3-25 kV (middenspanning)

Middenspanning is de verzamelnaam voor de netten tussen 25 kV en 3 kV. Het is het meest uitgebreide netwerk van allemaal.

Middenspanning is de link tussen hoog- en tussenspanning enerzijds en het laagspanningsnet anderzijds. Het is niet voor niets het meest uitgebreide net of spanningsvlak van het hele elektriciteitsnet. Er zijn vele honderden koppelpunten met hoog- en tussenspanning, er zijn vele duizenden trafo- en schakelhuisjes en in totaal is er meer dan 100.000 kilometer middenspanningslijn- en kabel in de Nederlandse en Belgische berm.

Van 26 kV tot en met 3 kV

Net als hoogspanning heeft ook de middenspanning niet overal dezelfde spanning. Door technische, historische of financiële redenen en soms  simpelweg door botsende ego’s bij voormalige elektriciteitsbedrijven kan je in Nederland en België in wel tien verschillende spanningen aantreffen. Het ene gebied voert 25 kV, een ander doet het op 20, 13 of 12 kV, Haarlem is een enclave van 6 kV en in het noordoosten van het land is ook nog 3 kV te vinden.

Eigenlijk is er in Nederland maar één spanning die het heeft geschopt tot een min of meer landelijke dekking op middenspanningsniveau en dat is 10 kV. In België is zelfs dat niet gelukt. Daar is het altijd een ontdekkingsreis om te zien wat een trafostation precies voor spanning voert. Op de netkaart worden per hoogsopanningsstation de secundaire spanning, oftewel de afgaande middenspanning aangegeven. Ook de onderstaande tabel biedt een overzicht van de belangrijkste toepassingsgebieden.

Nederland: alles ligt in de grond

Wie in Nederland een blik wil werpen op middenspanning zal beteuterd op zijn neus kijken. Op één enkele Duitse 10 kV middenspanningslijn na die bij Elten in de Achterhoek een piepklein stukje over Nederlands grondgebied loopt (drie masten staan op Nederlands grondgebied om een omweg af te snijden) is in Nederland in het geheel geen bovengrondse middenspanning. De bodemgesteldheid is perfect geschikt voor het leggen van kabels en spanningen in de orde tot 25 kV laten zich uitstekend vervaardigen en in de grond leggen. En dat was eigenlijk altijd al zo. Het is dus niet zo dat er vroeger op enorme middenspanningsnetten bovengronds hebben gestaan. 10 kV bovengronds is altijd al een uitzondering geweest. Het is dan ook in de meeste gevallen laagspanning wat men op oude foto’s uit Nederland ziet.

   

Middenspanningshuisjes of netstations – er zijn er misschien wel honderdduizend in Nederland en België en hun ontwerp en afmeting zegt veel over hun bouwjaar, eigenaar en wat er daarbinnen gebeurt. Er zijn zelfs eigen websites over, zoals de (enigszins) collega’s van trafoturm.eu bewijzen. Serieus, voor je het weet heb je er weer een hobby bij. Foto’s door Johan Swank.

Rond 1920 was er reeds een paar duizend kilometer middenspanningsnet in onze streken, al werd dat toen nog niet zo genoemd. In poldergebieden met slappe bodems waarin kabels ingraven een moeilijke strijd tegen grondwater was stonden die soms op houten palen, maar elders in het land was het van meet af aan al gangbaar om ze bij aanleg als grondkabels uit te voeren.

België: steeds meer ondergronds, maar afhankelijk van de omgeving

Ook in België is middenspanning voornamelijk een ondergrondse aangelegenheid, maar niet overal. In sommige gebieden staan de verbindingen bovengronds op betonnen of houten palen. Er lijkt niet echt een logica te zitten achter of je het in Vlaanderen bovengronds of ondergronds aantreft. Er is wel een verschuiving gaande richting steeds meer verkabeling. Daar is niet direct een technische reden voor, behalve misschien een kleinere kans op schade door omvallende bomen of overlast in verstedelijkte gebieden. De teneur in de samenleving is nu eenmaal dat men liever geen bovengrondse draden wil zien zodat de aanleg of vernieuwing van een bovengrondse lijn tegenwoordig uitdraait op protesten en omslachtige vergunningen. Ook dit is een belangrijke motivatie voor netbeheerders om dan maar een grondkabel te kiezen.

Bakbeest van een 15 kV MS-lijn in de Condroz. Deze verbinding dient als noodachtervang voor een metaalsmelter om gecontroleerd de smelt stil te leggen zonder schade aan de ovens als de gangbare kalntaansluiting op 150 kV een storing heeft. Deze MS-lijn is zo zwaar voor zijn soort dat hij qua transportcapaciteit waarschijnlijk zelfs lichte 110 de baas is. Foto door Bavo Lens.

In Wallonië speelt wat anders, en het heet rotsen. In de Ardennen zien we de middenspanning juist vaak bovengronds. In rotsachtige gebieden is verkabeling ook vandaag de dag niet eenvoudig. Het is te kwetsbaar (lange reparatietijden, gevoelig voor aardverschuivingen) of simpelweg veel te duur. In de heuvels past men bij voorkeur bovengrondse verbindingen toe, meestal op stobiepalen of volledige betonnen palen, maar soms ook nog op houten palen.

Trafo- en schakelhuisjes: netstations

Stations en knooppunten in middenspanningsnetten worden netstations genoemd. Door de uitgebreidheid van middenspanning zien we overal netstations waar schakelapparatuur of transformators staan om verschillende middenspanningen te koppelen of om met laagspanning te koppelen  Trafohuisjes heb je in soorten en maten. Hun bouw en type kan voor de kenner in een oogopslag verraden hoe oud het huisje is, wie hem heeft neergezet en wat er ongeveer voor transformator in staat, eigenlijk net zo als dat voor hoogspanning ook zo is waar je door middel van herkenning van het mastontwerp en de stationsopbouw ook de geschiedenis kan ontdekken.

   

Nog meer netstations. Links een gemetseld exemplaar zoals die in al zijn anoniemheid in elke stad of dorp kan worden aangetroffen. Meestal zit hier nog relatief oude apparatuur van Holec, COQ of Hazemeyer in. Rechts een modernere prefab compact variant, die in zijn geheel van de vrachtwagen getakeld wordt bij plaatsing. Foto’s door Johan Swank en Hans Nienhuis.

Een aparte categorie wordt gevormd door de zogeheten trafotorens. Dit is een variant op het trafohuisje die zich kenmerkt door de vorm van een gemetselde toren die net zo hoog is als bovengrondse middenspanningslijnen. Deze zijn dan ook op volle hoogte aan het gebouwtje verbonden en worden via een geveldoorvoer naar binnen geleid. Zo kan de schakelinstallatie beschermd voor weer en wind worden geplaatst bovenin de toren. Omdat de transformator voor koppeling met het laagspanningsnet een zwaar en lomp ding is liet men die doorgaans gewoon op de grond staan, onderin de voet van het torentje. De laagspanningsinstallatie zat dan naast de trafo, waar men er gemakkelijk bij kon. De afgaande laagspanningskabels gingen terug omhoog het torentje in, of ondergronds ervandaan door gaten in het fundament heen.

Dit prachtige historische trafogebouwtje in Herenthals lijkt wel een kerk. Deze bouwwijze zien we vaker in die streek. In de toren kwamen bovengrondse MS-circuits binnen. De trafo staat op de grond (kwestie van gewicht) en als je er dan een schakelruimte voor laagspanning bij wou kom je op deze vorm uit. De precieze esthetiek verdient een compliment. Het gebouwtje is overigens nog gewoon in gebruik, maar alle kabels komen nu ondergronds binnen. Foto door Bavo Lens.

Trafotorens zijn in Nederland zeldzaam en nooit echt doorgebroken omdat middenspanning van meet af aan veel met kabels werd aangelegd. Heel soms staat er nog een overgebleven exemplaar die bovengronds niet meer aangesloten is, zoals in Zeist aan de Driebergseweg. In België, Duitsland en Denemarken zijn ze meer te vinden en tot op vandaag in gebruik en er staan er vele duizenden in soorten, maten en bouwstijlen. Van antieke, monumentale exemplaren met versieringen, tot kille maar uiterst functionele betonnen exemplaren. Sterker nog, het zijn er zoveel dat je er een aparte website over kan volschrijven en dat is precies wat de collega’s van het Duitse Trafographie (trafoturm.de) hebben gedaan. Een aanrader voor iedereen die beter wil kijken naar een bijzonder stukje nethistorie.

Bewezen degelijkheid en meestal standaardoplossingen

Aan de ene kant zijn netbeheerders vooruitstrevend bezig met zelfdetectie van storingen, modellen voor asset management en vervangingsprogramma’s. Met computerberekeningen voor de loadflow en het intelligent maken van het stroomnet, soms zo intelligent dat het uit zichzelf on the fly een loadberekening kan doen en kan bepalen waar terstond een netopening moet verspringen als er een component verstoord raakt. (Nog even en het stroomnet gaat uit zichzelf een mening ontwikkelen over kinderfeesten en of het maar eens in bitcoins moet gaan beleggen.)

Maar aan de andere kant neigt men sterk naar bewezen techniek. Een aanzienlijk deel van de apparatuur in middenspanningshuisjes is relatief oud. Schakelaars dragen nog namen uit lang vervlogen tijden. COQ, Hazemeyer en Magnefix (jeweetwel, klabam!) zijn nog altijd net zulke gevleugelde namen als ABB, Eaton en Siemens in de middenspanningswereld. En hoewel de netbeheerders in de gaten houden of een installatie aan vervanging toe is wordt dat meestal niet te vroeg gedaan. Zodoende kan een middenspanningshuisje met barok gemetselde gevel uit de jaren dertig soms ook aan de binnenkant nog gewoon de apparatuur bevatten die er toen in is gezet. Don’t fix it if it aint broken.

Blik binnenin een oude middenspanningsinstallatie in België die al minimaal vijftig jaar ongewijzigd in gebruik is. Het ziet er oud en gammel uit, maar dat is dus slechts schijn. Soms zijn ze er nog veel ouder dan dit exemplaar.

Een ander kenmerk van middenspanning is dat het sterker is gestandaardiseerd dan hoogspanning. Waar een hoogspanningsstation meestal maatwerk is en per exemplaar wordt ontworpen en doorberekend, zien we bij middenspanning dat men meestal kiest voor standaardoplossingen. Een goed voorbeeld daarvan is te zien aan de vermogens van de MS/LS transformators die worden toegepast. Die zijn er voor 10 kV vrijwel uitsluitend in de formaten 400, 630, 800, 1200 en 2000 kVa en daar zijn historische redenen voor – de kenner ziet direct de overeenkomst met de getalwaardes van afzekering in de meterkast: 40, 63 en 80 A. Wie dus een ander getal wil, zal goed moeten zoeken. Voordeel daarvan is dat het formaat van de moderne trafohuisjes kan worden aangepast op de trafo, zodat er efficiënt gebruik kan worden gemaakt van weinig ruimte.

Blik binnenin een moderne middenspanningsinstallatie in België. Een schakelbatterij van een grote buitenlandse fabrikant bevat schakelaars afgevuld met hars. Merk ook de datakabels op, die waren er vroeger natuurlijk niet.

Middenspanning in de toekomst: welkom bij het transportnet

Het hoogspanningsnet is reeds van begin af aan ontworpen om zonder richting te kunnen werken: elektriciteit kan er alle kanten op en het elektrisch vermogen kan zich vrijelijk door het hoogspanningsnet bewegen tussen plekken met productie en plekken met consumptie. Die richting kan per dag wisselen, afhankelijk van of het waait, of het vriest of dat er verbindingen en stations los zijn geschakeld voor onderhoud of reconstructie. Bij middenspanning is dat anders. Middenspanningsnetten zijn meestal aangelegd in een tijd waarin decentrale opwek nog niet bestond. Ze zijn daardoor voornamelijk ontworpen op éénrichtingsverkeer van vermogen naar de verbruikers toe: invoeding dus van bovenaf uit het hoogspanningsnet, en de belasting uitsluitend op de laagspanningskant. Nu er steeds meer decentrale productie bij komt ontstaan er problemen.

Voorbeeld van zo’n probleem is zogeheten verblinding van beveiligingen. Als er in een MS-deelnet een kortsluiting ontstaat terwijl er binnen dat net ook (decentrale) productie aanwezig is, dragen deze generatoren bij aan de kortsluitstroom, zodat die veel groter kan zijn dan de meet- en beveiligingsapparatuur in het netstation denkt. Door decentrale productie in een middenspanningsnet dat daar niet op is aangepast wordt soms wordt de beveiliging ten onrechte aangesproken – of erger, de beveiliging wordt ten onrechte niet aangesproken.

Netbeheerders zien en weten dit ook. Nieuwe beveiligingen en netstructuren zijn nodig. Liander experimenteert met 20 kV-ringnetten waarop 10 kV-strengen worden aangesloten zodat er twee niveaus middenspanning ontstaan. Stedin zet in de 13- en 10 kV-netten in op zelfherstellende netten bij storingen, iets dat futuristisch klinkt maar inmiddels reeds operationeel in dienst is. En alle netbeheerders hebben gemeen dat ze zich nerveus afvragen hoeveel verzwaringen er in de MS-netten nodig zijn als de maatschappij van het gas af wil, warmtepomp na warmtepomp installeert en uiteindelijk ook de auto elektrisch wil hebben.

Eén ding is zeker: als je een spannend werkgebied met tientallen jaren baangarantie wil, ga de hoog- of middenspanning in en je zit gebakken.