Wat is een stroominfarct?

Een stroominfarct is een verschil in vraag en aanbod aan elektriciteit in het elektriciteitsnet waarbij de vraag het aanbod zo sterk overstijgt dat het elektriciteitsnet geheel of gedeeltelijk wordt uitgeschakeld. De term stoominfarct wordt onder andere door de Technische Universiteit van Delft gebruikt om de ernst en gevolgen van een groot tekort aan elektrische stroom te illustreren.

Vraag en aanbod elektriciteit
Een stroominfarct is een realistisch probleem wanneer het aanbod aan elektrische stroom onzekerder wordt en de vraag naar elektrische stroom toeneemt. Dat is een ontwikkeling die op dit moment gaande is. Vanwege de energietransitie zijn veel installaties en voertuigen meer elektriciteit gaan verbruiken in plaats van fossiele brandstoffen zoals aardgas, steenkool maar ook benzine en diesel.

Elektrische energie

Elektrische stroom kan men op verschillende manieren verkrijgen. De steenkolencentrales en aardgascentrales worden beschouwd als niet duurzaam omdat deze draaien op fossiele brandstoffen. Wel is de elektrische stroom die in deze centrales wordt opgewekt constant en controleerbaar. Men kan immers berekenen hoeveel steenkool men nodig heeft om in een bepaalde elektrische energiebehoefte te voorzien.

Weersafhankelijk

Lastiger wordt het wanneer men de elektrische energiebehoefte laat afhangen van weersomstandigheden. Dit is het geval bij energie-installaties die draaien op windkracht zoals windturbines of op zonlicht zoals zonnepanelen. Deze installaties zijn afhankelijk van weersomstandigheden die kunnen veranderen. Als er weinig wind staat en de zon onvoldoende kracht heeft kan er een tekort aan elektrische stroom ontstaan. Er wordt dan minder elektriciteit uit duurzame bronnen opgewekt waardoor er een stroominfarct kan ontstaan. De Technische Universiteit van Delft (TU Delft) zoekt naar oplossingen voor deze situatie.

Wat is statische elektriciteit?

Statische elektriciteit is een benaming die wordt gebruikt voor de opbouw van elektrische spanning in slecht- of niet-geleidende stoffen en niet voorkomt uit gewone elektriciteitssystemen. Statische elektriciteit komt dus niet uit het stopcontact maar ontstaat in stoffen die elektriciteit niet of nauwelijks geleiden. Deze stoffen worden ook wel isolatoren genoemd. In isolatoren kan elektrische lading worden geïnduceerd. Deze elektrische lading blijft in rust bestaan omdat door de isolatoren geen elektrische stroom kan lopen. Er loopt geen elektrische stroom zoals het geval is bij dynamische elektriciteit. Bij dynamische elektriciteit beschrijft de inductie het verband tussen elektrische stroom en magnetisme. Statische elektriciteit ontstaat echter bij een ander proces.

Statische elektriciteit
Bij statische elektriciteit is er geen sprake van magnetisme omdat er feitelijk geen stroom loopt. Er is echter wel sprake van een uitoefening van krachten. Dit komt omdat materialen die gelijk geladen zijn elkaar afstoten. Materialen en voorwerpen die ongelijk geladen zijn trekken elkaar juist aan. Door wrijving tussen voorwerpen die uit verschillende materialen bestaan kan inductie van statische elektriciteit worden veroorzaakt. Deze wrijving kan plaatsvinden door verschillende soorten stoffen en toestanden waarin stoffen zich bevinden. We noemen een aantal voorbeelden van stoffen waarbij statische elektriciteit kan ontstaan:

  • Wrijven over kunststof
  • Opstijgende gasbellen of dampbellen, die turbulentie veroorzaken
  • Pneumatisch transport van korrels en poeders en in mengers,
  • Door pneumatisch transport door doseersluizen van weegbunkers en tankauto’s
  • Verfspuiten of gelijksoortige activiteiten
  • Wrijving van synthetische kleding over de huid
  • Stromen van sommige vloeistoffen door een kunststof leiding of bij het roeren
  • Lopen over een kunststof vloerbedekking

Er zijn zoals je kunt lezen verschillende materialen waarbij statische elektriciteit kan ontstaan. Het is afhankelijk van het soort materiaal of een voorwerp bij wrijving positief of negatief wordt geladen. Daarnaast hangt ook de sterkte waarmee de inductie in de lading optreed af van het materiaal.

Ontlading van statische elektriciteit
Statische elektriciteit lijkt ongevaarlijk en is dat meestal ook toch zijn er ook gevaren waarmee men rekening moet houden. Statische elektriciteit kan ook zorgen voor ontlading. In dat geval kan er een vonkoverslag plaatsvinden wat men soms in het donker bijvoorbeeld kan zien als men synthetische kleding snel tegen elkaar aan wrijft. Deze vonkoverslag kan gevoelige elektronische apparatuur en gevoelige mechatronica beschadigen. Daarnaast moet men met deze vonkoverslag goed rekening houden in een explosiegevoelige en brandgevoelige werkomgeving. Daar mag men beslist geen kleding dragen die statische elektriciteit kan veroorzaken. In deze ruimte is antistatische werkkleding verplicht!

Beperken van statische elektriciteit
Statische elektriciteit kan voor gevaar zorgen zoals je hebt kunnen lezen in de vorige alinea. Het gevaar van statische elektriciteit kan worden beperkt door maatregelen te nemen. We noemen een aantal voorbeelden:

  • De stroomsnelheid van stoffen en gassen beperken zodat er minder wrijving optreed,
  • Het aarden van pijpleidingen, buizen, tanks en andere installaties waar stoffen doorheen stromen.
  • Het dragen van antistatische kleding en antistatische schoenen/ laarzen.
  • De aarding kan men zoveel mogelijk proberen aan te sluiten op het aardleidingnet dat reeds aanwezig is.

Wat is veiligheidsaarding?

Veiligheidsaarding is een extra aarding in de vorm van een geleidende verbinding die wordt aangebracht tussen uitwendige metalen delen van elektrische toestellen en de aarde. Veiligheidsaarding wordt echter niet alleen op elektrische toestellen aangebracht. Ook voor steigers is het aanbrengen van veiligheidsaarding verplicht. Dit is om te voorkomen dat steigers langdurig onder elektrische spanning komen te staan wanneer ze in contact komen met ongeïsoleerde elektrische installaties of getroffen worden door de bliksem.

Veiligheidsaarding en dubbele isolatie
Apparaten hebben een veiligheidsaarding om te voorkomen dat bij een elektrotechnisch defect de behuizing van de apparaten onder spanning komen te staan. Daarmee wordt dus mede voorkomen dat de gebruiker van het apparaat een elektrische schok kan krijgen. Een dubbele isolatie van het apparaat is echter nog beter en veiliger. Daarom is het wettelijk verplicht dat elektrische gereedschappen die werken op 220 Volt of meer dubbel geïsoleerd zijn.

Veiligheidsaarding bij zeecontainers
Ook bij grote metalen zeecontainers is aarding verplicht. Dit komt omdat er in zeecontainers meestal verlichting is aangebracht. Soms werkt men ook wel met elektrische apparaten in zeecontainers. Mocht de zeecontainer in contact komen met een ongeïsoleerd deel van een elektrische installatie dan zal de elektrische stroom door de veiligheidsaarding wegvloeien naar de aarde.

Wat is aanvoerstroom en retourstroom in de techniek?

Retourstroom is het geheel van het terugvloeien van elektrische-, vloeistof- en gasstromen in een bepaal systeem. Men heeft het in de techniek meestal over een aanvoerstroom en een retourstroom. Aanvoerstroom is het geheel van aangevoerde vloeistof-, elektrische- en gasstromen in een bepaald systeem. Omdat er in de techniek veel gebruik wordt gemaakt van elektriciteit, gas en vloeistoffen zijn er verschillende systemen te bedenken waarbij men de aanvoerstroom en retourstroom kan illustreren. Meestal heeft men een bron waar vandaan de aanvoerstroom op gang komt. Dat kan een accu zijn of een windturbine als het gaat om elektriciteit. Ook in de installatietechniek maakt men gebruik van een aanvoerstroom bijvoorbeeld van heet water vanaf de cv-ketel naar de radiatoren. Hieronder zijn een aantal voorbeelden nader omschreven.

Aanvoerstroom en retourstroom in elektrotechniek
In de elektrotechniek dan wordt doormiddel van de fasedraad de elektrische stroom (een stroom van elektronen) naar een bepaald apparaat, verlichtingseenheid of contactdoos getransporteerd. De elektrische stroom kan op verschillende manieren worden opgewekt bijvoorbeeld doormiddel van een kolencentrale of zoals steeds vaker gebeurd doormiddel van zonnepanelen en windturbines. Vanaf die stroomvoorzieningen kan elektrische stroom doormiddel van een elektriciteitsnetwerk worden getransporteerd. Dit is echter nog steeds de aanvoerstroom. Zodra de elektrische stroom een bepaalde bewerking heeft verricht in een apparaat, machine of werktuig gaat de resterende elektrische energie via een nuldraad retour. De retourstroom vindt dus plaats doormiddel van de nuldraad.

Aanvoerstroom en retourstroom in lastechniek
Dit werkt ook zo met elektrisch lassen waarbij de elektrische stroom door de lastoorts en laselektrode aangevoerd wordt tussen de laselektrode en het werkstuk ontstaat kortsluiting en een zogenaamde vlamboog die het werkstuk en de het lastoevoegmateriaal laat smelten. Omdat er sprake is van aanvoerstroom richting het werkstuk wordt een klem aangebracht op het geleidende werkstuk. Aan de klem zit een kabel om de elektrische retourstroom af te voeren van het werkstuk.

Aanvoerstroom en retourstroom in de installatietechniek
Ook in de installatietechniek gebruikt men de termen aanvoerstroom en retourstroom. Men heeft het dan over de aanvoerstroom en retourstroom van water. Als men bijvoorbeeld kijkt naar een radiator dan is er sprake van een aanvoerstroom van water en een retourstroom van water. De aanvoerstroom van water is door de cv-ketel verwarmd en zorgt er voor dat de radiator warm wordt. De aanvoerstroom van water komt aan de bovenzijde de radiator binnen. Nadat het water warmte heeft afgegeven in de radiator koel het af en gaat het via de retourstroom weer terug naar de ketel. Dit proces is vrijwel geheel gesloten. De aanvoerstroom en de retourstroom vormen en gesloten circuit.

Aanvoerstroom en retourstroom in spoorwegen en spoorwegtechniek
Een interessante vorm van elektrische aanvoerstroom en retourstroom treft men aan in de spoorwegen. Via elektrische hoogspanningskabels krijgen treinen elektrische voeding. Deze hoogspanningskabels zijn aangesloten op het onderstation. Dit is de aanvoerstroom van elektriciteit. De trein komt in beweging en dat kost (elektrische) energie. De trein verbruikt dus elektriciteit.

Niet alle elektriciteit wordt door een trein verbruikt. Een deel van de elektriciteit zal via de retourstroom worden weggevoerd. Deze retourstroom is het totaal van elektrische stromen die tussen het elektrische spoorwegmaterieel (treinen) en het onderstation door spoorstaven en mogelijk ook door retourstroomgeleiders terugvloeit. Ook bij treinen is dus sprake van aanvoerstroom en retourstroom.

Wat is SI-stelsel en welke basiseenheden staan hierin?

Het SI-stelsel is voluit het Internationale Stelsel van Eenheden. In het Frans wordt het SI-stelsel voluit geschreven als: Système international d’unités. Dit is het metrieke stelsel van uniforme internationale standaardeenheden voor het meten van diverse grootheden. Op 11 oktober 1960 werd het SI-stelsel ingevoerd. Het stelsel wordt beheerd door het Bureau international des poids et mesures in de Franse plaats Sèvres. Doormiddel van het SI-stelsel kunnen internationaal makkelijker gegevens worden uitgewisseld. Voor 1960 hadden de meeste landen verschillende maatstelsels. Door de invoering van het SI-stelsel ontstond een wettelijke standaard in de Europese Unie.

Toepassing van het SI-stelsel
Het SI-stelsel wordt vooral gebruikt in de handel van grondstoffen en producten. De eigenschappen van grondstoffen en producten moeten worden uitgedrukt in de eenheden die beschreven zijn in het SI-stelsel. In 1978 werd in Nederland het gebruik van het SI-stelsel verplicht gesteld door de invoering van de IJkwet. Hierdoor werd het gebruik van het SI-stelsel verplicht in de handel, onderwijs en in de uitoefening van beroepen. In 2006 is het SI-stelsel vervangen door de Metrologiewet.

Het SI-stelsel is opgebouwd rond een aantal basiseenheden. Deze basiseenheden vormen in combinatie met elkaar afgeleide SI-eenheden. Het SI vormt hierdoor een samenhangend geheel.

De zeven onafhankelijke basiseenheden
In het SI-stelsel staan een aantal basiseenheden. Dit zijn zeven basiseenheden die wereldwijd worden gebruikt voor een eenduidige maatvoering. De zeven basiseenheden zijn onderling onafhankelijk. Hieronder staan de zeven basiseenheden.  Het vetgedrukte woord is de grootheid, de onderstreepte is de naam en het cursiefgedrukte is het symbool.

  • Lengte- meterm
  • Massakilogramkg
  • Tijdsecondes
  • Elektrische stroomampèreA
  • absolute temperatuurkelvin-K
  • hoeveelheid stofmol-mol
  • lichtsterktecandelacd

Lengte, massa, tijd, elektrische stroom, absolute temperatuur, stofhoeveelheid en lichtsterkte worden ook wel de basisdimensies genoemd.

Afgeleide SI-eenheden
Naast de bovengenoemde SI-basiseenheden zijn er andere SI-eenheden dit zijn afgeleide SI-eenheden. Deze afgeleide SI-eenheden worden uitgedrukt in termen die van de basiseenheden zijn afgeleid. Een voorbeeld hiervan is de vierkante meter m² als oppervlakteaanduiding. Een ander voorbeeld is m/s (meter per seconde) als aanduiding voor snelheid.

Wat is de Kooi van Faraday of de Faraday cage?

De Kooi van Faraday is een benaming voor een behuizing die gemaakt is van materiaal dat elektriciteit geleid.  De behuizing bestaat uit een kooi die gemaakt is van bijvoorbeeld koper of ander materiaal dat elektriciteit goed geleid. Door dat de kooi aan de buitenzijde is voorzien van elektriciteit geleidend materiaal kunnen statische elektrische velden niet tot in de kooi doordringen. Hierdoor biedt de kooi onder andere bescherming tegen een statische ontlading zoals deze ontstaat bij blikseminslag. De volgende punten zijn van belang om te onthouden:

  • De Kooi van Faraday is ook ondoordringbaar door  elektromagnetische straling wanneer de maaswijdte kleiner is dan een tiende van de golflengte van die elektromagnetische straling. De doordringbaarheid is echter afhankelijk van de gewenste uitdoving.
  • De Kooi van Faraday kan wel worden doordrongen door een  aardmagnetisch veld en andere statische magnetische velden.

Waarom de naam Kooi van Faraday?
De Kooi van Faraday is genoemd naar de Britse Natuur- en Scheikundige Michael Faraday (22 september 1791 – 25 augustus 1867). In het Engels wordt deze kooiconstructie van geleidend materiaal ook wel de Faraday cage genoemd.

De Kooi van Faraday tegenwoordig
Tegenwoordig wordt er nog gebruik gemaakt van ruimtes die elektromagnetische straling moeten  buitensluiten. Deze ruimtes worden ook wel elektromagnetisch dode ruimtes genoemd. In feite zijn deze ruimtes gebaseerd op het principe van de Kooi van Faraday. Verder zijn er nog een aantal praktische toepassingen van de Kooi van Faraday:

  • Magnetrons vormen ook een Kooi van Faraday. Dit komt doordat magnetrons bestaan uit een metalen kast. De doorzichtige deur van de magnetron is opgedampt met een metaalfilm. Deze metaalfilm bevat kleine gaatjes zodat men er doorheen kan kijken. De metalen behuizing zorgt er voor dat er geen elektromagnetische straling naar buiten kan ontsnappen. De geleidende metalen behuizing zorgt er daarnaast voor dat er een reflectie ontstaat waardoor een golfpatroon wordt gecreëerd.
  • Een MRI-scanner staat in een ruimte die van de buitenwereld is afgeschermd doormiddel van een Kooi van Faraday.
  • Verder wordt de Kooi van Faraday tegenwoordig nog gebruikt voor het testen en controleren van apparatuur zoals de noodzendertjes voor vliegers bij de Koninklijke Luchtmacht. Deze noodzendertjes worden gecontroleerd en afgeregeld in een elektromagnetisch dode ruimte.
  • Een volledig afgesloten auto of caravan die gemaakt is van geleidend materiaal (bijvoorbeeld metaal) kan het zelfde effect hebben als de Kooi van Faraday. Hierin is men goed beschermd tegen blikseminslag omdat deze de lading van de bliksem via de buitenkant van de auto of caravan wordt afgevoerd. Er kan nog wel sprake zijn van restlading.
  • Een metalen afsluitbare boot kan eveneens dienen als  een kooi van Faraday in geval van bliksem. Men kan dan bij nood schuilen in de kajuit. Het meest veilig zit men uiteraard aan wal. Daarbij komt dat veel boten tegenwoordig van kunststof zijn gemaakt en een mast hebben met metalen er in verwerkt. Deze boten zijn juist zeer onveilig bij onweer.
  • Soms worden horloges ook wel uitgerust met een Kooi van Faraday om deze te beschermen tegen magnetische velden die worden opgewerkt door elektrische apparatuur zoals computers, mobiele telefoons en huishoudelijke apparatuur.