HoogspanningsNet St(r)oomcursus

Deel 1. Wat is een elektriciteitsnet?

Welkom bij de HoogspanningsNet St(r)oomcursus. 
Dat je dit leest betekent dat je in elk geval interesse
hebt in het hoe en waarom van een elektriciteitsnet. 

In dit eerste deel is geen enkele voorkennis van
elektriciteit nodig. We beginnen bij de grootste
hoofdvraag en het absolute begin van alles: wat
is een elektriciteitsnet eigenlijk?

 

 

 

Hoogspanning en elektriciteit is in het landschap net zo'n vertrouwd gezicht als bruggen, spoorlijnen en snelwegen. Met een goede reden: we kunnen in een moderne samenleving niet zonder.

1.1. Definitie van een elektriciteitsnet

Een elektriciteitsnet is een netwerk van verbindingen en knooppunten waarover grote hoeveelheden elektrische energie met hoge efficiëntie over lange afstanden kan worden getransporteerd.

O ja hoor. Gaan we zo beginnen? Lekker wel.

Spring niet meteen in een kramp over dat alles meteen zo ingewikkeld is. Even rustig aan. Lees de quote nog eens op je gemak door. Merk op dat het woord transport erin zit.

Meestal wordt elektrische energie niet op dezelfde plaats opgewekt als waar het benut wordt. Centrales staan ver weg, windmolens staan niet meteen in de tuin en eigenlijk alleen de zonnepanelen op je dak bevinden zich vlakbij je meterkast. Elektriciteit moet meestal worden verplaatst van de plek waar het wordt opgewekt naar de plek waar het gebruikt wordt, net zoals dat met water en gas gebeurt. Voor dat verplaatsen is een netwerk van grotere en kleinere leidingen nodig. Een soort wegen. Voor elektriciteit noemen we zo'n netwerk een elektriciteitsnet. En de grootste en breedste wegen in dat netwerk heten het hoogspanningsnet.

Wegen heb je in soorten en maten. Dat is net zo voor de wegen voor elektriciteit. Hier zien we een setje bovengrondse hoogspanningslijnen. Soms kan een hoogspanningslijn ook onder de grond worden aangelegd, maar dat is doorgaans wel duurder of lastiger.

Een elektriciteitsnet wordt in de volksmond meestal een stroomnet genoemd. Op straat of op een terrasje gaat dat wel goed, maar zoals we verderop in de cursus nog zullen zien bestaat elektriciteit uit spanning en stroom, zodat de term stroomnet een jargonprobleem gaat opleveren. Elektriciteitsnet lijkt in eerste instantie overdreven netjes en correct, maar om verwarring verderop te voorkomen houden we deze nette term toch maar aan.

1.2. Hetzelfde idee als het waterleidingnet, gasnet en wegennet

Een elektriciteitsnet is onmisbaar in moderne samenlevingen. En elektriciteit hoeft zich niet aan landsgrenzen te houden. Bijna alle landen in Europa (en ook de grotere eilanden) hebben hun hoogspanningsnetten aan elkaar verbonden zodat elektriciteit net als mensen en goederen de grenzen over kan reizen. Daardoor kan er internationaal in gehandeld worden.

In een wegennet vind je talloze landweggetjes, bergwegen, ringwegen, een aantal snelwegen en ook eenrichtingsweggetjes, meestal op plekken waar je juist zo fijn een stuk kon afsnijden. En soms zijn er bruggen, tunnels, viaducten en parallelwegen. Verder zijn er kruisingen, opritten en splitsingen. Maar hoeveel verschillen wegen ook hebben met hun breedte, maximumsnelheid en lengte, ze hebben allemaal één ding gemeen: altijd kan je eroverheen rijden.

Wanneer een wegennet uit allemaal precies dezelfde wegen zou bestaan zou het systeem niet werken. Met een trekker op de snelweg is niet zo'n succes en met 120 km/h over een zandpad racen met een sportief verlaagde BMW met dikke velgen geeft ook een aantal interessante resultaten, met name voor garagehouders. Daarnaast zou een straatje in een plattelandsdorp de verkeersstroom van een snelweg niet aankunnen.

Verschillende wegen

 Nog meer wegen
Het elektriciteitsnet is vrij goed te vergelijken met het waterleidingnet en het wegennet. Waterleidingen en ook wegen heb je in soorten en maten, van lang tot kort, en van klein tot heel groot. En soms is er een omleiding, want altijd is er wel ergens iets te repareren.

Voor een elektriciteitsnet geldt precies hetzelfde. Over de zware snelwegen kan heel veel elektrische energie efficiënt lange afstanden afleggen. Deze snelwegen lopen dwars door het hele land heen. Maar net zoals de oprit van een huis nooit direct aan een snelweg ligt, zo is een huis ook niet rechtstreeks verbonden met een hoogspanningslijn. Want hoeveel stroom de versterker op de kamer van je broer, zoon (of vader!) ook gebruikt, het valt in het niet bij wat er buiten over de hoogspanningslijnen loopt. 

1.3. Netwerken: hiërarchie en trap

Het blijkt een eigenschap van het universum te zijn dat een netwerk, wat voor een dan ook, het beste werkt wanneer er met een duur woord differentiatie in zit. Dat betekent dat het netwerk bestaat uit verschillende soorten wegen of banen. 

Een hiërarchisch net heeft een klein aantal grote wegen is en een groot aantal kleine wegen die in volgorde van belangrijkheid van groot naar klein lopen.

Naast het elektriciteitsnet zijn ook het waterleidingnet, het riool, het gasnet en het wegennet zo opgebouwd. Ook in de biologie zien we dit terug: kijk eens naar je eigen lichaam met zenuwbanen of je bloedsomloop met zijn grote slagaders, kleinere aders en ontelbare haarvaten. Ieder netwerk dat op deze manier is opgebouwd, is een zogeheten hiërarchisch net (spreek uit: 'hierargies net'). 

De hoofdgedachte achter een hiërarchisch net (klein aantal grote verbindingen, groot aantal kleine verbindingen) zie je overal. Bij de takken van bomen, in voedselketens, in een bliksem, in vliegtuigroutes en zelfs in economische begrippen zoals geldstromen of arbeid komt het terug.

Soms kan je de verschillende wegen in een netwerk indelen in harde, zogeheten discrete klasses. Dat zijn groepen met een boven- en ondergrens. Als deze groepen ook op volgorde zijn en elke groep alleen grenst aan de klasse direct erboven of direct eronder, spreken we van een getrapt netwerk. Denk aan de treden van een trap, waarbij hogere treden zich boven de lagere bevinden, altijd op dezelfde volgorde. Getraptheid zien we bij een elektriciteitsnet ook. Het aantal formaten wegen dat voor elektriciteit wordt gebruikt laat zich in slechts een handvol scherp begrensde klassen indelen. In zwaarte en belangrijkheid liggen ze logisch boven en onder elkaar. Verderop in de cursus komen we dit uitgebreid tegen.

1.4. De hydraulische analogie

In de elektriciteitswereld wordt de vergelijking met een wegennet meestal ingeruild voor die met een waterleidingnet. De zogeheten hydraulische analogie (drie keer woordwaarde) dankt zijn naam aan het Griekse woord voor water of vloeistof (ὕδωρ, 'hydro', denk aan hydropower of hydrauliek). Ook hier gaan we er gebruik van maken. We zullen zien dat water heel bruikbaar is als zichtbare en tastbare stand-in voor elektriciteit.

Op diverse plekken in het land wordt op kleine en grote schaal water gewonnen. Vervolgens wordt dit water via grote buizen getransporteerd. De buizen worden vertakt, steeds dunner gemaakt en daarmee ook steeds talrijker. Uiteindelijk is iedere klant op de waterleiding aangesloten met een buis die qua grootte afgestemd is op de vraag van de klant. Het elektriciteitsnet doet hetzelfde. Door de kleinere draden (de plaatselijke grondkabel of draden op houten bokpalen) kan minder elektriciteit dan door de grote draden aan stalen masten, maar er zijn wel veel meer van die kleine draden nodig. Uiteindelijk bereiken de elektriciteitsdraden iedere aangesloten klant in het land, waarbij per aansluiting een elektrisch vermogen geleverd kan worden dat voldoet (of zou moeten voldoen) aan de aanvraag van de klant. 

Grote centrale in de Eemshaven

Het wegennet is een netwerk zonder begin en eind en zonder punt van herkomst. Dat is bij elektriciteit ook zo, maar naast opwek en verbruik verspreid over duizenden plekken (zonnepanelen, WKK, losse windmolens, huizen, bedrijven en openbare voorzieningen) zijn er op een elektriciteitsnet ook nog grote individuele centrales, stuwdammen en windparken. En centrales, die kennen we natuurlijk niet op het autowegennet. 

1.5. Snelheidsveranderingen en kruisingen

Wegen, waterleidingen en ook elektriciteitsdraden zijn aan elkaar verbonden met knooppunten en kruisingen. In het wegennet zijn dat voorrangskruisingen met stoplichten, klaverbladen en rotondes. Bij het passeren van zo'n kruispunt kan je rechtdoor of juist van richting veranderen. Soms kan je dezelfde snelheid behouden, maar je hebt ook kruisingen waarna je zachter moet gaan rijden of juist harder mag. In het elektriciteitsnet vindt je zulke kruisingen ook. Hier worden zulke kruispunten net- en verdeelstationnetjes (stroomhuisjes) genoemd wanneer ze in de kleine wegen zitten, en transformator– of schakelstations wanneer ze zich in de grote wegen van het hoogspanningsnet bevinden. Op deze plekken wordt de elektriciteit van richting, van grootte of heel soms zelfs van aard veranderd.

"Hoogspanningsstation". Nieuw voor je? Nee hoor, je kent ze gegarandeerd. Het zijn die vervaarlijk ogende constructies waar metalen spijlen metershoog de lucht in steken, waar grote geribbelde kasten en apparaten staan te brommen en waar meestal vanuit allerlei richtingen hoogspanningslijnen binnenlopen en doodleuk in een andere richting weer vertrekken alsof er niets aan de hand was. 

Hoogspanningsstations heb je in soorten en maten. Van heel klein (weggestopt in gebouwen ergens in een hoekje van de stad)  tot heel groot in de openlucht van het platteland, zoals Eindhoven Oost, hier op de foto. Zogeheten openluchtstations zijn het bekendst en vallen het beste op. Hier wordt elektriciteit van richting en soms ook van grootte of karakter veranderd. Foto door Michel van Giersbergen.

Op hoogspanningsstations worden verschillende grote leidingen voor elektriciteit aan elkaar verbonden. Op sommige van deze stations kan elektriciteit in een andere richting verdergaan of verdeeld worden, terwijl de eigenschappen ervan gelijk zal blijven (een schakelstation). Maar op andere stations wordt ook de eigenschappen van de elektriciteit veranderd (een transformatorstation of een converterstation). Meestal zijn meerdere van deze functies gecombineerd, zodat het woord hoogspanningsstation als overkoepelende term het beste werkt.

Op een hoogspanningsstation kan van alles met elektriciteit gebeuren, maar er wordt op een hoogspanningsstation geen elektriciteit opgewekt of verbruikt.

Over hoe deze hoogspanningsstations technisch werken en over hoe op deze plekken de elektriciteit wordt bewaakt, zullen we ons in de st(r)oomcursus niet buigen omdat dit een introductiecursus is. Voor wie graag meer weten wil, ga door naar het submenu over hoogspanningsstations op deze site, maar kennis daarvan is niet nodig om de cursus verder te doorlopen. 

De elektriciteitsleidingen in Nederland en België bestaan in een klein dozijn verschillende categorieën, van heel groot tot klein. Hier in deze cursus gaat het vooral om de grotere wegen, het zogeheten middenspanningsnet en vooral het hoogspanningsnet: de grootste en best zichtbare wegen voor elektriciteit die er zijn.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

  1. Hoe zou je een elektriciteitsnet omschrijven in een of twee zinnen?
  2. Wat is een hiërarchisch netwerk? Is een visnet een hiërarchisch netwerk? (Waarom wel? Waarom niet?)
  3. Waarom is de vergelijking van een elektriciteitsnet met een wegennet niet helemaal correct?
  4. Waarvoor dienen hoogspanningsstations en wat gebeurt daar?

Wanneer het je lukt om deze vragen te beantwoorden zonder te spieken heb je dit onderdeel van de cursus onder de knie en kan je met een gerust hart door naar deel twee. In ieder volgend deel kom je eenzelfde manier van samenvatten tegen. 

Als het goed is heeft dit eerste deel van de Stroomcursus niet alleen vragen beantwoord, maar ook nieuwe vragen opgeroepen. In het volgende deel gaan we nader kijken naar de eigenschappen van elektriciteit als een verschijnsel dat bestaat uit stroom en spanning. Water, en de hydraulische analogie, zullen opnieuw een zeer bruikbare stand-in zijn. Hoe kunnen we de termen druk en stroomsnelheid uit de waterleiding gebruiken in de elektriciteitsleer? En hoe kan je met elektriciteit energie verplaatsen? Leer het allemaal in het volgende deel.

 


Naar het volgende deel van de Stroomcursus