Krachtstroom

"Normale" & krachtstroom

De elektriciteit die wij thuis gebruiken, heeft een spanning van 230V (voorheen was dat 220V). Spanning alleen zegt niet zo veel, de stroomsterkte is ook van belang.Thuis is dat maximaal 16 Ampere. Volgens de wet van meneer Ohm levert ons dat een vermogen van 220x16= 3520 Watt.(Meneer Watt was een oude kennis van mijnheer Ohm) Dat betekent dat we op "normale" stroom geen zwaardere apparaten kunnen aansluiten dan circa 3 kilowatt. Dat is genoeg voor bijvoorbeeld een stofzuiger en een wasmachine of 50 lampen van 60 Watt. Een elektrische motor van circa 2 à 3 PK wil ook nog wel maar daarna houdt het echt op. Willen we zwaardere apparaten aansluiten, dan komen we stroom tekort. Dank dan bijvoorbeeld aan lasapparaten van van circa 200 Ampere of grote compressoren. In grotere werkplaatsen en fabrieken wordt om die reden "krachtstroom" gebruikt.

Drie fasen stroom

Krachtstroom is geen ander soort stroom dan "nomale" stroom. Wij zullen het eenvoudig proberen uit te leggen: In de centrales wordt enkel krachtstroom opgewekt. Dat kan dus zowel "schone" als "vuile" stroom zijn, afhankelijk van het soort centrale. Krachtstroom verschilt alleen in de wijze van aanleveren. Bij onze norme stopcontacten gaat dat door middel van 2 draden; een "nul" draad en een spanningvoerende draad. Die laatste noemen we meestal de "fase". Bij krachtstroom hebben we echter vier draden nodig. Wederom een "nul" draad, maar daarnaast drie spanningvoerende draden (drie fasen). Dit heeft hetzelfde effect als wanneer het apparaat op drie stroombronnen tegelijkertijd is aangesloten. Net zoals een zaklamp met drie batterijen het beter doet dan een zaklamp met één batterij krijgen we uit krachtstroom dus meer vermogen. Zowel bij een nomaal stopcontact als bij krachtstroom gebruiken we nog een extra draad voor de randaarde. Dit is alleen voor de veiligheid. Door deze draad loopt (als het goed is) geen stroom.

Met de drie fasen van een krachtstroomaansluiting is nog niets bijzonders aan de hand. De spanning die tussen de fasen onderling aanwezig is, bedraagt ca. 400 Volt (voorheen 380V) terwijl tussen elke fase en de "nul" een spanning van 230 Volt staat. Toevallig is 400 gelijk aan 230 wortel 3. Hoewel dat eigenlijk niet toevallig is. We hebben dus niet alleen 3 stroombronnen maar ook nog eens een hogere spanning. Daarnaast is de maximale stroom die we kunnen afnemen meestal meer dan 16 Ampere. Kortom, dit soort aansluitingen levert dus meer vermogen (vermogen is kracht) dan we van ons normale stopcontact kunnen afnemen. Vandaar dus de term "Krachtstroom".

De verklaring

In de centrale wordt stroom opgewekt met een generator, die van drie spoelen is voorzien. Deze spoelen zijn in stervorm opgesteld (de rotor). De hoek tussen de spoelen bedraagt daardoor 120 graden.

In het midden zijn deze twee spoelen met elkaar verbonden, het "nul" punt genoemd. De generator wordt aangedreven door bijvoorbeeld een waterstoom- of gasturbine. De rotor met de spoelen wordt daardoor rondgedraad in een magnetisch veld. Als gevolg hiervan, wordt in elke spoel stroom opgewekt. Doordat de spoel ronddraait in een vasstaand magnetisch veld, wisselt de stroom telkens van richting. We spreken daarom van wisselstroom. De frequentie bedraagt in Europa 50 Hertz. Dat wil zeggen dat de stroom 50 keer per seconde van richting verandert. In sommige delen van de wereld (o.a de USA) is echter 60 Hertz de norm.

Als de generator draait, neemt de spanning over de spoel gelijkmatig toe, tot een bepaald (positief) maximum en daalt daarna weer tot nul. Vervolgens keert de stroomrichting om en neemt de spanning weer toe tot het (negatief) maximum wordt bereikt. Daarna neemt de spanning weer af tot nul. 

Als we dat uittekenen, zien we een sinusvorm zoals in figuur 2. In een omwenteling van de rotor (360 graden) zien we dus een positieve helft van de sinus. De tekening geeft een enkele fase weer. De rotor heeft echter 3 spoelen.De spanning over elke spoel is gelijk. Echter, omdat de spoelen 120 graden ten opzichte van elkaar gedraaid zijn, vallen de sinussen niet gelijk maar verschillen onderling ook 120 graden. In figuur 3 zijn de drie sinussen getekend.

Bij elke krachtstroomaansluiting staat tussen elk van de fasen en de nul een wisselspanning van 230 Volt. Zoals gezegd, bedraagt het faseverschil 120 graden. Het is echter niet alleen mogelijk om stroom af te nemen tussen de nul en een fase, maar ook tussen twee fasen onderling. Met een beetje wiskunde (Stelling van Pythagoras) kunnen we dan bereken, dat de spanning tussen twee willekeurige fasen, wortel 3 maal de spanning tussen de nul en de fase is. Dat levert ons tegenwoordig 400 Volt op. En wel 3 keer tussen elke fasen afzonderlijk, dus R-S, S-T en T-R) Vroeger toen de nominale netspanning nog 220 Volt was,sprak men over krachtstroom van 380 Volt. In de praktijk maakt dat weinig uit. Door leidingverliezen bedraagt de spanning toch nooit exact de opgegeven waarde.

NB: Tegenwoordig spreken we niet meer over R, S, T maar over L1, L2, en L3.