Het haspelprobleem: kabels vervoeren

Grondkabels van enig formaat zijn ingewikkeld te vervoeren. Dit vrij onbekende probleem maakt kabels duurder en zelfs kwetsbaarder.

Kleine lichte kabels zoals die in huis worden gebruikt kan je op een vrij bescheiden haspel wikkelen en hoewel het al vrij snel een zwaar ding wordt is een haspel rond, zodat je ze net als een ton of olievat rollend kan verplaatsen. Bij zwaardere kabels nemen de problemen snel toe. Luchtlijnen hebben daar minder last van omdat de blanke metalen draden dunner en minder kwetsbaar zijn dan geïsoleerde grondkabels, en omdat een mof bij een luchtlijn geen extra kwetsbaarheid toevoegt waar bij een geïsoleerde kabel elke extra mof de faalkans doet toenemen.

Haspelomvang als beperkende factor

Men kan een kabel niet in het lang vervoeren en het zou bovendien een interessant fabricageproces opleveren omdat opslag dan een lastig verhaal wordt. Oprollen is dan de natuurlijke keuze. En dat oprollen gebeurt rondom een houten of stalen haspel. De omvang van die haspels zijn de belangrijkste beperkende factor. In beide richtingen, groot en klein.

   

Kabelhaspels voor een pittige laagspanningskabel (links) en éénfase XLPE voor 110 kV (rechts). Het volle exemplaar op de linkerfoto weegt vier ton.

In de maximale omvang ligt het voor de hand waarom er beperkingen zijn. Een haspel met een kabel is een zwaar en groot ding. Als je hem wil vervoeren moet hij wel over de weg kunnen en dus binnen de hoogtebeperkingen passen waarmee je onder een viaduct of een stoplicht door kan rijden. Wie slim denkt te zijn en de haspel dan maar op zijn kant wil vervoeren komt bedrogen uit. Wanneer een bepaalde breedte wordt overschreden is een speciaal transport nodig, plus dat er ook praktische breedtebeperkingen zijn. Het valt niet mee om een extra breed voertuig tussen de verkeersborden op de toegangswegen naar een rotonde door te manoeuvreren.

Uiteraard speelt dit ook bij zware types luchtlijngeleiders, maar omdat die minder dik zijn (vier centimeter is al een loeder) past er veel meer lengte op een haspel.

Luchtlijn (ACSR) op een haspel. Hier kan je ongeveer tweeënhalve kilometer op kwijt, terwijl met een grondkabel een stuk van vijfhonderd meter al best netjes is. Foto door Bavo Lens.

Minder bekend is dat ook de binnenzijde van de haspel een beperking oplegt. Een kabel kan niet in een oneindig strakke knik worden gelegd en dus ook niet op een heel dunne spoel worden gewikkeld binnenin de haspel. Daardoor gaat op een haspel minder kabel dan je zou denken.

Hoeveel grondkabel gaat er op een haspel? Minder dan je zou denken. Vanwege de beperkte bochtstraal is een haspel zoals deze voor meer dan de helft van de effectieve ruimte alsnog leeg. Voor fabrikanten is er dus veel aan gelegen een zo buigbaar mogelijke kabel te maken.

De trommel binnenin de haspel heeft daardoor een zekere diameter nodig zodat de kabel niet beschadigt. Dat beperkt de te vervoeren lengte ook vanuit de binnenzijde. Uiteindelijk bereik je de limiet van het aantal meter kabel dat op een haspel kan die enerzijds nog een beetje lekker over straat past en anderzijds niet voor beschadiging van de kabel zorgt door te strak wikkelen. Voor fabrikanten is dit een reden om de kabels zo dun mogelijk te maken waardoor een extra speelveld ontstaat tussen omvang en kwaliteit.

Zigzag is koppiekoppie

Nu en dan zit er een slimme ingenieur tussen die met een handig idee komt. Vroeger werd een kabel van een spiraalvormig aardschild voorzien. Maar wat dacht je van een zigzaggend aardschild?

Een kabel buigen is een zware klus en er worden allerlei slimmigheden toegepast om toch tot iets meer buigzaamheid te komen. Soms valt zo’n idee ook samen met makkelijker fabricage, want in deze kabel zit geen enkel onderdeel dat een spiraalvorm heeft. De kabel kan ‘stilstaand’ gefabriceerd worden. Foto door Mark van der Meer.

Met een zigzaggend of slingerend aardschild is de buigzaamheid van de kabel beter dan met een recht of een spiraalvormig aardschild. Ook kan je een zigzaggend schild makkelijker zijwaarts uit elkaar pluizen wanneer er een aftak moet worden gemaakt zonder dat de hele kabel moet worden doorgesneden. Beide eigenschappen maken de kabel makkelijker in omgang.

Derde voordeel, bij sommige kabels maakt zigzaggen in plaats van wikkelen het fabricageproces makkelijker omdat nu geen enkel onderdeel in de kabel nog een wikkelende beweging maakt. De kabel kan daardoor in een ‘stilstaande’ productielijn worden gemaakt en aan het uiteinde ervan op een haspel worden gewikkeld die slechts om zijn as roteert in de richting van oprollen in plaats van ook om een tweede as om de roterende beweging uit te moeten compenseren.

Zwaar rolletje

Over roteren in twee richtingen gesproken, ook in het fabricageproces is de haspel een beperkende factor, maar nu vanwege het gewicht. Er zijn kabels die uit uitsluitend rechte materialen (massieve geleiders) bestaan waaromheen via extrusie de isolatie wordt aangebracht, zoals het exemplaar op de foto hierboven. Andere kabels, zoals alle soorten GPLK vanwege de papieren stroken en bepaalde kunststofkabels met een gewoven aardschild, vereisen een roterende haspel omdat er tijdens de fabricage door een of meer subcomponenten een spiraalvormige beweging wordt gemaakt. Dat kan met een machine waarin de tonnen zware haspel in twee richtingen tegelijk roteert. Dat ziet er indrukwekkend uit in de fabriek, maar het is duurder en het beperkt de maximale omvang en het gewicht van de haspel. Bij hele lange lengtes zoals voor onderwaterkabels gewenst is, wordt de haspel veel te zwaar om in zijn geheel te roteren in twee richtingen.

Het gewicht beperken of de lengte kabel op een haspel maximaliseren kan ook worden gedaan door met enkelfasige kabels te werken. Die zijn per stuk dunner dan een gecombineerde driefasenkabel. Voor middenspanning kan men die keuze vrijelijk maken. Voor tussen- en hoogspanning is een driefasenkabel al zo groot dat hij niet praktisch meer is. Driefasenkabels voor deze spanningen treffen we eigenlijk alleen op zee aan.

Kortere kabels, meer moffen

Door met kleinere lengtes te werken wordt het transportprobleem beheersbaar, maar het komt ook lang na aanleg en oplevering nog met een prijs. Kortere kabellengtes hebben meer moffen nodig en juist die kabelmoffen zijn de achilleshiel van grondkabels. Het aanleggen van een mof in een middenspanningskabel is specialistenwerk en in een hoogspanningskabel vereist het zelfs nog meer precisie. Moffen maken de kabels duurder en kwetsbaarder. Bij elke aanleg van een kabel van formaat moet een compromis worden gezocht tussen wat nog te transporteren valt, hoeveel moffen acceptabel zijn (met bijbehorende, per stuk iets toenemende faalkans) en wat voor budget we hebben.

   

Sectorvormige geleiders (links) zijn een manier om de kabel dunner te maken zodat er meer kabel op een haspel kan. Maar sectorvormige geleiders isoleren met extrusie van XLPE is ingewikkelder dan bij een ronde geleider. Sectorgeleiders zijn dan ook vooral iets voor laagspanningskabels zoals het exemplaar links. Beide foto’s door Hans Nienhuis.

Op zee zijn dikke kabels makkelijker

Zeekabels zoals infieldkabels voor windparken en HVDC-interconnecties hebben geen last van deze bezwaren. Op een kabelschip bevinden zich enorme, ingebouwde roterende haspels. Grote zeekabels maakt men graag pal aan de kust zodat ze überhaupt niet vervoerd hoeven te worden en rechtstreeks op het schip kunnen worden gewikkeld terwijl ze uit de fabriek lopen. In andere gevallen staat de enorme haspel wel in de fabriek zelf en wordt deze in zijn geheel op het kabellegschip getakeld. Of de kabel wordt een keer eh.. overgerold door de haspel van de fabbriek af te rollen en op het schip een andere, ingebouwde megahaspel weer op te rollen. Liever vermijdt men dat, want tijd is geld. Maar soms kan het niet anders.

Demonstratoemodel van een driefasenkabel voor 220 kV (340 MVA) voor gebruik op zee, in dit geval naar enkele offshore windparken. Dit soort kabels zijn onmogelijk strak op te rollen en daardoor onbruikbaar voor landgebruik.

Zulke kabels wegen vele duizenden tonnen en worden in lengtes van tientallen kilometers in één stuk op de haspel gerold, en terwijl de haspel draait wordt de kabel op de zeebodem uitgerold. Het gaat dan om kabels met eenvoudig doorsnedes van twintig tot dertig centimeter, met vaak drie aders voor hoogspanning in één fysieke kabel gerold. De bochtstraal waarin zo’n kabel mag liggen kan meer dan tien meter zijn. Het zou volledig onmogelijk zijn om zulke kabels op land toe te passen.