Elektriciteit opwekken en transporteren

Om elektrische spanning op de bovenleiding te krijgen moet er elektriciteit worden opgewekt. Nederland heeft echter rond 1900 te weinig elektriciteitscentrales om voldoende energie op te wekken voor het treinverkeer. In de begin jaren van de elektrificatie van de spoorwegen gebruikten de spoorwegmaatschappijen daarom eigen elektriciteitscentrales. Als de Regering in 1922 besluit tot elektrificatie van het gehele spoorwegnetwerk worden de centrales in Amsterdam, Rotterdam en Den Haag aangewezen als energie leveranciers voor NS.

Het overheidsbesluit om te elektrificeren wordt genomen om de capaciteitsproblemen op het spoor op te lossen. De ervaringen met de reeds in 1908 aangelegde elektrische spoorlijn tussen Rotterdam en Scheveningen maakten duidelijk dat elektrische treinen een stuk sneller en goedkoper in exploitatie zijn dan stoomtreinen. Op advies van een speciale commissie, die moest vaststellen welke bovenleiding spanning het meest geschikt was voor het Nederlandse spoor, werd besloten dat met 1.500 Volt gelijkstroom zou worden geëlektrificeerd.

Elektriciteit wordt opgewekt met generatoren. Generatoren lijken een beetje op een fietsdynamo. Als een magneet langs een spoel van koperen draden beweegt ontstaat er spanning die door de draden gaat stromen. Door de magneet rond te laten draaien ontstaat er een wisselende spanning. Een hele grote ronddraaiende generator wekt genoeg spanning op om een trein te laten rijden. Een generator kun je op verschillende manieren rond laten draaien.

In het begin van de elektrificatie deden ze dat in kolencentrales met stoommachines. Maar de verbeteringen gaan snel. Tegenwoordig rijdt de trein CO2 neutraal omdat alle energie afkomstig is van windmolens. Voor een enkeltje van Utrecht naar Groningen moet er één windmolen, de generator, een uurtje draaien.

Vanaf de centrale moet de elektriciteit naar de bovenleiding van de trein getransporteerd worden. Dit gaat via een netwerk van hoogspanningskabels en stations. Hieronder tekening van de elektriciteitscentrale naar de bovenleiding van de spoorwegen.

Om treinen op 1.500 Volt gelijkspanning te kunnen laten rijden moet de stroom van het elektriciteitsnet omgezet worden. Dit gebeurt in een onderstation. Vanaf het middenspanningsnet komt de elektriciteit door ondergrondse kabels bij de onderstations, of beter gezegd de tractieonderstations van de spoorwegen binnen. Hier wordt de 10.000 Volt wisselspanning omgezet naar 1.500 Volt gelijkspanning. Op de tekening zie je dat er 1.500 Volt gelijkspanning van het onderstation naar de bovenleiding gaat. Onderstations werken eigenlijk hetzelfde als de oplader van je telefoon. Ze zetten een hoge wisselspanning om in een veel lagere gelijkspanning.

De bovenleiding van een spoortraject krijgt spanning van verschillende onderstations om overal voldoende spanning te houden. Om geen kortsluiting te krijgen tussen twee onderstations zitten er sectiescheidingen in de bovenleiding. De rijdraden worden onderbroken door een leidingonderbreker. Om overal voldoende spanning op te bovenleiding te hebben staan er in Nederland 249 onderstations die 6000 km bovenleiding van spanning voorzien.

Op de legenda van de kaart met onderstations en schakelstations kun je zien dat er verschillende soorten onderstations bestaan. Onderstations met meerdere tractiegroepen zijn onderstations die veel sporen van spanning moeten voorzien. Hoe drukker het station of spoortraject des te meer onderstation met meerdere tractiegroepen je aan zult treffen.

Onderstations staan vooral in de buurt van stations omdat bij het wegrijden van de trein de meeste energie wordt gebruikt.
Er staan ook schakelstations op de kaart. Deze verdelen een baanvak in meerdere stukken om de gevolgen van een eventuele kortsluiting beperkt te houden. Daarnaast worden ze, bij stroomuitval van een onderstation, gebruikt om de bovenleiding vanuit een ander onderstation te voorzien van spanning. Bij eventuele calamiteiten kunnen ze de spanning uitschakelen.