Schematische combinatiemast donau + vlak

Combinatiemast, combimast
Hybridmast, Hybridleitung (D), hybrid tower, hybrid pylon (E)

Een combinatiemast is een mastmodel waarop de kenmerken van twee of meer mast-modellen worden gecombineerd, of waar twee of meer netspanningen op aanwezig zijn. 

Samen met verkabeling en HVDC is de opmars van zogeheten combinatiemasten een van de meest opvallende trends in Hoogspanningsland. Combinatiemasten zijn meestal grote tot ronduit enorme masten waaraan altijd minimaal twee, maar soms ook veel meer circuits zijn ingehangen. Dat kan op bijna eindeloos veel manieren. Op de afbeelding links zien we een vrij gangbare combinatiemast (donaumast met een hamerkop), maar er zijn nog zeer veel andere combinaties mogelijk. 

Kenmerken van combinatiemasten

Combinatiemasten (definitie) combineren de eigenschappen van twee of meer andere mastmodellen of netspanningen op één mastpositie. Dat betekent dat de circuitconfiguratie overeen kan komen met twee of meer andere groepen, of dat de netspanningen op de circuits op tijdelijke of permanente basis twee of meer waarden hebben. Samengevat, een combinatiemast mag als zodanig benoemd worden wanneer je het volgende op de mastpositie aantreft:

  1. Twee of meer circuitconfiguraties
  2. Twee of meer netspanningen
  3. Beide bovengenoemde punten tegelijk

De eerste regel spreekt voor zich. Wanneer we een donaumast bovenop een hamerkop monteren, krijgen we een combinatiemast die eruitziet als op het plaatje bovenaan deze pagina. Op die manier zijn er zeer veel combinaties denkbaar, en afhankelijk van de eigenschappen daarvan kun je ze ook echt aantreffen in het veld. 

Donau + vlak, foto Peter SchokkenbroekCombinatiemasten Enschede-Gronau door Ruben SchotsCombimast Hengelo-Gronau door Peter Schokkenbroek

Combinatiemasten in Twente. Links zien we de combinatie donau + vlak, in een gedeelte van de verbinding Zwolle-Hengelo. Rechts zien we de combinatie drievlaks + horizontaal, in de verbinding Hengelo-Gronau. Foto's links en rechts door Peter Schokkenbroek, middelste foto door Ruben Schots.

De tweede regel is wat minder duidelijk, want hier moet onderscheid gemaakt worden tussen combinatiemasten die op tijdelijke basis twee of meer netspanningen voeren en combinatiemasten die bewust als zodanig ontworpen zijn: echte combinatiemasten en de masten met verborgen onvolledige benutting die daardoor "onbedoeld" een combinatiefunctie verkregen hebben.

Die laatste komen we geregeld tegen wanneer een nieuwe verbinding nog niet op zijn ontwerpspanning kan worden gebracht omdat de trafostations aan beide uiteinden nog niet gereed zijn. In België zien we dit vaker dan in Nederland. Je treft er geregeld 150 kV-lijnen aan waar in de praktijk 70 kV op één van de circuits staat. Als je geen klokgetallen- of circuitcodes kan lezen en als je geen netkaart bij de hand hebt, is het soms bijna ondoenlijk om te ontdekken dat een op het oog doodgewone hoogspanningslijn stiekem een tijdelijke combinatielijn is.

valse combinatiemast

Verborgen combinatieverbinding bij Nieuwekerk a/d IJssel

Deze hoogspanningslijnen zien eruit als een heel gewone dubbelcircuitlijnen ergens in Nederland – maar schijn bedriegt. Wat we niet zien is dat op beide verbindingen één circuit op een lagere spanning wordt bedreven dan waarop deze ontworpen is. Deze hoogspanningslijn is dan weliswaar niet met combinatiemasten gebouwd, maar functioneert op het moment van de foto toch wel degelijk als een verbinding met verborgen combinatiefunctie.

Meestal zijn verbindingen met een verborgen combinatiefunctie een tijdelijk fenomeen. Een circuit is altijd ontworpen voor een bepaalde spanning en het zou onzin zijn om een cicruit van 150 kV zo zwaar te ontwerpen dat er 380 kV op kan, zonder dat ooit te doen. Maar dat betekent niet dat deze situatie slechts een paar maanden hoeft te duren. In het noorden van het land is de 380 kV-verbinding Meeden-Emshaven ontworpen op vier 380 kV-circuits, maar al sinds zijn ingebruikname in 1995 worden twee circuits op 220 kV bedreven. En nog steeds zijn er geen concrete plannen om dit te veranderen.

Waarom combinatiemasten?

Combinatielijnen bestaan al zolang als dat er elektriciteitstransport is op de wereld. Maar echt grote combinatiemasten, of verbindingen die van tevoren bewust als combinatielijn ontworpen zijn, zien we in Nederland en België eigenlijk pas sinds de late jaren 80. En er zijn veel redenen te vinden waarom ze pas zo laat verschenen en opeens populair werden, uiteenlopend van wetgeving tot gebruiksgemak en van magneetvelden tot kosten.

Kosten- en ruimtebesparing

Eh.. pardon? Wátte? Ruimtebesparing lijkt niet bepaald voor de hand te liggen als je de afmetingen van moderne combinatiemasten in acht neemt. Niet zelden zijn het joekels van masten, meer dan vijftig meter hoog en vanaf grote afstand de aandacht trekkend. Maar kijk eens goed naar wat een combinatiemast doet: het combineren van twee hoogspanningslijnen (al dan niet redundant) op één mastpositie. Dat zorgt ervoor dat er maar één tracé door het landschap loopt. Dat scheelt een tweede zakelijkrechtstrook, een tweede strook met bouwbeperkingen en een extra landschapsdoorsnijding. 

Zwolle-Meeden ten noorden van Ommen (foto door Tom Börger)

Een zorgvuldig ontworpen combinatieverbinding (waarbij daadwerkelijk zorg en aandacht is besteed aan een rustig, stabiel ogend en harmonieus mastontwerp) laat zien waarom het combineren van meerdere verbindingen meerwaarde heeft. Ondanks de masthoogte van ver in de vijftig meter en het gewicht van zestig ton per stuk, stapt Zwolle-Meeden lichtvoetig en verbazingwekkend introvert door het landschap heen. Foto door Tom Börger.

Wanneer in een stadse omgeving een 150 kV-verbinding niet meer in staat is tot het transporteren van het gevraagde vermogen, kan men ervoor kiezen de verbinding te vervangen door een combinatielijn van 150 kV (lokaal gebruik) en 380 kV (voor grootschalig transport). In Nederland zien we dit tegenwoordig in de buurt van Delft en in België zijn de laatste masten van de verbinding Drogenbos-Mekingen als zodanig uitgevoerd. Wanneer zo'n kleine hoogspanningslijn slechts over een deel van zijn totale afstand gecombineerd is met een andere (zwaardere) hoogspanningslijn noemt men het meeliften. Dit soort combinatiemasten zijn eenvoudig te herkennen. Wanneer de circuits aan de mast duidelijk verschillend ogen (kabeldikte, isolatorlengte), soms ook de positie op de mast, zie de foto's) weet je genoeg. Meestal is een echte combinatiemast ook herkenbaar aan de configuratie van de circuits.

Combinatiewintracks

Combinatiewintracks: hier bij Delft is een 380 kV-dubbelcircuitlijn gecombineerd met een 150 kV-dubbelcircuitlijn. Bij dit mastontwerp zien we dat draagmasten in staat zijn tot het maken van kleine lijnhoeken zonder een afspan-uiterlijk te moeten aannemen. Foto door forumlid Elo.

Wetgeving

In Nederland geldt sinds enige tijd het uitruilbeginsel, en in België het soortgelijke standstill-principe. Dat is een niet-bindend (maar wel nastreefbaar) beginsel waarin is vastgelegd dat er in ieder geval tot 2020 netto geen nieuwe bovengrondse kilometers hoogspanningslijnen meer bij mogen komen. Toch is dat soms nodig: met 380 kV is het momenteel technisch niet mogelijk en netstrategisch onverantwoord om een stabiel net volledig ondergronds te leggen. Deze verbindingen moeten dus bovengronds worden aangelegd. Dat kan alleen wanneer elders een gelijke afstand van 150 kV of 110 kV-verbinding wordt afgebroken. Maar het uitruilbeginsel gaat slechts over nieuwe bovengrondse hoogspanningskilometers: het maakt niet uit hoeveel circuits er present zijn in een hoogspanningskilometer. Wanneer twee verbindingen kunnen worden gecombineerd op dezelfde mastpositie (een oude en de nieuwe bijvoorbeeld), dan scheelt dat de kosten van een verkabeling zonder dat er gebroken wordt met het uitruilbeginsel. 

Zwolle-Meeden oude situatieOpstijgpunt 110 kV onder Zwolle-MeedenZwolle-Meeden lijnkruising bij Sluis 7

De combinatie van twee verbindingen over slechts een gedeelte van een of beide verbindingen wordt ook wel meeliften genoemd. De eindbaas der meelifters is de reeds genoemde verbinding Zwolle-Meeden: over de volle 107 km lengte liften er meer dan tien verschillende 110 kV-circuits kortere of langere tijd met de grote masten mee. Naast de introverte stukken van de verbinding waarom alle circuits met elkaar meelopen, krijg je af en toe een aftak, inlussing of een opstijgpunt. En er zijn nog veel meer varianten dan deze foto's slechts tonen…

Magneetvelden

In Nederland geldt het zogeheten 0,4 microtesla-voorzorgsbeginsel: het langdurig verblijven in magneetvelden sterker dan 0,4 microtesla moet vermeden worden. Hoewel er na meerdere onderzoeken nog nooit een concreet, oorzakelijk verband is gevonden tussen bovengrondse hoogspanningslijnen en gezondheidseffecten bij mensen, heeft de regering er sinds de vroege jaren 00 voor gekozen om alvast in te spelen op mogelijk toekomstig onderzoek dat een ander resultaat zou suggereren. De wet die daaruit voort is gekomen, schrijft voor dat er vlakbij een hoogspanningslijn (binnen de zone waar het magneetveld van de draden hoger is dan 0,4 microtesla) geen nieuwe locaties meer mogen worden ontwikkeld waar kinderen jonger dan vijftien jaar langdurig verblijven. Bestaande gevallen blijven gehandhaafd, maar nieuwe gevallen moeten vermeden worden.
Ter illustratie: de Europese Gemeenschap hanteert een grenswaarde van 100 microtesla. Met 0,4 microtesla zit Nederland dus behoorlijk aan de voorzichtige kant.

Een hoogspanningslijn heeft kleine transportverliezen: onderweg gaat er door weerstand in de draden, inductie tussen de draden onderling en door verschijnselen als corona- en deelontladingen altijd een beetje vermogen verloren. Een lopende stroom genereert ook magneetvelden. Het magneetveld van de ene draad werkt in op de anderen, en zo hinderen ze elkaar altijd een beetje. Daar is wat aan te doen door de draden in een ruimtelijke vorm op te hangen zodat ze telkens zo min mogelijk last van elkaar hebben. De meest efficiënte vorm is de zogeheten tonvorm, een soort zeshoek. Wanneer deze vorm hoog boven de grond wordt gehangen, hebben de draden het minste last van elkaar. Ook is de zone onder de draden op de grond waar het magneetveld 0,4 microtesla overschrijdt dan zo smal mogelijk. Een lager vermogen geeft een kleiner magneetveld, dus als onder het grote magneetveld van zware circuits nog twee kleinere, extra circuits kunnen worden toegevoegd, heeft dat geen invloed op de breedte van het magneetveld terwijl er wel 'gratis' meer vermogen kan worden getransporteerd. Of gecombineerd, als de kleinere verbinding al bestond. De zware verbinding hangt dan ook nog eens hoger boven de grond.

Duo-tonmasten Helmond, foto door Peter Schokkenbroek

We zien hier in Helmond de combinatie tussen een tonmast en een hamerkop. Deze zogeheten duo-tonmasten combineren de voordelen van de tonvorm met die van een combinatieverbinding. Een goed verdedigbare innovatie, hoewel de vormgeving van de mastlichamen best wat slanker en eleganter had gekund. En zo blijft er altijd weer iets te verbeteren en verder te vervolmaken.

Deze gedachte vormt de grondslag van het zogeheten duo-tonproject in Helmond. Men heeft daar de 380 kV-donaumasten in tonmasten veranderd, waarna een naburige 150 kV-verbinding er nog mooi eventjes bij onder kon worden gemonteerd. Win-win-win: en minder magneetveld (dus meer te verkopen bouwgrond voor de woonwijk), en slechts één zakelijkrechtstrook, én voor de mastengekken een nieuwe combinatie erbij voor op het netkwartet.

Uit nood of geen andere optie

Heel soms is een combinatiemast zelfs een noodzaak omdat er geen enkele andere realistische optie meer is. Zoiets komen we bijvoorbeeld in Luik tegen. 'Luik' is de ultieme nachtmerrie voor netstrategen: wie het hoogspanningsnet van Luik uit zijn hoofd foutloos kan natekenen is zo eng dat zelfs andere mastengekken voor hem zullen wegrennen. En ook loadflowsoftware zoals Phase to Phase zal het er niet makkelijk mee hebben. Aanpassingen of uitbreidingen in dit net zijn dan ook een huzarenstukje van berekeningen, strategie en vernuft. In het kader van dat laatste treffen we ruwweg tussen Montegnée en Tilleur een oude korte dubbelcircuit 70 kV-verbinding aan die oorspronkelijk gebouwd was met kleine dubbelvlagmasten. Maar de capaciteit was niet toereikend. Vanwege de verstedelijking was ombouw tot 220 kV (met grotere masten) geen optie. Zwaardere draden konden de traversen van de bestaande mastjes niet dragen. Ook een grondkabel was geen optie. De enige optie die overbleef was de bestaande 70 kV-lijn een soort mijter op te zetten waarin een derde circuit kon worden ingehangen. 

Luikse mijtercombo voor drie circuits van 70 kV

Duitse combinatiemasten bij Lingen

Links zien we combinatiemasten in Luik. Die waren oorspronkelijk bedoeld als 70 kV-dubbelvlagmasten, maar door het topstuk te vervangen door een soort 'mijter' konden de masten worden voorzien van een derde circuit, zodat het combinatiemasten werden: delta + drievlaks. Rechts een setje Duitse combinatiemasten, waarbij de verbinding links ook nog eens asymmetrisch is en de verbinding rechts niet volledig is benut. 

Herkomst van de naam

Combinatiemasten vormen een combinatie tussen twee of meer circuitconfiguraties, twee of meer netspanningen of beide tegelijk. Een ander mastmodel waar twee netspanningen op aanwezig zijn, heeft een verborgen combinatiefunctie maar behoudt zijn oorspronkelijke classificatie. Verder kunnen bepaalde ontwerpen combinatiemasten een eigen bijnaam dragen, zoals de genoemde duo-tonmasten in Helmond. Combinatiemasten kunnen ook asymmetrisch zijn, maar in dat geval overrijdt de aanduiding combinatiemast de andere term. 
 


Omhoog