NA - H1 - TW1

Elektriciteitscentrales

Een elektriciteitscentrale wekt stroom op door de verbranding van brandstof.

1. Brandstof wordt door branders verbrand, waardoor het water in een ketel wordt verhit.

2. Het water verdampt, en wordt waterdamp met een hele hoge druk.

3. Deze waterdamp spuit met grote snelheid tegen een turbine, waardoor deze gaat draaien.

4. Aan de as van de turbine is een generator gekoppeld, die elektrische energie opwekt.

5. De waterdamp wordt vervolgens weer gecondenseerd tot vloeibaar water.

In de ketel wordt chemische energie dus omgezet in warmte. In de turbine wordt deze warmte weer omgezet in bewegingsenergie, en in de generator wordt deze bewegingsenergie omgezet in elektrische energie.

Koelwater wordt vaak uit een rivier of meer gehaald en na gebruik weer teruggepompt, meestal warmer. Als het te warm is om direct te lozen, wordt het in een koeltoren afgekoeld. De witte ‘rook’ uit de koeltoren is verdampt koelwater dat condenseert in de buitenlucht.

Inductie en wisselspanning

Bij gelijkspanning stroomt de elektriciteit constant van plus naar min. Bij een wisselspanning veranderd de plus en min constant, en de stroomrichting dus ook.

De generator van de elektriciteitscentrale werkt met een spoel en een magneet. Als je een magneet door een spoel beweegt, krijg je wat elektriciteit. Als de magneet snel op en neer beweegt krijg je wisselspanning: inductie.

De sterkte van de inductiespanning hangt af van de sterkte van de magneet, de snelheid van de beweging van de magneet, of er een weekijzeren kern is en hoeveel windingen de spoel heeft.

In een dynamo wordt ook gebruik gemaakt van een magneet en een spoel, maar de magneet draait dan (i.p.v. op en neer), en er wordt gebruik gemaakt van een weekijzeren kern: een ijzer dat je snel kunt magnetiseren en demagnetiseren.

Aan de veldlijnen kun je het magneetveld van een magneet zien.

De frequentie van het lichtnet in Nederland is 50 Hz. De stroomrichting veranderd 50 keer peer seconde.

Energie en vermogen

Energie (E) meet je in joule (J) of in kilowattuur (kWh). Het vermogen (P) meet je in watt (W).

1 watt is gelijk aan 1 joule per seconde. 1 kilowattuur is gelijk aan 3,6 miljoen joule.

Energievervoer en transformatoren

Elektriciteit wordt onder een zo hoog mogelijke spanning vervoerd (max. 380 V), om energieverlies tegen te gaan. De stroom in huizen is 230 V, dus deze moet omlaag worden getransformeerd. Dit gebeurt in verschillende stappen.

Een transformator zet stroom om in een andere spanning. Een transformator bestaat uit 2 spoelen van koper en een weekijzeren kern. De wisselstroom in de primaire spoel maakt een elektromagneet. Hierdoor wordt de weekijzeren kern gemagnetiseerd. Deze stuurt het magneetveld naar de secundaire spoel, waar het wordt omgezet in een wisselspanning met een andere spanning. De energie tussen de primaire en secundaire spoel is dus volledig magnetisch.

De spanning in de primaire spoel is de primaire spanning, en in de secundaire spoel heb je de secundaire spanning.

Rekenen met transformatoren

De verhouding tussen het aantal windingen in de primaire en secundaire spoel is hetzelfde als de verhouding tussen de primaire en secundaire spanning. Hiernaast zie dat in formulevorm. Bij een ideale transformator gaat er geen energie verloren, en is het primaire en secundaire vermogen gelijk. Daarbij hoort de formule $U_{P} \bullet I_{P} = U_{S} \bullet I_{S}$.

Huisinstallaties

De totale stroomsterkte in een groep kun je berekenen door de stroomsterkte van alle takken bij elkaar op te tellen: $I_{tot} = I_{1} + I_{2} + I_{3} + ...$.

Met de formule $P = U \bullet I$ kun je het vermogen, de spanning en de stroomsterkte berekenen.

Het totale vermogen in een groep kun je berekenen door het vermogen van alle apparaten bij elkaar op te tellen: $P_{tot} = P_{1} + P_{2} + P_{3} + ...$.

De spanning is in een huisinstallatie overal gelijk: 230 V.

Veiligheid bij elektriciteit

Overbelasting kan ontstaan als er te veel apparaten op een groep zijn aangesloten, of als er kortsluiting ontstaat. Je spreekt van overbelasting als er meer dan 16 A in een groep is.

Bij kortsluiting is er iets defect aan de isolatie van een apparaat of een snoer. De stroom kan dan route met minder weerstand nemen, waardoor er enorm veel hitte ontstaat, en een hoge stroomsterkte.

Als je een te grote stroom door je lichaam laat lopen, kunnen je spieren niet mer loslaten, want je spieren kunnen je zenuwen niet meer “verstaan”.

In de meterkast vind je voor elke groep een groepszekering, die ervoor zorgt dat de stoomsterkte in een groep niet te groot wordt. Als dit wel gebeurd, wordt die groep uitgeschakeld.

Een apparaat dat dubbel is geïsoleerd heeft normale isolatie rond de onderdelen waar de stroom doorheen loopt, en een tweede isolatielaag.

Een aardlekschakelaar meet de stroom die een groep in gaat, en de stroom die terugkomt. Is dit verschil groter dan 30 mA doordat er stroom weglekt, dan schakelt de aardlekschakelaar de stroom uit. Dit zorgt voor minimale schade bij weglekkende stroom.

In de meterkast vind je onder andere een watermeter, een kWh-meter, een gasmeter, groepsschakelaars en een aardlekschakelaar.

Als de metalen buitenkant van een apparaat onder spanning staat, dan zorgt de randaarde ervoor dat er een stroom gaat lopen naar de aarde, waardoor de aardlekschakelaar de stroom uitschakelt. Je kunt de randaarde herkennen aan de groengele draad.