Hoe weet je of je nieuwe hoogspanningsmast ook echt zo sterk is als je berekening zegt? Computermodellen zijn steengoed geworden, maar soms moet je iets echt testen. Tennet en KEMA hebben een 1:1 exemplaar van de nieuwe moldaumast in Roemenië op een speciale pijnbank voor hoogspanningsmasten gelegd. Het resultaat: met vlag en wimpel geslaagd.
Je zal ’t meemaken. Heb je net een hele hoogspanningslijn gebouwd, blijkt er een flaw in de constructie te zitten zodat je al die masten moet aanpassen omdat niet te garanderen is dat de masten daadwerkelijk veilig zijn volgens de normen. Weg leveringszekerheid, weg veiligheid, weg imago. Om ervoor te zorgen dat dit juist nooit gebeurt en dat hoogspanningslijnen veilig zijn hebben we normensets in Nederland, Europa en in de wereld. Maar om te testen of een nieuwe hoogspanningsmast ook werkelijk aan die norm voldoet is een computerberekening soms niet genoeg.
Hoe test je een auto? Precies, zo. Hoe test je een hoogspanningsmast? Eigenlijk op verrassend gelijkende wijze, inclusief zowat dezelfde muziek.
Tennet en KEMA hebben een exemplaar van de nieuwe moldaumast opgebouwd in Roemenië, waar een speciale testbank bestaat voor nieuwe hoogspanningsmasten. De arme moldau is daar op de pijnbank gelegd en zwaar beproefd. Maar de uitkomst van die testen was er eentje om een fijne fles champagne bij ontkurken, want de moldau is met vlag en wimpel door de tests gekomen.
Zelfs de beste berekening is een berekening
Hoogspanningsmasten ontwerpen is een ingenieurstak die al ruim een eeuw voortbouwt op zowel theorie als praktijk. Je tekeningen en berekeningen kunnen je van alles vertellen, maar soms blijkt dat natuurkunde net weer anders in elkaar zit. Een voorbeeld van zo’n wereldwijde tik op de hoogspanningsneus was de geleidelijke ontdekking dat het berekenen van dynamische windlast tegen een mastlichaam beter diagonaal kan worden gedaan dan frontaal of van precies opzij. Bij de traditionele manier kwam de wind in de berekeningen telkens keurig van voren of van opzij tegen de mast aan, waardoor aan de drukzijde twee poten van het broekstuk tegelijk de drukkrachten konden verdelen. Maar dat bleek bij nader inzien niet het zwaarste belastingsscenario. Juist diagonale druk tegen de mast, waarbij één broekstukpoot alle drukkrachten moet opnemen en twee andere poten een uitbuiging naar buiten ervaren bleek het worst case scenario. Daar is tot en met de jaren 70 weinig rekening mee gehouden. Het komt erop neer dat de meeste masten die grofweg voor 1980 zijn gebouwd in werkelijkheid een hogere zogeheten uitnuttingsgraad van hun constructie ervaren dan bij het ontwerp aangenomen.
Dat deze ontdekking alsnog weinig gevolgen blijkt te hebben danken we aan een goed gebruik onder ingenieurs: overdimensie toepassen. Rekening houdend met het ergste scenario of een ontdekking zoals deze, bouwde men de masten meestal wat sterker dan strikt noodzakelijk was voor de taak die ze kregen. Overdimensie heeft de dag wel vaker gered. Een ander voorbeeld van een achteraf onjuiste aanname is dat een staafverbinding op een plaat met een rij van vier bouten ook een keer of vier zo sterk is als een verbinding met één bout. Het zijn meestal niet de bouten, maar de hoeklat zelf die het het eerste begeeft en dat zal hij doen op de plek waar het laatste boutgat zit. Dat ook dit zelden tot problemen lijdt komt door correcte vakwerken, maar ook door toepassing van hoeklatten die vooral tot en met de jaren 60 net een slagje dikker waren dan minimaal noodzakelijk.
The real thing is the real deal
Tegenwoordig hebben we krachtige computers en veel betere materiaalkennis. Onjuiste aannames over belasting van mastlichamen komen nu sneller aan het licht in computermodellen. Toch worden zelfs vandaag de dag nog wel eens dingen ontdekt die op zijn gunstigst een ‘hee, dat is interessant’ uitlokken, en op minder gunstige momenten moet er een herstel- of versterkingsoperatie uitgevoerd worden. Dat overkomt zelfs moderne masten, want ook Zwolle – Meeden heeft jaren na zijn bouw nog een retrofit met zwaardere trekschoren in de middentraverse gekregen vanwege een achteraf te kwetsbare staaf. Je wil dus dat je de nieuwe mast kan vertrouwen in weer en wind, en dat je de komende zeventig jaar (masten worden voor minimaal 50 jaar en in de praktijk 70 tot 100 jaar ontworpen) kan vertrouwen op een correct werkende hoogspanningslijn. En daarvoor is het nodig goed te weten wat het materiaal doet.
Daartoe wordt een complete mast opgebouwd. Geen dummy, maar een echte, full scale. En die wordt beproefd. Wild aan de traversen trekken met hydraulische lieren, de mast torsen, hard duwen en onevenwichtig belasten. De mast moet dit allemaal doorstaan zonder dat er dingen stuk gaan of vervormen. Zulk soort tests doe je ook niet even achter de schuur of zelfs maar op de parkeerplaats van het kortsluitlab van de KEMA. In Roemenië is een testsite die speciaal gebouwd is voor dit soort beproevingen. Grote stalen frames waar lieren aan kunnen worden bevestigd en waarmee allerlei krachtencombinaties op de mast kunnen worden losgelaten. Met recht een pijnbank, maar dan verticaal.
Te sterk wil je ook niet
Ja maar.. kan je niet gewoon weer wat overdimensie er tegenaan gooien en al dat testen dan maar laten zitten? Uiteraard wordt ook vandaag nog overdimensie toegepast in de vorm van safety factors en een bewuste uitnutting die nooit 100% mag bereiken. Maar er is wel een trend naar minder overdimensie dan vroeger. Het uitnuttingspercentage bij zowel de nultoestand op een windstille lentedag als tijdens een woeste storm met ijzel is in moderne hoogspanningslijnen hoger dan vroeger. Dat kunnen we ons veroorloven dankzij betere computerberekeningen en materiaalkennis. Het is ook een economische noodzaak om hoger uit te nutten dan vroeger. Tennet laat de lijnen ontwerpen en bouwen en omdat Tennet een quango is (semi-overheid) betalen wij aan het einde van de dag de hoogspanningslijnen met belastinggeld. Dat is goed, maar de ACM (Autoriteit Consument en Markt) ziet erop toe dat dat kostbare belastinggeld wel doelmatig wordt besteed. Korter gezegd, er is interessant genoeg ook een goede reden waarom we niet té sterke hoogspanningsmasten willen.
De test met de moldau in Roemenië was een non-destructieve certificeringstest waarbij het primaire doel was om te zien of de mast het conform de berekeningen houdt. Het tweede doel was inzicht verkrijgen in vervormingen of faalmechanismen wanneer onverhoopt zou blijken dat een mastdeel of de hele mast het toch niet houdt. Bij deze tests is het dus eigenlijk het idee dat het testobject heel blijft en de moldau die hier is getest zal in principe uit elkaar worden geschroefd, worden geanalyseerd en later wellicht gewoon echt worden gebruikt in Zuidwest-Oost.
Niet altijd zijn de tests zo vriendelijk. Er wordt ook wel eens destructief getest. Men kiest er dan voor om na afronding van de non-destructieve tests het testobject af te schrijven waarna hetzelfde gebeurt als met een groep baldadige jongetjes en een oude schommel: hoeveel kan ie werkelijk hebben voordat hij stuk gaat? Er wordt dan getest tot ver buiten de ontwerpsterkte en certificering om te ontdekken hoeveel overdimensie er in het ontwerp zit. Uiteindelijk gaat men net zo lang door tot de mast werkelijk bezwijkt op het testbed. Blijkt uit zo’n test dat de mast aanzienlijk sterker is dan de berekening aangaf, dan is waarschijnlijk meer materiaal gebruikt dan eigenlijk nodig is en daarmee is de mast onnodig duur. Ook dat wil je vermijden.
Moldau is geslaagd
In het filmpje dat Tennet heeft vrijgegeven zien we dat een verhoogde steunmast van de moldau combi is opgebouwd. Tellen we ruiten in de toren, dan blijkt het een S+3 of een S+6 te zijn. Deze heeft een flink pak rammel heeft gekregen en doorstond dat naar wens. Het is niet bekend bij ons of er ook een hoekmast wordt beproefd, al lijkt dat wel aannemelijk. In ieder geval zal men de varianten willen testen die het het zwaarst voor hun kiezen krijgen.
Wanneer kunnen we de eerste moldau verwachten? Het lijkt erop dat we in de zomer het eerste exemplaar zullen gaan zien. Tennet zelf zegt de voorzomer, maar we houden hier rekening met de hoogzomer of nazomer. Bij Tilburg, net west van het nieuwe trafostation Tilburg 380/150, steken al vier poeren uit heipalen omhoog waar een moldau op zal worden gebouwd. Wanneer hij er staat kunnen we met eigen ogen zien hoe de moldau eruitziet, al wordt het op die plek wel een moldau solo die wat smaller is dan de combivariant op de Roemeense testbank. Vanzelfsprekend houden we het bij HoogspanningsNet in de gaten. ◼
Artikel: meerdere stills uit hetzelfde filmpje, waaronder een dronebeeld van de testsite, een grondbeeld en een nadere blik op de testmast, een moldau combi. Beelden: Tennet.
