HoogspanningsNet St(r)oomcursus

Deel 1. Wat is een hoogspanningsnet?

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 stroomnet. 

We gaan uit van een voorkennis van nul. Of nou ja, 
bijna nul, want als je niet kan lezen of nog nooit van 
je leven een hoogspanningslijn gezien hebt zal de 
St(r)oomcursus je weinig zeggen. 
Maar de kans daarop is behoorlijk klein. Hoogspan-
ning is in ons landschap net zo'n vertrouwd gezicht als bruggen, spoorlijnen en snelwegen. Met een goede reden: we kunnen niet zonder.

 

 

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?

1.1. Definitie van een hoogspanningsnet

Een hoogspanningsnet is een getrapt, hiërarchisch netwerk van verbindingen waarover grote hoeveelheden elektrische energie met hoge efficiëntie over lange afstanden kunnen worden getransporteerd.

O ja. Gaan we zo beginnen. Lekker wel.

Schrik niet en lees die zin nog eens op je gemak door. Merk op dat het woord transport erin zit.
Dat wijst op het verplaatsen van iets. Op wat kleinschalige uitzonderingen na wordt elektrische energie meestal niet op dezelfde plaats opgewekt als waar het benut wordt. Centrales staan ver weg en de windmolens staan niet meteen in de tuin. Elektriciteit moet dus worden verplaatst vanaf 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 van wegen. Zo'n netwerk noemen we 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 net als met een verkeerstunnel is dat meestal wel duurder en lastiger.

Een hoogspanningsnet is onmisbaar in moderne samenlevingen. Alle ontwikkelde landen hebben er eentje. 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 naar andere landen kan reizen. Daardoor kan er internationaal in gehandeld worden.

1.2. Hetzelfde idee als het waterleidingnet, gasnet en wegennet

Tot op zekere hoogte is het elektriciteitsnet goed te vergelijken met het waterleidingnet en het wegennet. 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. 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.

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.

Een elektriciteitsnet bestaat dus uit grotere en kleinere wegen voor elektriciteit. 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. Natuurkunde van netwerken: hiërarchie

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. Er geldt dan dat er een klein aantal grote wegen is en een groot aantal kleine wegen zijn.

Naast het elektriciteitsnet zijn ook het internet, het waterleidingnet, het riool, het gasnet en het wegennet zo opgebouwd. En zelfs in de biologie zien we dit terug: kijk eens naar je eigen lichaam en denk aan je 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 werkelijk 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) klassen met een boven- en ondergrens. Een vaste, gestapelde volgorde van capaciteit, grootte en belangrijkheid. Als dat kan, spreken we van een getrapt netwerk. Denk aan de treden van een trap, waarbij hogere treden zich boven de lagere bevinden, altijd op volgorde. Deze getraptheid zien we bij een hoogspanningsnet ook. Het aantal formaten wegen dat voor elektriciteit wordt gebruikt laat zich in een handvol klassen indelen. Verderop in de cursus zullen we dit zien in meer detail.

1.4. De hydraulische analogie

In de stroomwereld wordt de vergelijking met een wegennet vaak verruild voor die van een waterleidingnet. De zogeheten hydraulische analogie (drie keer woordwaarde) heeft voordelen ten opzichte van het wegennet. Ook hier in de st(r)oomcursus 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 het waterleidingnet 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 kabels aan stalen masten, maar er zijn tegelijk 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. 

Het wegennet is een netwerk zonder begin en eind en zonder punt van herkomst. Dat is bij elektriciteit slechts deels zo. Er is opwek verspreid over duizenden plekken (zonnepanelen, WKK, losse windmolens), maar de meeste elektriciteit komt van grote individuele centrales, stuwdammen en windparken op één plek. 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 stroom van richting, van grootte of heel soms zelfs van aard veranderd.

"Hoogspanningsstation". Nieuw voor je? Die kans is klein, want je kent ze vast wel. 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. 

Transformator- en schakelstations 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. Openluchtstations zijn het bekendst en vallen het beste op. Hier wordt stroom 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 de stroom in een andere richting verdergaan of verdeeld worden, terwijl de grootte ervan gelijk zal blijven (een schakelstation). Maar op andere stations wordt ook de grootte van de stroom veranderd (een transformatorstation). Meestal zijn meerdere van deze functies gecombineerd, zodat het woord hoogspanningsstation als overkoepelende term het beste werkt.
 

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

Over hoe deze hoogspanningsstations technisch werken en over hoe op deze plekken de stroom 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 en leer wat je weten wil.

Het elektriciteitsnet is hiërarchisch opgebouwd: je hebt een klein aantal grote hoofdwegen en een groot aantal kleine verbindingen. Op handig gekozen plekken tref je knooppunten aan, waarop je van richting of van snelheid kan veranderen, zodat netten met een verschillende hiërarchische rang aan elkaar zijn verbonden. Op deze manier ontstaat een netwerk met verschillende grote en kleinere wegen.

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 daadwerkelijke hoogspanningsnet: de grootste en best zichtbare wegen voor elektriciteit die er zijn.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

  1. Hoe zou je een hoogspanningsnet omschrijven in een of twee zinnen?
  2. Wat is een hiërarchisch netwerk? Is een visnet een hiërarchisch netwerk? (Waarom wel? Of 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. Zo hebben we het woord grootte gebruikt voor elektriciteit. Dat is een ongelukkige term. In het volgende deel gaan we nader kijken naar de eigenschappen van elektriciteit. Water zal 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