Stroom bereikt een stopcontact via vier tot vijf spanningsniveaus, en bij elke overgang staat een transformator. Opwekken gebeurt bij 10 kV tot 30 kV, transport bij 110 kV tot 400 kV, regionale distributie bij 50 kV of 20 kV, lokale distributie bij 10 kV of 20 kV en verbruik bij 230/400 V. Niets aan die keten is willekeurig: elke stap bestaat om verliezen en materieelkosten in balans te houden.
Waarom de spanning omhoog moet voordat vermogen ver kan
Het ohmse verlies in een kabel volgt het kwadraat van de stroom. Transporteer hetzelfde vermogen bij tien keer de spanning en de stroom daalt naar een tiende, dus het verlies naar een honderdste. Dat ene verband is de reden dat hoogspanningstransport bestaat.
Het tegenwicht is isolatie. Hogere spanning vraagt grotere afstanden, hogere masten, grotere doorvoeringen en duurdere schakelinstallaties. De in de praktijk gebruikte spanningsniveaus zijn het compromis tussen beide curves, en daarom rechtvaardigt een lange afstand 380 kV en een stadswijk niet.
De ophoogstap op de opweklocatie
Een generator, aangedreven door een gasturbine, een stoomcyclus of een windrotor, wekt op bij een spanning die zijn eigen bouw bepaalt, meestal tussen 10 kV en 30 kV. Een machinetransformator brengt die naar transportniveau. Dit zijn vermogenstransformatoren: groot, oliegevuld, met geforceerde koeling en vaak een regelschakelaar onder belasting om de uitgangsspanning vast te houden bij wisselende belasting.
Onderstations: van transport naar middenspanning
Dicht bij de belasting gaat de transportspanning stapsgewijs omlaag. Een onderstationstransformator brengt bijvoorbeeld 150 kV naar 20 kV en voedt een regionaal net van middenspanningskabels en ringschakelinstallaties. Hier zit het merendeel van de schakel-, beveiligings- en meetapparatuur, en houdt een regelschakelaar onder belasting de middenspanningsrail binnen de band terwijl de vraag over de dag stijgt en daalt.
De laatste transformator voor het stopcontact
De laatste verlaging doet een distributietransformator, doorgaans 250 kVA tot 1.000 kVA, die 10 kV of 20 kV terugbrengt naar 230/400 V. In Nederland staan die in compacte stations, in kiosken of in een ruimte binnen een gebouw, niet op masten. Vanaf daar loopt de laagspanningskabel naar de meterkast.
Omdat een distributietransformator permanent ingeschakeld is maar zelden tot zijn nominale vermogen wordt belast, domineren de nullastverliezen het energieverbruik over de levensduur. Precies daarop richten de EU-EcoDesign-regels zich, en daarom gelden de Tier 2-grenzen voor units in deze klasse.
Wat verandert als opwek dichter bij de belasting komt
De keten hierboven veronderstelt één richting. Zon op dak, batterijopslag en lokale wind draaien die stroom een deel van de dag om, zodat de distributietransformator nu zowel teruglevering als levering moet aankunnen en de spanning aan het einde van een lange streng binnen de toegestane band moet houden.
Als vuistregel: hoe verder het vermogen moet reizen, hoe hoger de spanning die het draagt; en hoe dichter het bij de gebruiker komt, hoe sterker verliezen, ruimtebeslag en veiligheid de keuze bepalen in plaats van afstand. Wie ergens in die keten een transformator specificeert, kiest eigenlijk waar hij wil staan in de afweging tussen aanschafprijs en dertig jaar verliezen.
