Geknetter en gebrom? Hoe komt dat?
We krijgen met regelmaat emails van mensen die onder een hoogspanningslijn doorfietsen, lopen of de hond uitlaten en dan allerlei geluiden horen. Hoe komt het? En is er iets mis?
Om meteen met de mast in huis te vallen: nee, je hoeft je vrijwel nooit zorgen te maken. Er staat niks op het punt om kort te sluiten of in brand te vliegen en je wordt ook niet levend bestraald. Geknetter, gebrom, gesis en gezoem zijn een normaal verschijnsel voor bovengrondse hoogspanningslijnen, en zeker bij zware lijnen en tijdens vochtig weer. Het geluid is een samenspel is van meerdere oorzaken die meestal tegelijk optreden. Laten we eens kijken naar deze oorzaken.
1. Gezoem: lekstroom over de isolators
De zoemende component van het geluid wordt grotendeels veroorzaakt door lekstroom. Dat klinkt gevaarlijk, maar het valt wel mee.
Geknetter en gezoem zijn een normaal verschijnsel bij hoogspanningslijnen. Met name lijnen met hoge netspanningen kunnen tijdens vochtig of mistig weer zoals hierboven knetteren, sissen en brommen dat het een lieve lust is. Foto’s door Michel van Giersbergen.
Op een hoogspanningslijn staat wisselstroom met een spanning van vaak meer dan honderdduizend volt. Om de draad heen bevindt zich een elektrisch veld dat kwadratisch afneemt met de afstand. Elektrische velden hebben de neiging zich bij voorkeur vooral rondom en in scherpe punten op te houden. Bij scherpe metalen randen van de bevestiging van de draad onder de isolators neemt de veldsterkte dus extra toe. Bij vochtig weer (regen, motregen, mist) en ook juist bij heel warm broeierig weer (dan kan lucht meer vocht bevatten) kan de buitenzijde van de isolators vochtig of nat worden. Vervuiling door aanslag van roet, vuil en soms zeezout zorgt dat dit vochtige laagje een beetje geleidend raakt.
Lekstroom kan optreden bij natte componenten. Dat is de reden waarom glaskapisolators allemaal ribbels aan de onderkant hebben. De parapluvorm houdt de isolator zo droog mogelijk terwijl de ribbels de zogeheten kruiplengte lang mogelijk maken, zelfs als ze op hun zij zijn gemonteerd. En soms vriest er eentje kapot. Dat is geen ramp: ook zonder de glazen kap blijft de isolator functioneren. Foto door Michel van Giersbergen.
In het dunne laagje water, damp en druppeltjes op en rondom de isolators begint een klein beetje lekstroom te lopen. Deze lekstroom loopt vrijwel uitsluitend tussen de draden onderling en heeft maar weinig interesse in de aarde. Ook in de regen kan je dus gerust een hoogspanningsmast aanraken. (Met onweer is dat een ander verhaal, maar dat spreekt voor zich.) De waterdruppeltjes worden door de lopende stroom verhit, gaat koken en spatten uiteen. Dat veroorzaakt een zoemend geluid dat we vanaf de grond kunnen horen. Soms zelfs vrij luid.
2. Geknetter: duizenden petsjes door deelontladingen
De knetterende component van het geluid kan je ook bij droog weer horen. De oorzaak is nu iets anders dan waterdruppeltjes. Het zijn zogeheten deelontladingen. Deelontladingen bevinden zich niet per se op de oppervlakte van de componenten zelf. Ze kunnen ook spontaan optreden in de lucht vlak rondom de hoogspanningskabel en de ophanging vlak onder de isolatorkettingen, de plek waar de gradiënt (de afname per afstandseenheid) in de elektrische veldsterkte het grootst is.
Op deze bijzondere beelden en opname, beschikbaar gesteld door Imbema Belgium (waarvoor onze dank) zijn deelontladingen op een vervuild geraakte Belgische 380 kV-isolatorketting en in de lucht te zien. Het lijken gewone foto’s en filmbeelden, maar schijn bedriegt. Deelontladingen zijn niet met het blote oog zichtbaar en ook niet met een infraroodcamera omdat ze vrijwel geen hitte afgeven. Er is dus een speciale camera nodig om ze waar te nemen.
Een deelontlading is een plaatselijke doorslag van de lucht. Het meest zie je ze op en vlakbij plekken waar scherpe hoekjes aan de componenten zitten en de veldgradiënt (verandering van veldsterkte met de afstand) het grootste is. Maar het kan ook gewoon in de lucht zelf gebeuren wanneer zeer plaatselijk de doorslagspanning heel eventjes wordt overschreden. Deelontladingen zijn geen vonken: ze geven geen zichtbaar licht, genereren hoegenaamd geen warmte en zelfs met geavanceerde apparatuur zijn ze niet eenvoudig zichtbaar te maken. Maar ze horen gaat juist prima. Elke deelontlading geeft een klein knettertje (‘pets!‘) en als het aantal deelontladingen groot is groeien de losse knettertjes aan elkaar tot een knisperend geluid dat lijkt op het bakken van een ei.
Men kan proberen om het knetteren te verminderen door de veldsterkte vlakbij scherpe hoekjes minder snel te laten afnemen. Dit wordt gedaan door de componenten zo glad mogelijk te maken en door coronaringen toe te passen, die de plek waar de veldafname begint verder naar buiten verplaatsen, weg bij de scherpe punten vandaan. Over deze maatregelen, met een net woord veldsturing genoemd, hebben we een aparte pagina.
3. Coronageluid: sissende elektrische velden
Weer een andere bron van geluid wordt wordt veroorzaakt door coronavorming. We kennen corona tegenwoordig vooral als een naar virus waar we heel wat mee te stellen hadden, maar corona is in de elektriciteitswereld ook de naam van een verschijnsel dat verwant is aan Sint Elmusvuur.
Coronageluiden bij een 380 kV-lijn op een vochtige oktoberochtend. Het suizen en knetteren neemt toe bij hogere spanningen en grotere veldsterktes. Het is dus met name iets voor 380 kV, en beperkt voor 220 kV. Bij 150 en 110 kV hoor je het amper tot niet. Zet het volume harder om het beter te horen (geen zorgen, geen verrassingen). Opname door Bram Gaastra.
In tegenstelling van wat veel mensen denken is elektriciteit geen harde keuze tussen isoleren of geleiden. Er is een middenweg die bestaat uit moeizaam tegen heug en meug een klein beetje geleiden. Dit wordt bij een gas ionisatie genoemd. Als ionisatie optreedt gaat het gas enigszins elektriciteit geleiden, maar er vindt nog geen harde doorslag met vonkvorming plaats. Eigenlijk kent iedereen het verschijnsel, want een fijne eigenschap van ionisatie is dat het zichtbaar licht geeft. Dat is nuttig aan te wenden: TL-buizen en neonreclames bevatten geïoniseerd gas en ook natuurspektakel zoals poollicht berust op het ioniseren van gasmoleculen waarna ze zichtbaar licht uit gaan zenden.
Zoals we bij deelontladingen al zagen, elektrische velden zijn het sterkst vlakbij puntige objecten. Met veldsturing kan de gradiënt worden gereduceerd of in ieder geval worden verplaatst, maar corona is anders dan deelontladingen: coronaverschijnselen kunnen zelfs ontstaan op uiterst kleine uitsteekseltjes die onmogelijk te voorkomen zijn. Een vastgeplakte zandkorrels, een hobbelig oppervlak of een kras in een component is al genoeg. Het ioniseren van gas geeft een licht ruisend of sissend geluid. In het geïoniseerde gas, in feite gewoon de atmosfeer, bevinden zich naast allerlei luchtmoleculen ook waterdamp, waterdruppeltjes en vervuiling. Ook die krijgen met ionisatie en chemische processen te maken, en ook dit geeft geluid.
Corona is zichtbaar als een lichtzwakke, groenblauwe of bij camera-opnamen eerder paarsige gloed om scherpe punten rondom hoogspanningscomponenten. De opname links is bewerkt zodat het lijkt op wat mensenogen gewend aan het donker daadwerkelijk zouden zien. Rechts de opname zoals de camera het zag (een Canon 740 op ISO 800, 15 seconden belicht). Foto’s door Hans Nienhuis.
Ionisatie geeft dus licht, ook bij hoogspanningslijnen. Het aardige is dat je dat licht gewoon met je eigen ogen kan waarnemen. Woon je in een donker gebied met weinig straatverlichting? En is er in de buurt een flinke hoogspanningslijn van 380 kV voorhanden die bij voorkeur geen coronaringen heeft? Laat je ogen dan wennen aan het donker en kijk omhoog op een duistere koude winteravond, bij voorkeur met mistig weer. De ionisatie ziet eruit als een vage, groenige gloed die om de onderkanten van de isolatorkettingen heen lijkt te zweven.
Ook fototoestellen kunnen het zien, hoewel we de indruk hebben dat de CMOS-chip in het fototoestel het verschijnsel blauwer of paarser waarneemt dan mensenogen. Zie de beide foto’s hierboven, waarbij links de situatie toont zoals je eigen ogen het ongeveer zouden zien, en rechts zoals een camera het waarneemt.
4. Magnetostrictie: brom door materiaalvervorming
De laatste component van het geluid is een soort monotone brom: de typische 100 Hz-brom die transformators ook maken. Dit geluid wordt veroorzaakt doordat er wisselstroom op de componenten staat. Zoals je kan lezen in deel drie van de St(r)oomcursus, wisselstroom verandert continu van richting en het elektromagnetisch veld rond de draad verandert mee. Honderd keer per seconde piekt deze, en honderd keer per seconde is hij nul, en daarbij reageren de draden ook nog eens op elkaar via inductie.
Het geluid van trafobrom kan ook worden opgewekt door andere componenten die een beetje vervormen door de immense krachten van het elektrisch vermogen. Het is een geluid dat iedereen direct herkent die het ooit eens eerder heeft gehoord.
Elektriciteit heeft een zeer hoge energiedichtheid en de ontwikkelde elektrische en magnetische velden binnenin het metaal van de draden en in de isolatorkettingen zijn groot genoeg om deze componenten een klein beetje van vorm te veranderen, telkens wanneer de richting van het veld omkeert. Bij grote transformators is dat een bekend verschijnsel: transformatorbrom is zelfs iets waarmee men bij de bouw van stations rekening houdt. Bij draden en isolators van een hoogspanningslijn treedt het veel minder op, maar soms is het toch een klein beetje te vernemen. Bij vochtig weer wordt de brom volledig overstemd door geknetter en gepets, maar op kurkdroge winterdagen met vorstig weer is geknetter bijna afwezig en dan gaat een zachte brom de boventoon voeren.
Kunnen hoogspanningslijnen stiller worden gemaakt?
Een hoogspanningslijn heeft geen draaiende wieken, knipperlampen of grote pluimen rook. Ze staan eigenlijk vrijwel stil in het landschap. Toch is de geluidsproductie soms hinderlijk en zal men het willen verminderen. Dat kan tot op zekere hoogte met veldsturing, het wassen van isolators en ook kan men zorgvuldiger afgeronde componenten gebruiken, zoals draden die aan de buitenzijde glad zijn afgewerkt.
Deze zogeheten ACCC HTLS-geleiders bestaan niet uit ronde staafjes geslagen aluminiumlegering, maar uit trapeziumvormige spiralen die tot een kabel worden gewalst. De draad heeft een zeer glad oppervlak en veroorzaakt minder corona. Ook blijft vervuiling er minder makkelijk op zitten. Dit kan helpen in beperken van de geluidsproductie. Foto door Bavo Lens.
Lekstroom veroorzaakt bij iedere hoogspanningsmast telkens een klein beetje verlies van elektrisch vermogen en ook het geluid zelf kan hinderlijk zijn voor wie er vlakbij woont. Aan de brom door materiaalvervorming is weinig te doen zolang we wisselstroom gebruiken. Maar tegen deelontladingen en coronavorming kunnen maatregelen genomen worden. Om te beginnen is er preventie: de onderdelen zodanig ontwerpen dat lekstroom minimaal is en coronavorming zo weinig mogelijk optreedt. De reeds eerder genoemde coronaringen in combinatie met gladde onderdelen en tijdig schoonmaken (in de buurt van de zee en bij industriegebieden) kan helpen. Maar toch, volledige stilte afdwingen blijft een utopie, zeker bij zeer hoge spanningen.
Is er dan echt nooit iets aan de hand?
We hopen dat iedereen die zich afvraagt waar alle geluiden vandaan komen gerustgesteld is. In bijna alle gevallen is er niets aan de hand. Een kapotgevroren schotel van een glaskapisolator is niet ernstig. Een krom hangende coronaring ook niet. Maar soms, héél soms, is er wel iets mis. Wanneer je tijdens klaar daglicht zichtbare vonkvorming over de isolators ziet lopen is er iets niet pluis. Dat kan uitgroeien tot een volwaardige vlamboog. Die kan gevaarlijk zijn, schade veroorzaken aan de componenten en een stroomstoring veroorzaken.
Als je zeker weet dat je iets ziet dat werkelijk abnormaal is, en dat het direct gevaar of problemen kan opleveren, doe dan het volgende:
▫ Blijf uit de buurt van de hoogspanningsmast en ga niet onder de draden staan.
▫ Lees een of twee masten verderop op het waarschuwingsbord het storingsnummer van de netbeheerder.
▫ In Nederland (Tennet) is dit het gratis nummer 0800-0230459.
▫ In België (Elia) is dit het nummer 0800-95062.
▫ Elia heeft ook een speciale webpagina voor dit soort gevallen, wanneer het urgent maar niet kritiek is.
▫ Leg aan de telefoon de situatie uit
▫ Of bel als alternatief de politie en leg hen de situatie uit
Wanneer er inderdaad iets mis is zal de netbeheerder je dankbaar zijn.