Sinds enige tijd heeft de glaskap-isolator concurrentie gekregen van zogeheten kunststof exemplaren. Die wegen veel minder dan glaskap-isolators, maar ze moeten wel op maat gemaakt worden.

Al zeker vijftig jaar worden glaskap-isolators gebruikt en als we kijken naar hun alomtegenwoordigheid in het hoogspanningsnet hebben ze zich goed bewezen. Maar de tijd gaat voort en de ontwikkeling van een ander isolerend materiaal heeft dat ook gedaan: kunststof. Kunststoffen kunnen worden gebruikt als mantelisolatie om stroomdraden heen, maar ook als volwaardige isolator om hoogspanningskabels aan op te hangen. 

Glasvezelen kern, siliconen flensen

Het woord kunststof-isolator is een beetje slecht gekozen. Een kunststof isolator heeft namelijk meer gemeen met een glaskap-isolator dan het lijkt. Want ook bij dit type isolator is het isolerend materiaal niets anders dan glas.

Kunststof isolators op portaal Kunststof isolators in een 220 kV-lijn

Kunststof isolators zijn een betrekkelijk nieuwe verschijning in hoogspanningsland, maar er wordt een grote toekomst verwacht. Inmiddels zijn ze concurrerend met glaskappen: sommige reconstructies (zoals de opwaardering van Hessenweg-Vierverlaten) zijn volledig met kunststof isolators gedaan. Mastengekken vinden kunststof isolators over het algemeen saai om te zien: het groene doorschijnende uiterlijk dat glaskap-iolators wordt gemist. Foto's door Gerard Nachbar en Ot Lesley.

Een kunststof isolator bestaat uit twee metalen uiteinden, waar tussenin zich een sterke ronde kern van glasvezels bevindt. Geen optische glasvezels, maar gewone glazen draden die zijn samengevlochten tot een stevige kern die grote trekkracht aankan terwijl enige buiging nog steeds mogelijk is.

Doorgezaagde kunststof isolator

Doorgezaagde kunststof isolator. Merk op dat er eigenlijk weinig kunststof te vinden is: alleen het siliconenrubber zou je als zodanig kunnen opvatten. De kern heeft veel meer gemeen met glaskap-isolators dan met plastic. Zoals je ziet moet de lengte van de glasvezelen kern op maat worden gekozen voor de tegen te houden spanning. Dat vereist fabricage vooraf: ter plekke in het veld op maat maken is niet mogelijk.

Om die kern heen bevindt zich een mantel van siliconenrubber met flensen. Van traditioneel plastic als in polyethyleen of polypropyleen is geen sprake.Het siliconenrubber met uitstekende ronde schijven doet hetzelfde als de rillen aan de onderzijde van de kap van de glaskap-isolator: zoveel mogelijk oppervlaktelengte creëren, daarmee de kruipafstand tussen beide uiteinden van de isolator over de buitenkant zo lang mogelijk maken en het daarmee lekstroom zo moeilijk mogelijk maken. 

Zeer licht van gewicht

Kunststof-isolators wegen maar een fractie van wat glaskap-isolators wegen: een exemplaar die lang genoeg is om 220 kV in bedwang te houden leg je zo even op je schouder. Een streng glaskappen waarmee je hetzelfde kan, weegt ruim tweehonderd kilo. Met name bij halfverankering of aan hoekmasten (waar twaalf of vierentwintig kettingen aan moeten) gaat dit snel optellen. Grootschalige toepassing in zulke masten of op trafostations scheelt aanzienlijk wat gewicht aan de hoogspanningsmasten, zodat de constructie daarvan iets lichter uitgevoerd kan worden – of dat er juist zwaardere draden gebruikt kunnen worden zodat er meer vermogen kan worden getransporteerd.

Kunststof isolator naast andere componenten

kunststof-isolator

Kunststof isolators van dichterbij. Links: open dag van Tennet Hoogeveen in 2011, een unieke kans om eens dichtbij de componenten te komen. Het grote object midden op de tafel is een kunststof-isolator waarmee 110 kV kan worden tegengehouden. Op de achtergrond ligt ook een streng glaskappen. Rechts: kunststof isolator uit een Noors middenspanningsstation, onderdeel van een privéverzameling. Dit exemplaar kan ongeveer 15000 volt tegenhouden – ongeveer dezelfde ordegrootte als één losse glaskap-isolator. Foto's door Hans Nienhuis.

Het exemplaar op de bovenstaande foto komt uit een Noors trafostation voor middenspanning en deze kan ongeveer 15.000 volt tegenhouden. Voor hoogspanning zijn ze veel langer, tot wel drie meter voor 220 kV. Hier verschijnt ook meteen het grootste nadeel van kunststof-isolators: in tegenstelling tot glaskap-isolators zijn ze niet schakelbaar of vlot te inspecteren. Ze moeten voor iedere bestelling op maat gemaakt worden en ze zijn kwetsbaarder voor verborgen gebreken of onopgemerkt falen. 

Een groot voordeel van kunststof isolators is dat ze hetzelfde kunnen als keramische isolators, maar met minder gewicht: drukkrachten opnemen. Dat is iets waar glaskappen het onherroepelijk op laten liggen. Druk- en torsiekrachten kunnen worden opgenomen door de glasvezelen kern dikker en stijver te maken. Dat kan een bijzonder handige eigenschap zijn bij V-fixeringen in hoekmasten, maar op nog veel spectaculairdere wijze zien we het in gecombineerde isolatietraversen en in wintracks terugkomen:

 V-brace isolator

Kunststof isolators kunnen zo worden gebouwd dat ze niet alleen trekkrachten maar ook drukkkrachten kunnen opnemen. Dat is iets wat glaskap-isolators niet kunnen. Er ontstaan daardoor nieuwe mogelijkheden, zoals de V-brace ophanging (hier op de foto te zien) en geïsoleerde mastarmen met kunststof traversen in plaats van (zware) keramische V-ophangingen. Foto door Bart Sondaar.

Hierboven zien we zogeheten V-braces: kunststof isolators die een zijwaartse V vormen. Die aanblik is kenmerkend voor wintrackmasten. De bovenste isolator in de zijwaartse V neemt trekkrachten op, terwijl de onderste berekend is op drukkrachten. per saldo ontstaat er een heel aparte aanblik, maar niet verkeerd. Zeker niet in de hoekmasten, waar het werkelijk aankomt op druk- en torsiekrachten. Ook in de geïsoleerde mastarmen van de nieuwe masten van het Stevinproject in België zullen kunststof isolators op deze wijze gebruikt gaan worden.

Niet bestand tegen hitte

Het lichte gewicht en het net per sé nodig hebben van maatwerklengtes bij standaardspanningen zoals 110 kV zijn een groot voordeel. Maar een nadeel is dat kunststof isolators relatief slecht tegen calamiteiten kunnen. Vlamboogvorming (bij kortsluiting) genereert in korte tijd zeer veel hitte. Glaskappen verdragen dat enige tijd doordat ze grotendeels van metaal zijn en doordat het geharde glas en de keramische inhoud van de kern vele honderden graden kunnen verdragen voordat ze het begeven. Er is ook geen brandbaar materiaal aanwezig in een glaskap-isolator. 

Maar het siliconenrubber van kunststof isolators kan dat helaas wel. Boven 250ºC begint het te ontbinden en uiteindelijk te branden, waarna de glasvezelkern zijn isolerende mantel verliest, de kruiplengte sterk verkort wordt en de kortsluiting alleen maar toeneemt. Uiteindelijk wordt de kern zo heet (boven 600ºC) dat deze zijn mechanische sterkte begint te verliezen. Dat kan in het ergste geval betekenen dat de fasedraad losbreekt en omlaag valt. Dat moeten we niet hebben, vandaar dat kunststof isolators bijna altijd van coronaringen en vlamboogpinnen (arc horns) worden voorzien. Alles wordt gedaan om de kans op vlambogen te verkleinen, of om de vlamboog op veilige afstand van de isolator te laten ontstaan, mocht het zover komen.

Een streng zware glaskappen kan verder ruim twintig ton trekkracht aan voordat ze het begeven: kunststof isolators hebben zich op datzelfde gebied nog niet voldoende bewezen. Hoe houden ze zich na twee decennia in weer en wind? Zijn ze dan nog steeds net zo sterk als toen ze nieuw waren? Op plekken waar het erop aankomt kiest de netbeheerder daarom nog vaak voor glaskappen. Op dit moment hangt het maar net van de situatie en de reconstructie af wat de voorkeur krijgt. 'Concurrerend' is in die zin per situatie verschillend, afhankelijk van de eisen en de gewenste eigenschappen in een bepaalde toepassing.

 


Omhoog