Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Lichtnet
Het lichtnet is de algemene naam voor het distributienetwerk van elektrische energie via een spanning lager dan 500 volt (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 de netstekkers kunnen per land verschillen.
Historie
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. Fabrikanten als Siemens hebben ook een inbreng gehad in de realisatie van de eerste lichtnetten, waardoor een lappendeken aan verschillende spanningen ontstond.
De grootte van de spanning is een compromis tussen een zo laag mogelijke spanning vanwege de elektrische veiligheid enerzijds en een beperking van de maximale elektrische stroom, die de minimale dikte van de geleiders bepaalt anderzijds. Om hetzelfde elektrisch vermogen over te brengen moeten we de stroom verdubbelen als we de spanning willen 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 volt bij 60 Hz, terwijl onder invloed van onder andere Siemens in Europa is gekozen voor 220 volt bij 50 Hz.
Voorheen was er meer variatie. Tot in de jaren zestig kwam in Nederland zowel 127 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 volt als standaard en in de Verenigde Staten 60 Hz en 115 volt als standaard. Daarnaast zijn er ook diverse kleine landen met afwijkende spanningen.
In Europa was de keuze voor 50 Hz (50x per seconde = 3000x per minuut). De generator draait dan 3000 omwentelingen per minuut. Als deze generator met een stoomturbine wordt aangedreven, dan is een groter rendement te behalen door de stoom door 2 turbinedelen te leiden, waarvan 1 deel linksom draait, en het andere rechtsom. De beide delen zijn elk met een eigen generator verbonden. Deze draaien elk 3000 toeren, de beweging van de turbinedelen ten opzichte van elkaar is dan 6000 toeren per minuut. (Later heeft men dit systeem verlaten. Nu wordt de stoom, na de eerste turbine, nog naar een tweede turbine op dezelfde as geleid.) De keuze voor 60 Hz werd ingegeven door een nog hoger rendement bij een hoger toerental van de turbine (hoger dan 6000 toeren per minuut. Dat werd dan 60 x 60 x 2 = 7200 toeren per minuut. Bij een hogere frequentie (60 Hz i.p.v. 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.
Bij videoapparatuur geldt ook nog dat het aantal beelden per seconde in een apparaat voor 50 Hz gelijk is aan 25 beelden per seconde. Voor een 60 Hz-apparaat is dat 30 beelden per seconde. Alleen in professionele apparatuur kunnen opnames worden overgezet naar de andere norm.
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.
Harmonisatie
Van 127 naar 220 volt
In Nederland kwamen tot in de jaren 60 twee netspanningen op het stopcontact voor: 127 en 220 volt.
Er waren drie soorten aansluitingen:
- 127/220 volt (d.w.z. 127 volt tussen fase en nul en 220 volt tussen de fasen) met 127 volt op het stopcontact.
- 127/220 volt met 220 volt op het stopcontact.
- 220/380 volt met 220 volt op het stopcontact. (Tegenwoordig iets hoger: 230/400 volt)
Gedurende de jaren 50 en 60 werden de huisaansluitingen geconverteerd naar 220/380 volt. Had de aangeslotene 127 volt op het stopcontact, dan zorgde het elektriciteitsbedrijf voor de ombouw en vervanging van apparatuur. Na de jaren 60 had niemand meer 127 volt op het stopcontact.
De overgang naar 220/380 volt is nog steeds niet helemaal voltooid. Volgens netwerkbeheerder Noord West Net waren er in 2003 in Amsterdam nog enkele 127/220 volt-netdelen die gesaneerd moesten worden.
De huisaansluitingen zijn hier tussen de fasen geschakeld, zodat deze gebruikers wel 220 (thans 230) volt op het stopcontact hebben.
Naar 230 volt
Om de spanningen die in diverse landen gebruikt werden te harmoniseren is in Europa (in CENELEC-verband) besloten geleidelijk de spanning op het lichtnet overal naar 230 volt te brengen. Dit was een compromis tussen het continentale 220 en het Britse 240 volt. Voor Nederland betekent dit dat de spanning de afgelopen jaren verhoogd is van nominaal 220 volt (±10%) naar 230 volt (+6%/-10%). Nieuwe apparatuur wordt bewust voor de hogere spanning ontworpen, maar oude apparaten en gloeilampen en dergelijke hebben er onder te lijden — er gaat een grotere stroom lopen waardoor meer warmte wordt geproduceerd en apparaten het mogelijk 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.
De aansluitingen
In de meeste huizen komen vanaf de wijkcentrale 2 of 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 smeltveiligheid opgenomen (hoofdsmeltveiligheid, 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 (elektriciteitsmeter). Vanaf deze elektriciteitsmeter 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 het middencontact van de lamp (bij een goede aansluiting). 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
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.
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 alleen 30 mA toegestaan. 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
| oude kleur | nieuwe kleur | betekenis |
|---|---|---|
| groen | bruin, in België donkerrood | fasedraad (230 Volt. t.o. Nul en Aarde, 400 Volt t.o. een andere fase) |
| rood | lichtblauw | nuldraad |
| zwart | zwart, in België ook donkergrijs | schakeldraad; via een schakelaar verbonden met fase |
| grijs | groen/geel | veiligheidsaarde |
In oude huizen (voor ca. 1970) is voor de bedrading veelal de oude kleurcode gebruikt. Groen wordt in de praktijk als veilige kleur aangemerkt maar heeft de functie als fasedraad. Voor de kleur rood geldt dit andersom. Aangezien dit niet logisch is, is besloten om andere kleuren draad te gebruiken. Dit kon niet zonder meer omgewisseld worden omdat men niet altijd weet of een huis voor of juist na 1970 is gebouwd. Een andere reden voor de kleurverandering is vanwege de rood-groen-kleurenblindheid van sommige personen.
Verder is 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. Doordat de draad twee kleuren heeft kan dit geen probleem meer opleveren.
- De kleuren bruin en zwart zijn niet dwingend voorgeschreven, ze mogen ook anders zijn, maar niet lichtblauw of tweekleurig. Vooral voor de schakeldraad kan het handig zijn verschillende kleuren te gebruiken.
- Vieraderige kabels hebben vaak geen blauwe ader. Wanneer dit het geval is, wordt de grijze ader in de kabel als nuldraad gebruikt.
Overige toepassingen
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.