Buismast
Een buis- of kokermast is een hoogspanningsmast waarvan het mastlichaam bestaat uit een koker die meestal licht taps van vorm is en die op een zeer klein grondoppervlak kan staan.
Als het geen vakwerkmast is, dan is het wel een buismast. Deze twee constructiewijzen hebben bijna de volledige hoogspanningswereld in handen. Buismasten worden veel toegepast in kleinere verbindingen omdat daar de voordelen van het montage- en schildergemak van een buismast concurrerend zijn met kleine vakwerkmasten. Maar we zien ze sinds de jaren 70 ook in middelzware en soms zelfs zware verbindingen verschijnen. Daar wordt het meestal om esthetische redenen gedaan: een buismast krijgt de eigenschap toegedicht dat hij minder opvalt in het landschap omdat zijn vorm moderner en natuurlijker oogt.
Buismasten van het Muguet-ontwerp (‘Lelietje-van-Dalen’), een grote mastenfamilie van sterk op elkaar gelijkende ontwerpen met licht gekromde traversen die over de hele wereld populair zijn. Het is niet helemaal duidelijk of ze voor het eerst in Frankrijk of in Colorado opdoken, maar de PGEM kon ze wel waarderen en heeft ze in de jaren 70 en 80 in diverse verbindingen gebruikt, zoals hier bij Zaltbommel. Foto door Michel van Giersbergen.
Holle koker van gewalste of veelhoekige platen
Buismasten zijn meestal zogeheten polygoonpalen. Een vlakke, licht trapeziumvormige stalen plaat wordt met een pers licht gebogen totdat een U-vormige vorm met een stuk of acht knikken ontstaat. Twee van zulke platen worden met hun randen aan elkaar gelast en het resultaat is een licht tapse koker met twaalf of zestien hoeken. Van dichtbij is te zien dat een buismast zelden echt rond is, het is bijna altijd een veelhoek. Door een volgend, eveneens taps maar kleiner buisdeel over de volgende heen te schuiven waarna een metertje overlap ontstaat, kan de mast hoger worden gemaakt. Deze verlengmethode is boutloos en behoorlijk sterk, vermits de overlaplengte voldoende is.
Zestienhoekige kokerpaal van een buismast. Deze kunnen worden gemaakt van in vorm gestampte vlakke metalen platen zodat een ingewikkeld walsproces wordt vermeden. Foto door Hans Nienhuis.
Een buismast is een ijlere verschijning dan een vakwerkmast. Meestal wordt gedacht dat hij dan ook minder ijzer nodig heeft dan een vakwerkmast. Dat is een misverstand. Het gewicht van een buismast is meestal vergelijkbaar of zelfs wat hoger dan die van vakwerkmasten van vergelijkbare omvang. Doordat ze kleiner en ranker lijken dan hun evenknieën met een vakwerkconstructie lijken ze alleen lichter, maar in de relatief dikwandige buis gaat veel ijzer zitten. De holle koker zorgt voor een grote sterkte: een ronde buis knakt niet snel en heeft toch maar weinig grondoppervlak nodig om op te staan. Uiteraard stelt dat wel andere eisen aan het fundament dan een vakwerkmast met een broekstuk.
Vier ontwerpen buismasten. Linksboven een wintrack van Tennet in een koppelnetverbinding. Dit is een zogeheten bipole, een buismast die uit twee afzonderlijke palen bestaat. Rechtsboven: een ouder ontwerp uit Friesland met een beetje bonkig voorkomen. Onder: niet altijd hoeven er armen aan te zitten, je kan een buismast ook toepassen als deltamast (de Frietenlijn in Zeeland) of als portaal (oude Mannesmannlijn in Noord Holland). Foto’s door Hans Nienhuis (boven) en Michel van Giersbergen (onder).
Bij kleine verbindingen zijn de voordelen van een buismast evident. Je giet of heit een fundatie, al dan niet prefab, maakt er een ring bouten op vast en vervolgens takel je de hele mast in een paar voorgefabriceerde delen gewoon van de vrachtwagen. Van tevoren is hij al geverfd. Vastschroeven, waterpas stellen, traversen eraan zetten en je kan weer aan de koffie. Soms zitten er zelfs überhaupt geen traversen meer aan. Geïsoleerde armen waarbij de traversen en de isolators een gecombineerd onderdeel vormen, verschenen lang geleden voor het eerst bij buismasten. Over het algemeen zijn buismasten bij kleine(re) verbindingen tegenwoordig een lichte voorkeur boven vakwerkmasten, vermits je de onderdelen makkelijk kan aanvoeren, een kraan kan opstellen op de bouwplek en de grond mogelijkheden biedt voor een compacte fundatie.
Kleine buismast en zijn fundament. Deze is eenvoudig op een blokfundament te zetten en de traversen kan je meteen combineren met de isolators. Op die manier ontstaat een zeer minimalistische mast die in gebruiksgemak bij montage en onderhoud een kleine vakwerkmast verslaan kan. Het ontwerp op de foto zag het levenslicht onder de naam IJsselmij-cactus. Foto’s door Hans Nienhuis en Ot Lesley.
Bij steeds grotere buismasten passeer je op een gegeven moment een soort kantelpunt. Daarboven veranderen de voordelen van een buismast in nadelen.
De prefab onderdelen worden dan wel heel groot (en heel zwaar). Dat geeft logistiek flink wat geheister op de openbare weg en in de takels. Ook worden de krachten op het fundament dusdanig groot dat een echt enorm betonblok met heipalen nodig is om de mast rechtop te houden, net zoals men dat bij windmolens doet. De fabricage van hele grote buismasten neemt ook extra snel toe in kosten en complexiteit zodat buismasten met een formaat boven het kantelpunt vrijwel alleen worden toegepast vanwege de reden waar ze het bekendst van zijn: esthetiek en inpassing.
Grote buismast en zijn fundament. Bij dit soort afmetingen worden de krachten en het krachtmoment op de mastvoet (vooral zijwaarts bij wind) zeer groot. Er zijn dan zware bouten, een zeer groot blok beton, een serie heipalen en en een wanddikte van meer dan vijf centimeter nodig. De mast weegt eenvoudig meer dan honderd ton. Foto’s door Tom Börger, die er overigens niet op afgebeeld staat.
‘Doe maar alsof ik er niet ben’
De reden waarom buismasten van middelgroot en groot formaat alsnog populair zijn in de westerse wereld is hun verschijningsvorm zelf. Een vakwerkconstructie wordt door de meeste mensen gezien als oud, industrieel of archaïsch. Aan dat imago doe je weinig – hoewel het eigenlijk raar is, want een paard zien we ook niet als iets van vroeger als het dier in de wei staat.
Toepassing van grote buismasten wordt in rijke landen vrijwel uitsluitend gedaan om visuele redenen. Dat levert een interessante gedachte op: waar de vakwerkmast kan zoeken naar een optimum tussen vorm en functie en het zich tot op zekere hoogte kan permitteren om maling te hebben aan wat men van hem denkt, zegt de buismast met zijn hele verschijning doe maar alsof ik er niet ben. Een vreemde houding voor een tientallen meters hoog object.
De meeste buismasten ‘willen zich verstoppen’ in het landschap, maar er zijn uitzonderingen. De Deense Eagle-masten (voor de kenners, jazeker, het is er weer eentje van Bystrup) staan als bizarre overmaatse emoticons met puntige tanden menig Deens kind nachtmerries te bezorgen… For helvede, det er ikke smuk! Rechts: Pylône Muguet is subtiel en sierlijk, maar als je een Muguetontwerp slechts half benut ontstaat de indruk van een verminkt insect. Foto’s door Ole Nielsen en Hans Nienhuis.
We moeten natuurlijk wel modern lijken
Vrijwel iedere grote Europese netbeheerder (behalve Elia, dat als een klein Gallisch dorpje stand houdt) heeft een of andere vorm van een grote buismast geïntroduceerd sinds circa 2010, telkens om het publiek te paaien. RTE kwam met Equilibrium, 50Hertz met een overmaatse, zeer brede hamerkop met de pittoreske naam Kompaktmast, National Grid kwam met de T-pylon, Energinet met de Eagle, Tennet met de wintrack en Amprion kwam met een lijvige telg uit de Pylône Muguet-familie. Ontwerpers zoals van het Deense Bystrup zijn daar handig op ingesprongen en stoken het vuurtje graag extra op met moeilijk te controleren argumenten over snellere plaatsing of de noodzaak aan meer verbindingen vanwege de energietransitie. Ondanks dat alles zijn buismasten in zware koppelnetverbindingen een kleine niche bevolkt door hoofdzakelijk esthetische paradepaardjes.
De wintrack van Tennet heeft een zeer smalle magneetveldcontour. Dat is handig in een dichtbevolkt gebied zoals het westen van Nederland. Op het platteland speelt magneetveldbreedte nauwelijks een rol, maar desondanks voerde Tennet ook de interconnectie Doetinchem – Wesel 380 (naar Duitsland) uitsluitend met wintracks uit. Op het hoofdkwartier van Amprion verslikten ze zich toen in hun koffie. Amprion is een stille, introverte netbeheerder die liever inzet op bewezen degelijkheid dan op een esthetisch avontuurtje. Achter de papyruswitte kokers van Tennet gaat stiekem schuil dat ze aanzienlijk duurder zijn dan een vakwerkmast en dat bij deze masten nog niet bekend is hoe ze zich zullen houden na enkele decennia ijzel en storm. Dat soort dingen doet ze Amprion kritisch de wenkbrauwen optrekken: wat zijn die Nederlanders nu weer van plan?
Het valt niet mee om in een buismast te klimmen. Grote exemplaren die niet zomaar met een ladder of hoogwerker onderhouden kunnen worden, moeten dan ook worden voorzien van allerlei stapjes, balkonnetjes en zekeringsrails om hem beklimbaar te maken voor onderhoud en inspectie. Foto door Tom Börger.
Toch ging Amprion mee in het toepassen van een buismast. Hoofdzakelijk omdat ze bang waren het verwijt te krijgen dat ze technisch achter zouden lopen bij Tennet. Naar verluidt met ietwat kromme tenen heeft Amprion ook maar een buismast ontworpen en daarmee de laatste 21 masten tot de grensovergang gebouwd, zodat die overgang wat minder opvalt. Om de daardoor ontstane overgang binnen hun eigen concessie ook wat te verzachten zijn de laatste drie aansluitende vakwerkmasten niet grijs, maar knalwit geschilderd. Dus.
Hou ‘m recht
Een andere eigenschap van buismasten is dat ze flexibeler zijn dan vakwerkmasten. Deze keer letterlijk, want een buismast kan aardig uitbuigen als er kracht op komt.
Hoekmasten trekken dan een beetje krom (of soms een beetje heel krom). Conform Kiessling et al. (2003) zijn er voor netbeheerders wel wat vuistregels over dat je een hoekmast van tevoren een klein beetje schuin kan bouwen tegen de trekrichting van de draden in, zodat hij dan uiteindelijk vanzelf recht trekt. Ideaal gesproken hangen de ondertraversen dan perfect horizontaal. Dit wordt alleen lang niet altijd ook echt gedaan.
Ook bij de steunmasten kan het buigen een factor van belang zijn als het hard waait. De mast is meestal rond van vorm en krijgt dan in meer of mindere mate last van een verschijnsel dat vortex shedding heet: hij gaat schudden in de wind. Nu voorkomen de draden bij hoogspanningslijnen dat er resonantie ontstaat, maar het kan de constructie en vooral het fundament wel belasten en in het ergste geval haarscheurtjes veroorzaken. Gelukkig is dat erg zeldzaam.
De eerste generatie wintracks van Tennet had hoekmasten met een gewaagd dunne wanddikte, waardoor de hele mast krom trekt. Gegniffel alom bij de pylon geeks en rode konen in Arnhem, maar van deze ‘kromtreks’ heeft Tennet wel geleerd. De volgende generatie wintracks kreeg dikkere wanden. Rechts: als de buismast ook maar een klein beetje uitbuigt trekt het direct ongemakkelijk de aandacht. Foto’s door Michel van Giersbergen.
Recht houden kan ook voor de gehele mastpositie gelden. Ietsje scheefzakken van de mast valt bij buismasten sneller op dan bij vakwerkmasten. De buizen moeten allemaal kaarsrecht staan als je ze achter elkaar ziet, want als er eentje ook maar een miniem beetje scheef trekt valt hij direct uit de toon en verstoort daarmee het hele mastvak.
Als één van deze masten ook maar een piepklein beetje scheef zou zakken, valt het direct op en wekt het een deplorabele indruk. Een rechtstand buismasten moet dus zowel in het lang als in het hoog een rechtstand zijn. Foto door Ot Lesley.
Voor constructeurs en ingenieurs zijn buismasten daarom moeilijker. Ze zijn niet vergevingsgezind en ze straffen elke kleine verstoring genadeloos af. Ze kunnen beter iets teveel dan iets te weinig kokerdikte of fundatie hebben, het fundament mag niets meegeven terwijl de momentkrachten bij zijwind enorm kunnen zijn, en de mast moet te monteren en te vervoeren zijn zonder dat deze te duur of onpraktisch wordt. Samengevat is een goed gelukte hoogspanningslijn met buismasten daardoor op veel vlakken uitdagender, of zeg maar gewoon moeilijker dan met vakwerkmasten.
De markt voor buismasten is bij kleine types sterk concurrerend met vakwerkmasten. Voor grote ontwerpen levert het een meerprijs op, zodat de doorslaggevende argumentatie dan vrijwel altijd landschappelijke inpassing is. In deze argumentatie lijkt de komende tijd op koppelnetniveau (220 kV en hoger) niet zoveel te gaan veranderen, ondanks trotse afbeeldingen van Deense ontwerpers en promotieplaatjes van netbeheerders. In Duitsland worden bijna alle nieuwe zware verbindingen nog altijd met vakwerkmasten gebouwd. In Nederland is een opvallende verschuiving ontstaan in 2023, toen Tennet aankondigde voor de volgende golf lijnenbouw terug te keren naar vakwerkmasten, waarmee het tijdperk van de wintracks ten einde komt. Elia heeft zich als enige West-Europese netbeheerder überhaupt geen buismast aangemeten en is op vakwerk blijven vertrouwen.
De discussie over landschappelijke inpassing is er eentje die permanent verbonden is met het lot en de toepassing van buismasten. Altijd een interessant spanningsveld, vroeger, nu en in de toekomst.