GPLK of massakabel
Gepantserd papier-lood was geruime tijd de dominante kabeltechniek. Nieuwe toepassing zien we zelden, maar in het middenspanningsnet zijn ze nog overal.
Voordat er allerlei geavanceerde fabricageprocessen bestonden en voordat moderne kunststoffen op de markt kwamen was de gepantserde papier-loodkabel de culminatie van kabelontwikkeling voor middenspanningen en (destijds) lage hoogspanningen van 30 tot maximaal 50 kV. Deze kabels zijn lange tijd het werkpaard van met name de middenspanningswereld geweest. Volgens netbeheerder Liander bestaat in 2024 nog altijd tweederde van het middenspanningsnet in hun beheersgebied uit GPLK en voor andere gebieden zal dit vergelijkbaar zijn.
Een metalen geleider wordt omwikkeld met papieren stroken in spiraalvormen, die worden in minerale olie gedrenkt en het geheel wordt opgesloten in een ronde mantel van lood. Een betrekkelijk dunne laag zulk papier isoleert uitstekend, zodat met deze techniek dunnere kabels konden worden gemaakt dan met oudere technieken. Om de loodmantel heen wordt een wapening aangebracht, een spiraalvormige strook bandijzer en uiteindelijk een afdichting van in pek gedrenkt vlas of hennep die ook waterdicht is.
Door de bitumencoating nemen GPLK-kabels na enige tijd de kleur en vorm van het omringend bodemmateriaal aan. De twee felrode XLPE-kabels vallen direct op, maar de GPLK-kabel op deze foto slingert met een bocht verticaal door het beeld. Foto door Hans Nienhuis.
Massa van oliegeïmpregneerd papier
In de geschiedenis zijn allerlei isolerende materialen geprobeerd. Guttapercha (een primitieve variant van rubber), meerlaags bitumen met katoenwapening, zelfs schellak voor laagspanning (gemaakt van geplette luizen!) is gebruikt. Voor lage spanningen werkten allerlei materialen vrij aardig, maar middenspanning bleek pittiger. Isolatie om een geleider aanleggen ging wel, maar een kabel maken die kilometerslang zeer betrouwbaar was en bleef, waar geen water in kwam, die niet zomaar beschadigt, die snel in grote hoeveelheden kan worden geproduceerd en die bij dat alles ook gewoon betaalbaar is, dat bleek nog niet mee te vallen.
In een GPLK-kabel bevindt zich echte olie, vandaar dat het ook een ‘natte’ kabelopbouw wordt genoemd. Werken met deze kabels betekent veel schoonmaakwerk. Foto van een opengewerkte loodmantel (in aanloop naar aanbrengen van een mof) door forumlid Kevelek.
Voor laagspanning was het lange tijd goedkoper om dan maar gewoon koper bovengronds op houten palen te spannen, zeker in het buitengebied. Het was het gewoon niet waard om een dure kabel in te graven in uitgestrekte gebieden met alleen boerderijen. Vanwege de geschikte bodemgesteldheid is Nederland van oudsher altijd al grotendeels een kabelland geweest voor middenspanningen. In 1909 werd de eerste 10 kV-lijn geplaatst en eigenlijk tegelijk ermee kwamen de eerste grondkabels voor deze spanning, die al snel vrij goed beheerst werd in de kabeltechniek. Al in de vroege 20e eeuw kwam de gepantserde (of soms ook geïmpregneerde) papier-loodkabel op de markt. Een kabel die met opvallend normale materialen in elkaar zat en die bovendien wat dunner bleek te zijn dan oudere kabelopbouwen. De kracht van GPLK zit hem in de olie: een viskeuze vloeistof. Die kan enigszins vloeien en daardoor is olie in staat om zonder kieren of spleten tegen de geleiders aan te liggen. Met olie zijn er geen ruimtes of openingen waar lucht of ander gas in zit waarin de weerstand kleiner is dan in de olie of in het papier zelf. In de papier-oliemassa kunnen geen deelontladingen optreden en daarmee ook geen chemische processen die de isolatie of olie kunnen degraderen.
Dieper in de kabel, onder de loodmantel en volgend op de vorige foto, zien we papierwikkelingen in olie geïmpregneerd. Als vuistregel is papier in staat tot 1 kV isolatie per wikkelingslaag, beginnend na een aantal extra lagen voor de marge. Het papier bevat een labellint met gegevens. Foto door forumlid Kevelek.
Bij hogere spanningen moet de isolatiemantel steeds dikker zijn zodat uitzetting en krimp bij opwarming van de kabel binnenin de loodmantel een steeds groter probleem werd. Boven 50-60 kV werkt een massakabel niet meer betrouwbaar en zijn er doorontwikkelingen zoals de oliedrukkabel en de UGD-kabel nodig. Voor 10 en 20 kV hoefde dat niet. Daardoor kwam de massakabel als een geschenk van boven en mede dankzij talloze kilometers van deze goedkope, betrouwbare kabels kon er ondergronds geëlektrificeerd worden tussen de jaren 30 en de jaren 70.
Moffen en hun problemen
Wanneer twee stukken massakabel aan elkaar moeten worden verbonden is een mof nodig die de olie opgesloten houdt. Een GPLK-mof moet niet alleen water van buiten afsluiten, maar ook olie van binnen, waar bij een warme kabel een beetje druk op kan staan. Bij een reconstructie komt het voor dat een bestaand stuk GLPK aan een nieuwer stuk XLPE moet worden verbonden. Een verbindingsmof tussen een GPLK-kabel die van nature olieachtig en wat smerig is en XLPE waarbij de mof juist vanbinnen zo schoon als een operatiezaal moet zijn is een ingewikkeld onderdeel waarvan de plaatsing om vakmensen vraagt die precies weten wat ze doen.
GPLK-kabels voor middenspanning bij binnenkomst in een schakelruimte. De zwarte buitenzijde is de bitumencoating. Foto door Johan Swank.
Er zijn in de geschiedenis verschillende methodes gebruikt om betrouwbare moffen te maken. Helaas is de GPLK-kabel ook de bekendste probleemeigenaar van een achteraf deerlijk mislukt avontuur op het gebied van moffen. Noem het woord nekaldiet en zie de gezichten van middenspanningsmonteurs in een nare grimas veranderen.
Nekaldiet is een soort giethars. Bij de introductie in de jaren 60 leek het een wondermiddel, zodat ze vrijwel direct omarmd werden door de elektriciteitsbedrijven en ze op grote schaal werden toegepast in het kabelnet voor middenspanningen. Wat men toen nog niet wist was dat nekaldiet niet goed tegen temperatuurwisselingen kon, waardoor deze moffen buitengewoon faalgevoelig werden als de kabel zo nu en dan werd in- en uitgeschakeld of een sterk wisselend belastingsprofiel had. Men stopte na deze constatering snel met het toepassen van deze moffen, maar in tussentijd waren er al talloze exemplaren toegepast.
Vandaag de dag zijn falende nekaldietmoffen in GPLK-kabels verantwoordelijk voor ongeveer de helft van alle spontane kabelstoringen in het Nederlandse middenspanningsnet.
Verbindingsmof tussen een GPLK (links) en een nieuwer stuk XLPE rechts. Het aanleggen van zo’n mof is precisiewerk. Foto door Johan Swank.
Niet obsoleet
GPLK wordt tegenwoordig nog maar mondjesmaat gemaakt. Alleen voor speciale toepassingen waarin echt een gelijkaardige kabel nodig is wordt nog een nieuw stuk massakabel aangelegd. Omdat de meeste fabrikanten ervan zijn afgestapt is er een vervangingsprobleem voor nieuwe levering. Toch zijn deze kabels nog overal. Wanneer een massakabel op correcte wijze is gelegd en de moffen in orde zijn, is zo’n kabel net zo betrouwbaar als moderne XLPE-kabels. Is ook de capaciteit nog toereikend, dan houdt de netbeheerder de kabel dus gewoon in bedrijf, en daardoor zijn er in sommige delen van het Nederlandse middenspanningsnet GPLK-kabels te vinden die al meer dan een eeuw oud zijn en nog altijd trouw dienst doen.
Ook in transformators wordt binnenin de machine nog altijd gebruik gemaakt van geïmpregneerd papier als wikkelmateriaal. Binnenin de meeste grotere trafo’s bevindt de olie zich rondom de spoelen (ze staan letterlijk in een bad van olie) zodat er geen reden is om allerlei kunststoffen te gebruiken. De erfenis van GPLK leeft tot op de dag van vandaag voort in de transformators.