Het oudste type isolator is de zogeheten keramische isolator. Ondanks het schijnbaar ouderwetse imago van keramiek en porselein, is de keramische isolator niet weg te denken uit hoogspanningsland vanwege een paar begeerlijke eigenschappen.

Keramische isolators zijn gemaakt van porselein en gebakken keramiek. Inderdaad, dat is hetzelfde materiaal als waarvan je toiletpot, de badkuip, het serviesgoed en die afschuwelijk lelijke bloemenvaas die je ooit cadeau kreeg zijn gemaakt. Keramiek, meestal gebakken klei met een glazuurlaag, is net als glas gemaakt van kwarts: siliciumdioxide. In tegenstelling tot glas is keramiek niet doorzichtig, maar ze hebben meer met elkaar gemeen dan het lijkt.Dwarsdoorsnede van een keramische isolator

Combinatie van eigenschappen

Keramiek zwaar en breekbaar? Dat eerste is zonder waar, maar het laatste valt te bezien. En daarmee zijn ook meteen alle nadelen genoemd. Wat glaskap-isolators niet kunnen en wat kunststof isolators pas sinds een jaar of tien voorzichtig proberen te evenaren is voor keramische isolators een fluitje van een cent: zowel trek- als drukkrachten opnemen.

Keramische isolators om rails te ondersteunen Hangende toepassing van keramische isolarors

Keramische isolators in twee toepassingen. Hangend kunnen ze zelfs zware 380 kV-fasedraden dragen, staand worden ze gebruikt om rails op trafostations op hun plek te houden. Keramiek kan in iedere kleur worden geglazuurd, maar grijs en roodbruin zijn de standaardkleuren. Foto's door Michel van Giersbergen.

Isolators van keramiek zijn dus bruikbaar als hangende isolators, maar ook als staande isolators. Hangend worden ze in Nederland en België maar weinig gebruikt in hoogspanningslijnen omdat glaskappen daar handiger in toepassing zijn. Je treft keramische isolators dan ook voornamelijk aan in middenspanningslijnen met staande isolators, op trafostations en op plekken waar hoogspanningskabels in een zogeheten bretel hangen (de boogvormige omleidingen van de draden zoals je die aantreft op hoekmasten). Ze hangen dan aan de buitenbocht-traversen. Keramische isolators bestaan uit een langere of kortere staaf keramisch materiaal met twee metalen bevestigingspunten. In die hoedanigheid lijken ze veel op de kunststof-isolators.

keramische isolators in bretels

 Keramische isolators voor afspanningenDe toepassing van keramische isolators als vasthouder voor de bretels kan je met name vinden in hoekmasten voor 220- en 380 kV die een aanzienlijke bocht maken. Maar je komt ze soms ook tegen als zelfstandige isolators die in hun eentje het draagwerk doen. De exemplaren rechts zijn voorzien van grijs porselein, links zien we de veel vaker gebruikte en klassieke roodbruine kleur. Foto's door door Bart Sondaar en Michel van Giersbergen.

Om te voorkomen dat de bretels teveel gaan zwiepen in de wind of te ver gaan doorhangen richting het mastlichaam of elkaar, worden er V-vormige strengen van keramische isolators aan de traverse gebouwd die de bretel stevig op zijn plek houden. Merk op de foto hierboven links ook de tijdelijke aardingsdraden op: op het moment van deze foto waren er werkzaamheden aan de mast. 

Sterk, hittebestendig en klimaatproof

Stevig? Met porselein? Jazeker. Hoewel porselein als zeer breekbaar overkomt is de praktijk heel erg anders. Een porseleinen boterhambordje springt zo kapot, maar in het geval van een toiletpot of een wasbak is dat al anders. Porseleinen isolators zijn veel groter, zo hard als steen en ze wegen tientallen tot vele honderden kilo's elk. Ook is het materiaal behoorlijk dikwandig. Al met al kunnen grote exemplaren een beste klap met een hamer overleven zonder schade. De ribbels, bedoeld om de kruiplengte voor lekstroom te vergroten, springen er dan ook niet zomaar af.

Eindsluitingen

 Keramische isolators bij de fixering van een bretelKeramische isolators als eindsluitingen (zie tekst verderop) en als fixatie van een bretel. Bij eindsluitingen loopt de geleider dóór de isolator heen. Bij andere toepassingen hoeft de isolator alleen te dragen of te tillen en dan kunnen ze veel dunner zijn uitgevoerd. De exemplaren rechts op de foto zijn slechts twintig centimeter in doorsnede en toch zeer sterk. Merk ook de roodbruine kleur op. Foto's door Michel van Giersbergen.

Keramiek is in feite gewoon steen. Daardoor is het buitengewoon goed bestand tegen alles wat de atmosfeer er tegenaan gooien kan. Hitte, zonnestraling, regen, kou, vorst, hagel, ijzel en sneeuw, tot op zekere hoogte zelfs blikseminslag, eigenlijk alles wat je erop kan loslaten kunnen ze verdragen. Ook zijn ze goed bestand tegen extreme hitte (vlamboogvorming) en tegen jarenlange UV-straling: op deze twee gebieden laten kunststof isolators het vooralsnog een beetje liggen.

Alleen tegen zijwaartse buiging en tegen torsie zijn ze minder goed bestand. Dat lijkt weinig voor te komen, maar bij calamiteiten (zoals kortsluitingen) kunnen er in de componenten die onder spanning staan enorme kortsluitstromen optreden. Die gaan gepaard met een sterk magnetisch veld, waardoor geleiders en rails wild kunnen gaan zwiepen of naar elkaar toe getrokken kunnen worden. Zo'n plotselinge zijwaartse beweging kan een staande keramische isolator slecht aan. Dat gebrek is er de reden van geweest dat trafostations met hangende rails lang de boventoon voerden: staande rails op keramische isolators werden bij kortsluiting maar kantjeboord betrouwbaar genoeg geacht. Pas sinds de laatste decennia zijn rails op staande keramische isolators eigenlijk de norm geworden in de hoogste netvlakken van 220- en 380 kV. (Lees overigens meer op de pagina over rails op trafostations.)

Eindsluitingen

Keramische isolators worden ook veel gebruikt in zogeheten eindsluiters: de overgang van een luchtlijn naar een grondkabel of een andere geïsoleerde toepassing zoals een trafo of een GIS-systeem.

Bizarre eindmasten bij Dedemsvaart

 Kunststof eindsluiting bij LelystadBizar vormgegeven eindmasten bij Dedemsvaart. De luchtlijn die vanuit de verte binnenloopt maakt hier de overstap naar een grondkabel. De draad zelf loopt door de onderste, dikke keramische isolators heen en komt er aan de andere kant geïsoleerd weer uit, klaar om de grond in te duiken. De isolator zelf is gevuld met olie of soms ook met harde kunststof. Foto's door Hans Nienhuis en Gerard Nachbar.

Een eindsluiting vormt de overstap tussen een luchtgeïsoleerde lijn (een kale kabel) en een geïsoleerde kabel die de grond in kan. Eindsluitingen zie je ook bovenop transformators, op compensatiespoelen en andere componenten. De grote staande keramische isolators hebben op hun top een bevestigingspunt voor de fasedraad zitten. Terwijl de keramische isolator zelf voor sterkte, afscherming en elektrische isolatie met een grote kruiplengte zorgt, loopt de draad binnen door de holle isolator heen terwijl hij zich in olie of in een omhulsel van kunststof bevindt. Aan de onderkant van de isolator komt de kabel er dan weer uit, omhuld door een isolatiemantel waardoor deze nu veilig de grond of de transformator in kan.

Kunststof eindsluitingen drie soorten op een plaatje

Keramische eindsluitingen zijn het meest gangbaar, maar tegenwoordig kunnen eindsluitingen ook van harde kunststof gemaakt worden. Net als bij de concurrentie tussen kunstsof- en glaskap-isolators is het ook bij eindsluitingen afhankelijk van de situatie waar bij een bepaald project de voorkeur aan gegeven wordt. Hier zien we twee toepassingen in kunststof. Foto op Den Bosch door Michel van Giersbergen, rechts (Holsloot) door Bart Sondaar.

Natuurlijk, alles kan kapot. Ook keramische isolators. Zo is er in Gelderland en het Randmerengebied enige tijd een probleem geweest met de 150 kV-eindsluitingen van een bepaald merk (dat we hier niet noemen) waarvan bleek dat de onderkant op de grens van het keramiek en de metalen bevestigingsplaat onder sommige uitzonderlijke omstandigheden zoals harmonische spanningsopslingeringen binnen een deelnet (jaja het is wat) spontaan konden exploderen.

Als je iets niet wil in hoogspanningsland, dan is het wel een geplofte componenten in de publieke ruimte. Al deze eindsluitingen moesten dus worden vervangen. Dat was niet zomaar in een weekje gebeurd, dus er werd een houten omkasting om de eindsluitingen heen aangebracht, met een open boven- en onderzijde. Die moest voorkomen dat brokstukken zijwaarts konden wegspatten als er zich onverhoopt een calamiteit zou voordoen.

Ingepakte eindsluiting tot vervanging

Keramische eindsluiting in een houten omkasting. Uitzichten zoals deze waren enige tijd nodig totdat de eindsluiters van dit merk waren vervangen door andere exemplaren. De locatie, het merk van de eindsluiter en de fotograaf houden we maar wijselijk stil.

Gelukkig zijn problemen met hoogspanningscomponenten in de openbare ruimte een zeldzaamheid. Het materiaal wordt erop uitgekozen dat het tegen een behoorlijk stootje kan. Daarom is het dus toch mogelijk om loodzware draden aan keramiek op te hangen. Hoewel het zo breekbaar klinkt, zijn keramische isolators componenten die zich prima kunnen meten met de sterkte van andere onderdelen waaruit hoog- en middenspanningsapparatuur is opgebouwd.

 


Omhoog