aardlekschakelaar veroorzaakt waardoor deze afschakelt door de inductie die zal ontstaat in de ringkern. Het weerstandje is precies afgestemd op de waarde van de aardlekschakelaar, en staat afhankelijk van het type aardlekschakelaar, tussen twee fases (lijnspanning) of tussen een fase en een nul (netspanning).
Voor het uitvoeren van een eventuele test dienen de daarop aangesloten groepen afgeschakeld te worden, omdat eventuele lekstromen van de groepen het testen kan beïnvloeden. De testknop van de aardlekschakelaar of aardlekautomaat wordt gewoonlijk aangegeven met de letter T.
Wanneer een aardlekschakelaar wordt gecombineerd met een installatieautomaat, spreekt men van een aardlekautomaat.
Door de opbouw met een spoel is de aardlekschakelaar zoals hier beschreven met name geschikt voor woningen. Industriële componenten, zoals een frequentieregelaar of netfilter, kunnen de werking van dit type aardlekschakelaar beïnvloeden, waardoor de aardlekschakelaar te snel de stroom uitschakelt of zelfs nooit de stroom uitschakelt, ook niet bij een aardlek, dit wordt ook wel aardlekschakelaar type AC genoemd. Andere types aardlekschakelaars (type A en B) hebben een printje met elektrotechnische componenten waardoor die ook andere soorten lekstromen kunnen detecteren dan wisselstroom. Aardlekschakelaars zijn onmisbaar bij het gebruik van elektriciteit in vochtige ruimtes. Daarom werd vroeger alles behalve de woonkamer en de slaapkamer(s) achter één aardlekschakelaar gezet, zodat bij een aardfout er nog altijd licht was. Tegenwoordig moet in Nederland alles volgens de huidige NEN 1010 in huis achter een aardlekschakelaar, dus daarom zijn tegenwoordig minimaal twee aardlekschakelaars verplicht om een lichtvoorziening bij een aardfout te garanderen. Ook mogen er maximaal vier groepen per 30 mA aardlekschakelaar beveiligd worden. Ten slotte moeten alle nieuwe installaties voorzien zijn van een hoofdschakelaar.
De toepassing van aardlekschakelaars in nieuwe en gewijzigde huisinstallaties is sinds 1975 in Nederland volgens NEN 1010 verplicht. Ze worden veelal in de groepenkast opgenomen.
Sinds 1 september 2005 is het verplicht, om in woningen waarvan de bouwvergunning is afgegeven na deze datum, uitsluitend aardlekschakelaars toe te passen met een aanspreekstroom van maximaal 30 mA. Ook dienen minimaal twee aardlekschakelaars te worden geïnstalleerd (bij meer dan één eindgroep), zodat ook bij kleinere huisinstallaties, een ongestoorde lichtvoorziening wordt gewaarborgd en niet de gehele lichtinstallatie wordt uitgeschakeld, indien een aardlekschakelaar in werking treedt.
Er mogen maximaal vier eindgroepen worden beveiligd door één (tweepolige) aardlekschakelaar. Het aansluiten van enkelfasige eindgroepen op een driefasige (vierpolige) aardlekschakelaar van 30 mA wordt afgeraden. De reden is dat lekstromen van de verschillende eindgroepen elkaar kunnen beïnvloeden waardoor een goede werking van de aardlekbeveiliging niet kan worden gegarandeerd.
Aardlekschakelaars met IΔN = 500 mA mogen in huisinstallaties niet meer worden toegepast, maar komen in oudere installaties nog wel voor, en hadden als doel om te voorkomen dat bij een slechte aarding deze bij een lekstroom spanning zou voeren, maar omdat de aanspreekwaarde 0,5 A is bieden deze geen bescherming tegen indirecte aanraking. Ook aardlekschakelaars van het type AC zijn niet meer toegestaan voor nieuwbouw en renovaties. De reden is dat dit type alleen goed werkt bij zuiver sinusvormige stromen. Hedendaagse apparatuur zorgt vaak voor netvervuiling in de vorm van vervormde sinusvormige stromen. Ook mogen volgens de NEN 1010 alleen nog aardlekschakelaars van het type A worden gebruikt.
Eindgroepen die uitsluitend toestellen voeden die vast zijn aangesloten, dat wil zeggen niet door middel van een wandcontactdoos, behoeven niet te zijn beveiligd door 30 mA aardlekschakelaars, mits de weerstand naar aarde laag genoeg is. Voor een woning is dat ongeveer 1,5 a 2 ohm.