HoogspanningsNet St(r)oomcursus

Deel 4. Een getrapt netwerk van circuits

We begrijpen hoe je met elektriciteit energie kan
transporteren met een driefasensysteem. In dit
deel gaan we kijken naar de daadwerkelijke op-
bouw van het net in de praktijk.

Waarom is het zo belangrijk dat het hiërarchisch
is? En dat het verschillende niveaus heeft? En
wat is de rol van die niveaus precies?

 

 

 

Hiërrachie en een getrapte opbouw zijn essentieel om het net te kunnen bedrijven. Samen met een blik op de netkaart gaan we een elektriciteitsnet opbouwen. Tevens gaan we leren hoe je letterlijk woorden geeft aan wat we zien. Want hoe spreek je 1.450.000.000 watt nu het beste uit?

4.1. Trap

Nee, dit gaat niet over wat je wel eens van je broer hebt gekregen ook niet over dat ding in huis waar altijd wat boeken en een kat op liggen. Trap, of vertrapping, komen we tegen als een van de fundamenten onder de opbouw van het elektriciteitsnet.

Het is een mooie dag en je moet een flink stuk reizen. Vanuit de trein, je auto of vanaf de fiets loer je over de velden heen. Gegarandeerd dat je de ene na de andere hoogspanningslijnen tegenkomt. En hoewel de meeste mensen er niet bij stil staan is iedereen wel eens hetzelfde opgevallen: ze zijn er in héél erg veel ontwerpen en in alle soorten en maten.

Hoogspanningslijnen zijn net snoep: je hebt ze in allerlei smaken en van heel bescheiden tot megaformaat. 

Je hebt kolossale lijnen die al vanaf grote afstand de aandacht trekken en waarbij de passage ronduit indrukwekkend is – het lijkt er bijna donker van te worden. Maar er zijn ook hele kleine lijntjes, soms zelfs zo klein dat je onwillekeurig de neiging krijgt tot bukken als je onder de draden door wil. En ook twee hoogspanningslijnen die qua afmetingen en dikte van de draden sterk op elkaar lijken hebben soms een heel ander ontwerp hoogspanningsmasten. 

De transportcapaciteit is de hoeveelheid elektrische energie een hoogspanningslijn per tijdseenheid kan verzetten. Die verschilt per lijn. De hoeveelheid getransporteerde energie is ook niet de hele dag constant. Maar de netspanning (het voltage op de draden) is wel een constant getal: deze wordt altijd vrijwel gelijk gehouden. In totaal zijn er slechts ruim tien discrete spanningsniveaus in gebruik in Nederland en België: zogeheten netvlakken. De hoogste zes of zeven daarvan behoren tot de tussenspanning en de hoogspanning. Deze zijn het beste zichtbaar. We gaan ze eens nader bekijken.

4.2. Netten en netvlakken in het hoogspanningsnet van Nederland en België

Over het algemeen (een enkele uitzondering daargelaten) worden de hoogspanningslijnen en grondkabels (beide verbindingen genoemd) steeds groter en belangrijker naargelang de netspanning toeneemt. De grootste en zwaarste lijnen zijn de belangrijke hoofdwegen. Wat daar gebeurt heeft invloed op alles eronder. Andersom is een kleine verbinding met een veel lagere spanning ook lager in rang. Er is dus echt een hiërarchie. 

█ █ █ De netten van 36.000, 50.000- en 70.000 volt

Kleine verbindingen van 36.000, 50.000 en 70.000 volt vormen de onderste laag van het hoogspanningsnet. (Ga je nog lager en kleiner, zoals op wijkniveau, dan wordt er van middenspanning gesproken.) Verbindingen van deze netspanningen zijn het kleinst maar ook het meest talrijk. Ze zijn meestal relatief kort en niet erg hoog. Ze kunnen een dorp of een klein stadje 'in het net hangen' en ze zijn qua uiterlijk meestal vrij gemoedelijk. Meestal zijn ze gebouwd met kleine metalen masten die weinig opvallen. Een typisch transportvermogen voor dit soort lijnen is 20 tot 60 miljoen watt.

Hoogspanningslijnen van 50.000 volt in Nederland liggen voor het overgrote deel ondergronds, maar er zijn ook nog steeds bovengrondse exemplaren. Meestal zijn ze behoorlijk oud (links), zoals deze bij Wageningen uit 1929. Rechts zien we een zogeheten driehoeksmast voor 70.000 volt bij Brume. Zoals je ziet vallen deze kleine verbindingen niet echt op en ze geven een landelijk, tam gevoel.

50.000 volt tref je alleen in Nederland aan. Deze verbindingen bevinden zich op de grens van wat je nog hoogspanning noemen mag. Zoals genoemd in deel 2 van de cursus worden ze met een weinig fantasievolle term ook wel het tussenspanningsnet genoemd. Een niveau lager dan deze verbindingen vinden we het 'echte' middenspanningsnet, met diverse spanningen tussen 10.000 volt en 25.000 volt. De verbindingen van 50.000 volt liggen voor het overgrote deel ondergronds. Wanneer je er toch eentje bovengronds tegenkomt is het doorgaans een kleine en oude verbinding. 

In België heeft men een vergelijkbaar net. Daar staat er 70.000 volt op. Deze lijnen zijn beduidend vaker bovengronds te vinden. In sommige delen van België zijn ook netten van 36.000 volt aanwezig. Deze netten zijn eigenlijk overgebleven restanten van oude lokale stadsnetten, maar op plekken waar een fatsoenlijk net van 36.000 volt ligt, is het meestal niet nodig om ook 70.000 volt aan te leggen. Vandaar dat deze netten, hoewel eigenlijk relicten uit vroeger tijden, nog steeds actief worden gebruikt en soms zelfs uitgebreid worden.

Op netkaarten worden de verbindingen van dit spanningsniveau meestal met geel (50.000 volt) en oranjebruin (70.000 volt) ingetekend. Paars voor 36.000 volt is nergens vastgelegd, maar wel bruikbaar vanwege contrast met andere spanningen.
 

  De netten van 110.000 en 150.000 volt

Een niveau hoger bevinden zich de netten van 110.000 volt (in het relatief dunbevolkte noorden van Nederland) en 150.000 volt (in de rest van Nederland en in principe in geheel België). De verbindingen van dit niveau zijn op te vatten als de provinciale wegen. Ze hebben dikkere draden en kunnen aanmerkelijk meer vermogen aan dan de verbindingen 50.000- en 70.000 volt: meestal een keer of vijf tot tien zoveel.

110.000 volt (links) treffen we alleen in het relatief dunbevolkte noorden van Nederland aan. De rest van Nederland en geheel België gebruikt in principe 150.000 volt (rechts) waar net iets meer vermogen overheen kan. De netten van deze spanningen zijn uitgebreid, divers in bouw- en ontwerp en de decennialange ontwikkeling ervan (de tijdgeest is weerspiegeld in het ontwerp van de hoogspanningsmasten!) is razend interessant voor iedereen die van nethistorie houdt.

Een zichzelf respecterende hoogspanningslijn van 150.000 volt kan een elektrisch vermogen transporteren dat zo rond de 250 miljoen watt ligt, hoewel de variatie tussen verbindingen zeer groot kan zijn. Verbindingen met deze spanningen worden op netkaarten meestal met zwart (110.000 volt) en blauw (150.000 volt) ingetekend. Ze zijn minder talrijk dan de verbindingen van 50.000 en 70.000 volt, maar met name in Nederland valt dat niet op. Omdat ze veel vaker bovengronds zijn uitgevoerd dan de verbindingen van 50.000 volt, lijkt het net of er hier juist meer van zijn. Dat is dus schijn.
 

█ █ Het net van 220.000 en 380.000 volt

De bovenste trap van het hoogspanningsnet wordt gevormd door de grootste en zwaarste verbindingen, die een netspanning van 220.000 volt hebben (het noorden van Nederland en in Wallonië) of zelfs 380.000 volt (geheel Nederland en België). Deze verbindingen vormen de snelwegen in het hoogspanningsnet.

De zwaarste hoogspanningslijnen in Nederland en België dragen 380.000 volt en ze domineren het landschap vanaf enige afstand. Deze verbindingen zijn zo zwaar dat ze per stuk hele landsdelen van stroom kunnen voorzien. Links een verbinding van 220.000- en 380.000 volt bij Zwolle en rechts 380.000 volt bij transformatorstation Van Eyck in België, gefotografeerd door Peter Schokkenbroek.

Het zijn grote tot enorme hoogspanningslijnen van een aanzienlijke lengte die hele landsdelen met elkaar verbinden. De circuits van deze lijnen hebben een transportcapaciteit die in de miljarden watts loopt. Voor Nederlandse 220.000 volt zijn capaciteiten van 950 miljoen watt gangbaar en de zwaarste verbindingen van 380.000 volt kunnen in Nederland en België zelfs ruim 2,5 miljard watt aan. Dat is genoeg voor een heel landsdeel of een stad met meer dan een miljoen inwoners.

Het opwekken van vermogen gebeurt dwars door het hele net heen. Het is niet zo dat elektrische energie alleen 'van bovenaf' in de netten van 380.000 en 220.000 volt wordt gestopt. Er zitten ook centrales op 110.000 volt, en kleinere opwekkers zitten op het middenspanningsnet (kleine windmolenparken bijvoorbeeld) of zelfs op de laagspanning (de zonnepanelen op je dak).

4.3. Netvlakken en koppelstations

Een elektriciteitsnet zal vanzelf vermogen transporteren van plekken met opwek naar plekken waar verbruik is. Maar hoe voorkom je dat een losse verbinding meer vermogen moet laten passeren dan wat hij aankan? Hoe voorkom je doortransport, het verschijnsel dat een kleine verbinding als een sluipweggetje kan fungeren voor een vermogen dat daar veel te groot is voor is en dat eigenlijk over een zwaardere lijn van een hoger netvlak dient te lopen? En hoe voorkom je dat een stroomstoring door het hele net heen grijpt en een enorm gebied in het donker zet? De oplossing bestaat uit netvlakken met koppelstations.

Dat kunnen we het beste uitleggen met een schematische illustratie.

Netschema met deelnetten

We zien hier een schematisch getekend hoogspanningsnetwerk met een aantal netvlakken. Horizontale balkjes zijn stations, verticale lijnen zijn verbindingen en de snijdende cirkeltjes zijn transformators (daarmee worden netten van verschillende spanning aan elkaar verbonden). 

Bovenaan zien we het netvlak van 380.000 volt en 220.000 volt (rood en groen). Dit is het landelijk koppelnet, het net van de allerhoogste orde. Onder het koppelnet hangen deelnetten van 150.000 volt en 110.000 volt (blauw en zwart). Wanneer we kijken naar de situatie van 50.000 volt (geel), dan zien we dat deze opbouw zich herhaalt: ook 50.000 volt vormt deelnetten, die op hun beurt juist weer gekoppeld worden door 150.000 volt. Niet afgebeeld staat 10.000 volt, waarvoor 50.000 volt op zijn beurt wederom een koppelfunctie heeft.

Een net is meestal een koppelnet voor onderliggende netten van een lagere orde, maar juist een deelnet gezien vanuit een bovenliggende net van een hogere orde.

Bijna altijd zijn meerdere stations van dezelfde spanning rechtstreeks verbonden met een aantal anderen: ze vormen samen dus echt een net met een geografische omvang en in de praktijk vaak een paar handenvol stations. Er zit een soort bovengrens aan de maximale omvang en de maximale hoeveelheid vermogen die je veilig in een deelnet kan stoppen. Dat is nodig om overbelasting van losse verbindingen binnen het deelnet te voorkomen, maar ook om bij storingen (worst case scenario, hele deelnet op zwart) de schade letterlijk beperkt te houden tot het gebied van het deelnet zelf.

Meestal heeft zo'n deelnet op één geografische plek verbinding met het netvlak erboven. Dat is nodig, want als je dat op twee of meer plekken doet, kan er vermogen dat eigenlijk via het net van 380.000 volt moet, stiekem het sluipweggetje nemen door het net van 150.000 volt. Op de afbeelding zou verbinding B dan overbelast kunnen raken, want die is helemaal niet berekend op de veel grotere hoeveelheid vermogen die door de verbindingen van A kan. Daarom bevat het net zogeheten netopeningen. Verbinding B wordt "open gezet", getoond met het oranje vlaggetje. Op normale dagen wordt deze verbinding niet gebruikt en verloopt de operationele koppeling zoals bedoeld via het bovenliggende netvlak, maar bij calamiteiten of onderhoud aan een van de transformators die de netten van 150.000 volt aan het net van 380.000 volt koppelen kan verbinding B worden opengezet zodat het licht alsnog aan kan blijven. Ook bij C, D en E zien we zulke netopeningen. Telkens voorkomen ze doortransport, maar door met hun plek en status te spelen, kan men vermogen overhevelen tussen stations.

Haal in de afbeelding maar eens in gedachten een willekeurige verbinding of transformator los en kijk of je dan nog steeds elk punt in het net kan bereiken. Zoals je ziet kan dat soms wel en soms niet. Heeft die getekende netopening in het net van 110.000 volt eigenlijk wel zin? En die bij de letter C? 

En nu in de praktijk, op een echte netkaart. De netopening (wederom het oranje haakje tussen de 150 kV-stations Teersdijk en Cuijk) voorkomt sluipverkeer van vermogen door de blauwe 150 kV-lijn tussen Dodewaard en Boxmeer; vermogen dat nu door de zwaardere rode 380 kV-lijn heen zal moeten. De verbinding tussen Cuijk en Teersdijk staat dus gewoonlijk open, maar bij onderhoud of storingen elders kan men hem alsnog sluiten.

Het zogeheten veilig stationsvermogen, overbelasting, doortransport voorkomen, verbruik overhevelen bij onderhoud of storingen en de berekeningen uitvoeren voor hoeveel capaciteit er nodig is op bepaalde plekken in het net zijn de dagelijkse kost voor de netbeheerders. Bij een calamiteit is het soms nodig om een netopening te sluiten, tijdelijk vermogen rond te leiden of om er een transformator bij te schakelen. Maar altijd zien we dat deelnetten telkens niet oneindig groot mogen worden, zodat wordt voorkomen dat het deelnet te kwetsbaar wordt.

Een individuele driefasenstroomkring tussen twee stations heet een circuit.
Met één of meer circuits bouw je een hoogspanningslijn of verbinding.
Een verbonden verzameling verbindingen en stations van dezelfde spanning vormt een deelnet.
Deelnetten zijn verbonden door een net van hogere orde: een koppelnet.
Om alles onder controle te houden, mogen deelnetten telkens niet te groot worden.

Ziezo. Dat is heel deel vier samengevat in een paar zinnen. Hopla, wat een gemak toch weer.

Deelnet ArnhemDeelnet Vijfhuizen

Nog een voorbeeld, nu op een schematische netkaart. Een deelnet (hier twee 50 kV-deelnetten, Arnhem en Vijfhuizen) vormt als het ware een net dat onder een ander net hangt. Deze deelnetten maken via een strategisch geplaatst 150 kV-station contact met het provinciale 150 kV-net. Op zijn beurt is het weergegeven 150 kV-net ook weer een deelnet dat onder het nog zwaardere 380 kV-net is gehangen- Op die manier zijn er verschillende, getrapte netvlakken aanwezig.

We zien hoe sterk het hoogspanningsnet eigenlijk lijkt op het wegennet. Het verschil is dat doortransport bij een wegennet wel mondjesmaat mogelijk is: je kan ook via de kleine weggetjes naar de andere kant van het land komen. (Sterkte daarbij, maar dat terzijde.) Deze wijze van sluipverkeer kan echter niet op een hoogspanningsnet. Wil je van Zeebrugge naar Enschede, dan moet je een groot stuk daarvan via de koppelnetverbindingen van 380.000 volt reizen. Een andere weg is er niet.

Alle verbindingen die in staat zijn om load twee kanten op te kunnen transporteren, dus zowel deelnetten als koppelnetten, worden gezamenlijk het transportnet genoemd.  

4.3. Herken het netvlak in het open veld

Leuk allemaal, die deelnetten en vertrapping, maar wat zie ik daar nou van terug in de praktijk?
Trek die laarzen, je jas of je T-shirtje met Ton Mast maar weer aan en pak de fiets opnieuw. We gaan op jacht naar heel groot wild in de weilanden.

Ook zonder de borden te lezen kan je heel snel zien met welk netvlak je te maken hebt. Het formaat van de masten, al dan niet gebundelde draden, het mastontwerp en de dikte van de draden zegt al heel veel. Maar met name de isolators vertellen het. De lengte van de isolatorkettingen is een directe, betrouwbare maat voor de netspanning.

De isolators zijn de groene kettingen waarmee de stroomdraden aan de stalen masten hangen. Ze dragen de draden, maar er kan geen stroom doorheen – ze isoleren de draden dus van het geleidende, metalen mastlichaam. Hoe hoger de spanning op de draden, hoe meer isolatie er nodig is en hoe langer de benodigde isolatorkettingen zijn. 

Iedereen die het kunstje kent kan direct beoordelen wat de spanning ongeveer is en in welke klasse de verbinding zit. Kijk nog eens naar de foto van de masten bij Zwolle, in de alinea over het landelijk koppelnet van 220.000- en 380.000 volt. Als het goed is zie je drie verschillende lengtes isolatorkettingen: de kortste kettingen dragen draden voor 110.000 volt (aan de onderste armen van de combinatielijn links op de foto), de langste kettingen dragen 380.000 volt (die hangen er in twee driehoekvormen precies boven) en de andere hoogspanningslijn rechts heeft isolatorkettingen die er qua lengte min of meer tussenin zitten: die dragen draden voor 220.000 volt.

Meer oefenen? Probeer het maar eens uit met andere foto's in deze cursus of op deze site en word een pro.

4.4. Grote getallen een kopje kleiner maken

De spanning op het hoogspanningsnet is zo hoog dat het flink grote getallen zijn. Je zag het telkens al, van die lange rijen nullen achter de getallen. In de praktijk is dit lastig en werken we met een factorterm. Je gewicht druk je ook niet uit in gram. 'Ik wil vijftienduizend gram afvallen' klinkt indrukwekkend, maar je zal het zelden horen. 'Ik wil vijftien kilogram afvallen' is daarentegen heel normaal. (Je lijvige buurvrouw zegt het immers iedere nieuwjaarsdag opnieuw.) Kilo staat in dit geval voor duizend, net zoals een kilometer of, precies, een kilovolt. 150.000 volt wordt dus geschreven als 150 kV. Spreek uit: honderdvijftig kilovolt of nog korter, honderdvijftig kaa-vee

Een spanning van 380.000 volt wordt in de praktijk vaak afgekort en uitgesproken als driehonderdtachtig kaa-vee. De afkorting kV gaat voor alle netspanningen op.

Niet alleen voor netspanning kennen we een afkorting. 300.000.000 watt is ook vrij lang. Maar de factor 1000 (erg handig om 150.000 volt af te korten naar 150 kV) is in dit geval nog niet eens sterk genoeg. 300.000 kW ("driehonderdduizend kilowatt") is nog steeds een draak van een getal. Gelukkig kunnen we onze toevlucht nemen tot nog zwaardere afkortingen, zoals een factor miljoen. Je krijgt dan 300 MW (megawatt).

Een vermogen van 953.000.000 watt kan ook worden uitgedrukt als 953 MW, spreek uit 953 megawatt.

Als we de tot nu toe opgedane kennis in de Stroomcursus toepassen, dan zien we het volgende. Links in beeld staat een hoogspanningslijn die in het netvlak van 150 kV zit en waaraan twee driefasencircuits hangen. Dit is een provinciale weg die steden of gebieden kan verbinden en hij bevindt zich in een 150 kV-deelnet. Rechts staat een veel zwaardere verbinding. Die zit in het landelijk koppelnet van 380 kV. Ook deze draagt twee driefasencircuits. 

4.5. Van MW naar MVA

De vermenigvuldiging van de spanning en de stroomsterkte tot het vermogen in watt (of bij een miljoen watt, megawatt) kennen we nog uit deel twee. Maar de aanduiding MW wordt bij toepassingen in elektriciteitstransport meestal geschreven als MVA (mega-volt-ampère), waarbij de W dus nog als zijn losse twee componenten volt en ampère wordt opgevat.

De reden daarvoor is dat er op het hoogspanningsnet verschijnselen bestaan die ervoor zorgen dat het zogeheten effectief overgedragen vermogen waar je als eindgebruiker wat aan hebt, niet altijd precies gelijk is aan de vermenigvuldiging van spanning en stroomsterkte. De oorzaken, zoals blindstroom en transportverliezen, vallen buiten de basisstof van deze cursus. Gelukkig zijn die verschillen vrij klein zodat het in deze cursus voldoende nauwkeurig is om als vuistregel aan te nemen dat een MVA gelijk is aan een MW.

4.6. Load, loadflow en loop flows

Lopend vermogen in een hoogspanningslijn wordt doorgaans aangeduid met een echt jargonwoord, de load of loading. Het woord load lijkt misschien op het woord lading (zoals bij een statisch geladen object), maar het betekent in de hoogspanningswereld zoiets als vracht. Je zou het kunnen zien als de vracht elektrisch vermogen die op een zeker moment wordt getransporteerd. Transporteert een hoogspanningsverbinding veel vermogen, dan is de load op deze verbinding hoog. Staat ie er echter een beetje werkloos bij omdat er op dat moment weinig stroom nodig is, dan is de load laag. Aangezien de spanning (het voltage) op een hoogspanningslijn vrijwel constant wordt gehouden, wordt de load dus bepaald door de grootte van de stroomsterkte.

De load is het vermogen dat door een circuit wordt getransporteerd. De loadflow is de grootschalige geografische richting waarin vermogen door een lijn of een netwerk van hoogspanningsverbindingen loopt.

Twee kanten op denken is de normaalste gang van zaken op het hoogspanningsnet. Als er op de ene dag veel vermogen naar het zuiden van het land moet worden getransporteerd terwijl het de volgende dag juist andersom moet, dan kan dat via het landelijk koppelnet van 220 en 380 kV (hee, dat bekt lekker kort, nietwaar?). Via interconnecties met andere landen kan vermogen ook de landsgrens oversteken, zoals we al in het eerste deel zagen en in het volgende deel nog uitgebreider tegen zullen komen.

De slimmeriken zullen inmiddels met opgetrokken wenkbrauwen zitten te lezen. Als deelnetten niet al te groot mogen worden, hoe zit het dan eigenlijk met het landelijk koppelnet zelf? Hoger kan je niet, en als dat verbonden is met andere netten over de grens, dan ontstaat toch een soort eh.. 380 kV super-mega..gigakoppelnet zo groot als heel Europa? Het antwoord is inderdaad ja: op het allerhoogste netvlak kan je niet nog eens omhoog grijpen naar een bovenliggend koppelnet, zodat het allerbovenste netvlak enorm groot wordt. Worden dan niet alsnog de afstanden, de netafmetingen en het aangesloten vermogen eigenlijk naar verhouding veel te groot?

Gedeelte van het Europese koppelnet

Bijna alle landen in Europa hebben hun koppelnetten van 380/400 kV verbonden tot een Europees superkoppelnet, het ENTSO-E Interconnected Supergrid. Op dit net is samen met de onderliggende deelnetten in totaal ruim 600 GW productievermogen aangesloten. Voor wie nog niet helemaal wakker was – goeiemorgen! Die kop koffie heb je niet meer nodig wanneer je 600.000.000.000 watt even op je in laat werken… (Zelf op de kaart kijken? Dat kan hier.)

Meestal hebben we een pasklaar antwoord paraat, maar deze keer niet. Inderdaad blijkt in de pratijk op het Europese gekoppelde hoogspanningsnet van 380/400 kV dat er soms problemen ontstaan door langeafstandstransport van vermogen dat duizend kilometer verderop is opgewekt en dat ook pas duizend kilometer verderop nodig is. Dit vermogen reist dwars door het koppelnet van een tussenliggend land heen en neemt daar heel veel transportruimte in, waar het gebied zelf dan geen gebruik meer van kan maken. Dit worden loop flows genoemd. 

Op dagen waarop het koud en bewolkt is in België, Zuid Duitsland en Frankrijk terwijl het hard waait in het Noordzeegebied (met name bij Noord Duitsland en Denemarken), ontstaat een immens transport van vermogen naar het zuiden. Voor een deel loopt dat dwars door Nederland heen, waar het een soort Zwarte Zaterdag op het elektriciteitsnet veroorzaakt. Door operationele maatregelen (iets wat we in het laatste deel van de cursus nog tegenkomen) en door technische maatregelen zoals dwarsregeltransformators kan men tot op zekere hoogte dit probleem aanvechten, maar het kent zijn grenzen. Loop flows op koppelnetten zijn een van de belangrijke hoogspanningsvraagstukken van deze tijd.

4.9. De spanningscascade

Nu we het toch over grenzen hebben… tijd om er eens een paar over te steken. Volg het koppelnet, we gaan op powersafari.

De netspanningen die we in Nederland en België op het elektriciteitsnet gebruiken (380 kV, 150 kV, 70 kV, enzovoorts) zijn niet universeel over de hele wereld. De koppelnetten (hier maar even gezien als het hoogste netvlak dat in een land of een gebied voorhanden is) kunnen verschillen van ontwerpwaarde. Vergelijk het met de toegestane maximumsnelheden op het snelwegennet. Dat verschilt ook per land. Ook de daaronder liggende regionale deelnetten, en de daar weer onder hangende middenspanningsnetten kunnen heel veel waardes hebben. De netvlakken die in een bepaald gebied de volgorde en de definitiewaarde van de zware koppelverbindingen, transportverbindingen, middenspanningslijnen en uiteindelijk de stopcontacten thuis vormen, worden de spanningscascade genoemd.

De spanningscascade wordt altijd 'omlaag' beschouwd. Hij begint met de spanning op de zwaarste koppelnetverbindingen. In grote delen van het westen en zuiden van Nederland is de cascade 380 – 150 – 50 kV – MS (middenspanning, 25 kV tot 3 kV), maar in het Westland en Brabant is het 380 – 150 kV – MS. Daar ontbreekt de stap van 50 kV. Het oosten van het land doet het met 380 – 110 kV – MS. Het noorden heeft zowel 380 kV alsook 220 kV als koppelnetspanning en voert daardoor het Duitse systeem. In België is 380 – 220/150 – 70/36/30 kV – MS de gangbare situatie, hoewel er op sommige plekken niveaus weggelaten zijn.

Stuk netkaart met transformatiestappen

Ook daar is een netkaart goed voor: simpelweg door de verschillende kleuren af te lezen op de legenda kan je zien hoe het bovenste deel van de spanningscascade in een bepaald gebied in elkaar zit en waar de netten met elkaar verbonden zijn. We zien nu duidelijk dat Brussel en de regio Namen-Courcelles verschillen.

In Noordwest Europa ruim rondom de Noordzee (het gebied waar we hier op Hoogspanningsnet op richten) zien we nog verschillende andere cascades. In principe kan je bijna iedere cascade maken, maar er zijn een aantal cascades die veel populairder zijn dan anderen.

De cascade 400/380 – 230/220 – 110 kV (te zien als het van oorsprong Duitse systeem) is in Europa erg populair. Een andere veelgebruikte cascade is 400/380 – 150 – 66 – 33 kV. Die lijkt veel op wat België hanteert. Denemarken heeft net als Nederland twee min of meer gescheiden gebieden, waarbij (ook net als Nederland) het grootste gebied 400 – 150 kV heeft, terwijl de oostelijke eilanden 400 – 132 kV hebben. Ook de rest van Scandinavië en Engeland en Ierland hebben cascades die 400 – 300 – 132/130 – 66 – 33 kV doen. In het oosten van Europa, in de voormalige USSR en in Amerika wordt het niveau tussen 110 kV en 150 kV vaak samengenomen zodat daar veel 130/132 kV-verbindingen zijn, iets wat ook weer mooi aansluit bij 66 kV. De Verenigde Staten hebben op grote delen van het continent een systeem met 345 – 230 – 115 kV. 

In grote landen waar de afstanden en centralevermogens vaak groter zijn, zit er nog wel eens een trap boven 380/400 kV. Je kan daar ook 500 kV of zelfs 750/765 kV aantreffen, zowel in wisselstroom als in gelijkstroom. En het kan nog hoger: in China en Japan zijn enkele verbindingen van maar liefst 800 kV en 1000 kV in dienst. China heeft sinds 2018 de eerste gelijkstroomverbinding van 1100 kV in gebruik genomen, met een capaciteit van 12 GW. (Raap je onderkaak maar weer van de grond, niet Amerika maar China is het land waar alles groter is als het over hoogspanning gaat.) De allerhoogste spanning momenteel in actieve dienst vinden we in Kazachstan, waar tussen Ekibastuz en Kokchetav één lange, zeer zware verbinding staat die 1150 kV als bedrijfsspanning voert. En India is van voornemen om in 2019 de eerste operationele verbindingen van 1200 kV in dienst te stellen.

Overigens is het niet eenduidig te zeggen of die hele hoge spanningen echt 'in de cascade zitten'. Een netvlak is (tja) gedefinieerd als een net, terwijl deze buitenlandse superverbindingen in China en India vooralsnog losse toepassingen zijn die per exemplaar bestaan en die geen gesloten netvlak vormen. Maar wat niet is kan nog komen, gezien de spectaculaire expansieplannen die men in Azië en zelfs ook een beetje in Europa heeft met multi-terminal koppeling van gelijkstroomverbindingen.

Samenvatting: kan je de volgende vragen beantwoorden?

  1. Welke netspanningen kan je vinden in het landelijk koppelnet van Nederland en België? 
  2. Wat betekenen de termen '220 kV' en '900 MVA' en hoe spreek je ze uit?
  3. Wanneer (en ten opzichte van wat) is een net een deelnet of juist een koppelnet?
  4. Wat zijn doortransport, netopeningen, load of loadflow?
  5. Wat is een spanningscascade?

Omhoog kijken zal nooit meer hetzelfde zijn… maar we zijn er nog niet.
Wat we nog steeds niet hebben gedaan is kijken naar hoe ervoor gezorgd wordt dat er in totaal altijd precies de juiste hoeveelheid elektrisch vermogen in het net aanwezig is: de netbalans. Leer erover in het volgende deel van de cursus.