Vakwerkmast
Vraag een kind om een hoogspanningsmast te tekenen en altijd wordt het een vakwerkmast. Ze zijn onlosmakelijk verbonden met de identiteit van hoogspanning.
Vakwerkmasten (Engels: lattice towers) zijn het soort mast dat mensen voor ogen hebben als ze aan een hoogspanningslijn denken en zoals de hele wereld hoogspanning het beste kent. Het zijn bouwwerken van tientallen knoopplaten, honderden metalen latten, en vele duizenden bouten.
Overal in de hele wereld, in alle spanningen en door de hele geschiedenis van elektriciteit zijn vakwerkmasten te vinden, van klein tot heel groot. Foto’s door Gerard Nachbar en Peter Schokkenbroek.
Een vakwerkmast heeft al gauw een beetje een figuurvorm. Ze spreken daardoor tot de verbeelding van kinderen die nog niet gehinderd worden door ingesleten denkkaders en er gemakkelijk poppetjesvorm in kunnen zien. Ook voor opgegroeide pylon geeks is de aanblik van de mast belangrijk. Het oog wil ook wat, en dat geldt zeker voor grote objecten die in de openbare ruimte staan.
Waarom juist vakwerkmasten? Zoals meestal is het de uitkomst van economische, natuurkundige, strategische en praktische overwegingen. Vakwerkmasten zijn veelzijdig, sterk, licht en goedkoop, ze laten zich goed aanpassen aan maatwerk, ze vangen weinig wind (die blaast er gewoon dwars doorheen) en misschien wel de grootste troef: ze zijn eenvoudig te bouwen met kleine, handzame onderdelen zonder ingewikkelde machines. Metalen hoeklatten worden over de hele wereld gemaakt in elke hoogovens en walserij. Goedkoop en ruim voorhanden. Een rollerbank met een boorstraat en thermische galvanisatie heb je ook overal. Er is geen noodzaak tot hooggespecialiseerde apparatuur. Ook het in elkaar zetten is een behapbare klus dat niet om gek materieel of kennis vraagt. Kort gezegd is de sleutel tot het succes van de vakwerkmast zijn eenvoud in ieder aspect.
Driehoeken, drukkrachten en trekkrachten
Metalen hoeklatten kunnen slecht tegen drukkrachten, maar prima tegen trekkrachten. Als je goed kijkt kan je zien dat de hele mast een raamwerk van driehoeken is en dat er maar vier latten in de hele mast op drukkrachten worden belast. Dat zijn de vier randstaven: de dikke zware ijzers die de hoeken van de toren vormen en die vanaf het topje helemaal omlaag lopen tot aan de fundatie. Voor alle andere latten geldt dat een drukkracht in de lat altijd wordt tegengehouden door een andere lat die op hetzelfde moment een trekkracht te verwerken krijgt. Of je de toren nu wil wokkelen, schuin weg wil duwen, in elkaar wil knijpen of probeert te knikken, elke drukkracht die in het raamwerk ontstaat wordt al snel opgevangen door een andere lat die door dezelfde kracht op trek wordt belast. Daardoor is een vakwerkconstructie veel sterker dan de dunne latten doen vermoeden.
Wanneer je het vakwerk schuin probeert te drukken, zullen de blauwe latten op druk worden belast. In jargon gaan ze dan uitknikken. In de praktijk gebeurt dat niet omdat de groene latten tegelijk door precies dezelfde kracht op trek worden belast.
Een vakwerkconstructie is in feite een holle koker. Bij een metalen buis is de wand gesloten, maar een vakwerk is de wand grotendeels open en de latten volgen de hoofdkrachten die in de toren kunnen optreden. Omdat de toren breder is dan die van een buismast is de constructie wat stijver. Een hoekmast zal amper zijwaarts uitbuigen en de kans op metaalmoeheid en haarscheurtjes in de individuele latten is kleiner dan die in een ronde buis die altijd dwars op de windrichting staat. Verder scheelt het materiaal. Je zou het niet zeggen, maar een vakwerkmast is meestal lichter van gewicht dan een ranker ogende buismast van vergelijkbare hoogte.
Kleine onderdelen, grote constructievrijheid
Een ander voordeel van een vakwerkmast is dat hij uit honderden latten bestaat die per stuk relatief klein en licht zijn. Tegenwoordig zet men de masten met grote kranen in elkaar of in berggebieden met helikopters. Men maakt dan eerst een handvol subdelen die op de grond alvast in elkaar worden gesleuteld.
Tegenwoordig worden vakwerkmasten met een telescoopkraan in elkaar gezet, of met helikopters. Maar als het nodig is zou het ook lat voor lat kunnen, zoals op deze oude foto uit de jaren 50. Een gin pole en een lier op handkracht waren genoeg.
Vroeger waren er nog geen vlotte telescoopkraantjes of hydraulische machines. Dan kwam het voor dat je met de kraan niet op de constructieplek kon komen zodat het met een klimkraan of zelfs met een lier op handkracht moest gebeuren. Lat voor lat werd de mast dan langzaam van onder tot boven opgebouwd. Een hele klus, maar het was de enige manier als je in een zompig moeras tijdens de oorlog een verbinding aan moet leggen, zoals in bijvoorbeeld de Biesbosch is gedaan.
Niet lassen maar schroeven
In vakwerkmasten wordt nauwelijks gelast. Soms zitten er wel gelaste subdelen in zoals ruggelings verbonden hoekijzers of speciale knoopplaten, maar die worden kant en klaar aangevoerd en hoeven niet ter plekke te worden gemaakt. Het enige wat op de montageplek zelf gebeurt is schroeven en takelen. Dat scheelt in tijd, want lassen is een specialistische klus op enige hoogte: bij MIG/MAG of TIG-lassen waait het gas weg en dat vereist speciale voorzieningen zoals een lastent om dat te voorkomen. Een bout duw je gewoon door een voorgeboord gat. Aanschroeven en klaar.
Vakwerk met bouten geeft je ook vrijheid als er een keer weer iets los moet.
Oh, wacht even, Utrechtseweg 310 belt. Wat zeg je? Een dubbele harde aftak eraan zetten? Gaan we regelen.
Je kan het zo gek niet verzinnen of het kan worden gebouwd, ongeacht of het van begin al zo was ontworpen of dat het een later aangebrachte reconstructie is. Foto van aftak Marsmanweg door Tom Börger.
Metalen latten en knoopplaten staan het eenvoudig toe om maatwerk te leveren. Moet er een extra arm aan de mast worden gezet? Geen probleem, even wat knoopplaten vervangen door maatwerkexemplaren met andere gaten of een van tevoren gefabriceerd uitsteeksel en eenmaal in het veld schroef je de aanpassing er gewoon op. Deze flexibiliteit zorgt ervoor dat bijna alle mogelijke overkruisingen, fasewissels en rare aftakken te maken zijn zonder dat er een geheel nieuwe mast moet worden gebouwd. En zelfs als dat al moet, dan kan het ontwerp alsnog geconformeerd worden aan de standaard die voor de rest van de lijn geldt.
Vakwerk staat het toe om bizarre masten te maken. Links een mast van netbeheerder AST (Letland) die twee spanningen en twee configuraties tegelijk voert. Rechts een Franse Anjou. Deze mast was ontworpen voor zowel één circuit van 730 kV als tweemaal 400 kV. Twee kleine extra traversen onderaan bepalen het verschil. Foto rechts door Tom Börger.
Een vakwerkmast laat zich goed beklimmen door dieren die handen met duimen bezitten en die over dieptezicht beschikken, ofwel mensen. Dat is ongewenst bij jongelui met een biertje teveel op, maar het is juist handig bij onderhoud. Een klimtuig, een vakopleiding en het wakker schudden van het kind in jezelf is in principe voldoende om dat grote klimrek te bedwingen. Gewapend met gereedschap, verf of wat je die dag nodig hebt als onverschrokken lijnwerker kan je elk stukje van de mast van binnen en van buiten bereiken.
Relatief ongevoelig voor wind
Een vakwerkmast is een open constructie. Het frontaal- of zijoppervlak is voor het grootste deel een open gat. De wind heeft daar weinig vat op en blaast er gewoon dwars doorheen. Daardoor kunnen vakwerkmasten onwaarschijnlijk hoge windsnelheden verdragen. Ze kúnnen wel degelijk omwaaien (alles kan stuk), maar er zijn doorgaans windsnelheden van ver boven 150 km/h nodig voordat vakwerkmasten problemen krijgen en daardoor is omwaaien vrij zeldzaam. In Nederland en België gebeurt het ruwweg eens in de tien jaar dat er ergens een paar masten omwaaien.
Op 18 januari 2018 zwaaide er wat in België, Nederland, Duitsland en Denemarken. De wind blaast grotendeels dwars door de mast heen en de lijn was gewoon in functie op dit moment. Foto aan de Waal door Tom Börger.
Opvallend onopvallend
Hoe verstop je een hoogspanningsmast? Euh.. niet? Dat zal je nog meevallen, als je tenminste een vakwerkmast bouwt. Het is een open constructie waar je grotendeels doorheen kan kijken zodat je de lucht, de wolken of wat er zich ook maar achter de mast bevindt er doorheen ziet. Een vakwerkmast kan daardoor de kleur en de toon van het landschap aannemen, de hele dag door, hoe dat landschap ook verandert. Het is een van de meest ondergewaardeerde eigenschappen van vakwerkconstructies, maar het komt direct aan het licht (letterlijk) wanneer we hem vergelijken met bijvoorbeeld een windmolen die het kunstje van transparantie niet beheerst:
In een berglandschap zien we de meerwaarde van transparantie van het mastlichaam van vakwerkmasten nog beter. Daar is het normaal dat je de hoogspanningsmast tegen de achtergrond van een bergwand of bos ziet. Vakwerk toont die achtergrond dwars door het mastlichaam heen. Door de metalen latten in een goede kleur te verven (groen in bossen, grijsbruin in kale bergen) kan je de mast zelfs bijna verdwijnen in het landschap. Met een buismast lukt dat veel slechter.
Zoek de hoogspanningsmast! Hij staat er echt, en geen kleintje ook: 400 kV. Foto in de Zwitserse Alpen door Hans Nienhuis.
Nu zit je hier op HoogspanningsNet, gerund door mensen die geen problemen hebben met een hoogspanningslijn die zichtbaar in het landschap staat. Want een van de leukste dingen aan het zien (of het willen zien) van hoogspanningsmasten en dan vooral vakwerkmasten is de oneindige variatie die je tegenkomt. Het kijken naar de hoogspanningsmasten is iets wat je mee kan nemen op vakantie en voor wie er schik in heeft is er altijd meer te zien of te beleven. Van groot tot klein, van oud tot nieuw, in tientallen configuraties en oneindig veel ontwerpen. Soms is een ontwerp evenwichtig en fraai gelukt, met oog voor esthetiek en balans. Maar het komt zelfs voor dat zelfs pylon geeks elkaar verstoord aankijken en man man man mompelen…
Zijn er dan helemaal geen nadelen aan vakwerkmasten? Toch wel. Vakwerkconstructies zijn van alle tijden, maar om een of andere reden wordt het door de meeste mensen geassocieerd met iets van vroeger. Buismasten vindt men moderner en beter in het landschap passen. Hoewel…
Vrij naar Jhon van Veelen: de paradox van een buismast is dat die eigenlijk probeert te zeggen ‘doe maar alsof ik er niet ben’. Deze eigenaardigheid is al decennia voer voor discussie in hoogspanningsland. En niet alleen voor pylon geeks. John van Veelen, die met het boekje De schoonheid van hoogspanningslijnen in het Hollandse landschap een standaardwerk afleverde over hoe je een hoogspanningslijn in het landschap kan inpassen (en zichzelf bijkans cultstatus verschafte onder de pylon geeks door het ontstaan van een verband of website zoals deze al in de jaren tachtig te voorspellen) benoemde de buismastparadox op ongeëvenaard scherpe wijze. Een vakwerkmast heeft hier geen last van omdat een vakwerkconstructie de achtergrond doorlaat. Dat betekent dat de mast er voor negentig procent daadwerkelijk niet is: een vakwerkmast is vooral leegte.
De achilleshiel: verf en ijzel
Doorgaans zijn vakwerkmasten goed in het verdragen van allerlei soorten vervelend weer omdat het er dwars doorheen gaat. Maar tegen één ding kunnen ze bijzonder slecht: ijzel.
IJzel kan zich afzetten op de draden die daardoor steeds zwaarder worden. Dat is voor een buismast al afzien, maar vakwerkmasten hebben het bijkomende probleem dat hun eigen constructie ook gevoelig is voor ijsafzetting door het grote totaaloppervlak van alle latten. Elk jaar bezwijken er op de wereld vakwerkverbindingen onder het gewicht van ijzel of plaksneeuw die normaal gesproken zeldzaam is, maar over de hele planeet gezien elk jaar wel op tientallen plekken optreedt. Beruchte streken zijn Montreal, Quebéc en Siberië. In moderne tijden (1998) vond in Montreal een ongekende ijzelramp plaats waarbij drieduizend kilometer hoogspanningslijnen met donderend geraas neer ijzelden door het gewicht van tien centimeter ijsafzetting. Het kostte 800 miljoen Canadese dollar (naar inflatie en wisselkoers gecompenseerd circa twee miljard euro vandaag). Voor wie een leeg uurtje heeft en Engels kan verstaan, de documentaire die Discovery Channel maakte staat op youtube en biedt een goed inzicht.
Ook in Nederland en België kan ijzel schade aanrichten. In 1966, 1987, 2005 en 2016 hebben we schades door ijzel en plaksneeuw in ons eigen gebied meegemaakt. Met name 1987 springt eruit omdat die ijzelsituatie zoveel schade aan bomen en infrastructuur veroorzaakte dat het de boeken inging als de IJzelramp van ’87. Op diezelfde dag bezweken ook een handvol hoogspanningslijnen in Drenthe en Groningen, zie deze infographic (poster) van Tom Börger voor meer informatie.
De ijzelramp uit 1987 is een voorbeeld dat ook in onze streken gevaarlijk veel ijzel kan vallen. Het EGD in Groningen en Drenthe was not amused. Foto via Wikipedia (CC BY-SA), tevens gepubliceerd in het IJzelboek.
Hetzelfde probleem met het grote oppervlak latten zien we bij schilderen. Om de latten tegen roest te beschermen moeten ze zo nu en dan van een verse laag verf worden voorzien. En als er iets takkewerk is, dan is het wel het schilderen van een vakwerkconstructie. Er lijkt maar geen einde te komen aan al die latten waarvan er geen eentje mag worden overgeslagen en die allemaal aan alle zijdes dik in de verf moeten zitten. En als ie dan eindelijk klaar is, dan mag je nog 226 masten doen… Buismasten hebben daar veel minder last van, hoewel ook daar een probleem is dat niet onderschat mag worden: hoe beklim je een buismast? Hoe hou je je vast en hoe inspecteer je de binnenkant?
In Nederland worden sinds de jaren 90 geen nieuwe vakwerkmasten meer gebouwd voor 110 en 150 kV. Voor 380 kV nog wel. Sterker nog, met een nieuwe golf lijnenbouw aanstaande vanaf 2025 zal de vakwerkmast weer een nieuwe opleving tegemoet gaan nu Tennet in 2023 bekend heeft gemaakt geen nieuwe lijnen met wintracks meer te bouwen. In België lijkt er geen enkel besluit over te zijn genomen. Denemarken valt op omdat men daar een nedtagnigsplan heeft: het actief ondergronds stoppen van alle verbindingen van 150 en 132 kV volgens een landelijk plan. In landen met bergen, plekken met minder mensen en niet te vergeten plaatsen waar functie voor de vorm gaat (zoals oostelijk Europa en bijna overal elders op de wereld) zijn vakwerkmasten nog steeds de populairste constructies. En het ziet er niet naar uit dat dit de komende decennia verandert.