Hoewel ze er low-tech uitzien zijn ze onmisbaar in het hoogspanningsnet. Scheidingsschakelaars laten met opzet precies zien wat ze doen: een zichtbare, fysieke onderbreking in een hoogspanningscircuit openen.

Op de pagina over vermogensschakelaars is te lezen hoe dat type schakelaar ondanks zijn simpele uiterlijk in staat is tot het razendsnel schakelen van de volle load zoals die op de stations en de verbindingen staat. In middenspanningsnetten kan men soms volstaan met alleen een vermogensschakelaar, maar in hoogspanningsnetten is dat niet voldoende. Stel dat de vermogensschakelaar zelf een probleem heeft en niet correct functioneert? Met hoogspanning wordt geen enkel risico genomen: in serie met de vermogensschakelaars tref je daarom vrijwel altijd ook een scheidingsschakelaar aan.

Zichtbaar resultaat

In tegenstelling tot vermogensschakelaars zijn scheidingsschakelaar relatief simpel en goedkoop. En ze hebben nog een ander kenmerk: je kan in één oogopslag zien of hij open staat of gesloten is.

Geopende en gesloten scheidingsschakelaars voor 380 kV op Hessenweg

Open en gesloten scheidingsschakelaars van het hefboomtype op station Hessenweg (onder de pijlen). Hier is het opstijgen van de 380 kV-verbinding Zwolle-Meeden te zien. Het zwarte circuit is op het moment van de foto afgeschakeld wegens werkzaamheden verderop onder de verbinding. Op de achtergrond zien we dat de T-vormige vermogensschakelaars in serie staan achter de scheidingsschakelaars. Foto door Hans Nienhuis.

Een scheidingsschakelaar is in eerste instantie bedoeld als extra veiligheidsvoorziening. Wanneer de vermogensschakelaar geopend wordt, is het circuit, de hoogspanningslijn of zelfs een deel van het hele station direct daarna spanningsloos. Men kan dan beginnen met werkzaamheden of (bij calamiteiten) met blussen en stroom omleiden. Tenminste, dat mogen we aannemen. Maar het kan gebeuren dat de vermogensschakelaar faalt, dat de brand juist in de vermogensschakelaar zelf uitbreekt of dat er door onachtzaamheid of een procedurefout alsnog opdracht wordt gegeven om de vermogensschakelaar te sluiten terwijl dat niet had mogen gebeuren. De gevolgen kunnen dan levensgevaarlijk zijn. Met hoogspanning wil men zo min mogelijk risico nemen en de scheidingsschakelaar zorgt voor een extra garantie. 

Het opendoen van een scheidingsschakelaar moet je zo letterlijk mogelijk nemen: er wordt een fysieke onderbreking geopend in de fasedraden zodat voor iedereen zichtbaar is dat de verbinding of rail echt is losgekoppeld. De onderbreking is zo groot dat het spontaan verschijnen van een vlamboog onmogelijk wordt gemaakt.

Gesloten scheidingsschakelaars op SimonshavenGesloten scheidingsschakelaars op Tilburg

Gesloten scheidingsschakelaars. Links (enigszins lastig te zien) zien we aan de rechterzijde van de foto een moderne scheidingsschakelaar voor 380 kV op Simonshaven (foto door Johan Swank). Op de andere foto zien we een al iets ouder type scheider voor 150 kV op Tilburg, met een rail in de vorm van een busbar, Telkens zien we netjes alle drie de fasen binnenkomen. Iedere fase heeft altijd zijn eigen scheider. Foto's door Michel van Giersbergen.

Twee stabiele toestanden

Dat opendoen kan op verschillende manieren. Voor hoge spanningen zijn openluchtschakelaars van het verticale- of hefboomtype het meest gangbaar. Die lijken op een slagboom en ze kennen twee stabiele toestanden: gesloten en geopend. Een gesloten schakelaar blijft vanzelf gesloten, tenzij deze actief de opdracht krijgt om te openen. Hetzelfde geldt voor de geopende toestand: de zwaartekracht houdt hem geopend en niets verandert dat, tenzij de schakelaar actief de opdracht krijgt om weer te sluiten. De schakelaar is vanuit beide stabiele toestanden niet in staat om zonder actief commando per ongeluk van status te veranderen. Op die manier blijft de stroomvoorziening gehandhaafd (of juist opzettelijk onderbroken), zelfs als er een probleem is met de aansturingsapparatuur.
Een variant op dit ontwerp is de knikarm-scheider. Hierbij is de hefboom vervangen door een arm met een knik, die zich ongeveer hetzelfde gedraagt als de standaard van een knikbare bureaulamp of de giek van een havenkraan. Pas na actieve opdracht beweegt hij.

Geopende zuilrotatiescheiders op Maasbracht

Geopende zuilrotatiescheiders op Maasbracht. Let op de manier waarop ze geopend zijn: niet alleen staan ze geroteerd, ook zijn ze geaard door het roodwitte balkje. Het is duidelijk dat deze voor langere tijd open staan en dat men iedere kans op ongelukken wil vermijden. Foto door Michel van Giersbergen.

Een type dat bij lagere spanningen tot ongeveer 150 kV het meest populair is, is de zogeheten zuilrotatiescheider, of kortweg een zuilscheider. Dit ontwerp is al heel oud en hij bestaat uit een of twee metalen stangen op isolators, die in hun geheel gedraaid kunnen worden. Door de isolators met stangen en al te roteren kan het contact gemaakt of verbroken worden. Ook deze schakelaars kennen twee stabiele toestanden omdat ze zich uitsluitend horizontaal bewegen. Een kwart slag draaien zal daardoor nooit vanzelf gebeuren, tenzij er actief opdracht toe wordt gegeven.

Gesloten rotatieschakelaarsGeopende scheidingsschakelaars van het rotatietype

Zuilrotatiescheiders zijn al een oude techniek. Hier zien we twee oude foto's die gemaakt tijdens de aanleg van het trafostation dat hoorde bij de inmiddels reeds lang weer gesloopte centrale van Hengelo. We zien zuilscheiders in gesloten (links) en geopende toestand (rechts). Vanzelf draaien doen ze nooit, zodat deze twee standen veilig zijn en stabiel blijven. Low-tech, maar effectief. De foto's zijn beschikbaar gesteld door forumlid Jeronimo.

De vermogensschakelaars in de netten van Tennet en Elia komen meestal uit Duitsland. Maar voor scheidingsschakelaars is dat anders, want in de Benelux hebben we zelf nog een trotse fabrikant en ontwerper van scheidingsschakelaars: Hapam in Bunschoten-Spakenburg. Sinds 1925 leveren ze allerlei soorten scheidingsschakelaars voor binnen- en buitenland.

Niet onder spanning schakelen

Waarschijnlijk de meest opmerkelijke eigenschap van scheidingsschakelaars is dat ze eigenlijk helemaal niet bedoeld zijn om te kunnen schakelen wanneer er stroom doorheen loopt. 

Het in- en afschakelen van het vermogen zelf is de taak van de vermogensschakelaar. Tijdens normale situaties moet ook altijd éérst de vermogensschakelaar geopend worden, en daarna pas de scheidingsschakelaar. Nooit andersom.
Dat is belangrijk, want wanneer je een vermogen probeert te schakelen met een scheidingsschakelaar kan er dit gebeuren:

Dat is niet zo handig. Vlamboogvorming – en omdat de vlamboog zich niet in een oliebad of in SF6 bevindt en ook niet wordt weggeblazen door perslucht, blijft de geïoniseerde lucht aanwezig en doven de vlambogen niet uit na een nuldoorgang. Meestal komen de componenten en de leveringszekerheid er bij zo'n handeling nog redelijk goed vanaf, maar niet altijd hebben we dat geluk. Wanneer twee vlambogen elkaar onverhoopt raken resulteert het in een harde sluiting. (In het ergste geval kan zo'n kortsluiting een ander circuit raken zodat er daadwerkelijk uitval plaatsvindt. De grootste stroomstoring in Nederland sinds de eeuwwisseling (27 maart 2015) ontstond door een dergelijke reden: een scheider sloot niet correct, trok een vlamboog en maakte kortsluiting met de dakrails op het 380 kV-schakelveld van Diemen.) Ook kunnen de vlambogen zorgen voor brand- en smeltschade op de koppen van de schakelaar.

De scheidingsschakelaar als vermogensschakelaar inzetten is in ontwikkelingslanden soms de normale gang van zaken, maar het wordt in moderne hoogspanningsnetten in principe alleen gedaan als het echt niet anders kan, zoals in noodgevallen of bij een defecte vermogensschakelaar. 

Kleinere scheidingsschakelaars: de pantograaf-railscheiders

Naast de grote scheiders waarmee hele circuits worden vrijgeschakeld, tref je op vrijwel alle stations voor hoogspanning ook een groot aantal identieke kleinere schakelaars aan. Ze hebben het uiterlijk van een soort schaar of een stroomafnemer van een trein. Dit zijn zogeheten pantograaf-railscheiders. Ze kunnen worden opgevat als een variant op scheidingsschakelaars, maar dan met een minder dramatische scheidingswerking. Ze worden gebruikt om intern binnen de hoogspanningsstations losse rails aan- of af te schakelen. Hun naam hebben ze gemeen met de pantograaf van elektrische treinen en trams, die ook door middel van een schaarknik werken. Meestal zijn pantograaf-railscheiders wit of roodwit geschilderd. Ook deze schakelaars zijn slechts bedoeld om vermogen te verschakelen en niet om vermogen af te schakelen.

Geopende en gesloten pantograaf-railscheiders op Hessenweg

Geopende en gesloten pantograaf-railscheiders op Zwolle-Hessenweg. Deze exemplaren kunnen ook als scheidingsschakelaars gebruikt worden. Foto door Hans Nienhuis.

De infrastructuur van een trafostation bestaat meestal uit een klein of groot aantal hangende draden (oudere installaties) of holle aluminium buizen (nieuwere stations) die telkens rails genoemd worden. Ze hangen aan portalen of staan bovenop keramische isolators. Deze rails tref je altijd per drie stuks aan en ze doen dienst als fasedraden. Wanneer er op een trafostation twee of meer hoogspanningscircuits binnenlopen (dat is al snel het geval) kan het nodig zijn om een deel spanningsloos te maken terwijl elders juist spanning moet blijven. Voor het subtielere schakelwerk, zoals het sturen van elektriciteit binnen het trafostation zelf of het op commando afschakelen of verbinden van een veld, losse transformators of eigen rails voor klantaansluitingen worden de pantograaf-railscheiders gebruikt. De ronde schijven op de knikken zijn bedoeld om coronaverliezen en de kans op vonkvorming te beperken door de elektrische veldsterkte op scherpe hoeken te verkleinen.

Nieuwe pantograaf-railscheiders op Hessenweg

Zoals alles in het hoogspanningsnet zijn ook de pantograaf-railscheiders geen kleine onderdelen. Hier staan er een aantal nieuwe exemplaren voor 220 kV te wachten om in gebruik te worden genomen op Zwolle-Hessenweg: er passen er precies twee op een europallet. Exemplaren voor 110 kV of nog lagere spanningen zijn vanzelfsprekend kleiner, maar voor 380 kV zijn ze nog een slag groter dan deze exemplaren. Foto door Hans Nienhuis.

Samen met transformators en vermogensschakelaars zijn de scheidingsschakelaars de belangrijkste actieve componenten op een station. Maar de bediening en controle van een en ander vereist bewaakapparatuur en communicatie. Want hoewel een vermogensschakelaar en een scheidingsschakelaar beiden automatisch en manueel open gezet kunnen worden, zullen ze vanuit veiligheidsoverwegingen nooit automatisch weer gesloten worden voordat er een aantal procedures en veiligheidsprotocollen met de hand of met de computer zijn uitgevoerd. En pas als de scheidingsschakelaar gesloten is, mag de vermogensschakelaar het volle elektrische vermogen inschakelen.  
 


Omhoog