I. MECHANISCHE GEDEELTE.
1. Aandrijving. Een electriciteitsfabriek of electrische centrale is een inrichting, waar men andere soorten energie in electrische omzet. Het woord centrale duidt aan, dat de energie gedistribueerd wordt van een centraal punt uit. Inrichtingen, waar de electrische energie niet gevormd, doch verdeeld wordt, noemt men onderstations.
De electrische energie wordt opgewekt door middel van generatoren. Deze generatoren worden aangedreven door primaire machines. De drijfkracht van deze machines kan verschillend zijn. De meest voorkomende vorm is aandrijving door middel van stoom. Men kan dan gebruik maken van:
a. Zuigerstoommachine
Deze werd vroeger veel toegepast, doch komt thans zelden meer voor.
b. Stoomturbine
Deze wordt in Nederland bijna overal toegepast. De grote voordelen boven de zuigermachines zijn, behalve de kleinere afmetingen, vele. De turbine heeft geen heen en weer gaande delen, zodat de gang gelijkmatiger is en de fundatie lichter kan zijn. Het rendement is hoger. De toerenregeling is gemakkelijk en verliesvrij. Het condensaat is olievrij, zodat dit als voedingwater voor de ketels gebruikt kan worden. Bovendien is de turbine sterk overbelastbaar, vereist weinig onderhoud en weinig toezicht. Hoewel een hoog toerental de turbine ten goede zou komen, wat betreft afmetingen, prijs en rendement, kan men, bij toepassing van wisselstroom van 50 hertz (perioden per seconde), met het oog op het draaiend gedeelte (de centrifugale krachten!) niet hoger dan 3000 toeren per minuut gaan. De gebruikelijke toerentallen voor turbogeneratoren zijn dan ook 3000 (2-polige generator) en 1500 (4-polige generator) toeren per minuut.
c. Waterturbine
Waterkracht is een energievorm, die bijna overal op aarde voorkomt. In Nederland komen geen hydro-electrische centrales voor, doch in Indonesië zijn reeds enige honderden van deze machines voor electriciteitsproductie in exploitatie. De energie wordt ontleend aan het verval der rivieren of watervallen, terwijl ook bergmeren hun potentiële energie af kunnen staan aan lager gelegen centrales. Daar de aanlegkosten van dergelijke centrales zeer hoog zijn en de toevoer van de waterkracht afhankelijk is van de weersgesteldheid, wordt in tijden van grote watertoevoer het overschot opgespaard, om in tijden van weinig watertoevoer te worden gebruikt. Deze zgn. accumulatie vereist de bouw van enorme waterreservoirs. Meestal worden de generatoren en waterturbines direct gekoppeld, soms met de assen verticaal. (Voor constructie van stoom- en waterturbines z turbine.)
d. Gasmotoren
Daar waar als bijproduct brandbare gassen ontstaan, bijv. bij hoogovens, of waar deze gassen als aardgas in grote hoeveelheden uit de bodem te voorschijn worden gebracht, zoals in vele streken van Hongarije, zullen gasmotoren als drijfkracht gebruikt kunnen worden. Dikwijls echter worden deze gassen gebruikt voor het stoken van ketels, zoals bijv. in de P.E.N.-centrale te Velsen. Ook deze energievorm is zeer goedkoop, daar hij als bijproduct of als natuurproduct te voorschijn komt.
e. Dieselmotoren
In streken waar aardolie gevonden wordt, of voor kleinere centrales, voor scheepscentrales e.d., worden als drijfkracht dieselmotoren* gebruikt. De brandstof neemt weinig ruimte in en is gemakkelijk transporteerbaar. Een nadeel is, dat dieselmotoren meer onderhoud vereisen dan bij turbines nodig is. De aandrijvende machine kan door middel van een riemtransmissie of een snaartransmissie met de generator gekoppeld zijn. Dit wordt weinig toegepast. Meestal zijn de machines direct op één as gekoppeld.
f. Andere manieren van aandrijving
Men heeft reeds getracht de energie, die zich bevindt in de wisseling van eb en vloed, te benutten, doch dit heeft geen practisch resultaat opgeleverd, is alleen lonend op enkele daarvoor speciaal geschikte punten aan een rotsachtige kust. Evenmin de pogingen, om de warmtestraling van de zon in electrische energie om te zetten en deze energie te accumuleren.
De energie, die de wind heeft, zou wel bruikbaar zijn, wanneer grote accumulator-batterijen, om voldoende reserve voor windstille tijden te hebben, niet te duur en te omslachtig waren. In Duitsland en vooral ook in Denemarken zijn wel windkrachtinstallaties in werking gesteld. Door een door Liebe ontworpen automatische schakelaar wordt verkregen, dat slechts bij voldoende windsterkte dynamo en batterij verbonden zijn. Zodra bij luwten het toerental van de wieken en derhalve van de generator zakt beneden een minimum, wordt de batterij uitgeschakeld Bij toenemende windsterkte komt zij automatisch weer in bedrijf. Deze installaties zijn natuurlijk voor gelijkstroom en voor kleine vermogens ontworpen. Het schema is dat van fig. 1, waarbij dan in de batterijkring de Liebe-schakelaar is opgenomen. Meestal is geen opjaagmachine toegepast.
2. Inrichting. Indien de aandrijving door middel van stoom geschiedt, bevat de electriciteitsfabriek een ketelhuis. De stoomketels kunnen gestookt worden met kolen, gas, olie en soms in houtrijke streken met hout. Steeds moet gezorgd worden voor voldoende brandstofreserve. Tegenwoordig wordt algemeen gebruik gemaakt van automatische stookinrichtingen. Verder moet er gelegenheid zijn om op eenvoudige wijze koelwater en suppletiewater te betrekken. De gasaanvoer uit hoogovens geschiedt door zware pijpleidingen. Dit is evenzeer het geval voor wat de watertoevoer betreft bij waterturbines.
II. OPWEKKING VAN ELECTRISCHE ENERGIE.
1. Inleiding
Bij de opkomst van de electriciteitsbedrijven, in het laatst van de vorige eeuw, werd algemeen gelijkstroom gebruikt, tegenwoordig komen gelijkstroomcentrales niet meer voor. Nieuwe centrales worden steeds voor draaistroom gebouwd, terwijl de bestaande gelijkstroomnetten geleidelijk verbouwd worden. Ze zijn nog in gebruik voor tractie en in de grootindustrie, waar men een eigen bedrijf met veel regelbare motoren heeft, alhoewel daar de op een draaistroomnet aan te sluiten gelijkrichters (mutatoren) reeds een overwegende rol spelen. Ook op schepen wordt nog vrij algemeen gelijkstroom toegepast, ofschoon men ook daar wisselstroominstallaties, zowel voor licht en kracht als voor de voortstuwing, aantreft. Vele centrales bezitten echter een gelijkstroomgedeelte met batterij ter aandrijving van de hulpmachines en voor de lichtvoorziening van het eigen bedrijf, zodat dit bij storing volledig kan doorwerken. Dergelijke reservebatterijen moeten ook aangebracht zijn in ziekenhuizen e.d., overal waar storing ernstige gevolgen kan hebben.
De belasting van een centrale varieert voortdurend. De verschillende soorten belastingen (licht en kracht) zijn op bepaalde tijden het grootst, dit zijn de zgn. piektijden. Voor kracht ligt deze meestal op een tijdstip even nadat de fabrieken zijn begonnen, voor licht op die tijden dat winkels en kantoren hun licht gelijktijdig gebruiken. Men kan een grafiek samenstellen over de duur van een etmaal, waarin de belasting als functie van de tijd is getekend. De piekbelastingen variëren natuurlijk met de jaargetijden. De gemiddelde belasting is veel kleiner dan de piekbelasting. Het totale vermogen van de machines moet in staat zijn, steeds aan de vraag te voldoen en dus de piek te kunnen leveren.
Tevens moet voor revisie en storing in de machines een voldoende reserve aanwezig zijn. Het totale machinevermogen wordt dus aanzienlijk groter dan de gemiddelde belasting. Dikwijls neemt men boven de piek geen of slechts een kleine reserve en rekent op de overbelastbaarheid van de generatoren. Wanneer enige electriciteitsfabrieken gekoppeld worden, kan men in een van die fabrieken een gelijkmatige belasting verkrijgen. De normale belasting van het gehele gebied kan dan door enkele volbelaste centralen geleverd worden. De overige centralen zorgen dan voor de piek. Na Wereldoorlog II is, door de stilstand in de aanschaffing van nieuwe machines en ketels, de bevolkingsaanwas en de opleving van de industrie, van stillegging van machines of electriciteitsfabrieken, althans in de piektijden, geen sprake. Deze toestand is echter voorbijgaand.
Het totaal opgestelde vermogen van generatoren in electriciteitsfabrieken bedroeg in 1900 in Nederland slechts enkele duizenden kW; in 1946 was dit 1 415 000 kW. Indien men dit cijfer vergelijkt met het opgestelde primaire vermogen voor electrische aandrijving in fabrieken, die dus eigen electriciteit opwekken, en dat in hetzelfde jaar 1946 ca 6000 kW bedroeg, dan ziet men wel, hoe intensief de electrificatie, speciaal hier de aansluiting van de industrie over de gehele lijn, gedurende de laatste dertig, veertig jaar geweest is.
2. Gelijkstroomopwekking.
a. Accumulatorbatterijen
Deze komen, zoals reeds vermeld, nog wel voor als reserve in installaties, waarin onder géén omstandigheden onderbreking van de electriciteitslevering mag voorkomen, verder bij drieleidernetten om de spanningen gelijkelijk tussen de twee nethelften te verdelen en als bufferbatterij bij sterk wisselende belastingen.
Aangezien de motorgeneratoren en vooral ook de mutatoren sterk overbelastbaar zijn, verdwijnen de omslachtige accumulatoren voor dit doel meer en meer, terwijl ook de gelijkstroom drieleidernetten geleidelijk verdwijnen, zodat dus ook de accumulatoren als spanningsdeler uitsterven.
b. Tweeleidersysteem
Hierbij zijn de generatoren op verzamelrails aangesloten, waarop eveneens de verbruikers aangesloten zijn. Indien een batterij aanwezig is, is deze eveneens met de rails verbonden. Dit systeem wordt toegepast voor kleine bedrijven.
c. Drieleidersysteem
Hierbij kan men twee machines in serie schakelen, terwijl elke verbruiker òf met de buitenleiders óf met een buitenleider en de middelleider wordt verbonden. Ten einde niet te hoge spanningen tegen aarde te verkrijgen, wordt de middelleider geaard.
Men gebruikt meestal generatoren voor de totale spanning. De batterij dient dan als spanningsdeler. Door middel van cellenschakelaars kan men dan de spanningen van de samenstellende delen van het net constant houden.
Het nog in enkele Nederlandse steden voorkomende drieleidernet heeft 2 x 220 volt spanning. Hierbij kunnen twee in serie geschakelde dynamo’s gebruikt worden, doch ook één voor de totale spanning (fig. 3).
d. Een bijzondere schakeling is de Pirani-schakeling. Deze dient om de bufferwerking van de batterij te versterken. Men schakelt in serie met de batterij een dynamo met twee veldwikkelingen. De ene veldwikkeling wordt gevoed door de batterij, de tweede veldwikkeling wordt in serie met de netstroom geschakeld, of er mede geshunt. De beide wikkelingen zijn tegen elkaar geschakeld en zo gedimensioneerd, dat de velden elkaar bij de gemiddelde belasting opheffen. In dat geval geeft de dynamo dus geen spanning. Bij kleine belasting overweegt de invloed van veldwikkeling I en de spanning, die de Pirani-machine levert, is dan tegengesteld aan de batterijspanning. De totale spanning van de batterijkring wordt verminderd, zodat lading plaatsvindt. Bij grote belasting overweegt de invloed van wikkeling II en de Piranimachine levert een spanning van dezelfde richting als de batterij. De batterij gaat dus stroom aan het net leveren. De Pirani-machine kan door een electromotor aangedreven worden. Dikwijls schakelt men de spoelen I en II niet op de dynamo zelf, maar op een opwekdynamo, die dan de stroom voor de bekrachtiging levert. De Pirani-schakeling is door enige varianten, die hetzelfde beogen, opgevolgd. Al deze schakelingen zijn wegens de robuustheid van machine-omzetters en mutatoren, en het daardoor verdwijnen van de bufferbatterijen, langzamerhand overbodig geworden.
3. Wisselstroomopwekking
Tegenwoordig komen eenphasewisselstroomgeneratoren, behalve in electriciteitsfabrieken voor tractie met eenphasewisselstroom (in Zweden en Zwitserland bijv.), niet meer voor; men is algemeen overgegaan tot het driephasensysteem. Betreffende spanning en frequentie is men door onderlinge bespreking tot normalisatie gekomen. De algemeen voorkomende frequentie is 50 hertz. Slechts een enkele maal wordt hiervan afgeweken. Voor tractiebedrijven gebruikt men een lagere frequentie. In Zwitserland bijv. voor de Jungfrauspoorweg 40. De Italiaanse spoorwegen gebruiken 162/3 perioden, in Amerika is 25 hertz gebruikelijk. In fabrieken, waar snellopende machines vereist worden, bijv. de Enka Arnhem, maakt men gebruik van hogere frequenties (100 hertz). De spanningskeuze is afhankelijk van de uitgestrektheid van het net en van het over te brengen vermogen. Men gaat echter steeds hogere spanningen gebruiken. De keuze van het aantal en de grootte van de eenheden worden bepaald door de noodzakelijke reserve, eventuele koppeling met andere centralen, het totale debiet en de plaatselijke omstandigheden.
De International Electrical Commission (I.E.G.) heeft de spanningen genormaliseerd en vastgesteld voor:
Laagspanning: 110 tot 115 volt
127 tot 133 volt
220 tot 230 volt
Hoogspanning:
1 000 volt 15 000 volt 100 000 volt
2 000 ,, 20 000 ,, 150000 ,,
3 000 ,, 30 000 ,, 200 000 ,,
6 000 ,, 45 000 „ 300 000 ,,
10 000 ,, 60 000 „
Over het algemeen wekt men hoge spanningen op, daar dit minder verliezen geeft bij de distributie. Voor het verbruik transformeert men de spanning dan omlaag tot de gewenste bedrijfsspanning.
4. Spanningsregeling
De spanning moet zoveel mogelijk constant worden gehouden bij verschillende belastingen. Deze regeling kan met de hand geschieden, doch werkt dan over het algemeen te langzaam. De spanning van de generatoren wordt geregeld door de bekrachtiging te veranderen. De bekrachtiging wordt geleverd door de speciaal daarvoor bestemde bekrachtigingsdynamo welke meestal op de as van de generatoren is aangebracht (z electriciteitsproductie). Deze is dus regelbaar door de veldstroom van de opwekdynamo te regelen. Behalve met de hand kan men deze laten regelen door middel van contactvoltmeters. De werking hiervan is als volgt. Wanneer de spanning boven de maximale waarde komt, sluit een, speciaal hiervoor geconstrueerde, voltmeter de stroomkring van een hulpmotor, die de shuntregulateur van de opwekdynamo bedient. Hetzelfde vindt plaats, wanneer de spanning beneden de minimum toelaatbare daalt. Op deze wijze verkrijgt men echter een vrij grove regeling, die steeds te laat komt en te ver doorregelt. De beste regeling wordt verkregen door middel van zgn. snelregelaars. De bekendste zijn: die van Brown-Boveri, die van Heemaf (systeem Van Swaay-Keus), de Tirill-snelregelaar van de General Electric Company.
III. VERDELING VAN DE ELECTRICITEIT IN DE ELECTRICITEITSFABRIEK.
1. Railsystemen
De generatoren, die de energie opwekken, moeten deze afgeven aan de verbruikers, die groepsgewijs door middel van kabels met de centrale zijn verbonden. Deze energie moet echter, alvorens afgeleverd te worden, gemeten worden, terwijl het mogelijk moet zijn, dat de verschillende kabels en generatoren afgeschakeld worden. Er moet steeds angstvallig voor worden gezorgd, dat bij te zware belasting of eventuele kortsluiting de betreffende kabels automatisch buiten bedrijf worden gesteld (z electrische beveiliging). Bij de moderne centralen wordt nagenoeg alleen hooggespannen energie afgeleverd, die dan door de transformatoren in de transformatorzuilen en in andere onderstations tot de bedrijfsspanning omlaag wordt getransformeerd.
Dergelijke hoogspanningsinstallaties vereisen bijzondere zorg, teneinde storing en gevaar tot een minimum te beperken. Daar het mogelijk moet zijn, de verschillende generatoren, afzonderlijk of te zamen, het net te laten voeden, brengt men tegenwoordig steeds verzamelrails aan, waarop zowel de uitgaande kabels als de generatoren zijn aangesloten. Indien men nu in alle aansluitingen schakelaars plaatst, kan men de gewenste generatoren energie laten leveren aan de ingeschakelde kabels. Somtijds brengt men in de verzamelrails ook schakelaars aan, zodat men de uitgaande kabels in twee of meer groepen kan splitsen, die elk afzonderlijk door een of meer generatoren gevoed worden. In moderne electriciteitsfabrieken of in grote onderstations met vermogens van honderden megawatt splitst men de delen van de verzamelrails onder tussenschakeling van smoorspoelen, om de kortsluitstromen bij storingen te beperken. Teneinde het aantal dure schakelapparaten te reduceren, verenigt men de uitgaande kabels somtijds eerst tot groepen en schakelt ze daarna doormiddel van een schakelapparaat op de verzamelrails. Dit alles heeft echter steeds het bezwaar, dat bij storing in de centrale zelf, bijv. op de verzamelrails, het geheel buiten bedrijf komt. Daarom past men vrijwel steeds een dubbel stel verzamelrails toe. Men spreekt dan van een dubbelrailsysteem. Deze twee systemen kunnen door middel van een koppelschakelaar verbonden worden, zodat men onder het bedrijf van het ene op het andere kan overgaan. Zowel de kabels als alle generatoren zijn natuurlijk met beide railsystemen, onder gebruikmaking van een schakelaar, verbonden. Daar waar men uitgaande kabels heeft voor verschillende spanningen, is men genoodzaakt voor elk spanningssysteem een of twee stellen rails te gebruiken. Deze railsystemen zijn dan onderling gekoppeld door tussenschakeling van transformatoren. De centrale van het Provinciaal Electriciteitsbedrijf van Noordholland te Velsen, een van de meest modern ingerichte bedrijven, bezit drie distributiespanningen, nl. van 3000, 10 000 en 50 000 volt, waarvan de eerste voor eigen bedrijf dient. Elk dezer spanningen bezit een eigen dubbelrailsysteem, welke onderling gekoppeld zijn door transformatoren.
2. Schakelapparaten
Voor hoge spanningen en groot af te schakelen vermogen heeft men speciale schakelaars geconstrueerd. Deze schakelaars zijn ondergebracht in oliereservoirs, waarom men dan spreekt van olieschakelaars. Deze olie dient om de lichtboog, die bij uitschakeling tussen de contacten ontstaat, snel te doven en daardoor afbranden van de contacten tegen te gaan. Meestal vindt de schakeling plaats door een horizontaal mes te brengen tussen twee verticaal staande verende contacten. De voor lichtboogdoving vereiste snelle uitschakeling kan dan verkregen worden door de zware brug, waarop de schakelmessen gemonteerd zijn, te laten vallen onder invloed van het eigen gewicht, meestal versterkt met een veerinrichting. Voor betere vonkdoving worden dikwijls zgn. blaasmagneten aangebracht; dit zijn spoelen, die zo gesteld zijn, dat het magnetisch veld er van de tussen de contacten getrokken boog, door de werking van de Lorentz-kracht wegduwt, aldus de booglengte vergrotende en daardoor dovende. Ook door andere inrichtingen (drukkamers, dwarsschotten, enz.) versnelt men de vonkdoving van moderne olieschakelaars voor groot vermogen; hierdoor is het mogelijk gemaakt ze bij goede werking toch van matige afmetingen te construeren.
Ten einde afbranden van de hoofdcontacten tegen te gaan brengt men hulpcontacten aan, die gemakkelijk vervangbaar zijn en die de verbinding iets langer in stand houden dan de hoofdcontacten, zodat de boogvorming alleen tussen de hulpcontacten optreedt, daardoor de afbranding beperkende tot deze hulpcontacten. De bediening kan voor klein type olieschakelaars met de hand geschieden. Schakelaars voor groter vermogen worden meestal bediend door middel van schakelmagneten of hulpmotoren. Meestal zijn olieschakelaars van de kleinere typen uitgerust met maximaal- en nulspanningsbeveiliging (z electrische beveiliging). Bij de grotere typen is de maximaalen nulspanningsbeveiliging door middel van tussengeschakelde meettransformatoren en relais aangebracht. Indien de relais aanslaan, bijv. ten gevolge van de grote stroom, wordt de kring gesloten van de magneetspoel, die het uitschakelmechanisme in werking stelt. Bij het inschakelen van leidingen met grote capaciteit, kunnen ten gevolge van de laadstroom lopende golven ontstaan, die doorslag kunnen veroorzaken. Ten einde deze laadstromen (en in het algemeen de inschakelstroomstoot) te beperken, worden veel schakelaars uitgevoerd met zgn. voortrap. Dit zijn contacten, die via een kleine weerstand met het net verbonden zijn. Bij inschakeling wordt dus de kabel via dit weerstandje ingeschakeld. Onmiddellijk wordt doorgeschakeld, waardoor het weerstandje weer buiten bedrijf gesteld wordt. Doch de korte tijd van inschakeling is voldoende om de inschakelstroomstoot te beperken. De oliereservoirs moeten ter beperking van het explosiegevaar zwaar worden uitgevoerd; meestal zijn het cylindrische bakken.
Moderne uitvoeringen brengen de schakelaar onder in met water gevulde reservoirs. Bij uitschakeling zal de vrijkomende warmte stoom van hoge druk om de contacten doen ontstaan, zodat de doving sterk in de hand gewerkt wordt. Zelfs is het tot vrij groot vermogen gelukt schakelaars zonder water of olie als blusmedium te maken; men noemt dan ook al dergelijke schakelaars tegenwoordig energieschakelaars, dit in tegenstelling met de hierna te behandelen scheidingsschakelaars.
Energieschakelaars kunnen dus een belaste leiding onderbreken. Is de leiding onbelast, d.w.z. stroomloos, dan behoeft geen stroom, doch alleen spanning afgeschakeld te worden. Er kan dan geen lichtboog van enige betekenis ontstaan en de schakelaars kunnen veel eenvoudiger en minder kostbaar uitgevoerd worden. Voor eventuele herstellingen en revisie is het wenselijk, dat men de olieschakelaars geheel spanningvrij kan maken. (In uitgeschakelde toestand blijft immers steeds een zijde onder spanning.) Dit doet men door een scheidingsschakelaar in serie met de olieschakelaar te plaatsen. Deze schakelaars behoeven, daar ze nimmer onder stroom uitgeschakeld mogen worden, geen momentschakeling en vonkblusinrichtingen te bezitten; men voert ze zelden of nooit als olieschakelaars, steeds dus als luchtschakelaars uit. Ze worden meestal met de hand door middel van mechanische overbrenging in- en uitgeschakeld, doch ook wel door middel van schakelmagneten. Somtijds worden ze zo uitgevoerd, dat ze in uitgeschakelde toestand, het afgeschakelde deel der leiding direct met aarde verbinden.
Behalve het type, waarvan de messen om een as draaibaar zijn, heeft men ook typen, waarbij de verbindingen verschuifbaar zijn. Voor hoge spanningen bouwt men de driephasenscheidingsschakelaar meestal op uit drie eenphasigen. Zowel de oliebak van de olieschakelaars als alle metalen niet spanningvoerende delen in de hoogspanningsruimte moeten zorgvuldig worden geaard.
In fig. 6 is voorgesteld het hoogspanningsschema in een electriciteitsfabriek. Dit schema is enkelpolig getekend, d.w.z. het schema is voor een phase getekend, terwijl de beide andere phasen zijn weggelaten. Wij zien, dat de generatoren door tussenschakeling van een energieschakelaar en twee scheidingsschakelaars willekeurig op elk van de twee railsystemen van het 10 000 volts gedeelte geschakeld kunnen worden. Door middel van de scheidingsschakelaar kan de keuze gemaakt worden. De beide railsystemen kunnen met de koppelschakelaar worden verbonden (in het midden tussen de met cv aangegeven generatoren). Van het 10 000 volts systeem gaan twee uitgaande kabels uit (rechts), terwijl het verder door tussenschakeling van drie transformatoren met het 50 000 volts railsysteem verbonden is. De schakelaars tussen het 10 kV systeem en de transformatoren zijn ingericht met voortrap.
3. Directe meting van hooggespannen energie is zeer bezwaarlijk, daar de instrumenten zeer duur en weinig bedrijfszeker zouden zijn. Bovendien zouden zij in de hoogspanningsruimte ondergebracht moeten worden, hetgeen een overzicht van het bedrijf en de fluctuaties daarvan onmogelijk maakt. De meting geschiedt dan ook door tussenschakeling van meettransformatoren (z electrische metingen). Deze worden dan in de hoogspanningsruimte ondergebracht, terwijl de instrumenten, die aan de laagspanningszijde zijn aangesloten, in de controlekamer en desgewenst op iedere willekeurige plaats kunnen worden aangebracht. Op deze wijze kan men alle gewenste grootheden meten. Daar het noodzakelijk is om een overzicht van het geheel te bezitten en eventueel de belastingen, stromen, spanningen en arbeidsfactoren van afgelopen tijdvakken na te gaan en te controleren, maakt men zeer veel gebruik van zelfregistrerende instrumenten.
De voornaamste meters worden in de schakelkamer aangebracht, waardoor men van die plaats uit steeds een volledig overzicht van de stand van het bedrijf heeft. Iedere kabel en generator is voorzien van een stel meetinstrumenten.
4. Bediening
De bediening van de verschillende schakelaars en machines geschiedt tegenwoordig bijna steeds uit het centrale punt, de schakelkamer. Door de ontwikkeling van de bediening op afstand, waarbij ieder mechanisme aangedreven wordt door magneten of motoren, welke hulpwerktuigen op laagspanning werken en bedienbaar zijn uit de schakelkamer, is dit mogelijk geworden. Het is daardoor noodzakelijk in de schakelkamers controlepanelen aan te brengen, waarop zichtbaar is of de schakelaars al of niet zijn ingeschakeld. Tevens moet waarneembaar zijn, of een verrichte schakelmanipulatie het vereiste gevolg heeft. Bij eventuele storing of het uitvallen van automaten (dat zijn automatische schakelaars) moet direct geconstateerd kunnen worden, welke automaat uitgevallen is en welke delen van het net spanningloos zijn geworden. Bovendien moet door middel van sirenen en signaallampen hier direct de aandacht op worden gevestigd, zodat de wachter kan ingrijpen teneinde het euvel te herstellen. Het zou te ver voeren hier diep op in te gaan, doch het principe is, dat ieder schakelmechanisme voorzien is van extra-contacten, die gesloten of verbroken zijn al naar de stand van het mechanisme.
Deze contacten sluiten laagspanningsstroomkringen, waarin signaallampen en signaalschijven zijn opgenomen. Verder wordt aangebracht, dikwijls direct op de schakeltafels, een schema van het hoogspanningsgedeelte, waar de diverse schakelaars als draaibare schijfjes in opgenomen zijn. De hulpcontacten op de schakelaars bedienen de stroomkringen van de magneten, die de stand van deze draaibare schijfjes bepalen. Het is daardoor mogelijk steeds een duidelijk overzicht van de stand van het totale schakelmechanisme te verkrijgen. Tevens is het natuurlijk mogelijk, de verschillende beveiligingen op deze wijze te controleren.
5. Gelijkrichterbedrijf
Aan vele electriciteitsbedrijven is ten dienste van electrische tractie en/of hefwerktuigen, of voor de motoren in de centrale, een gelijkstroomgedeelte verbonden. De gelijkstroom werd vroeger dan door omzetting van draaistroom verkregen en wel met motorgeneratoren, eenankeromzetters, of cascade-omzetters (z electriciteitsproductie). In het moderne bedrijf past men steeds gelijkrichters (imitatoren*) toe, waarvan de bediening en het onderhoud veel goedkoper zijn. Een van de grote voordelen van het gelijkrichterbedrijf is de mogelijkheid tot algehele automatisering zonder dat ingewikkelde schakelingen nodig zijn, dus op betrekkelijk eenvoudige wijze. Bij druk treinverkeer wordt dan, zonder dat iemand zich naar het betreffende onderstation behoeft te begeven, een gelijkrichter daar in werking gesteld, en bij slap verkeer weer uit bedrijf genomen.
6. Synchroniseren
Twee gelijkstroomdynamo’s kunnen worden parallel geschakeld, wanneer spanning en polariteit dezelfde zijn, bij draaistroom moeten echter de frequentie en de phase ook dezelfde zijn. Denken wij ons dus een generator met bepaalde frequentie en spanning, dan is voor het bijschakelen van de tweede noodzakelijk, dat eerst de frequentie gelijkgemaakt wordt en daarna de spanning. Wanneer wij daarna kunnen zorgen, dat de phasen van de machines gelijk zijn, d.w.z. dat zij isophasisch draaien, kan worden ingeschakeld. Deze schakelmanipulatie heet synchroniseren. Dit geschiedt op de volgende wijze. Denkt men, dat een generator reeds op de rails geschakeld is en dat men de tweede wil inschakelen, dan moet dus a1 = a2 en b1 = b2 en c1 = c2 zijn, d.w.z. de lamp L1 brandt niet, de andere twee daarentegen wel. Zijn de frequenties niet gelijk, dan zullen achtereenvolgens de lampen L1, L2 en L3 uitgaan. De volgorde van opgloeien is verschillend, al naar gelang de bij te schakelen machine te snel of te langzaam draait. Daar de lampen te zamen in een cylindrische doos achter matglas zijn geplaatst, ziet men aan de voorzijde een draaiend lichtbeeld.
Er bestaan ook wijzerinstrumenten, die aanwijzen „te snel” of „te langzaam”. Deze berusten op hetzelfde principe. In plaats van lampen zijn dan magnetische systemen (bijv. ferraris-instrumenten) aangebracht, die op een draaibare schijf werken, voorzien van een wijzer. Daar dit synchroniseren een grote routine en bekwaamheid van het personeel eist, zijn er instrumenten in de handel die automatisch synchroniseren; met het oog op mogelijke defecten aan een dergelijke inrichting geven de meeste bedrijven aan het synchroniseren met de hand de voorkeur.
7. Hoogspanningsinstallaties
Hierbij is als zeer belangrijk punt aan te merken de hoge eis aan de verschillende beveiligingen gesteld. Er moet bijv. worden gezorgd, dat de blanke koperdelen niet zonder meer aan te raken zijn. De afstanden tussen de spanningvoerende delen onderling en tegen aarde moeten dermate zijn, dat geen overslag op kan treden (1 cm per 1000 volt + 10 cm). Alle metalen delen in het gebouw, die niet spanningvoerend zijn, moeten zorgvuldig geaard worden. Voor onderstations past men somtijds openlucht-hoogspanningsinstallaties toe (z electriciteitsoverbrenging).
Uitvoeringsvormen van hoogspanningsinstallaties, die minder ruimte vereisen, zijn de systemen van Coq en Reyrolle. Beide systemen hebben ten doel, de spanningvoerende delen dichter bij elkaar te brengen, door ze onder te brengen in een isolerende materie; hierdoor wordt ruimte bespaard en het gevaar gereduceerd. Het is daardoor niet meer noodzakelijk het geheel in aparte ruimten onder te brengen, maar het is mogelijk, waar gewenst, hoogspanningsmotoren met bedieningsapparatuur bijeen te plaatsen. Bij het systeem-Coq zijn de onderdelen in olie ondergebracht, bij het Reyrolle-systeem in kabelmassa. Het geheel bevindt zich in goed geaarde giet- of plaatijzeren bakken.
De hoofdrails, die een spanning van 50 kV voeren, zijn door middel van drie transformatoren met de machines verbonden. Voor eigen bedrijf zijn vier accumulatorenbatterijen opgesteld, 2 batterijen van 60 volt voor de signalering en een batterij voor de noodverlichting en schakelmagneten van 220 volt. De hulpwerktuigen van ketelhuis, koelwaterinstallaties e.d. worden gevoed uit een hoogspanningsgedeelte van 3000 volt. De energie voor het eigen bedrijf wordt opgewekt door een afzonderlijke turbogenerator met als reserve een transformator op het 50 kV net en een op het 10 kV net.
PROF. IR E. J. F. THIERENS
Lit.: Brochures van de Vereeniging van Directeuren van Electriciteitsbedrijven in Nederland; De electriciteitsvoorziening in Nederland. Gedenkboek (1928); Klingenberg, Bau groszer Elektrizitätswerke (2de dr. 1926); Kyser, Elektrische Kraftübertragung (1925); Rüdenberg, Kurzschluszströme im Betrieb groszer Kraftwerke (1925); Idem, Elektrische Schaltvorgänge (3de dr., 1933); Idem, Relais und Schutzschaltungen in elektrischen Kraftwerken und Netzen (1929); Rushmore and Lof, Hydro-electric Power stations (2de dr., 1923); J. W. Meares, Hydro-electric Development (1920); Gibson, Hydro-electric Engineering (2 dln, 1921); P. Grieu, La houille blanche (1921); Pacoret, Les forces hydrauliques les usines hydro-électriques (1923); C. L. Duval-Routin, Usines hydroélectriques (1925) (zie ook electriciteitsoverbrenging).
