Hoofdbanner

Tussen 1882 en 1896 vond in de Verenigde Staten de zogenaamde oorlog van de stromen (the war of the currents) plaats. Het was de harde en verbitterde strijd tussen de uitvinders Thomas Edison (voorvechter van de gelijkstroom) en Nikola Tesla (die gesteund door de ondernemer Westinghouse wisselstroom propageerde). Edison liet geen middel onbetuigd om de publieke opinie voor zich te winnen. Zo zorgde hij voor openbare executies van honden, paarden en zelfs een olifant (Topsy, zie hier), maar ook wist hij de introductie van de elektrische stoel voor ter dood veroordeelden voor elkaar te krijgen. Vanaf 1890 werd die in vrijwel de hele VS praktijk. Steeds uitgevoerd met de ‘gevaarlijke’ wisselstroom van Tesla.

  Gelijk en wissel

         Verschil tussen wisselstroom en gelijkstroom

Maar in 1896 werd het pleit beslecht in het voordeel van Tesla. Zijn vervoer van elektrische energie bleek uiteindelijk veel voordeliger te zijn dan die van Edison. Wisselspanning kun je namelijk gemakkelijk transformeren naar hoogspanning (naar wel 380.000 V), en ook weer terug. Bij transport onder hoogspanning is het energieverlies minimaal, zo’n 1 %. Gelijkstroom kun je niet met conventionele transformatoren verhogen of verlagen. Dat heeft hele vervelende gevolgen. Bij gelijkstroom van bijvoorbeeld 110 V, zoals Edison dat gebruikte, is het energieverlies over een langere afstand wel zo’n 99 %. Dit valt met eenvoudige natuurkunde, zoals dat op 5 VWO wordt onderwezen, uit te rekenen.

Niagara
                      Niagara watervallen

Toen in 1896 de stad Buffalo geheel van stroom werd voorzien door de wisselspanning van Tesla, opgewekt door de 35 km verderop gelegen Niagara watervallen, gingen vriend en vijand overstag. De demonstratie was een overweldigend succes. Vanaf dat moment koos de hele wereld voor wisselspanning. Zelfs Edison ging hier op over.

Echter, de tijden zijn veranderd. Wanneer de afstanden meer dan 100 km zijn, blijkt wisselstroom toch best wel veel energieverlies op te leveren. Dat heeft allerlei oorzaken. Ten eerste werken de meeste apparaten die we gebruiken op gelijkspanning. Om wisselspanning in gelijkspanning om te zetten zijn er omvormers (convertors) nodig. Bij deze omvorming treedt er energieverlies op (in de vorm van warmte), zo'n 3 %. Ten tweede is er het zogenaamde skineffect. Dit ontstaat door de wet van Lenz: elke verandering in de natuur veroorzaakt een tegenwerking. Door de wisselstroom, waarbij de stroom steeds van richting verandert, ontstaat er een tegenflux die deze verandering wil tegengaan. In het midden van de geleider (= koperdraad) zal de stroom daardoor tegengewerkt worden en aan de randen juist niet. De elektronen zullen zich hierdoor meer aan de buitenkant van het koperdraad voortbewegen. De weerstand van het koperdraad zal door dit skineffect aanzienlijk toenemen. Meer weerstand betekent meer warmteverlies, en zodoende meer energieverlies. Dat loopt bij afstanden van meer dan 1000 km op tot zo’n 10 tot 15 %.

Tegenwoordig kan men betrekkelijk eenvoudig gelijkspanning omhoog transformeren. Dat doet men door middel van IGBT’s (Insulated-Gate Bipolar Transistors). Dit is een geavanceerd stuk techniek dat vanaf het jaar 1978 in de praktijk is gebracht.

  IGBT
                       Schema van een IGBT

Wat vroeger niet kon, gelijkspanning op 380.000 V overbrengen, is tegenwoordig door die IGBT's betrekkelijk eenvoudig. Sinds 1978 weet men dan ook dat transport van elektrische energie middels gelijkspanning over grote afstanden een stuk voordeliger is dan met wisselspanning. Het energieverlies bedraagt in de praktijk zo'n 1 %. Er blijkt ook vijf keer zoveel stroom door een kabel te kunnen gaan dan bij wisselspanning. Nog een extra voordeel dus. Elke nieuw aangelegde transportkabel van elektrische energie, zoals die momenteel van Noorwegen naar Nederland, maakt om die reden gebruik van gelijkspanning.

Een nieuw elektriciteitsnet gebaseerd op gelijkspanning zou tegenwoordig zelfs de prioriteit hebben boven wisselspanning. Dat men dat niet doet komt doordat zo’n omschakeling veel te duur is. Het hele net zou aangepast en omgegooid moeten worden. Dat gaan we dus niet doen.
De tijden zijn veranderd. De boeken voor 5 VWO zullen aangepast moeten worden. Wat we de leerlingen daar leren betreft oude kost. Heeft die boef van een Edison achteraf toch nog gewonnen. Tesla zal zich in zijn graf omdraaien.