Waar komt de stroom vandaan? Het antwoord lijkt zo eenvoudig: uit het stopcontact.  Maar het gaat natuurlijk om de wereld áchter dat stopcontact. En dan is het een ander verhaal: onze stroomvoorziening is waarschijnlijk het meest complexe systeem dat ooit door mensen is ontworpen en gebouwd. Toch staan we daar allang niet meer bij stil als we het licht aandoen of de kamer stofzuigen.


Drie elementen

De elektriciteitsvoorziening is onder te verdelen in opwekking, transport en verbruik.
Voor de opwekking van energie zijn kolencentrales, kern- of gasturbines nodig. En, zoals bekend, wordt energie ook steeds vaker op duurzame wijze geproduceerd door middel van windparken of PV-systemen.
Het opgewekte vermogen moet worden getransporteerd van de centrales naar de verbruikers. Het hoogspanningsnet bestaat uit koppelnetten, transportnetten en distributienetten. Deze zijn vanwege de verschillende spanningsniveaus door middel van transformatoren, zogenoemde step-up trafo’s, met elkaar verbonden.
Vanuit de transportnetten wordt de verbinding gemaakt met de distributienetten. En zo belanden we bij het verbruik. De distributienetten voeden de bekende transformatorhuisjes, waar het spanningsniveau voor huiselijk gebruik geschikt wordt gemaakt.
De verbruikers die het netwerk belasten zijn niet alleen de particulieren thuis, maar ook de industrie, de spoorwegen, de elektrische tram en dergelijke. Het elektriciteitsnet zorgt ervoor dat uit alle stopcontacten 230 Volt en 50Hz komt.


Bedrijfsvoering

Om dit alles gladjes te laten verlopen moet de bedrijfsvoering goed geregeld zijn. Het kan op verschillende niveaus misgaan. Als bijvoorbeeld bij graafwerkzaamheden de laagspanningskabel wordt geraakt kunnen we spreken van een gevalletje ‘klein leed’. Het energiebedrijf schakelt gauw om en het licht brandt weer.
Als een hele wijk in het donker komt te zitten, bijvoorbeeld door een brand in een transformatorhuisje, is het probleem groter. En bij black-outs als gevolg van grote stroomstoringen worden hele gebieden in het donker gezet. De economische schade is dan aanzienlijk.  Er zijn verschillende mogelijke oorzaken voor dergelijke grote stroomstoringen maar het resultaat is altijd hetzelfde: gebruikers zitten in het donker!
Dit voorbeeld geeft aan hoe belangrijk het is dat alle fases van het proces van de stroomvoorziening goed georganiseerd zijn. Het vergt dan ook een nauwgezette en professionele bedrijfsvoering.


Goed materiaal

Naast een goede bedrijfsvoering is het van groot belang dat het technisch materiaal goed functioneert. Denk aan vermogensschakelaars, stroomtransformatoren en pantograafscheiders die een verbinding maken tussen de railsystemen. Al deze componenten moeten worden ontworpen, gebouwd en getest. Bij de elektriciteitsvoorziening gaat het om grote stromen en hoge spanningen, met schakel- en verdeelinrichtingen als knooppunten. Ook het schakelmateriaal heeft daarom een belangrijke plaats.
Neem bijvoorbeeld de vermogensschakelaar. Een essentieel apparaat bij kortsluiting, als er afgeschakeld moet worden. De vermogensschakelaar onderbreekt met geweld kortsluitstromen. De stroom schiet omhoog van een paar honderd ampères tot enkele tienduizenden. Dat is een ongewenste situatie want de krachten tussen stroomvoerende geleiders zijn enorm. Behalve het thermische probleem waardoor de de boel smelt heb je dan ook te maken met enorme krachten en dien je te zorgen dat de stroom binnen een halve seconde verdwenen is. De vermogensschakelaar zorgt voor het blussen van de vlamboog die onstaat bij het scheiden. Dat blussen gebeurt door middel van olie, of tegenwoordig met SF6-gassen. De vlamboog koelt af en het proces wordt onderbroken.
Een vrij gecompliceerd proces dus, waarvan je misschien zou verwachten dat er veel tijd mee gemoeid is… Nou nee. Een paar honderd milliseconden en het is alweer voorbij!


Expertise

Hoe hoger de spanning, hoe groter het schakelstation. Van een schakelstation van 380 kV of 150 kV gaan we verder de hoogspanninglijn op. Een hoogspanninglijn door de lucht is de meest betrouwbare manier om elektriciteit te transporteren. Tegenwoordig worden ook steeds vaker ondergrondse kabels toegepast, zelfs voor 380 kV. Het produceren van zo’n kabel vergt een buitengewone expertise omdat 380 kV op een klein stukje oppervlak moet worden geconcentreerd. Daarvoor moeten de materialen zeer goede isolerende eigenschappen hebben en dat vergt veel onderzoek.
Via het stopcontact, de meterkast, het transformatorhuisje en het onderstation komen we uiteindelijk terecht bij de centrale. En daar gebeurt het: de elektriciteit wordt opgewekt middels het inductieprincipe van Faraday. Daarbij draait een magneet (rotor) rond in een set spoelen (stator met de driefasenspoelen) en zo induceren we elektriciteit. Het rendement is hierbij maar iets meer dan 50%. De rotor wordt in beweging gebracht door een stoomturbine, wind- of zonne-energie.


De toekomst

De opkomst van duurzame energie betekent dat er voor het elektriciteitsbedrijf veel gaat veranderen, zowel aan de opwekkings- als aan de afnamekant. Denk aan de elektrische laadinrichtingen voor auto’s, of aan de zogenoemde ‘huizen van de toekomst’ met zonnepanelen en accu’s voor de opslag van elektriciteit.
Ons elektriciteitsnet moet dit allemaal voor elkaar krijgen en ondertussen ook een betrouwbare stroomvoorziening zien te blijven. Het streven naar een betrouwbare en ononderbroken levering van elektriciteit wordt steeds belangrijker. Daarom moet er goed worden nagedacht voordat we de kolencentrale of de gasturbine sluiten.
De energieopwekking van de toekomst wordt steeds meer tweerichtingsverkeer, waarin de belastingen actief worden en ook gaan voeden. De bedrijfsvoering, bewaking, beveiliging en de besturing van het net wordt hierdoor steeds belangrijker.


De cursus Hoogspanningstechniek van Jee Business School

In het werkveld is veel behoefte aan goed opgeleide technici met een gedegen kennis van alles wat met hoogspanningstechniek te maken heeft. Jee Business School speelt in op die kennisbehoefte met de cursus Hoogspanningstechniek (HST).

En voor wie meer wil weten over de rol van veiligheid bij het werken met hoogspanning, lees op onze site eens het volgende artikel.

Ben je toe aan een nieuwe uitdaging en wil je nóg deskundiger worden op het gebied van energieopwekking en transport energie? Dan is deze cursus Hoogspanningstechniek misschien wel iets voor jou. Wacht niet langer en klik hier om je meteen in te schrijven!

* Een deel van de informatie in dit artikel is ontleend aan de lezing van prof. ir. L. van der Sluis aan de TU Delft.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *