Lichtnet

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Het lichtnet is de algemene naam voor het distributienetwerk van elektrische energie via een spanning lager dan 1000 V (laagspanning). De laagspanningsnetwerken zijn met transformatorstations verbonden met energieleveranciers en hoogspanningsnetwerken (meerdere duizenden volt). De naam lichtnet ontstond doordat verlichting aanvankelijk (circa 1900) de belangrijkste toepassing van het elektrische distributienet was.

Het lichtnet levert overal ter wereld wisselspanning, maar de elektrische spanning en de netfrequentie zijn niet overal dezelfde. Ook netstekkers kunnen per land verschillen.

De genoemde spanningen in dit artikel betreffen de effectieve waarden.

Spanning en frequentie[bewerken]

De spanning en frequentie zijn in het begin van de 20e eeuw een omstreden onderwerp geweest, waarover deskundigen als Thomas Edison (aanvankelijk voorstander van een lichtnet op gelijkstroom) en Nikola Tesla (de uitvinder van de wisselstroom) het niet eens konden worden. Dit meningsverschil wordt de "Oorlog van de stromen" genoemd. Fabrikanten als Siemens hebben ook een inbreng gehad in de realisatie van de eerste lichtnetten, waardoor een lappendeken aan verschillende spanningen ontstond.

Lichtnetspanning en -frequentie over de wereld

De hoogte van de spanning is een compromis tussen enerzijds een zo laag mogelijke spanning vanwege de elektrische veiligheid en anderzijds een beperking van de maximale elektrische stroom, die de minimale dikte van de geleiders bepaalt. Om hetzelfde elektrisch vermogen over te brengen, moet men de stroom verdubbelen als men de spanning wil halveren. Tesla had ingeschat dat circa 220 volt een goed compromis zou zijn.

De hoogte van de frequentie, die wordt begrensd door mechanische beperkingen in een elektrische dynamo, bepaalt de omvang van de transformatoren. Tesla had ingeschat dat 60 Hz een goed compromis zou zijn.

Onder invloed van Edison is in de Verenigde Staten gekozen voor circa 110 V bij 60 Hz, terwijl onder invloed van onder andere Siemens in Europa is gekozen voor 220 V bij 50 Hz.

Voorheen was er meer variatie. Tot in de jaren zestig kwam in Nederland en België zowel 127 V als 220 V voor. Dat betekende dat men voorzichtig moest zijn bij de aankoop van apparatuur en als men apparatuur met buurtgenoten uitwisselde. In Groot-Brittannië gold een spanning van 240 V.

Tegenwoordig is de wereld verdeeld in een paar grote blokken, met in Europa 50 Hz en 230 V als standaard en in de Verenigde Staten 60 Hz en 115 V als standaard. Daarnaast zijn er ook diverse kleine landen met afwijkende spanningen.

In Europa was gekozen voor 50 Hz (50x per seconde = 3000x per minuut). De generator met één poolpaar draait dan 3000 omwentelingen per minuut, in de Verenigde staten 3600 tr/min. De keuze voor 60 Hz werd ingegeven door een nog hoger rendement bij een hoger toerental van de turbine. Bij een hogere frequentie (60 Hz in plaats van 50 Hz) kunnen ook kleinere transformatoren voor hetzelfde vermogen gebruikt worden. De transportverliezen zijn echter weer hoger dan bij 50 Hz. Door dit verschil in netfrequentie is elektrische apparatuur gemaakt voor het Europese 50 Hz-net, vaak niet bruikbaar in een 60 Hz-net en andersom ook niet.

Veel moderne apparaten, zoals computers, zijn niet kritisch en werken probleemloos op het Amerikaanse of Europese net zonder dat er iets hoeft te worden omgeschakeld. Deze apparaten zetten de wisselstroom vaak om naar gelijkstroom met een gelijkrichter waardoor de frequentie 0 wordt. De frequentie voor de gelijkrichter doet er dan niet toe.

Harmonisatie[bewerken]

Nederland: van 127 naar 220 volt[bewerken]

Den Haag had in 1936 een netspanning van 125 volt

In Nederland en België kwamen tot in de jaren zeventig twee netspanningen op het stopcontact voor: 127 en 220 V.

Er waren drie soorten aansluitingen:

Nr Tussen fase en nulleider Tussen de fasen Op het stopcontact
1 127 220 127 (tussen fase en nul) verouderd
2 127 220 220 (tussen de fasen) verouderde levering, maar de aangeslotene heeft 'gewoon' 220
3 230 400 230 (tussen fase en nul) modern

Dit betekende dat iedereen op verzoek 220 V kon krijgen door conversie van nr 1 naar nr 2 (zie linkerkolom van de tabel). De gebruiker moest dan echter zelf zijn apparatuur aanpassen. Gedurende de jaren 50 en 60 werden de huisaansluitingen door het elektriciteitsbedrijf geconverteerd naar 220/380 V (van nr 1en 2 naar 3). Had de aangeslotene nog 127 V op het stopcontact, dan zorgde het elektriciteitsbedrijf voor de ombouw en vervanging van apparatuur. Had de aangeslotene al 220 V op het stopcontact, dan was er een aanpassing in de meterkast nodig (van 'tussen de fasen' naar 'tussen fase en nul'). Na de jaren zeventig had niemand meer 127 volt op het stopcontact.

De overgang naar 220/380 is nog steeds niet helemaal voltooid, wat wil zeggen dat nr 2 nog steeds voorkomt. Volgens netwerkbeheerder Noord West Net waren er in 2003 in Amsterdam nog enkele 127/220 V-netdelen die gesaneerd moesten worden.[1] Dit was tezelfdertijd ook nog het geval in het oude centrum van Delft.

Sanering is niet bijzonder dringend en bovendien een beetje problematisch: alle aangeslotenen moeten op het moment van de omschakeling thuis zijn om de aansluiting (tussen de fasen) te veranderen in tussen fase en nul.

Europa: naar 230 volt[bewerken]

Om de spanningen die in diverse landen gebruikt werden te harmoniseren is in Europa (in CENELEC-verband) besloten tussen 1988 en 2004 de spanning geleidelijk naar 230 volt te brengen.[2] Dit was een compromis tussen het continentale 220 V en het Britse 240 V. Dit betekent dat de spanning verhoogd is van nominaal 220 volt (±10%) naar 230 volt (+6%/-10%). Nieuwe apparatuur wordt bewust voor de hogere spanning ontworpen, maar oude apparaten (bijvoorbeeld elektrisch handgereedschap), antieke radio's met radiobuizen en gloeilampen en dergelijke hebben er onder te lijden — er gaat een grotere stroom lopen waardoor meer warmte wordt geproduceerd en apparaten het eerder begeven. Door de verhoging naar 230 volt komt ook de spanning tussen de fasen bij krachtstroomaansluitingen op 400 volt te liggen (vroeger 380 volt). Niet alle landen veranderen de spanning op het lichtnet ook daadwerkelijk, maar door creatief schuiven met de toleranties vallen uiteindelijk de oude normen van 240 volt in Groot-Brittannië en 220 volt voor vrijwel de gehele rest van Europa uiteindelijk zo uit dat apparaten geschikt voor 230 volt (±10%) in alle landen kunnen worden aangesloten.

In Nederland zijn normen opgesteld waar de spanning aan dient te voldoen. Deze normen zijn vastgelegd als NEN-EN 50160. Voor de spanning is afgesproken dat de spanning naar beneden toe nooit meer dan 15% mag afwijken (195,5 volt) en naar boven nooit meer dan 10% (253 volt). Gedurende minimaal 95% van de meettijd mag de spanning niet meer dan 10% naar beneden afwijken (207 volt).

Distributiesystemen[bewerken]

Behalve verschillen in spanning en frequentie, bestaan er ook verschillen in de wijze waarop de elektriciteit wordt gedistribueerd. In de basis kan er onderscheid worden gemaakt tussen het gespleten eenfasenet zoals dat in Noord-Amerika algemeen voorkomt, en het driefasennet dat in Europa de standaard is. Het driefasennet is weer onder te verdelen in een net in sterschakeling (3 fasen + nul) en een net in driehoekschakeling (alleen 3 fasen).

Distributiesysteem Stroomvoerende leidingen Tussen fase en nul Tussen de fasen Op het stopcontact
Gespleten eenfasenet 3 (2 fasen (= een gespleten fase) + nul) 120 240 120 Algemeen voorkomend in Noord-Amerika.
Driefasennet in ster 4 (3 fasen + nul) 230 400 230 Algemeen voorkomend in Europa. 120/208 volt komt voor in Noord-Amerika (met 60 Hz-frequentie) en 127/220 volt kwam tot in de jaren zestig (o.a.) in Nederland voor.
Driefasennet in driehoek 3 (3 fasen) n.v.t.* 230 230 Verouderd in Europa. Komt (nog) voor in België, Noorwegen en het centrum van Amsterdam.

*: geen nul aanwezig. Spanning ten opzichte van aarde: 127 à 133 volt

Gespleten eenfasenet[bewerken]

Split phase.svg

Bij een gespleten eenfasenet (split phase in het Engels) wordt gebruikgemaakt van een eenfasetransformator (vaak aan de elektriciteitspaal bevestigd). Deze transformator kent bij de secundaire wikkeling (laagspanningszijde) een middenaftakking die geaard is, waardoor de fase in feite in tweeën wordt gesplitst. De spanning tussen het ene uiteinde van de secundaire wikkeling en de geaarde middenaftakking bedraagt 120 volt. De spanning tussen het andere uiteinde en de middenaftakking bedraagt eveneens 120 volt, maar dan in tegenfase (180 graden in fase verschoven). De spanning tussen beide fasedraden bedraagt daarmee dus 240 volt. Gewone apparatuur (120 volt) wordt aangesloten tussen een van de twee fasedraden en de nul (middenaftakking) en zwaardere apparatuur (240 volt) zoals airconditioners tussen de twee fasen. Het systeem is voortgekomen uit het gelijkstroomsysteem van Thomas Alva Edison. Dat systeem bestond uit een +100 volt, een -100 volt en een nuldraad.

Het gespleten eenfasenet komt algemeen voor in Noord-Amerika, maar in Europa is men met deze vorm van distributie nauwelijks bekend. Op het Britse platteland wordt dit distributiesysteem soms wel gebruikt, maar dan met een spanning van 230 volt tussen fase en nul (middenaftakking). De spanning van 460 volt tussen de fasen wordt niet benut, omdat er geen elektrische apparatuur voor deze spanning beschikbaar is.

Driefasennet in driehoekschakeling[bewerken]

Driehoekschakeling.jpg

Bij een driefasennet in driehoekschakeling kent de driefasentransformator in het transformatorhuisje aan de secundaire zijde (laagspanningszijde) drie fasenleidingen. De nulleiding ontbreekt. Wandcontactdozen en dergelijke zijn in dit distributiesysteem verbonden met twee van de drie fasedraden. De spanning tussen de fasen is 220 à 230 volt. De spanning tussen de fase en de aarde is 127 à 133 volt. Om het stroomverbruik te kunnen meten op een dergelijk net, wordt vaak de Aronschakeling (2 wattmetermethode) gebruikt.

Het driefasennet in driehoek wordt beschouwd als verouderd en wordt meestal bij grootschalige netvernieuwing omgebouwd naar een driefasennet in sterschakeling. In de binnenstad van Delft (overgang op sterschakeling eind jaren 1990) en Amsterdam en in delen van België is dit distributienet nog te vinden. In Vlaanderen en Nederland wordt het systeem vaak aangeduid als een "3 × 220 volt-aansluiting". In Noorwegen en Albanië is het overigens nog steeds het meest gangbare distributiesysteem. In Noorwegen wordt deze wijze van distributie vaak "IT-Nett" genoemd, naar de wijze van aarden, hoewel een driefasennet in driehoek ook vaak met het TT-aardingssysteem wordt uitgerust.

Driefasennet in sterschakeling[bewerken]

Sterschakeling.jpg

Bij een driefasennet in sterschakeling kent de driefasentransformator in het transformatorhuisje aan de secundaire zijde (laagspanningszijde) vier leidingen: de drie fasenleidingen en een nulleiding (sterpunt). Het stopcontact is in een dergelijk net verbonden met de nul en een van de drie fasedraden. Tegenwoordig is de spanning tussen fase en nul ongeveer 230 volt, maar tot in de jaren zestig van de twintigste eeuw kwam in een aantal Nederlandse steden 127 volt voor. Bij een driefasennet in sterschakeling is het ook mogelijk om stroom af te nemen tussen de fasen onderling, zoals dat bij driefasennet in driehoekschakeling gebeurt. De spanning tussen de fasen bedraagt 400 volt.

Hoewel dit distributiesysteem de norm is in Europa, komt het in Noord-Amerika voor woonhuizen veel minder vaak voor, aangezien men daar meestal een gespleten eenfasenet heeft. Op die plaatsen waar het driefasennet wel voorkomt, heeft men spanningen van 120 volt (tussen fase en nul) en 208 volt (tussen de fasen).

Aansluitingen van driefasennet in sterschakeling[bewerken]

Meterkast met groepenkast

In de huizen komen vanaf de wijkcentrale 2 of 4 van de 4 draden van het lichtnet de groepenkast binnen, plus een draad naar een veiligheidsaarde. Op 1 van de 2, of op 3 van de 4 draden staat ten opzichte van de veiligheidsaarde een wisselspanning van 230 volt, 50 Hz; op de andere staat ten opzichte van de veiligheidsaarde nagenoeg geen spanning. De draad waarop deze wisselspanning staat noemen we fase; de andere noemen we nul. Bij drie aders met wisselspanning wordt dat daarom ook 3 fasen. Omdat met 3 fasen meer vermogen afgenomen kan worden, wordt dit ook wel "krachtstroom" genoemd. Ook noemt men dit regelmatig "draaistroom" omdat er tussen iedere fase een "verschuiving" van het maximum punt is van 120º. Dit is ook het gegeven waardoor (asynchrone) draaistroommotoren kunnen draaien op zo'n 2800 toeren per minuut (tpm). Een synchrone motor zal exact op 3000 tpm moeten draaien, maar deze worden in de praktijk minder vaak toegepast.

Waar een fase het huis binnenkomt is een zekering opgenomen (hoofdzekering, in Nederland 35 ampère meest voorkomend, in nieuwe installaties is het vaak een automaat C 40). Vandaar gaat(n) de fase(n) en de nul door naar de kilowattuurmeter (energieverbruikmeter). Vanaf deze meter gaat(n) de fase(n) en de nul naar de hoofdschakelaar van de groepenkast. Hierna via een aardlekschakelaar naar de zekeringen en groepsschakelaar(s) of installatie-automa(a)t(en). Ook komen combinaties van groep en aardlekschakelaars voor (Alamat). Vanaf iedere groepsschakelaar/installatie-automaat verlaten de fases de groepenkast en komen uit in de centraaldozen in de verschillende vertrekken. Een centraaldoos zit meestal in het plafond. Vanuit de centraaldoos wordt het lichtpunt (onder de centraaldoos) bediend en lopen de leidingen naar de verschillende wandcontactdozen / lichtschakelaars. Vanaf de lichtschakelaar gaat de fase over in de schakeldraad. Deze loopt door tot aan de lamp. Vanaf de schroefdraadaansluiting van de lamp en vanaf iedere andere aansluiting van de wandcontactdozen loopt de nul dan terug naar de groepenkast. Deze gaat dan óf eerst door de installatie-automaat, óf rechtstreeks terug naar de nul-rail, waarvan het na de hoofdschakelaar als de hoofd-nul weer terug gaat naar de wijkcentrale.

Veiligheidsaarde[bewerken]

De veiligheidsaarde heeft een heel speciale functie. Deze wordt zo genoemd omdat deze draad direct, en zonder onderbrekers naar de aardelektrode gaat die zo diep in de grond is geplaatst, dat zij altijd in het grondwater staat. Idealiter zijn alle metalen delen van machines, toestellen en systemen aangesloten op deze veiligheidsaarde. Dit voorkomt dat in "natte" ruimtes iemand die de betreffende machine aanraakt onder spanning kan komen te staan als er een isolatiedefect in de faseleiding binnen in de machine de buitenwand onder 230 volt zet. In oude huizen zie je nog wel eens dat er geen aardelektrode aanwezig is, maar dat de waterleiding gebruikt wordt als aarding. Toen de waterleidingen ook ondergronds nog van koper gemaakt waren gaf dat een prima aardleiding, met de huidige kunststof leidingen kan en mag dat niet meer. Op plaatsen waar het niet lukte om te aarden (door de gesteldheid van de ondergrond) werd soms "geaard" op de nulfase.

Vanwege de veiligheid is ook een aardlekschakelaar/verliesstroomschakelaar verplicht gesteld voor de meeste huisinstallaties. Deze schakelt af als de verschilstroom tussen fase en nul een bepaalde drempelwaarde overschrijdt. De drempelwaarde is 30 mA voor normale installaties; voor toepassingen waar een grotere lekstroom niet te vermijden is kan ook 300 mA toegepast worden. In woongebouwen is in Nederland alleen 30 mA toegestaan. In België is 30 mA enkel verplicht voor zgn. "natte" ruimtes.

Deze aardlekbeveiliging werkt op een verschilmeting van de twee stromen in de fase en de nul. Beide draden lopen door een ringvormige ijzeren kern die een eigen spoel heeft. Wanneer er exact evenveel stroom door de fase en de nul loopt, dan zal er in de ijzeren kern geen magnetisch veld worden opgewekt en zal er dus geen spanning in de eigen spoel worden geïnduceerd. Wanneer er wel stroom weglekt, dan komt er via de nul minder stroom terug dan dat er door de fase weggaat en ontstaat er een verschil in veldsterkte van de twee draden. Hierdoor ontstaat er een magnetisch veld in de kern, waardoor de eigen spoel een spanning induceert. Zodra deze spanning een geijkte drempelwaarde overschrijdt zal de aardlekschakelaar afschakelen.

Kleurcodes[bewerken]

Draadtype Symbool Internationaal België Nederland Nederland tot 1970*
Fasedraad L Niet lichtblauw of tweekleurig  Bruin  of  Rood   Bruin   Groen 
Fasedraad (drie fasen) L1 Niet lichtblauw of tweekleurig  Bruin 
L2  Bruin  of  Zwart 
L3  Bruin  of  Grijs 
Nuldraad N  Lichtblauw   Lichtblauw   Lichtblauw   Rood 
Schakeldraad T Niet lichtblauw of tweekleurig  Zwart  of  Grijs   Zwart   Zwart 
Aarddraad Earth Ground.svg  Geel-groe  Geel-groe  Geel-groe Wit of Grijs

*De oude kleuren worden niet meer toegepast, maar zijn wel in woninginstallaties van voor 1970 aanwezig.

In oude huizen (voor ca. 1970) is voor de bedrading veelal de oude kleurcode gebruikt. De fasedraad was groen, dat echter geldt als veilige kleur, terwijl rood als onveilig wordt beschouwd. Aangezien dit niet logisch was, werd besloten om andere kleuren draad te gebruiken. Ze konden niet zonder meer omgewisseld worden, omdat men niet altijd weet of een huis voor of juist na 1970 is gebouwd.

Een andere reden waarom de kleurcoderingen zijn aangepast is kleurenblindheid. De oude kleurcodering voor lichtnetbedrading gebruikte groen en rood voor respectievelijk fase en nul, kleuren die een kleurenblinde elektricien gemakkelijk kan verwisselen. Vandaar dat tegenwoordig bruin en blauw gebruikt worden.

Verder werd besloten om de grijze aardedraad (veiligheidsaarde) te vervangen door een draad met twee kleuren. Hierdoor kunnen kleurenblinden deze draad eenvoudig herkennnen. Ook werd (vanwege stof e.d.) de zwarte draad soms voor grijs aangezien, waardoor gevaarlijke situaties konden ontstaan. De aarddraad is tegenwoordig tweekleurig (geel en groen) en andere tweekleurige draden zijn niet toegestaan, waardoor deze belangrijke draad voor iedereen duidelijk herkenbaar is.

  • De kleuren bruin en zwart zijn niet dwingend voorgeschreven; andere kleuren mogen ook, maar niet lichtblauw of tweekleurig. Vooral voor de schakeldraad kan het handig zijn verschillende kleuren te gebruiken.
  • Vieraderige kabels hebben vaak geen blauwe ader. In dat geval wordt de grijze ader in de kabel als nuldraad gebruikt.

Overige toepassingen[bewerken]

Naast het transport van stroom kan het lichtnet tevens gebruikt worden om signalen te vervoeren. Bijvoorbeeld het x10-protocol waarmee apparaten geschakeld of lampen gedimd kunnen worden op afstand. Vanuit de centrale wordt ook een signaal doorgegeven waardoor de elektriciteitsmeter overschakelt van hoog naar laag tarief ("nachtstroom") en andersom.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Capaciteitsplan Noord West Net N.V. 2003 – 2009
  2. Kamerstuk 22598 Tweede Kamer 1991-1992. Staten-Generaal Digitaal Geraadpleegd op 13 februari 2013