I. HET DISTRIBUTIESTELSEL.
a. Inleiding
De electrische energie, die in de centrale wordt opgewekt (z electriciteitsproductie), wordt door het distributienet vervoerd naar de verbruiker. Electrische energie kan op een gemakkelijker manier worden vervoerd dan elke andere energievorm. Het overgebrachte vermogen is gelijk aan het product van stroom, spanning en de cosinus van de phasehoek (arbeidsfactor). Dit geldt voor wisselstroomoverbrenging, voor draaistroom moet men dit product nog met de factor 1/3 vermenigvuldigen. De verliezen in de leiding zijn evenredig met het kwadraat van de stroomsterkte, zodat, om deze verliezen zo gunstig mogelijk te maken, bij een bepaald over te brengen vermogen, de stroom klein, de spanning derhalve hoog moet zijn. Daar hoge spanningen voor de verbruiker echter ongeschikt zijn, moet men op de plaats van verbruik de spanning weer kleiner maken. Wisselstroom leent zich hiervoor bijzonder goed, daar deze spanningsveranderingen op goedkope wijze met transformatoren kunnen geschieden, die zeer bedrijfszeker zijn. De spanningsveranderingen zouden bij gelijkstroom met machineomzetters moeten geschieden, hetgeen duur is en meer aan storing onderhevig. Dit is een van de oorzaken, waardoor gelijkstroom tegenwoordig weinig meer toegepast wordt voor energie-overbrenging. Door de grote ontwikkeling van de gelijkrichter is het mogelijk, daar, waar gelijkstroom gewenst wordt (tractie, havenbedrijven), gelijkrichtstations te bouwen.
b. Schema van de distributie
De spanning, die in de centrale wordt opgewekt, is meestal hoog (in Nederland tegenwoordig gewoonlijk ioooo V). De distributienetten zijn in Nederland voor spanningen aangelegd, die allengs toenamen en dus opliepen van 2000 tot 50 000 V. Moet er energie over grote afstanden overgebracht worden, dan maakt men van nog hoger spanningen gebruik. In de centrale wordt de spanning dan opgetransformeerd en op de plaats van bestemming weer omlaaggetransformeerd. Deze transmissiespanningen liggen meestal tussen 50 000 en 400 000 V.
De hoogspanningsleiding tussen Leiden en Limburg (koppellijn) heeft een spanning van 150 000 V. Aan het eind van elke hoogspanningsleiding zijn zgn. onderstations gebouwd, die de energie over het distributienet verdelen. Deze verdeling geschiedt meestal met spanningen tussen de 2 000 en 50 000 V. Deze distributienetten zijn hier en daar onderling gekoppeld, ten einde de kans op bedrijfsstoring te verminderen; voor dit laatste doel dient ook het koppelnet (z staatsbemoeiing). De netten zelf bezitten op de verschillende plaatsen transformatorstations of transformatorzuilen, die de spanning tot een lagere reduceren. Deze transformatorstations en transformatorzuilen zijn veelal onderling enige malen gekoppeld, of maken deel uit van een zgn. ringnet. Van de transformatorstations of -zuilen gaan dan laagspanningskabels naar de verbruikers.
Voor BELGIË zij opgemerkt, dat behalve de verdeelleidingen (10 en 15 kV) ook de centralen van eenzelfde vereniging alsook die van verschillende groepen onderling met kabels zijn verbonden. Ondergrondse verbindingen voor 36 kV bestaan o.m. tussen Langerbrugge - Oostende en Zeebrugge; verder tussen de centralen van de „Interbrabant”. Die van Zwevegem, Aalst, Mechelen, Bressoux, Verviers, evenals van Merksem en Mol, zijn door bovengrondse leidingen van 50 en 70 kV verbonden. De „Linalux” heeft een verbinding op 150 kV tussen het Luiker bekken (Neuville-en-Condroz) en dat van het Z. van Luxemburg (Aubange), en voorts naar Henegouwen en Antwerpen, terwijl een 220 kV-verbinding van Luik naar Nederland en Duitsland tot stand is gekomen.
c. Onderstations.
Elk onderstation vervult voor zijn gebied de functie van centrale. Het onderstation krijgt zijn energie hooggespannen en transformeert deze tot de spanning van het hoogspanningsnet in dat gebied. Behalve dus transformatoren zijn in de onderstations beveiligingen, schakelapparaten en meetinrichtingen aangebracht. Somtijds zijn eveneens machine-omzetters en gelijkrichters fmutatoren) met transformatoren opgenomen om de stroomsoort te veranderen of de spanning te regelen. De samenstelling en de bouw van de onderstations zijn in wezen gelijk aan die van de hoogspanningsruimte in een electriciteitsfabriek. Verschillende grote onderstations zijn geheel automatisch ingericht, terwijl de benodigde schakelmanipulaties op afstand geschieden uit een of ander centraal gelegen bedieningspunt. Hiervoor worden natuurlijk een uiterst nauwkeurig controlesysteem en uitgebreide beveiligingsinrichtingen vereist.
Men gaat er tegenwoordig, vooral voor spanningen boven 10 000 V, wegens de hierdoor verkregen kostenbesparing, toe over, de onderstations als openluchtstations uit te voeren. Daar deze dan aan de weersgesteldheden zijn blootgesteld, moeten speciale uitvoeringen van machines en apparaten gebruikt worden. Vooral de uitvoering van de isolatoren moet zeer goed zijn.
Verschillende onderstations, bijv. die voor tractie, dienen om de stroomsoort te veranderen. Omzetting van wissel- in gelijkstroom geschiedt meer en meer met gelijkrichters. Doordat de gelijkrichters geen draaiende machines zijn, leent dit bedrijf zich zeer goed voor automatisering. Bijna alle gelijkrichterstations van de Nederlandse spoorwegen zijn half- of vol-automatisch.
d. Transformatorstations en - zuilen
Van de centrale of de onderstations wordt de hooggespannen energie naar de transformatorstations en -zuilen geleid. In de transformatorzuilen is meestal een transformator met energieschakelaar of hoogspanningsveiligheden ondergebracht benevens het verdeelbord voor de laagspanningskabels, waar de beveiliging van iedere kabel op gemonteerd is.
II. HOOGGESPANNEN BOVENGRONDSE ENERGIEOVERBRENGING.
a. Masten
Voor hoge spanningen geschiedt de transmissie meestal door middel van vakwerkmasten. Afhankelijk van hoogte en overspanning wordt de fundering gekozen. Voor kleinere masten is dit een betonblok. Voor grotere masten wordt wel elk van de vier poten in een betonblok gefundeerd. Bij de constructie moet rekening gehouden worden met de spankrachten van de draden, en met ijzel- en windbelasting. Vooral de constructie van hoekmasten vereist bijzondere zorg, omdat de zijwaartse component van de spankracht zeer hoge eisen aan de fundering stelt.
De transmissieleidingen zijn meestal dubbel uitgevoerd, zodat bij storing in de ene, de andere in bedrijf gesteld kan worden. Aan elke zijde van de mast is een stel hoogspanningsleidingen aangebracht. Boven over de masten heen loopt een draad, die met de aarde is verbonden en dient om het Mantelisolator gehele systeem tegen bliksemslag te beveiligen. Een belangrijk type mast is de zgn. afspanmast. Dit is de laatste mast van een transmissieleiding. Van de afspanmast gaan de draden naar centrale of onderstation. Deze masten worden dus eenzijdig op trek belast en moeten deze kunnen opnemen, ten gevolge waarvan de constructie aan bijzondere voorwaarden moet voldoen. Gewoonlijk brengt men ongeveer om de 3 km een afspanmast aan, ten einde bij draadbreuk de daardoor ontstane eenzijdige trek te kunnen opnemen. Wanneer de leiding zich splitst, worden verdeelmasten aangebracht. Deze zijn van hetzelfde type als de afspanmasten.
b. Isolatoren
Men gebruikt isolatoren om de draad van de mast te isoleren. Bij hoogspanningslijnen hangt de draad meestal aan de isolatoren. De isolator zelf bestaat meestal geheel uit geglazuurd porselein, somtijds wit, somstijds bruin of groen gekleurd. De vorm moet dusdanig zijn, dat bij regen of sneeuw of ijzel de kruipweg van de vonk niet te klein wordt. Tevens moet de vorm zo gekozen worden, dat geen glijontladingen optreden. Ten einde voldoende isolering bij sneeuw, regen ofijzel teverkrijgenworden zgn. mantels aangebracht. Dit zijn naar buiten uitgaande ringen. Om glijontladingen te voorkomen, moet het oppervlak van de isolator steeds loodrecht staan op het electrische veld van de draad. Wegens hun soepelheid past men veel (o.a. bij het 150 000 V koppelnet in Nederland) de zgn. ketting- of hangisolatoren toe. Hierbij is een isolator samengesteld uit een aantal kleinere, die als een ketting aan elkaar gehangen zijn (fig. 5a). De constructie moet zo zijn, dat de trek opgenomen kan worden, terwijl bij breuk van een schakel het geheel moet blijven hangen. Dit heeft fig. 5 niet. Hierbij worden de schakels aan elkaar bevestigd door middel van ijzeren kappen, die aan de uiteinden van de isolatoren bevestigd zijn.
De mantels van de isolatoren kunnen op verschillende wijzen aan elkaar zijn bevestigd. Somtijds zijn ze geschroefd, doch meestal vastgekit (met zwavel, gips, cement en lood). Binnen de gebouwen en somtijds op de terreinen van de centralen worden de leidingen geplaatst op steunisolatoren, d.w.z. dat de isolator de leiding ondersteunt.
Hiervoor worden veelal zgn. Delta-isolatoren toegepast (fig. 2). Een zeer belangrijk type is de doorvoerisolator, die dient om een leiding door een muur heen te voeren, of door de ijzeren kasten van olieschakelaars en transformatoren. Vooral bij openluchtuitvoeringen worden aan de laatstgenoemde zeer hoge eisen gesteld. Deze doorvoerisolatoren zijn bij grote uitvoeringen dikwijls met transformatorolie gevuld. Een dergelijke grote uitvoering, die uit 6 delen bestaat en geschikt is voor een spanning van 750 000 V. De hoogte van deze isolator is 5110, de buitendiameter 950, de binnendiameter 750 mm en het gewicht 1300 kg. De beproeving van de isolatoren geschiedt niet alleen op electrische eigenschappen, doch eveneens op mechanische. Ze worden getrokken en geslagen, waardoor de breukgrenzen bepaald worden. Electrisch worden ze gemeten op overslag, daar deze eerder optreedt dan doorslag.
c. Draad
De leidingsdraad voor hooggespannen bovengrondse leidingen is veelal hard getrokken electrolytisch koper met cirkelvormige doorsnede of kabels, uit dergelijke draden samengesteld. De doorsnede van de leiding is bepaald door sterkte-overwegingen. Zorgvuldig moet rekening gehouden worden met winddruk, sneeuw- en ijzellast. Om zijn lichter gewicht wordt ook wel aluminium gekozen, doch dan moet de draaddoorsnede groter zijn, daar de specifieke geleidbaarheid voor aluminium kleiner is dan voor koper. Soms past men ter gewichtsbesparing buisvormige draden toe of staalkabels met aluminiumomkleding. Deze constructie is echter zeer duur. De draden zijn niet geïsoleerd. Hierdoor kunnen vogels kortsluiting veroorzaken. Om dit te voorkomen, en ook om de vogels te beschermen, brengt men op de masten nabij de draden wel geïsoleerde zitplaatsen voor de vogels aan. Hoe hoger spanning, des te groter de afstand tussen mast en draad en dus des te minder kans, dat een vogel die afstand overbrugt.
III. LAAGGESPANNEN BOVENGRONDSE ENERGIEOVERBRENGING.
a. Masten
De masten voor laagspanning zijn meestal van hout, of gewapend beton, ook worden eenvoudig vakwerkmasten toegepast. De houten palen kunnen enkelvoudig zijn of samengesteld uit verscheiden palen. Meestal wordt zacht hout gebruikt. Om het hout langer te doen meegaan en rotting tegen te gaan, wordt het in teer of in oplossingen van kopervitriool of zinkchloride gedrenkt, of het wordt gecreosoteerd of gecyaniseerd. Zeer veel voorkomende typen zijn het A-type en het H-type. Dit laatste type wordt hoofdzakelijk voor telefoonleidingen gebruikt.
b. Isolatoren
Als isolatoren worden zeer veel zgn. klokisolatoren met bevestiging door „zwanehalzen” toegepast. Deze isolatoren zijn door Chauvin in 1857 geconstrueerd.
c. Draad
Voor bovengrondse zwakstroomleidingen neemt men gegalvaniseerd ijzerdraad, bronsdraad of staaldraad met een koperen mantel. Voor sterkstroom neemt men in dit geval hard koper en soms silicium- of phosphorbrons. Ook gebruikt men wegens de grote lichtheid van dit metaal wel aluminium. In tijden van hoge koperprijzen en verhoudingsgewijs lage aluminiumprijzen is het gebruik van dit laatste metaal voordeliger. Veel zorg dient men te besteden aan de verbindingsplaatsen van de draden; deze worden bij voorkeur gesoldeerd; dit en de rek en breuk door het zachte materiaal geeft bij toepassing van aluminium (ook voor hoogspanningslijnen) nogal eens bezwaar. De bovengrondse draden worden aan palen bevestigd en zó gespannen, dat de spanning van de draad van 1/3 tot 1/6 van de vastheid van het materiaal bedraagt en houten palen 10-voudige, ijzeren 5-voudige zekerheid hebben. De lange internationale telegraaflijnen hebben verzinkt ijzerdraad van 6 mm, hoofdlijnen hebben een dikte van 4 mm, zijlijnen van 3 mm, terwijl de weerstanden per km respectievelijk bedragen 4,65, 6,72, en 10,47 ohm.
Bronsdraad van 3 mm heeft per km een weerstand van 2,67 ohm. Voor sterkstroomleidingen uit hardkoper mag de stroomsterkte in het bedrijf voor een draad van 1 mm2 doorsnede ten hoogste 4 A bedragen, voor een doorsnede van 10 mm2 30 A en voor 50 mm2 100 A niet te boven gaan, terwijl men voor grotere doorsneden 2 A per mm2 neemt. De draden zijn voor zwakstroom nooit geïsoleerd, voor sterkstroom in bijzondere gevallen wel om het gevaar te verkleinen.
IV. ONDERGRONDSE ENERGIE-OVERBRENGING.
Deze geschiedt door middel van kabels. Hierbij kan men ook hoog- en laagspanningskabels onderscheiden, het verschil is hier hoofdzakelijk in de dikte van de isolatie gelegen. De fabricatiemethode is vrijwel dezelfde. De aders bestaan uit electrolytisch koper (meer dan 99,95 pct zuiverheid). Dit wordt aangevoerd in baren, die, na in een oven te zijn verhit, in de walserij tussen profielwalsen worden gestrekt tot draad. Door deze bewerking is op de draad een oxydelaag ontstaan. Deze wordt verwijderd door onderdompeling in een zwavelzuurbad, waarna de draad schoongespoten en nagespoeld wordt. De blanke draad wordt nu in koude toestand door trekijzers getrokken tot de gewenste dikte. Hierna gaat men over tot het samenslaan van de draden tot een ader. De aders bestaan nl. uit enige draden, om de soepelheid te behouden. De aders kunnen rond of sectorvormig zijn, voor ultra hoge spanningen zijn de aders meestal rond, anders sectorvormig. Dit samenslaan geschiedt in de draadsamenslagmachine en wel op de volgende wijze. Op een ronddraaiende kooi bevinden zich een aantal haspels, welker assen zodanig geconstrueerd zijn, dat ze steeds horizontaal blijven bij het draaien van de kooi. Hierdoor wordt verkregen, dat het koper niet gewrongen wordt. Door de as wordt een kerndraad gevoerd, waaromheen de andere draden geslagen worden. Op een tweede machine wordt hieromheen een tweede laag draden geslagen, echter met tegengestelde wikkelzin. Zo gaat men voort tot de gewenste aderdoorsnede verkregen is. Hierna worden de aders op haspels gewonden en kunnen geïsoleerd worden.
Voor de isolatie wordt de ader weer door de as van een speciale kooi gevoerd. Op deze kooi zijn aangebracht de rollen met het papier, waarmee de kabel omwikkeld moet worden. Het papier wordt gedrenkt in mengsels van minerale oliën en hars, ten einde de isolerende werking te verbeteren. Nadat de verschillende lagen papier (en eventueel geïmpregneerd linnen of jute) zijn aangebracht, kunnen de aders worden samengeslagen tot een kabel in de kabelsamenslagmachine. Somtijds wordt om elke ader een loodmantel aangebracht. Dit geschiedt hoofdzakelijk voor ultrahoogspanningskabels (om zeker te zijn van een homogeen electrisch veld om elke ader).
De aders worden op eenzelfde wijze samengeslagen als de draden, de machines hiervoor nemen formidabele afmetingen aan. Ook hierbij moet gezorgd worden, dat de haspels horizontaal blijven. De tussenruimten tussen de aders, die bij sectorvormige aders klein, bij cirkelvormige echter vrij groot zijn, worden opgevuld met jute. Dit geschiedt tegelijkertijd met het samenslaan. Het geheel wordt nog eens omwikkeld en daarna met een speciale zuurvrije minerale olie geïmpregneerd. Hierna wordt om het geheel een loodmantel geperst. Deze dient om het indringen van vocht te beletten. Die loodpers bestaat uit een of twee cylinders, waarin zich vloeibaar lood bevindt. De kabel gaat langzaam door een matrijs, waarbij zich een koker van lood om de kabel heen legt. De loodmantel wordt vervolgens door water afgekoeld. De dikte van de mantel is regelbaar door verandering van de matrijs.
Hierna kan overgegaan worden tot het bewapenen van de kabels. Dit geschiedt met bandijzer en dient om de kabel en de loodmantel te beschermen tegen mechanische beschadiging. Om de loodmantel wordt eerst een laag jute gewikkeld. Op dezelfde wijze als de papieromwikkeling wordt nu de ijzerbewapening aangebracht. Meestal worden een of twee lagen bandijzer aangebracht, bij waterkabel vaak ronde ijzerdraden. Het geheel wordt daarna nogmaals omwikkeld met jute en daarna met teerproducten, asfalt, menie of kalk geïmpregneerd.
In de nabijheid van grote steden is men, ondanks de grote kosten, wel gedwongen ook bij zeer hoge spanningen ondergrondse kabels toe te passen. Zo heeft men te New York reeds omstreeks 1930 een 132 kV-kabel toegepast, en de 150 kV-kabel Den Haag - Rotterdam is van ongeveer dezelfde constructie; voor deze hoge spanningen worden nl. een of meer langskanalen in de kabel aangebracht, waarin onder druk de olie geperst wordt. Daaromheen bevindt zich de koperader, die met papierisolatie binnen de loodmantel is aangebracht.
Op afstanden van enige kilometers bevinden zich drukstations, om de olie onder druk te houden. Is er een lek in de loodmantel, dan loopt de olie er uit en in het drukstation wordt men (desgewenst automatisch) gewaarschuwd, zodat, voordat er een ernstige storing ontstaat, het defect kan worden opgespoord.
De in Nov. 1938 gereed gekomen 150 kV-kabel Den Haag - Rotterdam maakt feitelijk deel uit van het allengs over Nederland gelegde en te leggeen koppelnet voor energie-overbrenging electriciteits voorziening).
De telefoonkabels worden als volgt opgebouwd. Iedere draad wordt met zijde omsponnen en daarna van een papieren mantel voorzien. De draden worden nu eerst in paren getwist en dan worden de getwiste paren samengeslagen, steeds nieuwe lagen met tegengestelde wikkelzin om elkaar. Het geheel wordt van een loodmantel voorzien, waarna eerst een laag jute en daarna de bewapening aangebracht wordt. Het geheel wordt zorgvuldig geimpregneerd en doorgemeten.
V. HUISINSTALLATIES.
a. Installatiedraad
Hierin zijn veel soorten en veel fabricage-methoden. De hier beschrevene is die van de Holl. Draad- en Kabelfabriek.
Het installatiedraad voor huisinstallaties wordt al naar gelang der te voeren stroomsterkte in verschillende dikten uitgevoerd. De gebruikelijkste doorsneden zijn met de toe te laten stroomsterkten in de bijgaande tabel opgenomen.
De vervaardiging geschiedt in het eerste gedeelte analoog aan de kabelfabricatie. Het koper wordt gewalst en getrokken; nadat de draden uitgegloeid en gereinigd zijn, worden ze door gesmolten tin heen geleid, waardoor de oppervlakte bedekt wordt met een dun laagje tin. Deze vertinning dient als bescherming tegen inwerking van het koper op de rubber. Bij een koperdoorsnede van meer dan 4 mm2 wordt de koperkern in het algemeen opgebouwd uit enige dunne koperdraden, ten einde de draad soepel te houden. Dit samenbundelen van de draden geschiedt in een samenslagmachine van soortgelijke constructie als bij de kabelfabricage, doch veel lichter. De moderne constructies hebben de beweegbaarheid van de haspelassen prijsgegeven daar de tordering, die de draad dan krijgt, niet hinderlijk is. Het toerental kan daardoor aanmerkelijk worden opgevoerd. De aldus gevormde koperkern kan nu geïsoleerd worden. De eerste isolatie is gewoonlijk een dunne katoenomspinning, waaromheen een laag rubber. Deze wordt in de vorm van crêpe rubber van de plantages aangevoerd en daarna hydraulisch in stukken gesneden.
Koperdoorsnede in mm2 Toe te laten stroomsterkte in A Nom. stroomsterkte voor het smeltstuk in A
o,75 9 6
1 11 6
1,5 14 10
2,5 20 15
4 25 20
6 31 25
10 43 35
16 75 60
25 100 80
35 125 100
50 160 125
In een speciale kneedmachine wordt nu de rubber gekneed en gemengd met diverse chemicaliën, hetgeen dient om het isolerend vermogen en de plasticiteit te vergroten en de rubber in het algemeen betere eigenschappen te geven. De rubberisolatie is nl. een rubbermengsel, dat voor ten minste 1/3 uit zuivere rubber bestaat, die niet meer dan 6 pct hars mag bevatten. De rest van het mengsel bestaat uit verschillende bestanddelen, zoals zwavel, talk, zinkoxied, krijt en verschillende chemicaliën, de laatste om de rubber duurzamer te maken. Door de kneding ontstaat een kleverige massa. Het rubbermengsel wordt nu in de kalander uitgewalst tot een dun rubbervel, dat in repen gesneden wordt. De machine, waarin de rubber op de draad wordt aangebracht, bestaat uit een ijzeren gestel, waarin de haspels vertind koperdraad zijn gehangen, welk draad bestemd is om geïsoleerd te worden en een gestel, waarin de haspels zich bevinden, die het geïsoleerde koper weer opwikkelen. Hiertussen bevinden zich een of meerdere stellen stalen walsen, die voorzien zijn van half ronde groeven, en met grote kracht op elkaar gedrukt worden, waarbij de randen van de groeven op elkaar passen en de groeven aldus ronde openingen vormen, waar de koperdraden doorgeleid worden. Tegelijk wordt van boven en van onder een laag rubber toegevoerd. De walsen persen de rubber als een gesloten koker om de koperdraad en snijden de rubber meteen door. Op dezelfde wijze wordt een tweede, eventueel meer lagen aangebracht.
Hieromheen worden met de bandwikkelmachine stroken katoendoek, die gedrenkt zijn in een gekleurde rubberoplossing, gewikkeld. Daarna wordt de rubber gevulcaniseerd. Dit proces vindt plaats in de zgn. vulcaniseerketel, waar de draad in gebracht wordt en waarin vervolgens stoom wordt toegelaten onder een druk van 3 à 4 at. De draad blijft ongeveer één uur in deze ketel en de rubber wordt onder deze omstandigheden van plastisch, elastisch, d.w.z. bij uittrekken van deze „gevulcaniseerde” rubber zal hij weer terugspringen in zijn oude gedaante, terwijl vóór het vulcaniseren de rubber nog kleiachtig was. Speciaal de toegevoegde zwavel en chemicaliën spelen bij dit proces een grote rol. Om de rubberlaag komt eerst een linnenomwikkeling en daarna de omspinning. Dit geschiedt in een omvlechter. Deze bevat een 16-tal katoenklossen, waarvan 8 klossen linksom en 8 klossen rechtsom draaien. Door een vernuftige inrichting worden bij het ronddraaien de katoendraden onder en over elkaar gelegd, waardoor een vlechtkous ontstaat. De draad wordt door het aftrekwiel naar boven getrokken, terwijl de ontvlechting zich er omheen vormt. Tegelijkertijd loopt de kendraad mee. Draadfabrieken hebben nl. ter onderkenning van haar fabrikaat een kendraad van bepaalde kleur. Draad, dat goedgekeurd is door de K.E.M.A., heeft als onderkenning tevens een oranje-wit-blauwe kendraad. De katoenomvlechting wordt nu in een kabelwasmengsel gedrenkt, dat naar wens is gekleurd en in electrisch verwarmde bakken vloeibaar wordt gehouden.
Bij sommige fabrikaten wordt de rubbermantel er omheen geperst, in plaats van gewalst. Dit geschiedt op soortgelijke wijze als het ompersen van loodmantels. De machines hebben vrijwel dezelfde constructie. Een derde fabricatiemethode is het zgn. omlapperen. Hierbij wordt een rubberband om de draad heengewonden op dezelfde wijze als de papiermantel bij de papierkabels.
De kleuren van de rubber van de aders van een snoer zijn dikwijls verschillend, ten einde de aders te kunnen onderkennen. Soms wordt in de omvlechting een gekleurde aderonderscheidingsdraad ingevlochten. De snoeren voor lampen, stofzuigers e.d. worden niet gedrenkt in kabelwas; dit geschiedt slechts met installatiedraad. De omspinning is dan meestal van kunstzijde of zijde in plaats van katoen.
Somtijds isoleert men de draad met een laagje email of schellak van enige honderdsten mm dik. Deze draad wordt gebruikt voor spoelen van schakelmagneten, veldwikkelingen van kleine motoren, meetinstrumenten e.d.
In Wereldoorlog II zijn verschillende wijzen van isolatie van draden ontstaan, die ten doel hebben, de rubber beter tegen allerlei speciale invloeden (olie, benzine) te beschermen of de rubber te vervangen. Wellicht zullen deze op de duur meer toepassing gaan vinden.
b. Installatiemateriaal
De electrische installatie in huizen is gebonden aan overheidsvoorschriften. Alle installatiedraad moet in pijpen ondergebracht worden. Waar de pijp zich vertakt plaatst men zgn. dozen. Naar het aantal pijpaansluitingen worden deze drieweg-, vierweg-, enz. dozen genoemd. Wanneer lange leidingen zonder aftakdozen gelegd moeten worden, plaatst men er een of meer zgn. trekdozen in. Dit zijn gewone tweeweg-dozen, die in de leiding opgenomen worden om het draadtrekken te vergemakkelijken. De verbindingen van de draden onderling in de dozen geschiedt door middel van lasdoppen. De te verbinden draden worden over een klein stukje (± 1 cm) van hun isolatie ontdaan en daarna in elkaar gedraaid. Hierop wordt een kegelvormige dop van isolatie-materiaal geschroefd, die tot over de isolatie reikt. De pijpen zelf worden óf geheel in de muur ingelaten óf met zgn. zadels op muren en zolderingen bevestigd en worden aan elkaar verbonden door zgn. moffen. Over het algemeen is het niet geoorloofd meer dan vier draden in een pijp te trekken. De spanningvoerende draden worden door hun kleur van de schakeldraden onderscheiden. De onder spanning komende draden moeten ten minste een doorsnede hebben van 2½ mm2. De schakeldraden mogen meestal 1½ mm2 zijn. Wanneer de draden een hogere stroom moeten voeren, wordt de doorsnede groter en moeten de pijpen dus eveneens dikker worden.
In verband met de schakeling past men verschillende typen van schakelaars toe (z electrische schakelaar). Voor bioscopen, banken en publieke gebouwen past men dikwijls de zgn. veiligheidsschakeling toe. Deze is er op ingesteld, dat van een centraal punt uit alle lampen in het gebouw, onafhankelijk van de stand van de eigen bedieningsschakelaar ingeschakeld kunnen worden
c. Indeling van een huisinstallatie
Indien de totale belasting van een installatie boven de 1500 W is, dient men de aansluiting over de drie phasen te verdelen. Is de belasting per phase dan nog groot, nl. boven de 1500 W, dan moet men deze in groepen splitsen. De getallen van 1500 W zijn als gemiddelde aangenomen, elk bedrijf heeft hiervoor zijn eigen voorschriften.
Elke groep moet afzonderlijk beveiligd worden, door middel van smeltveiligheden (z electrische beveiliging) of kleine maximaalautomaten, terwijl de gehele installatie met een hoofdschakelaar afschakelbaar moet zijn. De binnenkomende kabel wordt in een eindmof afgesloten, waarna de draden naar een smeltveilighedenkast, die het eigendom van het electriciteitsbedrijf is, geleid en daar met smeltveiligheden beveiligd wordt. Deze kast is verzegeld. Daarna gaan de spannings- en stroomdraden naar deelectriciteitsmeter, waar de verbruikte energie gemeten wordt. Deze meter is eveneens verzegeld. Door deze verzegeling wordt voorkomen, dat fraude gepleegd kan worden. Op het verbreken van de zegels, buiten noodzaak, zijn zware straffen gesteld. Van de meter wordt de spanning naar het hoofdschakelbord geleid, waarop de groepenverdeling plaats vindt en tevens de hoofd- en eventuele groepschakelaars, benevens de smeltveiligheden zijn aangebracht. Voor grote gebouwen brengt men dikwijls meer verdeelborden of verdeelkasten in het gebouw zelf aan, waardoor een besparing op de kosten van de installatie verkregen wordt.
Met het oog op storing in de installatie zelf is het gewenst, de lampen in ieder vertrek van enig belang, over verschillende groepen te verdelen. Dit heeft als voordeel, dat, wanneer de smeltpatronen van een groep doorsmelten, de kamer niet zonder verlichting is.
d. Keuring
Alvorens de installatie wordt aangesloten, wordt zij door het electriciteitsbedrijf gekeurd. Deze keuring bestaat in hoofdzaak uit een contrôle of de veiligheidsvoorschriften in acht genomen zijn en de montage zorgvuldig geschied is. Daarna wordt de installatie doorgemeten, d.w.z. de isolatieweerstand van de phasen en groepen, onderling en tegen aarde, wordt bepaald, terwijl eveneens de isolatieweerstand van de leidingsdraden van een groep onderling gecontroleerd wordt. Deze mag niet minder dan 500 000 Ohm bedragen.
PROF. IR E. J. F. THIERENS
Voor literatuur over onderstations, transformatorzuilen, enz., wordt verwezen naar de literatuur bij electriciteitsfabriek; De electriciteitsvoorziening in Nederland, Gedenkboek van de Vereeniging van Directeuren van Electriciteitsbedrijven in Nederland (1928); M. Klein, Kabeltechnik (Berlin 1929); H. Müller, Die Herstellung papierisolierter Starkstromkabel (Berlin 1931); Harterink & Van der Steen, Schakelschema’s (3 dln, A’dam 1922*25); A. Bloemen en M. v. d. Veen, Inleiding tot de studie der hoogspanningstechniek (Zutphen 1934); H. Waddicor, The Principles of electric Power Transmission (London 1928).
ELECTRICITEITSPRODUCTIE
INLEIDING. In 1831 wist Faraday* electrische stromen langs electromagnetische weg op te wekken door gesloten geleiders in een magnetisch veld te bewegen. In hetzelfde jaar ontstaan enige constructies van wisselstroomdynamo’s. Bij de machine van Pixii draait de magneet en staan de klossen, waarop de stroomgeleider gewonden is, stil. De Maatschappij L’ Alliance was de eerste, die dergelijke machines op grote schaal bouwde. Deze dienden vooral voor vuurtorens, waarin men steeds booglampen gebruikte. Bij deze machines stonden de magneten stil en draaiden de veel lichtere spoelen, waarin de electromotorische kracht (e.m.k.) werd opgewekt. Zij hadden voor hun vermogen echter reusachtige afmetingen en groot gewicht. Tevens waren de energieverliezen zeer aanzienlijk. Men trachtte nu de staalmagneten door electromagneten te vervangen, omdat electromagneten bij dezelfde sterkte veel kleiner kunnen zijn. Men had daarvoor gelijkstroom nodig, opwekking hiervan langs galvanische weg kwam echter te duur. Wilde slaagde er in gelijkstroom langs andere weg te krijgen met zijn magnéto-electrische machine.
Dit was echter nog steeds ingewikkeld en de gelijkstroommachines konden eerst haar grote vlucht krijgen, toen het zgn. dynamo-electrisch beginsel werd toegepast. Dit werd vrijwel tegelijkertijd in 1867 door Werner Siemens en Wheatstone gevonden, respectievelijk voor een serie- en een shuntdynamo. Zij maakten gebruik van het verschijnsel, dat, als maar eenmaal de electromagneten van een dynamo gemagnetiseerd zijn geweest, het achterblijvende (remanente) magnetisme voldoende is, om bij draaiing van het anker en sluiting van de hoofd- of shuntstroomketen een geringe electromotorische kracht (e.m.k.) op te wekken, die een kleine stroom door de keten zendt, zodat de magneten daardoor iets sterker worden bekrachtigd. Daardoor wordt de e.m.k. groter, en zo groeien de stroom en de e.m.k. vrij snel aan, totdat de verzadiging van de magneten aan die toeneming een eind maakt. Het was dus alleen nodig door een andere machine of door accumulatoren voor de eerste maal de magneten te bekrachtigen, en een afzonderlijke bekrachtigingsmachine, zoals Wilde had toegepast, was niet meer nodig.
Het draaiend gedeelte is bij een gelijkstroomdynamo vrij ingewikkeld, omdat men daarin bij het langsdraaien van de windingen langs de magneten, die beurtelings noord- en zuidmagnetisme hebben, een wisselende e.m.k. krijgt geïnduceerd, en het dus nodig is, wil men bij sluiting van de stroomketen gelijkstroom krijgen, een bijzonder constructiedeel, de collector* toe te passen. Allereerst werd het draaiend deel, anker genoemd, als ringanker uitgevoerd, d.w.z., dat de windingen rond het ringvormig cylindrisch deel van het ijzeren lichaam, dat vast op de draaiende as bevestigd is, worden gewonden. Deze constructie is tegenwoordig geheel verlaten, men past steeds het zgn. trommelanker toe. De Italiaan Pacinotti heeft het eerst een ringanker geconstrueerd, de Belg Gramme heeft dit eerst later (1870) voor de practijk geschikt gemaakt; het trommelanker is een vinding van von Hefner Alteneck, ingenieur van Siemens & Halske. In 1883 construeerden Gaulard en Gibbs voor het eerst een wisselstroomtransformator. Deze uitvinding gaf aan de wisselstroommachine, die door de nieuwere gelijkstroommachine enigszins verdrongen was, ineens een grote voorsprong boven de laatste. De spanning van de gelijkstroommachine kon door de veeldelige collector niet boven zekere grenzen worden opgevoerd, waardoor energie-overbrenging over grote afstanden onmogelijk was. De transformator maakt, dat bij wisselstroom op het ogenblik spanningen van honderdduizenden volt worden gebezigd tot overbrenging van electrische energie. Bovendien is het rendement van grote transformatoren zeer hoog. nl. 98 à 99 pct.
Eerst toen omstreeks 1890 door Ferraris het draaistroom-principe werd uitgevonden, en, vnl. door Tesla en Dolivo Dobrowolski de daarbij behorende generatoren, transformatoren en motoren werden geconstrueerd, opende zich op dit gebied een groot verschiet.
In 1891 werd op de electriciteits-tentoonstelling te Frankfort a. d. M. gedemonstreerd, hoe een vermogen van 75 kW kon worden overgebracht van Lauffen naar Frankfort, over een afstand van 175 km, met een rendement van 75 pct.
Hoewel nog niet aanstonds het pleit ten voordele van de draaistroom was beslecht, werd toentertijd toch reeds duidelijk, dat in deze richting de verdere ontwikkeling van de electrische energie-overbrenging meest worden gezocht. Toen de electriciteitsfabrieken groter en groter werden, kwam het gelijkstroomsysteem niet meer in toepassing.
Interessant is het te zien, hoezeer ook de eigenlijke techniek meer en meer van zuiver experimenteel streng wetenschappelijk geworden is. Terwijl de eerste machines op goed geluk af geconstrueerd werden, zodat men niet van tevoren wist, wat de eigenschappen van de machine zouden zijn, en men haar pas door latere wijzigingen aan te brengen in orde kreeg, kan men tegenwoordig de machines tot in kleinigheden berekenen, zodat men van tevoren aan de machine bijzondere eigenschappen kan geven en haar voor speciale doeleinden geschikt kan maken. Dit leidt tot lichte, zuinig werkende machines; bij de verschillende fabrikaten lopen dan ook gewicht en rendement van de machines van een zelfde vermogen betrekkelijk weinig uiteen.
Gedurende de laatste 25 jaren is vooral de gelijkrichter zeer snel opgekomen. De kwikdampgelijkrichters berusten op de door Cooper Hewitt in 1901 ontdekte ventielwerking voor wisselstroom van een lichtboog in kwikzilverdamp. Was aanvankelijk het vermogen van die gelijkrichters nog beperkt en werden ze slechts als laboratoriuminstrument aangewend, door gebruikmaking van ijzeren vaten in plaats van die van glas, en door het aanbrengen van verscheidene verbeteringen is men er ten slotte in geslaagd bedrijfszekere toestellen te vervaardigen van grote vermogens. Gelijkrichters vereisen weinig of geen onderhoud en bediening en kenmerken zich door een hoog rendement, hetwelk binnen wijde belastinggrenzen ongewijzigd blijft. In 1921 werd in een van de onderstations te Rotterdam een bijna geheel automatisch werkende gelijkrichterinstallatie opgesteld. Het complete tram- en havenbedrijf te Rotterdam wordt sedert enkele jaren gevoed door gelijkrichterinstallaties, evenals het bedrijf van de electrische spoorwegen. Ten gevolge van de vervolmaking van de gelijkrichting, wordt nagenoeg geen gelijkstroom meer opgewekt, daar zowel opwekkings- als transmissiekosten bij draaistroom veel goedkoper zijn. Ter plaatse kan de energie dan gelijk gericht worden.
Gelijkstroomdynamo’s
Deze worden tegenwoordig steeds geconstrueerd met draaiend anker en collector en stilstaande (electro-) magneten. Deze laatste worden door gelijkstroom bekrachtigd, en in het daardoor ontstane magnetische veld {flux) draaien de windingen van het trommelanker, waarin nu een e.m.k. wordt geinduceerd. De e.m.k., die in de winding bij eenparige rotatie geïnduceerd wordt, is een sinusvormige wisselspanning. Wanneer men nu de verbindingen met de winding aan het eind van elke halve periode, d.i. dus wanneer de e.m.k. van richting omkeert, verwisselt, zal er dus een pulserende gelijkstroom ontstaan. Deze verwisseling vindt plaats, wanneer men de einden van de winding in plaats van met de twee sleepringen verbindt met twee van elkaar geïsoleerde half cirkelvormige koperen segmenten en hierop diametraal twee borstels plaatst, zó dat op het moment, dan de e.m.k. van richting omkeert, de borstels de isolatiestrook passeren. Een dergelijke inrichting, die de stroominrichting omkeert, heet commutator of collector*.
Het anker
Om een voldoende totale e.m.k. te krijgen moeten de e.m.k.’s van de verschillende windingen met elkaar in serie geschakeld zijn, dus moeten zij ca één poolsteek (d.i. 1800 electrisch) verschoven zijn. Van dezelfde spoel moet de ene zijde onder een noordpool, de andere zijde dus onder een zuidpool liggen. De verbindingen tussen twee spoelzijden kunnen op twee wijzen geschieden. Ten einde een overzicht van de wikkeling te verkrijgen, maakt men gebruik van een zgn. wikkelschema, d.i. een uitslag van het anker. In fig. 2 is de zgn. luswikkeling aangegeven, zo genoemd naar de vorm van de spoel. Dit is een wikkeling voor een 4-poIige machine. Gelijkgerichte e.m.k.’s zijn in serie geschakeld en daar waar de e.m.k.’s tegen elkaar gericht zijn, staan de borstels, waarmede de spanning afgenomen wordt. Het anker bestaat dus eigenlijk uit een aantal parallelle takken. Wanneer het nu onder de borstels doordraait, zal dus steeds van elke parallelle tak een winding afgeschakeld en bij de volgende bijgeschakeld worden.
Terwijl men bij de luswikkeling eerst enige gleuven vooruit- en daarna enige terugtreedt (deze afstanden noemt men de wikkelspoed) blijft men bij de golfwikkeling steeds vooruitgaan. Overigens is het principe hetzelfde, alleen heeft men meestal een ander aantal parallelle takken. De keuze van wikkeling wordt bepaald door stroom en spanning, die de machine leveren moet. Meestal brengt men enige spoelzijden per gleuf aan, terwijl bijna steeds vormspoelen toegepast worden. De spoelen en spoelkoppen moeten beveiligd zijn tegen de optredende centrifugaalkrachten. Indien men in plaats van de ene wikkeling van fig. 1 er vele achter elkaar schakelt, krijgt men telkens een winding, die langs de borstel passeert, en dus slechts heel weinig wisseling in e.m.k. (en stroom).
Het magnetisch veld, waarin de ankerspoelen roteren, kan op twee wijzen opgewekt worden:
a. Door permanente magneten. Deze dynamo’s worden magneto’s genoemd. Ze worden alleen gemaakt voor kleine vermogens (auto’s, fietslantarens).
b. Door electromagneten. De bekrachtigingsstroom hiervoor kan men betrekken van een afzonderlijke stroombron. Men spreekt dan van afzonderlijk bekrachtigde machines. Practisch zal men echter steeds zelfbekrachtiging toepassen, d.w.z. de dynamo levert haar eigen bekrachtigingsstroom. Men kan de veldwikkeling nu op verschillende manieren schakelen:
I. Bij de shunt-dynamo. De veldwikkeling is parallel geschakeld met de ankerwikkeling. Wanneer de machine op snelheid is gekomen, zal ten gevolge van remanent magnetisme een kleine spanning in het anker geïnduceerd worden. Deze veroorzaakt een stroom door de veldwikkeling met het gevolg, dat het veld sterker wordt enz., zie hiervoor over het dynamo-electrisch beginsel. De hoofdformule voor de dynamo luidt E = C Φ n waarin E de geïnduceerde e.m.k., C de machineconstante, Φ het magnetisch veld per pool en n het toerental per minuut voorstelt. Hieruit volgt dat de spanning van de dynamo geregeld kan worden door middel van de veldstroom. Daarom is in de bekrachtigingskring een regelweerstand opgenomen. De voornaamste eigenschap van de shuntdynamo komt tot uiting in de zgn. uitwendige karakteristiek, d.i. de grafische voorstelling, welke het verband aangeeft tussen klemspanning en belastingstroom bij constante bekrachtiging en toerental (Ek = f (I), im = C,n = C). Hieruit blijkt dus, dat bij toenemende belasting de klemspanning iets zakt. Dit is het gevolg van inwendig spanningsverlies en ankerreactie.
2. Bij de serie dynamo is de veldwikkeling in serie geschakeld met het anker.
Bij toenemende belasting stijgt de e.m.k. aanzienlijk. Daarom is de seriedynamo voor de techniek onbruikbaar. Vroeger vond zij toepassing voor het voeden van booglampen.
3. Bij de compounddynamo is zowel een shunt als een seriewikkeling aangebracht. Haar eigenschappen houden het midden tussen die van een serie- en een shuntdynamo. Bij toenemende belasting zal de e.m.k. iets stijgen, constant blijven of dalen, al naar gelang de invloed van serie- of shuntwikkeling overheerst (over- of ondergecompoundeerd).
Ankerreactie
De borstels moeten zo geplaatst worden, dat de spoel gecommuteerd wordt, wanneer de e.m.k. van richting omkeert. Dit is het geval, wanneer het vlak van de spoel loodrecht op het veld staat. De lijn, waarin de borstels moeten staan, noemt men de neutrale lijn. De neutrale lijn van het hoofdveld is dus 90° electrisch verschoven ten opzichte van de polen. Wanneer echter de dynamo belast is, zal het anker stroom voeren. De stroomvoerende spoelen zullen echter ook magnetische velden opwekken, het zgn. ankerdwarsveld, loodrecht op het hoofdveld. Dit ankerdwarsveld zal zich met het hoofdveld samenstellen en het resulterend veld zal een schuine richting ten opzichte van de polen verkrijgen. De neutrale lijn wordt dus verschoven en deze verschuiving is afhankelijk van de bebelasting van de machine.
Er komt nu nog bij de complicatie door de commutatieverschijnselen teweeggebracht (commutatie*), waarvoor gewoonlijk hulppolen worden toegepast, die tevens het hier genoemde dwarsveld opheffen, zodat de borstels niet behoeven te worden verschoven.
Wisselstroomgeneratoren.
In tegenstelling met de gelijkstroomdynamo’s worden wisselstroomgeneratoren steeds geconstrueerd met draaiende magneten en stilstaand anker; dit is beter met het oog op de isolatie van de ankerspoelen die bij de vaak hoge spanningen, die worden opgewekt, bijzondere zorg vereisen. Het inductieverschijnsel blijft hetzelfde; of nu anker stilstaat en magneten draaien of omgekeerd, er wordt steeds bij draaiing een e.m.k. geïnduceerd.
De grootte van deze e.m.k. is evenredig met het aantal gesneden krachtlijnen per tijdseenheid. Wanneer men de geleider vergroot (door bijv. een spoel met enige windingen te nemen) zal de e.m.k. eveneens toenemen, daar zij dan de som is van de e.m.k.’s, die in de verschillende delen worden opgewekt. Men kan de spanning nu induceren:
a. Door verandering van de krachtstroomdichtheid
Dit kan geschieden:
a. Door de sterkte van de magneten te veranderen, die deze krachtstroom opwekken. Dit is practisch alleen mogelijk met electromagneten en dan heeft men de transformatorwerking (z hieronder),
b. Door verandering van de magnetische weerstand van het circuit. Magnetisme zoekt nl. de weg van de minste weerstand voor zijn krachtstroom. Ijzer heeft een geringer, lucht een groter magnetische weerstand. Het stilstaande deel, de stator, bevat een aantal poolparen, afwisselend een zuid- en een noordpool. In dit geval zijn het de polen van electromagneten, die opgewekt worden door de stroom, die door de spoelen S2 vloeit, die door een batterij gevoed wordt. Het roterende deel, de rotor, bestaat uit een getande schijf, die evenveel tanden bezit, als de stator polen. De spanning wordt geïnduceerd in de spoelen S2. In de getekende stand staan de tanden van de rotor radiaal met de polen van de stator. Daar de luchtspleet klein is, zal dus de magnetische weerstand gering zijn. Wanneer de magnetische weerstand minimaal is, is de flux maximaal. Wordt de rotor over een hoek a gedraaid, dan is de luchtspleet groot, dus de magnetische weerstand is maximaal en de flux minimaal. De opgewekte spanning is een wisselspanning, waarvan de frequentie afhankelijk is van het toerental. Deze machines worden in enigszins gewijzigde constructie toegepast als hoogfrequentgenerator in de radio-techniek. Hierbij zijn vnl. de constructies van Goldschmidt en Alexanderson van belang.
De rotorwikkeling bevindt zich dan echter niet om de polen, doch is in de ruimten daartussen aangebracht; deze tussenruimten nemen dan de gedaante van gleuven aan. De Goldschmidt-machine kan een wisselstroom van maximum 10 000 perioden per sec opwekken. De Alexanderson-machine is van meer belang. Deze kan een frequentie leveren van 100 000 perioden per sec.
In de stator is de veldspoel aangebracht, terwijl de poolschoenen zijdelings tegen het poolrad van de rotor aansluiten. Op de poolschoenen van de stator is de inductiewikkeling aangebracht. Het poolrad zelf bestaat uit een ijzeren wiel, waar zich tussen de poolschoenen bronzen sectoren bevinden van gelijk aantal en vorm als er polen zijn. Bij draaiing ontmoet de flux dus een wisselende weerstand, daar het ijzer van het poolrad de flux goed, het brons daarentegen de flux slecht geleidt. De gehele constructie kan hecht zijn en zorgvuldig uitgebalanceerd, zodat hoge frequenties bereikt kunnen worden.
b. Door relatieve verschuiving oj draaiing van de spoel ten opzichte van het magnetisch veld. Verschuiving geeft constructieve bezwaren, doch relatieve draaiing van de spoel ten opzichte van het magnetisch veld is de practische uitvoering van nagenoeg alle generatoren. Wanneer een draadwinding wentelt in een homogeen magnetisch veld, om de as A-B, zal de flux, die door de winding omvat wordt, veranderen volgens een sinusfunctie. De opgewekte e.m.k. zal eveneens sinusvormig zijn. Het is dus een wisselspanning.
Onder het anker verstaat men dus dat deel van een generator, waarin de e.m.k. wordt opgewekt. Bij een dergelijke machine kan de wisselstroom van het anker afgevoerd worden over vaste verbindingen. Dit maakt het mogelijk generatoren van hoge spanning en grote stroomsterkten te construeren, daar hiervoor sleepringconstructies bijna onoverkomelijke bezwaren opleveren.
Het Anker.
In fig. 4 is één winding gebruikt om het principe aan te geven; practisch zal men natuurlijk enige windingen per spoel en enige spoelen gebruiken. Deze worden dan langs het oppervlak van het anker verdeeld. De verdeling moet zo zijn, dat de e.m.k.’s, die in de twee spoelzijden van elke spoel opgewekt worden, steeds in serie geschakeld zijn. Zij moeten dus ca één „poolsteek” uit elkander liggen. De spoelen worden vooraf op wikkelmachines klaargemaakt, daarna geïsoleerd en dan in hun geheel in de gleuven, die zich aan de binnenzijde in het cylindrische ankerlichaam bevinden, gelegd. Hiervoor is het dus noodzakelijk, dat de vorm van alle spoelen gelijk is.
De frequentie van de wisselspanning volgt uit de betrekking ƒ = p n/60 waarin ƒ de frequentie in perioden per sec, p het aantal poolparen en n het aantal toeren per min van de machine voorstelt.
Alleen de driephasen-wisselstroom of draaistroom* is van belang. Men verkrijgt deze met drie wikkelingen, die 120° electrisch — d.w.z. bij een tweepolige machine 120 ruimtegraden — ten opzichte van elkaar zijn verschoven (360° electrisch is de hoek, die een poolpaar beslaat, bij een 2-polige machine dus 360° geometrisch, bij een 4-polige machine 360/2 = 180° geometrisch, enz.).
Een dergelijke wikkeling voor een gleuf per pool per phase (d.w.z. een spoel per phase, bij een 2-polige machine) is voorgesteld in fig. 5. Meestal gebruikt men 2-4 gleuven per pool per phase. Een driephasenwikkeling is gegeven in fig. 8. De wikkelingen hebben hier 3 gleuven per pool per phase. Het vooraf vormen van de wikkeling maakt betere isolatie en impregnering mogelijk, terwijl tevens grotere draaddoorsneden, die niet met de hand, doch wel machinaal te buigen zijn, aangewend kunnen worden. De draden zijn meestal met katoen omsponnen. De spoelen worden daarna met sterlinnen, mica sterlinnen, asbest, linnen-, keper- of isolatieband omwonden, of met mica omperst. Tegen mechanische beschadiging wordt de spoelkop beschermd door plaatjes leatheroid, fiber of prespaan. Het geheel wordt tegen doorslag en isolatieverliezen geïmpregneerd en met schellak bespoten. Bij vormspoelwikkeling gebruikt men dikwijls koperstaven, die de vorm van een spoelzijde hebben. Deze worden dan aan elkaar gesoldeerd. Daar de wikkelingen krachten op elkaar uitoefenen, die bij belastingstoten zeer groot kunnen zijn, moeten zij onwrikbaar bevestigd zijn. Deze krachten zijn een gevolg van het feit, dat twee stroomvoerende geleiders elkaar afstoten of aantrekken, al naar gelang de stromen tegengesteld of gelijkgericht zijn. Men moet de draaiende magneetspoelen eveneens bevestigen tegen de werking van de centrifugaalkracht.
Wanneer het anker massief was, zou het daar doorheen draaiend veld daarin eveneens spanningen induceren, die stromen in het gestel tot gevolg zouden hebben. Om deze wervelstromen, die grote verliezen en ontoelaatbare verwarming tot gevolg zouden hebben, zo klein mogelijk te houden, onderbreekt men hun stroomkring door het anker op te bouwen uit dunne platen (0,35-0,5 mm) — waarin gleuven geponst zijn ter opneming van de wikkeling en dikwijls ventilatiesleuven voor koeling — die van elkaar geïsoleerd zijn door geïmpregneerd papier, schellak of asbest. Het materiaal van deze platen moet een zo hoog mogelijke weerstand tegen electrische stroom hebben, zo laag mogelijke magnetische weerstand en gemakkelijk ommagnetiseerbaar zijn. Dit laatste wil zeggen, dat de arbeid, die verricht moet worden om het materiaal een magnetische kringloop te doen beschrijven (d.i. een magnetisering van noord tot zuidpool en daarna weer terug tot noordpool), zo klein mogelijk moet zijn. Bepaalde legeringen siliciumijzer (dynamoplaat) voldoen het beste aan deze eisen.
Is het magneetgestel van bepaald uitstekende noord- en zuidpolen voorzien, zoals bij langzaam lopende machines, dan spreekt men van poolrad. Dit heeft bij een grote diameter meestal een vliegwielconstructie en is vervaardigd van gietstaal. Men maakt steeds gebruik van electromagneten. De poolschoenen zijn somtijds van dynamoplaat. De bekrachtigingsstroom voor de magneten wordt via sleepringen aan het anker toegevoerd. Deze stroom kan geleverd worden door een batterij, doch meestal bouwt men op de generatoras een shuntdynamo, de zgn. bekrachtigingsdynamo, die de benodigde stroom levert. De sterkte van het magnetisch veld van de generator kan men regelen door de spanning van deze dynamo te vergroten of te verkleinen. De spanningsregeling van de wisselstroomgenerator is dus zeer eenvoudig en economisch.
Daar als drijfkracht tegenwoordig steeds turbines met hoge snelheden (1500 en 3000 omwentelingen per min) worden toegepast, krijgt men generatoren met klein aantal polen (meestal 2 of 4, resp. voor 3000 en 1500 omw. p. min). Een rotor met lichamelijke polen zou constructieve bezwaren, te hoge luchtweerstand en te grote centrifugaalkrachten met zich brengen. De turborotor bestaat daarom uit een massieve smeedijzeren of stalen cylinder, waarin axiaal de gleuven gefreesd zijn, waarin de magneetwikkeling ondergebracht wordt, terwijl daarin bovendien koelsleuven zijn aangebracht. De constructie van het geheel is zeer massief.
De speling tussen rotor en stator, luchtspleet of entrefer geheten, varieert van 0,5-5 cm. De meest voorkomende frequentie is 50 (in Amerika 25 en 60). Voor tractiedoeleinden wordt soms 162/3 toegepast, terwijl sommige fabrieken, bijv. met het oog op centrifuges, een frequentie 100 toepassen. Uit de formule voor de frequentie volgt, dat het toerental precies constant gehouden moet worden. Om het indringen van stof en vocht te beletten en het geraas te verminderen wordt een metalen mantel om de gehele generator aangebracht.
PROF. IR E. J. F. THIERENS
Lit.: G. L. van der Bilt, Beknopt handboek der Electrotechniek, 5de dr., herzien door E. J. F. Thierens (Delft 1947); C. Feldmann, Electrotechnische Constructie, dl 1-4 (Delft 1927-1933).
