Tonmast

Tonmast
Tonnenmast (D), barrel pylon (E)

Een tonmast is een relatief hoog, verticaal model hoogspanningsmast waarvan de traversen op het middelste niveau langer zijn dan bovenaan en onderaan. De draden hangen in een zeshoekvorm en de mast (hoewel lijkend op een drievlaksmast) wordt hierdoor als een aparte mastsoort gezien.

In Nederland worden tonmasten het meest gezien in de oude concessie van de PGEM (Gelderland), de PNEM (Brabant) en in zuidelijk Limburg, hoewel ze ook incidenteel elders aan te treffen zijn. In België komen in het hele land lijnen met tonmasten voor, met name in het 150- en 70 kV-net.

Kenmerken van een tonmast

Tonmasten (definitie) kenmerken zich door één toren, drie traverseniveaus en nominaal twee circuits. Het meest opvallende kenmerk (en overigens ook het enige onderscheid met een drievlaksmast, dubbelvlagmast of dennenboommast) is dat de traversen op het middelste niveau langer zijn dan die van het bovenste én het onderste niveau, zodat de middelste fasedraden op een grotere afstand van de toren hangen. De gehele mast verkrijgt daardoor een enigszins zeshoekig ogende vorm, zoals te zien is op de foto hieronder.

Tonmasten zijn een niet te miskennen verschijning – tenminste van dichtbij. Vanaf enige afstand kan het onderscheid met een dennenboommast of een drievlaksmast soms moeilijk zijn, zeker wanneer de tonvorm niet erg uitgesproken is, zoals bij de hoogspanningslijn rechts op de foto.

De meest rendabele geleiderconfiguratie

Waarom nu die vreemde vorm? Een hoge, slanke mast neemt aan de grond weinig ruimte in, maar je zou toch ook een drievlaksmast kunnen bouwen? Dat is ook goedkoper omdat die lange (zware) middelste traverse er dan niet aan hoeft. Toch heeft de tonconfiguratie toegevoegde waarde ten opzichte van de drievlaks- of dennenboomconfiguratie. Een uitgesproken tonmast draagt de draden in een vorm die zoveel mogelijk neigt naar een zuivere zeshoek. Wanneer de verbinding redundant is en de posities van de fasen (de klokgetallen) op de juiste wijze gekozen worden, kan de fysieke afstand tussen twee faseposities op ieder moment maximaal van elkaar en toch telkens cirkelsymmetrisch blijven. Dat verkleint de effecten van inductie en geïnduceerde capaciteit tussen de geleiders onderling. Uiteindelijk zorgt dat ervoor dat iedere draad zich elektrisch identiek gedraagt, waardoor het rendement van de verbinding en de transportverliezen onderweg bij de tonconfiguratie op zijn kleinst is. 

Voor wie nu denkt: 'eh.. rustig aan', hier een animatie. Probeer maar eens met de klok mee (rechtsom) met je ogen een van de twee dubbele stippen te volgen op hun rondgaande beweging. Het gaat het beste als je niet goed scherpstelt op de afbeelding. Bij een drievlaksmast zoals links zien we dat dat het volgen van de stip niet makkelijk is: de rechthoekige vorm met een versmalling wanneer het lijnstuk horizontaal ligt maakt een soepele rondgaande beweging moeilijk. Bij de tonmast rechts gaat het juist prima omdat de beweging nu een cirkel is.

Tonconfiguratie vergeleken met drievlaksconfiguratie

Links de drievlaksconfiguratie, rechts de tonconfiguratie. Bij beide wordt gepoogd de afstand tussen twee fasen maximaal te houden door de klokgetallen gunstig te kiezen. Eén fase wordt uitgelicht in deze animatie. Merk op dat bij de drievlaksconfiguratie telkens een 'versmalling' zit wanneer de uitgelichte fase op de middelste verdieping van de mast zitten. De tonconfiguratie heeft daar geen last van: daar is de afstand telkens even groot en cirkelsymmetrisch. 

De symmetrie in de tonconfiguratie minimaliseert de effecten van inductie die de fasedraden op elkaar uitoefenen. Wanneer er ook wordt gewisseld in de faseposities en ervoor wordt gezorgd dat alle drie de fasedraden even zwaar belast worden, is de tonconfiguratie elektrotechnisch gezien de vorm waarbij een hoogspanningslijn het meest efficiënt is en het minste transportverlies oplevert. Veel minder dan een grondkabel en ook minder dan iedere andere configuratie.

Ook is het magneetveld aan de grond onder een verbinding in tonconfiguratie vrij smal en een hoge, verticale mast heeft tevens een smaller grondbeslag nodig. De zakelijkrechtstrook onder de verbinding kan smaller blijven. Nog een ander voordeel (vooral in vroeger tijden van belang) is dat met name de oude generatie regel- en bewaakapparatuur het er makkelijker mee heeft wanneer de geleiders van beide circuits alle zes precies hetzelfde reageren gedurende hun cyclus.
(Niet te volgen? Neem dat eens een kijkje in de HoogspanningsNet St(r)oomcursus. Zonder voorkennis leer je de basisbeginselen van het hoogspanningsnet kennen. Gewoon online en zonder gedoe met accounts.)

Tonmasten in de Limburgse heuvels

Tonmasten voor twee circuits van 150 kV in de Limburgse heuvels. Let op de zeshoekige tonvorm die verschijnt wanneer je om de punten van de traversen heen een lijnstuk spant. De isolators in V-ophanging zijn geen aanwinst voor het mastbeeld, maar ze zorgen er wel voor dat de draden de zeshoekvorm nog beter benaderen. Foto door Michel van Giersbergen.

Dat de zeshoekvorm bij sommige tonmasten geen zuivere zeshoek is maar eerder een soort uitgerekte vorm die er min of meer bij in de buurt komt, is simpelweg een gevolg van een compromis tussen de technische vereisten van de mast (langere traversen vereisen een zwaardere en dus duurdere mast die ook meer opvalt in het landschap) en de voordelen van een vorm die richting een zeshoek neigt. 

Toch ook nadelen

Waarom bouwen we dan niet overal tonmasten? Ook dat heeft zijn redenen. Tonmasten zijn net als drievlaksmasten hoge en smalle ontwerpen. Dat is handig in verband met grondbeslag, maar door hun hoogte vallen ze redelijk op in het landschap. Ook vangen ze betrekkelijk veel wind en hoge ontwerpen zijn vervelend voor vogels. Het aantal draadslachtoffers (vogels die tegen de fase- en bliksemdraden aanvliegen) is bij hoge verticale masten groter dan bij lage horizontale masten zoals hamerkoppen.

Ook zijn hoge masten gevoeliger voor blikseminslag. Sinds geruime tijd hebben we de Theorie van Horvàth en Schwaiger (de denkbeeldige bliksembol), maar in de jaren vijftig was dit nog niet altijd even duidelijk. De oudste tonmasten die men in Gelderland bouwde waren uitgerust met met slechts zeer korte bliksemtraversen (zie foto hieronder). Dat was goedkoper en technisch eenvoudiger, maar meteorologisch bleek het te falen: de gevoeligheid van de fasedraden voor blikseminslag was hoger dan waar men eerst vanuit was gegaan. De PGEM nam zijn verlies en rustte nieuwere verbindingen met tonmasten daarna gewoon weer met de langere bliksemtraversen zoals we die eerder al van de oudere PGEM-drievlaksmasten gewend waren. Maar ondanks de slechte bliksembescherming werden de tonmasten waarmee het experiment was uitgevoerd naderhand niet alsnog aangepast. Verder bleek gaandeweg dat je de bliksemtraversen eigenlijk gewoon zo lang mogelijk moet maken om een goede bescherming te bereiken. Ook dat werd dan ook met mate gedaan in de lijnenbouw in de decennia erna. Een daaruit voortkomende, niet 100% onfeilbare maar wel grappige indicatie voor de leeftijd van PGEM-tonmasten is de lengte van de bliksemtraversen: hoe langer ze zijn, hoe nieuwer de tonmast en dus de verbinding of reconstructie meestal is.

Tonvorm

Zeer korte bliksemtraversen op de tonmasten (zoals hier in Nederland tussen Wageningen en Ede) zijn het gevolg van een kort experiment in de begintijd van dit mastontwerp in Nederland. De bliksembeveiliging bleek op deze manier niet afdoende en daarom werden nieuwere tonmasten uitgerust met steeds langere bliksemtraversen, maar de bestaande masten werden niet alsnog aangepast. 

Cultstatus door het zeer herkenbare silhouet

De zeshoekige indruk die een tonmast maakt is een markant kenmerk. Wereldwijd. Verder is het een vorm die je niet zo snel bij andere grote objecten aantreft. Daardoor is de tonvorm min of meer vanzelf gegroeid tot het archetype hoogspanningsmast zoals de meeste mensen hem voorstellen.

Vandaag de dag is de tonmast het mastmodel met de grootste cultstatus van allemaal. De meeste hoogspanningsmasten in films, op tekeningen, logo's, in videospellen en in stripverhalen blijken bij nadere inspectie tonmasten te zijn, en ook op plekken waar hoogspanningsmasten juist negatief in het licht worden gezet, zoals bij belangenverenigingen en burgerinitiatieven, worden vaak tonmasten getekend wanneer iemand de moeite neemt om een realistische mast te schetsen geschetst. Dat de tonconfiguratie in Groot Brittannië, stedelijk Rusland, in oost-Europa, delen van beide Amerika's en het midden Oosten oppermachtig is in het net en dat er veel ontwerpen van bestaan met een uitgesproken industrieel uiterlijk (soms zelfs compleet met obstructieschilderingen, roest, enge borden en chagrijnig ogende bliksembokken) zal daar ongetwijfeld extra aan bijdragen. Zelfs HoogspanningsNet zelf doet aan de cultstatus mee vanwege een inkoppertje: het mag duidelijk zijn waar de naam van de cartoon Ton Mast (exemplaar) vandaan komt.

Tonmasten in moderne cultuur en maatschappij

Altijd weer die tonmasten… In poplaire cultuur en films (Tremors, linksboven), gaming (Saints Row, middenboven), videoclips (Jake Bugg met Trouble Town, rechtsboven), maar ook in emblemen (Noord Koreaans Coat of Arms-logo, linksonder), in de beeldmerken van meerdere belangenverenigingen (een opponent van ons, het Ierse (en kwijnende!) nopylons.com middenonder) en ook in kunstzin (een Britse L6 bij RaggedRamblers, rechtsonder). 

Herkomst van de naam

Een tonmast draagt nominaal twee circuits in een vorm die met enige verbeelding overeenkomsten heeft met een vat of een ton: zeshoekig en boller in het midden. De naam tonmast is naast die van de donau- en deltamast een van de meest universeel gedragen namen voor hoogspanningsmasten over de hele wereld. Dat de naam in verschillende talen hetzelfde is (barrel, vat, fat, tøndetonnenmast) weerspiegelt dat op meerdere plekken ter wereld dezelfde associatie is gelegd tussen de mastvorm en de vorm van een ouderwetse houten ton. Verder blijkt de naam tonmast in al zijn kortheid in allerlei talen waaronder ook de onze prima te voldoen. Er is HoogspanningsNet dan ook geen enkele bijnaam bekend.
 


Omhoog