Deze vraag horen we bij HoogspanningsNet wel vaker.  Het ondergronds aanleggen van een voorheen bovengronde hoogspanningslijn heet verkabeling. Het meteen van begin af aan al aanleggen van een hoogspanningslijn als grondkabel heet een kabelaanleg. En het antwoord op de vraag is ja en nee tegelijk.

Hoogspanningsverbindingen kunnen boven- en ondergronds zijn aangelegd. Vaak wordt er gedacht dat hoogspanningslijnen meestal bovengronds staan omdat het vroeger onmogelijk was om ze als grondkabels aan te leggen. Dat is slechts ten dele waar: reeds sinds de jaren 40 worden grondkabels voor spanningen tot 150 kV toegepast. Maar zulke kabels waren aanzienlijk duurder en minder betrouwbaar dan luchtlijnen. Ook kennen ze een langere reparatietijd bij schade en kunnen ze niet aangepast worden wanneer ze er eenmaal liggen. Dit waren de belangrijkste redenen om hoogspanningslijnen doorgaans bovengronds aan te leggen.

Ingraven van een grondkabel

Ingraven van hoogspanningsgrondkabels bij Apeldoorn. Foto door forumlid ET.

Ondergronds waar het kan, bovengronds waar het moet

Er bestaan dus al vrij lang kabels bestaan die in staat zijn om de meeste spanningen en vermogens ondergronds te vervoeren. Vroeger waren dit oliedrukkabels: een geleider werd dan omwikkeld met oliegedrenkt papier en daarna in een pantsering en een afdichting verpakt. Het oliegedrenkte papier zorgde voor elektrische isolatie. Werd de kabel warm, dan zette de olie uit. Door de druk op de olie in de gaten te houden, kon men zien hoe warm de kabel was en of er een beschadiging was verschenen. Tegenwoordig zijn grondkabels meestal van het XLPE-type: 'kunststofkabels'. Daarbij wordt een geleider omgeven door een mantel van kunststof die de isolatie verzorgt. Deze kabels zijn onderhoudsvrij, maar ze zijn niet zo geschikt voor gelijkstroom.

haspels met 110 kV-grondkabels

Haspels met 110 kV-kabels. Dit type kabel is tegenwoordig betrekkelijk simpel, zeker als het over korte afstanden gaat. Maar dat wordt anders wanneer er twintig kilometer 380 kV-kabel met een transportvermogen van 1500 MW moet worden weggestopt in de slappe Nederlandse bodem.

Voor 50-, 70-, 110- en 150 kV-verbindingen is ondergrondse aanleg tegenwoordig de norm. Maar het areaal aan bovengrondse verbindingen dat er staat is nog lang niet versleten. Het zou een grote kapitaalvernietiging zijn om een correct functionerend net zomaar af te breken en onder de grond te herbouwen. De tijd en bedragen die men hiervoor zou moeten uittrekken wegen niet op tegen de baten. Bij vervanging worden de verbindingen ondergronds herbouwd, maar de meeste bestaande verbindingen zijn gebouwd tussen de jaren 50 en de jaren 80. Deze gaan nog tientallen jaren mee. 

Nieuwe 110 kV- en 150 kV-verbindingen worden tegenwoordig dus bij voorkeur ondergronds gelegd, ondanks hogere kosten en minder flexibel netgedrag dat dit met zich meebrengt. Hier heeft de maatschappelijke wil ten aanzien van leeg landschapsbehoud, het versmallen van magneetveldzones en het voorkomen van ingewikkelde vergunningsprocedures het gewonnen van de kostenbesparing en gemak.

Verkabeling is technisch zeer moeilijk bij de hoogste spanningen

Een ander verhaal is het bij bovengrondse verbindingen van hogere netspanningen dan 150 kV. Denk aan de koppelnetten van 220 kV en 380 kV. Deze verbindingen zijn een hele stap groter, ze transporteren zeer hoge vermogens bij hoge spanningen en ook worden er zeer hoge eisen aan hun betrouwbaarheid en reparatietijden gesteld.

380 kV eist momenteel eigenlijk meer van de kabels eist dan op dit moment technisch betrouwbaar mogelijk is. Volgens de TU Delft is het technisch vooralsnog niet mogelijk om een betrouwbare ondergrondse 380 kV AC-verbinding aan te leggen wanneer deze langer moet zijn dan 20 kilometer. Deze lengte geldt voor koppelnetten (invoedingslijnen van centrales tellen niet mee) en een stuk van ongeveer tien kilometer is reeds in gebruik tussen Delft en Pijnacker. Op dit moment loopt Nederland daarmee zelfs voorop in de wereld: het is de langste 380 kV-wisselstroomkabel ter wereld in een koppelnetverbinding. Hoe het uitpakt weten we pas wanneer hij op volle capaciteit in bedrijf is gesteld.

Geen makkelijke klus

Een grondkabel leggen is overigens moeilijker dan het uitrollen en begraven van een soort uit zijn krachten gegroeid verlengsnoer. Zelfs moderne XLPE-kabels zijn relatief duur en lastig in de omgang. Een hoogspanningskabel die een beetje mee wil tellen (denk aan een paar honderd MVA vermogen) kan ondergronds zijn warmte slecht kwijt, zeker wanneer de kabel op de top van zijn ontwerpvermogen draait. Voor grondkabels met een solide kunststof isolatie (tegenwoordig het meest gebruikte ontwerp) is het bij maximale belasting toegestaan om aan de buitenzijde 90ºC te worden. Luchtlijnen, met kabels aan hoogspanningsmasten, kunnen soms koelen in de wind, met name tijdens de winter. Grondkabels kunnen dit niet. Zogeheten dynamic line rating, een belofte uit de toekomst waarmee we effeciënter kunnen omgaan met het bestaande hoogspanningsnet, kan helaas niet worden toegepast op grondkabels en ook niet meer op verbindingen met een verkabeld tussen- of eindgedeelte.

110 kV-grondkabel

Een 110 kV-grondkabel is tegenwoordig weinig anders meer dan een opgeschaalde versie van een elektriciteitsdraad in je eigen huis. Een geleidende kern, een kunststof mantel en een afdichting. Merk op dat de geleider dikker is dan bij een luchtlijn.

Om goed met deze warmte-afdracht om te kunnen gaan is er in bepaalde gevallen zogenoemde grondverbetering nodig. Denk aan een goede verdichting van de bodem vanwege de warmteafdracht en het gevaar van uitdrogen van de grond (in verband met de thermische weerstand van de grond, de zogeheten G-waarde). Hiervoor wordt zand met een hoge G-waarde gebruikt. Bij relatief lichte kabels die in geschikte bodems worden gelegd is grondverbetering minder urgent dan bij zware kabels die door een stuk veengrond moeten worden gelegd.

Ook moet de kabel geïsoleerd zijn tegen vocht en lekstroom en gepantserd zijn tegen boomwortels en zelfs graafmachines. Een dergelijke kabel moet vanwege de veiligheid en de warmteafgifte diep worden gelegd (denk aan minstens een meter). Boven de kabel wordt afdekband- of platen gelegd om de kans op schade door graafwerkzaamheden te verkleinen tot een aanvaardbaar niveau. Dat betekent dat er soms een flinke sleuf dwars door het landschap moet worden gegraven die het agrarisch werk op dat land een heel seizoen kan stilleggen. Vergoeding voor de boer is dan logisch, maar dat kost wel geld. (Overigens krijgen boeren ook een vergoeding voor mastaanleg, maar een mast levert geen gebruiksbeperkingen op aan de grond.)

Grondkabels voor 150 kV in de regio Rotterdam

Er loopt al best veel hoogspanning ondergronds. Hier zien we uitsluitend grondkabels voor 150 en 380 kV in het Rijnmondgebied. Alles wat roze of lichtblauw staat aangegeven is een hoogspanningsgrondkabel, meestal voor een of twee circuits van 150 kV. In sterk stedelijke gebieden is het vaak al zo dat er meer hoogspanning ondergronds loopt dan bovengronds. Zelf zien waar de kabels lopen? Download de netkaart.

En zelfs dat graven is tegenwoordig geen sinecure. Er liggen al zoveel andere kabels, leidingen en buizen begraven en er moet dwars door wegen, woonwijken, onder kanalen en spoorlijnen worden gegraven. Nu is dat graven de laatste jaren wel minder hinderlijk geworden sinds er gebruik wordt gemaakt van Horizontal Directional Drilling (HDD), een horizontale boortechniek die oorspronkelijk uit de olie-industrie afkomstig is. HDD heeft tot gevolg dat de hele stad niet meer open hoeft worden gegraven, maar HDD is tegelijk wel duur en specialistisch.

Er moet daarnaast ook rekening worden gehouden met aardkundige waarden en archeologie. En tenslotte vereist de bodemkunde (en de boer met hen) terecht dat de uitgegraven sleuf weer netjes in omgekeerde volgorde wordt dichtgegooid, met de originele bedekking bovenaan (in het geval van de boer is dat de humusrijke vruchtbare zwarte grond). Dat is een heel contrast met het relatief simpele heien, in elkaar schroeven van de mast en het bekabelen van bovengronds aangelegde lijnen. Zeker vroeger, toen landschappelijke waarden nog ondergeschikt waren aan de vooruitgang, werd er nauwelijks gepiekerd over een duurdere en destijds onbetrouwbaarder kabel ondergronds te leggen.

Onderhoud en opwaardering

Een grondkabel heeft minder onderhoud nodig dan een bovengrondse lijn. Maar wanneer er toch iets is – wat dan? Je kunt er met geen mogelijkheid bij zonder te graven, dus een ondergrondse kabel moet zeer robuust zijn en zo mogelijk voor zeker veertig jaar of langer onderhoudsvrij blijven. Een kabel heeft geen last van het weer of van veranderende temperaturen, maar wel van bodemvocht, nieuwsgierige boomwortels, de zuurte en chemische eigenschappen van de bodem zelf, en bij gelijkstroom zelfs van het grondwater zelf.

bovengrondse laagspanning10 kV vlak over de Duitse grens bij Coevorden

Weinig mensen beseffen dat het meeste in Nederland al lang onder de grond ligt: middenspanning kennen we in Nederland niet eens meer bovengronds. En op een paar gebieden in het Groene Hart en de Belgische grens na ligt het hele laag- en middenspanningsnet in Nederland ondergronds. Pas in sommige streken van België en Duitsland zie je hoeveel kabels dat eigenlijk zijn…

Een ander, belangrijker probleem is dat een grondkabel niet meer kan worden aangepast als hij eenmaal is gelegd. Datakabels (bijvoorbeeld voor internetverkeer) die ontworpen zijn op 100 Gigabyte per seconde, kunnen vaak veel meer data aan zodra de techniek aan beide uiteinden van de kabel is verbeterd. Zeekabels voor internetverkeer zoals de Gemini-kabel en de Apollo-kabel verzetten momenteel 400 Gigabyte per seconde, drie keer zoveel data als waarop ze ontworpen zijn. En de rek is er nog niet uit.

Maar met hoogspanningskabels is dat niet zo eenvoudig. Elektriciteit in stroomkabels is vermogen, geen data. Is een kabel ontworpen op 150 kilovolt en 300 MVA vermogen, dan kan je hem niet zomaar opwaarderen naar 500 MVA. Dat kan bij een bovengrondse leiding wel: meestal kan men de draden relatief eenvoudig vervangen door iets dikkere of technisch verder ontwikkelde exemplaren. Grondkabels bieden dus weinig speling om in te spelen op toekomstige veranderingen in het net. Op plekken waar dergelijke veranderingen verwacht kunnen worden heeft bovengrondse aanleg nog steeds de voorkeur, met name in België.

Gelijkstroomkabels op zee

Toch is er één soort kabel zeer geschikt om grote vermogens te vervoeren en over zeer lange afstanden ondergronds te worden gelegd. Of eigenlijk, onder water. De gelijkstroom-zeekabel. De NorNed- en BritNed-zeekabels zijn hier een voorbeeld van. Omdat wisselstroom teveel transportverlies oplevert over zeer lange afstanden moet hier gelijkstroom worden gebruikt. Maar er zijn dan wel zogeheten converterstations nodig om de stroom aan beide kanten van de kabel weer om te zetten naar wisselstroom. Hoewel deze kabels een peperdure investering zijn (ze kunnen inclusief converters wel een miljard kosten) zijn ze toch zeer nuttig in het Europese hoogspanningsnet. Ze zijn in de zeebodem begraven en daardoor hoeft men niet door hele woonwijken heen. (Af en toe een telecomkabel of een booreiland ontwijken is voldoende.) Door XLPE als isolatiemateriaal te vermijden en te kiezen voor de relatief ouderwetse mantel van oliegedrenkt papier (of een andere kunststof) kan het probleem van kanaaltjesvorming in de isolatiemantel worden voorkomen.

Op zee begint HVDC grote vormen aan te nemen, voor interconnectors en voor het aansluiten van grote windparken die op enige afstand van de kust staan. De eerste voorzichtige HVDC-projecten op droog land in Europa bevinden zich echter nog in de ontwerpfase (tussen Frankrijk en Spanje (het INELFE-project) of tussen Duitsland en België (ALEGrO)). De toekomst moet uitwijzen of dergelijke initiatieven voldoen aan de verwachtingen van betrouwbaarheid, capaciteit en onderhoud.

Het hele 380 kV-netwerk ombouwen naar een gelijkstroomnet van 450 kilovolt en dat begraven is geen reële optie. Ook niet wanneer gelijkstroomkabels uiteindelijk concurrerend worden. Er zijn initiatieven die ijveren voor de invoer van een hoogspanningsnet op gelijkstroom, maar daar komen bezwaren bij kijken. Momenteel is de infrastructuur gebouwd op wisselstroom en de converterstations die dan nodig zouden zijn gaan tientallen miljarden kosten om geforceerd te introduceren. Het begraven of inboren van honderden kilometers verbinding dwars door ons toch al zo drukke land en het ombouwen van een groot deel van onze apparatuur zou een operatie zijn die nog meer inzet zou eisen dan de aanleg van de Deltawerken: het zou tientallen jaren kosten, tientallen miljarden vragen en weinig toegevoegde waarde hebben ten aanzien van ons huidige, reeds goed functionerende 380 kV-wisselstroomnet.