HoogspanningsNet St(r)oomcursus voor beginners

 

Hoogspanning 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. Dus, wat is een elektriciteitsnet precies?

1.1. Definitie van een elektriciteitsnet

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

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

Spring niet meteen in een kramp. Rustig aan, lees de quote eens op je gemak door. Merk op dat het woord transport erin zit. Dat duidt erop dat er iets wordt verplaatst. In dit geval energie.

Meestal wordt elektriciteit niet op dezelfde plaats opgewekt als waar het benut wordt. Centrales staan ver weg, windmolens staan soms zelfs op zee en eigenlijk alleen de zonnepanelen op je dak bevinden zich vlakbij je meterkast. Elektriciteit moet dus in de meeste gevallen 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 wegen nodig. 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 bovengrondse hoogspanningslijnen. Soms kan een hoogspanningslijn ook onder de grond worden aangelegd, maar dat is vaak wel duurder of lastiger. Foto: Ot Lesley

Een elektriciteitsnet wordt in de volksmond ook wel een stroomnet genoemd. Op straat of op een terrasje gaat dat wel goed, maar zoals we in de cursus zullen zien bestaat elektriciteit uit twee verschillende componenten: spanning en stroom. De term stroomnet zal dan een jargonprobleem opleveren. Elektriciteitsnet lijkt dus overdreven netjes, maar om verwarring te voorkomen houden we deze nette term in de St(r)oomcursus toch aan.

1.2. Een elektriciteitsnet: hetzelfde idee als het waterleidingnet en wegennet

De opbouw van een elektriciteitsnet lijkt op een wegennet. Daar 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 je John Deere (poah) op de snelweg is niet zo’n succes. (Of juist wel, maar dat heet een boerenprotest.) Ook het omgekeerde, met 120 km/h over een zandpad racen met een sportief verlaagde BMW, geeft met name voor garagehouders interessante resultaten. Daarnaast zou een klein straatje in een plattelandsdorp de verkeersstroom van een snelweg niet aankunnen.

  

Het elektriciteitsnet is 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 of te verbouwen. Foto’s: Hans Nienhuis

Voor een elektriciteitsnet geldt hetzelfde. Over 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 op de snelweg aansluit, zo is een huis ook niet rechtstreeks verbonden met een hoogspanningslijn. Hoeveel stroom de versterker op de kamer van je huisgenoot ook gebruikt, het valt in het niet bij wat er buiten over de hoogspanningslijnen loopt.

Elektriciteit kan dus reizen. Het hoeft zich ook 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.

1.3. Een netwerk: het nut van 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. In volgorde van belangrijkheid lopen ze van groot naar klein.

Naast het elektriciteitsnet zijn ook het waterleidingnet, het riool, het gasnet en het wegennet op die manier opgebouwd. Ook in biologie zien we dit terug: in je eigen lichaam is ook je bloedsomloop met zijn grote slagaders, kleinere aders en ontelbare haarvaten een netwerp dat precies op die manier is opgebouwd. Ieder netwerk dat een verloop van groot naar klein kent, waarbij de grote wegen belangrijker zijn dan de kleine wegen en waarin een klein aantal grote wegen en een groot aantal kleine wegen zit, 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 zogeheten discrete klasses. Dat zijn vastomlijnde groepen met een boven- en ondergrens. Als deze groepen ook op volgorde liggen van groot naar klein, spreken we van een getrapt netwerk. Denk aan de treden van een trap, waarbij hogere treden zich altijd op dezelfde volgorde boven de lagere bevinden. Getraptheid zien we bij een elektriciteitsnet ook. De wegen die voor elektriciteit worden gebruikt laten zich in slechts een handvol scherp begrensde klassen indelen. In zwaarte en belangrijkheid liggen ze logisch boven elkaar.

1.4. De hydraulische analogie

In de elektriciteitswereld wordt de vergelijking met een wegennet meestal verruild voor een waterleidingnet. De zogeheten hydraulische analogie (drie keer woordwaarde) dankt zijn naam aan het Griekse woord voor water of vloeistof (ὕδωρ, ‘hydro’, denk maar 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 aan de aanvraag van de klant.

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 zijn er op een elektriciteitsnet ook nog grote centrales actief. 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 heten zulke kruispunten netstations en verdeelstations (in de volksmond meestal stroomhuisjes genoemd) als ze in de kleine wegen zitten. In de grotere wegen heten ze transformator-, schakel- of onderstations. Op deze plekken wordt de elektriciteit van richting veranderd, verdeeld over meerdere verbindingen of er wordt aan andere eigenschappen iets gewijzigd.

‘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 in een andere richting weer vertrekken.

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 buitenlucht. Zogeheten openluchtstations zijn het bekendst en ze vallen het beste op. Hier wordt elektriciteit verschakeld of verdeeld over meerdere verbindingen. Foto: 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 gelijk blijven (een schakelstation). 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 altijd werkt. Wat alle hoogspanningsstations wel gemeen hebben, er wordt op zo’n station nooit stroom opgewekt of verbruikt.

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

Over hoe hoogspanningsstations exact werken en hoe op deze plekken het elektriciteitsnet wordt bediend zullen we ons in de st(r)oomcursus niet buigen. Elders op deze site hebben we daar hele hoofdstukken over. Hier in de St(r)oomcursus is alleen het basisidee voldoende om te kennen: een hoogspanningsstation is een knooppunt in het hiërarchisch netwerk van verbindingen. Samen, dus verbindingen en hun knooppunten, vormen ze een elektriciteitsnet. Verbindingen en stations zijn een gezworen eenheid – zonder verbindingen zouden stations er zinloos bij staan, en zonder stations kunnen de verbindingen niet op elkaar aangesloten worden.

Verbindingen en stations, samen vormen ze de twee-eenheid waaruit het elektriciteitsnet bestaat.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

▫ Hoe zou je een elektriciteitsnet omschrijven in een of twee zinnen?

▫ Wat is een hiërarchisch netwerk? Is een visnet een hiërarchisch netwerk? (Waarom wel? Waarom niet?)

▫ Waarom is de vergelijking van een elektriciteitsnet met een wegennet niet helemaal correct?

▫ 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, korte 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 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 een vermogen aan energie verplaatsen? Leer het allemaal in het tweede deel.

---

Naar het volgende deel