Het is een hardnekkige urban legend: als je de grond maar niet aanraakt, dan kan je net als een vogel veilig op een hoogspanningskabel zitten. Bijna iedereen gelooft het. Maar klopt het ook? Het antwoord is… nee!

Wat vertel je me nou? Ik heb zelfs met eigen ogen wel eens vogels op de draden zien zitten!
Schiet niet meteen in een kramp. Laten we eens nauwkeurig kijken naar wat er aan de hand is en stap voor stap de vogelfabel de wereld uit helpen.

1. Elektriciteit in de draad

Zoals je in de St(r)oomcursus kan lezen, elektriciteit is de optelsom van spanning en stroomsterkte. Alles dat elektriciteit geleidt en tegelijk contact maakt met een draad (waar spanning op staat) en de grond (waar geen spanning op staat), vormt een weg voor de stroom. Wordt het vermogen niet nuttig omgezet in een andere energievorm, zoals beweging met een motor of licht in een lamp, dan is er sprake van kortsluiting. In het geval dat je zelf de draad aantikt ben je zelf de kortsluiting. Er loopt dan een zeer groot elektrisch vermogen dwars door je lichaam naar de grond. Bij hoogspanning overleef je dat niet.

Als je alleen één draad aanraakt en niet de grond, kan er dus geen kortsluiting ontstaan. Dat is wat iedereen van vogels denkt. Ze lijken als het ware gewoon onderdeel van de draad als ze erop zitten. Maar er wordt iets belangrijks over het hoofd gezien: vrijwel alle hoogspanningsdraden worden bedreven met driefasige wisselstroom.

Wisselstroom doet precies wat de naam zegt: wisselen. Om precies te zijn in een vaste cyclus die zichzelf op het Europese net vijftig keer per seconde herhaalt. Voor elke draad geldt dat het ene moment de spanning en de stroomsterkte toenemen en dat de elektronen in de draad als het ware 'naar links' verplaatsen. Dan zakt de spanning omlaag tot nul, om vervolgens weer toe te nemen naar zijn maximum, alleen lopen de elektronen nu 'naar rechts'. Dat duwen en trekken herhaalt zich eindeloos in een vloeiende beweging die we een sinus noemen. De elektronen zelf waggelen heen en weer, maar de spanning (het voltage) is een grootheid zonder richting. De draad wordt dus continu opgeladen en weer ontladen door de wisselstroom.

2. Zelfcapaciteit van objecten

Ieder object, geleidend of niet, kan tot op zekere hoogte een statische elektrische lading vasthouden. We kennen dat van een plastic tuinstoel, van een auto tijdens droog en koud winterweer en ook van een hele onweerswolk. Een statische lading is niets anders dan een overschot of tekort aan elektronen binnenin een voorwerp. Ook de lichamen van levende wezens hebben enige zelfcapaciteit en kan dus een beetje lading dragen en vasthouden. Bij het lopen over een tapijt van kunstvezels of het stofzuigen van een droge vloer worden er door de beweging elektronen overgedragen. Afhankelijk van de situatie kan daardoor een tekort of een overschot aan elektronen in je lichaam ontstaan. Populair gezegd, je bent geladen geraakt.

Lading is altijd ten opzichte van de omgeving. Hoe groot een lading is hangt af van twee dingen. Het totale aantal teveel of te weinig elektronen in het gehele voorwerp (hoe meer massa een voorwerp heeft, hoe meer elektronen je er als het ware in kwijt kan), maar ook van hoeveel elektronen er per massa-eenheid (bijvoorbeeld een kilo) teveel of te weinig zijn. Deze laatste waarde wordt het elektrisch potentiaal genoemd en dat wordt uitgedrukt in dezelfde eenheid als elektrische spanning, namelijk volt. 

Voorwerpen, geleidend of niet, willen het lietst hetzelfde potentiaal hebben als hun omgeving. Als het voorwerp geïsoleerd is van zijn omgeving kan het potentiaal niet worden vereffend door elektronen uit te wisselen en dan behoudt het voorwerp zijn lading. Als je geïsoleerd van de grond staat (droge huid, planken, rubberen zolen) blijft een potentiaal tijdelijk in je lichaam bewaard totdat er ergens alsnog geleidend contact met de omgeving ontstaat, zoals via een deurklink of de keukenkraan. Het potentiaalverschil zal zich dan letterlijk met een schokje opheffen.

3. Potentiaalvolging

Lading kan afkomstig zijn van mechanische beweging, maar je kan het ook verkrijgen ook door een elektriciteitsdraad aan te raken die op dat moment een ander potentiaal voert dan jouw lichaam. Wanneer je geïsoleerd staat en de pluspool van een accu aanraakt, neemt jouw lichaam het potentiaal van de pluspool aan. Zónder dat de stroomkring gesloten is, vindt er een piepklein beetje overdracht van elektronen plaats totdat jouw lichaam 'vol' is en onder hetzelfde potentiaal staat als de pluspool van de accu. Van die elektronen voel je niks, omdat ze slechts met een spanning van twaalf volt in je lichaam worden gedrukt of eruit worden getrokken.

Omdat je zelf geïsoleerd staat, ben je een "dood eind". Je bent een tientallen kilo's zwaar verlengstuk van de draad geworden. Wanneer je na contact met de draad bent opgeladen tot hetzelfde potentiaal gebeurt er helemaal niets meer. Bij gelijkspanning tot een paar kilovolt merk je dat eenmalig opladen zelfs nauwelijks op, zolang je maar geïsoleerd staat.

Maar wisselstroom is anders. Op een draad die wisselstroom voert verandert het potentiaal continu. Alle geleidende objecten die contact maken met de draad zijn dus niet na een simpel opladingsschokje gelijk geworden aan de draad, maar ze blijven continu mee op- en ontladen. Een object dat vrij in de lucht aan een draad hangt waar wisselstroom op staat, wordt dus honderd keer per seconde opgeladen tot het potentiaal van de draad en daarna weer ontladen.

4. Weerstand en zenuwbanen

Een vogel die op een draad landt maakt er geleidend contact mee via zijn poten. Zijn lichaam met een beetje zelfcapaciteit zal onmiddellijk het gedrag van de fasedraad gaan volgen en honderd keer per seconde gaan op- en ontladen. Telkens worden er een beetje elektronen vanuit de draad fysiek de vogel in gestuurd of er fysiek uit onttrokken. 

Voor homogene metalen objecten geldt dat ze weinig weerstand hebben en dus vrij probleemloos mee op- en ontladen. Maar de lichamen van levende wezens geleiden minder goed en ze bestaan ook uit verschillende materialen. Zenuwbanen en bloedvaten geleiden elektriciteit beter dan botten. Elektronen die een levend wezen in- en uitstromen ondervinden dus niet alleen hinder, maar het verschilt ook per plek en per weefsel hoeveel hinder dat is.

Weerstand ontwikkelt warmte. Daardoor zal een matig geleidend object dat contact maakt met een draad waar wisselstroom op staat altijd een beetje opwarmen door de in- en uitstroom van elektronen. Bij een klein object of een lage spanning is die opwarming verwaarloosbaar of hij kan vlot worden weggedissipeerd. Maar bij grote objecten die met een heel klein contactoppervlakje de draad aanraken, of bij een zeer grote spanning en een grote stroomsterkte zoals bij hoogspanningsdraden, kan opwarming wel degelijk meetbaar worden. 

5. Middenspanning op houten palen: hooguit een tinteling

Wat er dan gebeurt hangt het af van de spanning op de draad af.. Bij middenspanning op houten palen staat er doorgaans een spanning op die normaal gesproken bijoorbeeld 10 kV is. De draad, en een erop zittende vogel, wordt dan honderd keer per seconde opgeladen tot (1 / (√3)) × 10.000 = 5,773 kV, en ook weer ontladen naar nul. Dat lijkt veel, maar voor kleine en lichte vogels levert dat niet meteen een probleem op. Hun zenuwen en bloedvaten merken het amper op. De vogel zal niets voelen bij laagspanning (minder dan 1 kV), ook niet bij 10 kV en pas vanaf 20 of 30 kV zullen ze een lichte tinteling vernemen.

10 en 20 kV zijn de spanningen die je aantreft op kleine lijnen met houten palen die je over de hele wereld aantreft. In zulke lijnen heeft de vogelfabel zijn oorsprong, want hier kunnen vogels zonder problemen op zitten. De korte animatiefilm birds van Pixar is dus grotendeels correct. Een mens heeft veel meer massa dan een kraai, waardoor er ook meer zelfcapaciteit is en ons lichaam dus meer elektronen kan huisvesten, terwijl de zenuwbanen en kleine bloedvaten in omvang en in werkspanning vergelijkbaar blijven. Een mens kan daar ook op zitten, maar zal dus eerder de eerste beginselen van onaangename tinteling opmerken dan een vogel.

6. Tussenspanning en lage hoogspanning: onaangenaam tot pijnlijk

Bij verder stijgende spanning (denk aan 30 tot 40 kV) zal het op- en ontladen steeds 'woester' verlopen en ook wordt er meer lading de vogel ingedrukt of eruit onttrokken. Bij deze spanningen zal de vogel langzaamaan een licht zoemend gevoel ervaren, vergelijkbaar met wat wij voelen bij het aanraken van een machine waar wat lekstroom op staat. Vanaf 50 kV begint de vogel het onaangenaam te vinden. Vogels op de fasedraden van een 50 kV-verbinding zijn daarom al zeldzaam. Een paar die-hard duiven zoals op de foto's hieronder vormen uitzonderingen. Kraaien en spreeuwen laten het bij spanningen van 50 kV meestal al afweten en zij strijken dan alleen nog neer op de bliksemdraden.

Zou je zelf op een 50 kV-fasedraad gaan zitten, dan krijg je last van spierkramp, lichtflitsen in je ogen en kan je niet meer helder nadenken (want ook je hersens bestaan grotendeels uit zenuwen). Ook voelt het erg pijnlijk aan. De stroom die door je zenuwen loopt interfereert met je lichaams- en hersenfuncties en je krijgt de kans op hartfalen. Bij 70 kV houden alleen de waaghalzen onder de vogels het nog uit op de draden, maar als het even kan zullen ze deze draden reeds vermijden. Vanaf deze spanningen zijn vogels alleen nog op de bliksemdraden of de masten zelf te vinden.

7. Echte hoogspanning: direct levensgevaarlijk

Een potentiaalverschil is voelbaar in de lucht. Voor wie nog ouderwetse beeldbuistelevisies kent, daar staat ook een potentiaal van enkele tientallen kilovolts op en als je met je arm langs de beeldbuis streek kon je het voelen knetteren. Ook een geladen tuinstoelhandvat kan je vernemen aan je armharen, tenminste als je tot het deel van de bevolking behoort die dat hebben.

Ook vlakbij een hoogspanningsdraad kan je het potentiaalverschil in de lucht voelen. Bij fasedraden waar een flinke spanning op staat vernemen langsvliegende vogels al op een afstandje dat het niet pluis is om nog dichter in de buurt te komen en ze zullen er niet op landen. Een zeer dapper exemplaar zal misschien nog een keer een fout maken en op een 110 kV-draad landen, maar dan krijgt hij de schrik van zijn leven en kan hij er net op tijd weer vanaf vliegen/vallen om levend weg te komen. Maar bij spanningen van bijvoorbeeld 220 kV of 380 kV zoals op het koppelnet is zelfs kortdurend contact met de draad levensgevaarlijk voor levende wezens. Weefsels en zenuwuiteinden raken in zeer korte tijd beschadigd door verhitting en het is onmogelijk om nog na te denken, te kijken of spiercoördinatie uit te oefenen. Ook ontstaan er brandwonden op de plek waarmee contact met de draad gemaakt wordt. Hartritmestoornissen, interne brandschade en zenuwbeschadingingen worden je dan fataal.

Vogels die tegen de draden botsen omdat ze die niet op tijd zien of voelen, of omdat ze de diepte verkeerd inschatten (knijp maar eens een oog dicht en pak de waslijn tussen twee vingers), kunnen er dus wel degelijk slachtoffer van worden. Zowel de fysieke klap van de aanvaring met de draad als het elektrisch effect van zelfcapaciteit speelt bij draadslachtoffers een rol.

Als je bij echte hoogspanningslijnen vogels op draden ziet zitten, dan zitten ze dus altijd op de bliksemdraden. Zitten ze alsnog op de fasedraden, dan is de verbinding dus spanningsloos voor onderhoud of wordt hij bedreven op een veel lagere spanning dan zijn ontwerp. (Dat laatste is in onze eigen streken na te gaan op de netkaart.)

Hoe zit het met mensen die op de draden werken, zoals in filmpjes op internet?

Zowel vogels als mensen overleven het niet wanneer je in je korte broek op een fasedraad van een echte hoogspanningslijn gaat zitten. Maar hoe kan het dan dat er overal op het internet van die filmpjes rondzwerven van monteurs die met een helikopter worden afgezet op de draden als er onderhoud moet worden gepleegd terwijl de stroom er niet af kan?

Het antwoord zit in een zogeheten faradaypak. De monteur wordt met een helikopter op de draad gezet, zodat een kortsluiting met de aarde op voorhand wordt vermeden. Om het lichaam van de monteur tegen zelfcapaciteit te beschermen draagt hij een pak dat werkt als een faradaykooi. Het bestaat uit een geleidende buitenkant met binnenin een laag isolatie. Het hele lichaam van de monteur zit dan in een isolerende verpakking, zodat het wisselende potentiaal van de fasedraad alleen de buitenkant van het pak met zich meeneemt in op- en ontladen en het lichaam van de monteur doet dan niet mee. Handschoenen en gezichtsbescherming (zodat je niet bij een uitglijder per ongeluk je neus aan de draad stoot) zijn essentieel om het te overleven.

Kijk ter illustratie eens naar wat er in het onderstaande filmpje gebeurt en wat de man zegt over het pak dat hij draagt.

Terwijl de helikopter vrij in de lucht hangt, zien we toch dat er al vanaf enkele tientallen centimeters afstand vonken naartoe springen. Deze vonken worden veroorzaakt doordat de draad probeert om zijn wisselende potentiaal op te leggen aan de gehele helikopter. Zodra het contact is gelegd zal de gehele machine inderdaad het potentiaal (en het snelle wisselen daarvan) volgen. De helikopters die men gebruikt zijn zelf ook een beetje verbouwd, zodat de piloot en elektrische besturingsapparatuur binnenin het aluminium frame zelf ook in een faradaykooi zitten en geen contact maken met delen die steeds van potentiaal veranderen.

Toch blijft het bij spanningen van ver boven 100 kV ballen van staal. Een lek in het faradaypak, het stoten van een onbeschermd lichaamsdeel, of gewoon een windvlaag (een helikopter met maaiende wieken is ook niet echt een Hello Kitty-knuffel) kunnen alsnog voor grote problemen zorgen – of erger.

En hoe gaat het bij HVDC-verbindingen?

Op bijna alle bovengrondse hoogspanningslijnen staat wisselstroom. Maar de laatste decennia zien we voor vermogenstransport op lange afstanden ook gelijkstroom (HVDC). Gelijkstroom verandert niet van polariteit en doorloopt geen fase. Zo'n draad is dus niet voortdurend aan het op- of ontladen. Een voorwerp dat er geleidend contact mee maakt zal dus niet continu, maar slechts één keer van potentiaal veranderen.

HVDC-verbinding (Baltic Cable in zuid Zweden)

Toch zitten ook op HVDC-verbindingen zelden tot nooit vogels op de draden (behalve ook nu weer op de bliksemdraden). De reden daarvoor is de hoogte van de spanning. Een beetje HVDC-lijn doet al snel 300 kV en dat is ruim vijftig zoveel als schrikdraad waarachter koeien en paarden staan. Je lichaam 300 kV van potentiaal laten veranderen, ook al is het maar één keer, staat daardoor alsnog garant voor een flinke oplawaai. Ook nu geldt dat de vogel bij het naderen van de draad de spanning in de lucht voelt hangen en doorgaans denkt van nope, dat wordt hem niet

Verder zijn er nog meer redenen waarom vogels sowieso minder op zware verbindingen zouden neerstrijken dan op kleine lichte lijnen, zelfs als de elektriciteit altijd ongevaarlijk zou zijn. Dikke draden zitten onder kleine vogelpoten van mussen of spreeuwen minder lekker. Hun poten passen niet om de gladde draden van vier centimeter dik heen die veel minder grip geven dan boomtakken. Verder kunnen draden heet worden. Dat geldt ook voor draden van midden- en tussenspanning. En dan bedoelen we echt heet: een AMS- of ACSR-draad mag 90 graden worden en er zijn ook zogeheten HTLS-draden, die mogen soms zelfs ruim 200 graden worden. Voor je het weet ben je kentucky fried chicken.