De transformators, schakelaars, aansluitvelden en de inkomende hoogspanningslijnen zijn op een hoogspanningsstation verbonden door zogeheten rails. Deze vervullen de functie van de fasedraden binnen het station. 

Rails… Nee, het gaat hier niet om het treinmomentje. Rails vormen het belangrijkste onderdeel van de infrastructuur op hoogspanningsstations. Je hebt in hoofdzaak in twee soorten rails: staande en hangende. In beide gevallen worden ze aangelegd volgens een van tevoren uitgestippeld bouwplan waarmee in de meeste gevallen redundantie wordt nagestreefd: de opbouw van het station is dan zodanig dat iedere schakelhandeling op minimaal twee manieren kan geschieden. Een defecte component, een schakelaar waaraan werkzaamheden moeten gebeuren of een rail zelf waar iets mee moet gebeuren kan dan altijd worden vrijgeschakeld zonder dat het gevolgen heeft voor de aangesloten installaties.

Meestal is een station voorzien van ofwel staande rails ofwel hangende rails, maar er zijn ook stations waar je beide soorten tegelijk aantreft. 

Op trafostation Diemen (380 kV-gedeelte) hebben de aansluitvelden een bouw met hangende rails en de U- en I-rail zijn staand uitgevoerd (de balken een paar meter lager, waar de railscheiders mee verbonden zijn). Het lijkt een vervaarlijke chaos, maar op de pagina over stationsopbouw kan je het kunstje doorkrijgen, waarna het opeens heel eenvoudig wordt. Foto door Michel van Giersbergen.

Hangende rails

Met name op oudere stations en op stations voor heel hoge spanningen tref je doorgaans een opbouw met hangende rails aan. De aanblik van portalen, honderden isolators en een wirwar van draden is onmiskenbaar. Het is een indrukwekkend en vervaarlijk gezicht van staanders, schakelaars, spijlen, bliksempieken en vooral heel veel draden.

Hangende rails zijn bij spanningen tot 150 kV gebruikelijk op de meeste oudere openluchtstations. Hier zien we 110 kV-station Deventer-Platvoet en 150 kV-station Tilburg. Technisch een aardig goede oplossing, maar het blinkt niet uit in overzicht. Het Duitse woord Umspannwerk lijkt er speciaal voor te zijn uitgevonden… Foto's door Hans Nienhuis en Michel van Giersbergen.

Deze wijze van stationsopbouw is geruime tijd de norm geweest voor openluchtstations. Deze rails wijken maar weinig af van de bouwwijze van de hoogspanningslijnen zelf. Hangende rails zijn goedkoop, kortsluitvast, elektrisch voorspelbaar in hun gedrag en flexibel in gebruik. Net als bij hoogspanningslijnen met vakwerkmasten staan portalen met hangende rails het toe om heel snel een aanpassing te kunnen maken. Moet er een trafo, een klant of een nieuwe hoogspanningslijn worden aangesloten, dan zet je gewoon een nieuw portaal neer, je spant er wat draden in af en klaar is de nieuwe aansluiting. 

Maar een nadeel aan hangende rails is het zwiepen in de wind en in nog sterkere mate de onoverzichtelijkheid van het station. Zelfs voor iemand die het station van top tot teen doorheeft is het een grote verzameling draden, waarbij een een foutje snel is gemaakt. Een bretel over het hoofd zien, vergeten om een aarding los te maken, of net even met de hijskraan een draad aantikken… zelfs als er geen spanning op staat is het station onoverzichtelijk. Dat heeft gevolgen voor de leveringszekerheid, maar ook voor het veiligheidsgevoel van het werkend personeel. Hangende rails zijn daardoor op hun retour in hoogspanningsland.

Staande rails

Want sinds enkele tientallen jaren zijn staande rails de standaard geworden. Eerst bij de lagere spanningen en nu uiteindelijk ook bij de hoogste spanningen. Staande rails bestaan uit horizontale aluminium buizen die op verticale keramische isolators zijn gemonteerd. Er zijn geen portalen en slechts amper draden nodig. Het gevolg is een overzichtelijk stationsterrein waarop het aangenamer werken is dan tussen de hangende rails. Een tweede voordeel van een buis boven een draad is dat die extra goed overweg kan met het skineffect en dat het makkelijker is om ze te monteren. Wel hangt er zo nu en dan een Stockbridge-demper aan, want ook staande rails zijn rond van vorm en kunnen dus last krijgen van trillingen of resonantie.

Ook met staande rails is een trafostation nog steeds een complex ogende installatie, zoals we zien aan Zwolle-Hessenweg op de linkerfoto. Rechts zien we het 150 kV-station Lillo. De drie horizontale buizen vervullen uitstekend zichtbaar de functie van de drie fasedraden en het station is gevrijwaard van de wirwar van draden zoals we die bij hangende rails aantreffen. Foto's door Hans Nienhuis en Bavo Lens.

Een nieuw idee waren buisvormige rails niet. In overdekte stations, waar meestal minder ruimte beschikbaar is dan in de openlucht, was het al heel lang gangbaar om voor buisrails op staande isolators te kiezen. (Niet dat dat altijd gebeurde: met name in en na de oorlog was er een groot materiaaltekort, zodat er vaak werd geïmproviseerd. Dordrecht verkreeg op die manier een overdekt station met hangende rails. Een oplossing die zo goed voldeed dat deze ook na de oorlog permanent in gebruik bleef, zoals te lezen is in het drukwerkje De Grootsche Gedachte van Louis van Empelen.)

Buisvormige rails in openluchttoepassing op staande isolators zijn nieuwer dan hangende buizen. De reden daarvoor is dat er twijfels waren over de sterkte van de keramische isolators waar de rails op bevestigd zijn. Normaal gesproken loopt er een stroom van maximaal enkele duizenden ampères door de rails. Dat grote vermogen genereert een magneetveld dat ervoor zorgt dat de rails elkaar een beetje aantrekken (wet van Ampère). Normaal gesproken zijn die krachten relatief klein en is dat geen probleem, maar wanneer er ergens een harde sluiting ontstaat, neemt de stroomsterkte razendsnel toe toe soms wel boven 100 kA voordat de vermogensschakelaar het genoeg vindt en de zaak afgeschakeld wordt. Maar in die korte tussentijd (enkele honderdsten van een seconde) ontstaat er heel kort een magneetveld dat tientallen tot honderden malen sterker is dan tijdens normaal bedrijfsgebruik. De rails zullen elkaar dan plotseling zeer sterk aantrekken of afstoten en tegen elkaar aan willen klappen of van elkaar weg willen springen. Men heeft zich lange tijd afgevraagd of keramische staande isolators daartegen bestand waren en verkoos dan maar het zekere voor het onzekere.

Staande rails voor 380 kV op Simonshaven. Merk op hoe lang de isolators zijn en hoe de rails van deze afmetingen doorbuigen onder hun eigen gewicht (de holle aluminium buizen met een diameter van ongeveer twintig centimeter wegen ruim een halve ton elk). Rails in het 380 kV-netvlak van deze grootte zijn momenteel het uiterste van wat er met deze wijze van stationsbouw te bereiken is. Foto door Johan Swank.

Daarmee wordt ook duidelijk waarom staande rails eerst in zwang raakten op openluchtstations van lagere spanningen en pas als laatste in stations voor 380 kV. De kortsluitstromen op koppelnetstations daar enorm groot (het hele gesynchroniseerde Europese net hangt achter de kortsluiting) en de magneetkrachten dus ook. Staande isolators, bij 380 kV toch al erg lang, krijgen het dan extra zwaar te verduren. Pas de laatste decennia zijn deze isolators sterk genoeg geworden (en de vermogensschakelaars snel genoeg geworden) om toepassing van staande rails op het 380 kV-niveau daadwerkelijk aan te durven.

Maar zelfs vandaag hebben staande rails nog niet bij ieder nieuwbouwproject in de openlucht de hangende rails verdrongen. Op stationslocaties dichtbij zee is meer wind en ook komt er zoutafzetting voor. Mede vanwege die redenen heeft men bij de bouw van bijvoorbeeld station Oudeschip toch nog grotendeels voor hangende rails gekozen in plaats van staande rails.

110 kV-rails op station Ommen-Dante. Rails verzorgen de transportfunctie op het trafostation zelf, maar heel soms kunnen ze ook gebruikt worden voor afstandstransport. Rechts zien we zo'n toepassing op station Apeldoorn-Woudhuis. Deze rails voeren middenspanning10 kV. Merk op hoe weinig vrije ruimte er bij 10 kV maar nodig is als de 'geleiders' niet kunnen zwiepen. Foto's door Ot Lesley en Hans Nienhuis.

Rails bij middenspanning

Ook bij middenspanning worden de drie fasedraden binnenin de stationsgebouwen aangeduid als rails. Daar zijn hangende rails een zeldzaamheid en betreft het meestal vast gemonteerde rails die kunnen staan of zelfs aan een portaal of andersoortige uithouder aan de zijkant van de schakelinstallaties langs de muur of omlaag vanaf de trafo kunnen lopen. Of ze al dan niet geïsoleerd zijn hangt af van het bouwplan en de toepassing. Voor middenspanningsrails geldt ook dat ze meestal per fase een eigen kleur dragen, in tegenstelling tot hoogspanningsrails. Daar draagt een heel circuit als geheel een kleur en dragen de fasedraden klokgetallen. Een heel andere manier van identificatie.