Voorwerpen in de draden

In en om de draden tref je allerlei voorwerpen aan.

Kijk eens omhoog bij de volgende keer dat je met name een zware verbinding kruist. In en om de draden vlakbij de masten hangen kleine botvormige voorwerpen, soms zitten er driehoekjes of vierkantjes in gebundelde draden en als je goed kijkt kan je soms een persmof vinden. En dat is slechts het begin.

Bundelafstandhouders

   

Een bundelafstandhouder is van aluminium en ze zijn zo groot als een sinaasappelkratje. Je hebt ze voor tweebundels, driebundels en voor vierbundels. Foto’s door Michel van Giersbergen en Hans Nienhuis.

In een fasedraad of een HVDC-pool die uit meerdere losse draden of geleiders bestaat moeten de draden op de juiste afstand van elkaar worden gehouden. Wanneer de kabels gaan zwiepen in de wind kunnen ze langs elkaar schuren en elkaar beschadigen. Hoewel er netbeheerders bij zijn die hier vroeger niet zoveel om gaven is het normaal dat men om de zoveel meter een bundelafstandhouder toepast. In oudere publicaties worden ze ook wel veldafstandhouders genoemd. Deze dingen houden de losse draden binnen een bundel op een vaste afstand van elkaar en voorkomen contactgeluiden.

Een heel apart geluid, niet behandeld op de knetterpagina, maar niet prettig om te horen en op langere termijn ook niet goed voor de draden zelf. De verbinding op het onderstaande filmpje is net nieuw en kreeg kort na de opname zijn afstandshouders.

 

Onder normale omstandigheden houden ze per bundel de afstand tussen de draden over de hele lengte van het spanveld gelijk. Ondanks dat ze er simpel uitzien zijn het nog ingewikkelde objecten. Ze moeten veel sterker zijn dan je denkt omdat er bij kortsluitingen enorme krachten tussen de draden kunnen komen te staan, groot genoeg om bundelafstandhouders fysiek uit elkaar te trekken, zoals kortsluitproeven bij de KEMA in de jaren zestig hebben aangetoond.

Wie niks te doen heeft en zich afvraagt wat kortsluitproeven van 40 kA kunnen doen met ijzersterke componenten, er zijn voldoende oude filmpjes van voorhanden.

Wie goed kijkt kan zien dat de bundelafstandhouders meestal niet helemaal volledig symmetrisch in het spanveld zijn aangebracht. Aan de ene zijde hangen ze wat dichter bij elkaar dan richting de andere mast en dat kan per fasedraad of per circuit iets verschillen. Dat is geen slordigheid van de lijnwerkers, maar bewuste opzet. Door ze net niet keurig symmetrisch over het spanveld te verdelen wordt de starheid en gewichtsverdeling van de bundeldraad een klein beetje asymmetrisch. Dat zorgt ervoor dat de draad minder gevoelig is voor resonantie en minder snel zal gaan lijndansen. Of dat ook echt werkt is iets waar de meningen over zijn verdeeld: lijndansen is een van de grotere onopgeloste vraagstukken in de hoogspanningsengineering.

Bundelafstandhouders in twee lijnen met een flink transportvermogen. Met een maartse bui erachter (in augustus) blinken ze in de zon. Foto vlakbij Borssele door Tom Börger.

In bretels onder de traversen van de hoekmasten tref je kleinere, wat minder stevig uitgevoerde afstandhouders aan. Waarom het er zoveel zijn in dat kleine bretelletje? Dat heeft te maken met dezelfde kortsluitstromen die we net al tegenkwamen. Bij een flinke kortsluiting ontstaan grote inductiekrachten in de draad en zal deze gaan reageren op objecten eromheen door er vanaf te wijken of juist er naartoe te bewegen. Zo krijgen de bovenste draden in een bundelbretel de neiging om bij kortsluitstromen omhoog te willen wippen, tot tegen de onderkant van de traverse aan. Door het bretel tot één geheel te smeden kunnen de draden elkaar niet uit elkaar duwen. Verder voorkomt het ook hier weer draden die tegen elkaar aan tikken in een storm.

Fixatiegewichten

   

Fixatiegewichten in een bretel (links detail, rechts overzicht). Het zijn gewone schijven ijzer of lood die je bij wijze van spreke ook in een sportschool kan aantreffen. Toch zijn deze wel wat zwaarder, zo’n zestig kilo per schijf. Foto’s door Michel van Giersbergen.

Bretels maar soms ook hele fasedraden kunnen aanzienlijk zijwaarts uitzwaaien in een storm. Men moet voorkomen dat een bretel tegen het mastlichaam of tegen een collega aan kan slaan. Dat kan met V-fixaties (zie bij isolators) maar het kan ook met een beetje gewicht. Letterlijk. Een fixatiegewicht is niets anders dan een stapel ijzeren of loden schijven die recht onder een isolator hangen. De zwaartekracht trekt aan de gewichten en zorgt ervoor dat de hele isolator omlaag blijft wijzen.

In gebieden waar het landschap glooit zie je ze ook wel onder normale steunmasten. Als een mastpositie in een dalletje staat waardoor hij eigenlijk niet zoveel gewicht te dragen heeft, maar wel moet voorkomen dat de draden te ver naar opzij zwaaien, dan is een beetje extra gewicht wel handig. Omdat de mast toch niet zoveel draadgewicht draagt kan er gratis wat extra gewicht bij op zonder dat er alsnog een zwaardere constructie nodig is. Ook bij steunmasten met een heel lichte hoekfunctie worden wel eens fixatiegewichten toegepast, ook nu met het idee de isolators te dwingen om recht of rechter omlaag te hangen of om de invloed van zijwind tegen te gaan.

Trillingsdempers (Stockbridge-type)

   

Twee toegepaste stockbridge-dempers aan een 110 kV-kabel. Ook de kabelklem en de kous is goed te zien. Rechts een ouder exemplaar die normaal in de vensterbank ligt bij een hoogspanningsingenieursbureau. Foto links door Bart Sondaar, rechts door Hans Nienhuis.

Nu we het toch over wind hebben… Vooral bij fasedraden die uit één of twee geleiders bestaan zie met enig regelmaat stockbridge-dempers hangen: kleine haltervormige voorwerpen. De twee bolletjes zijn gewichtjes die aan een flexibele stok zijn opgehangen. Draden in de wind kunnen soms last hebben van lijndansen, maar er is nog een andere beweging die de wind veroorzaakt: zogeheten lijntrillen of flutter. Het is een hoogfrequente trilling (tien tot meer dan honderd keer per seconde) en het kan op de lange termijn zorgen voor schade en losgetrilde componenten. Flutter moet zoveel mogelijk worden tegengegaan.

Hoe dat werkt? Loop naar de garage of werkplaats achter het huis, pak een lange, dunne lat of PVC-buisje en hou die stevig in het midden vast zodat hij een meter boven de grond in evenwicht hangt. Beweeg nu je arm met een zekere snelheid op en neer, steeds sneller, zodat de in de lucht hangende einden van de lat gaan zwiepen. Op den duur voel je bij een bepaalde snelheid dat hij de energie lijkt te willen absorberen die jij erin probeert te stoppen. Dat is precies wat Stockbridge-dempers ook doen. Omdat flutter met name optreedt in lange, naar verhouding dunne draden zal je dempers meestal niet vinden in dikke bundelgeleiders. Ze zijn vooral te zien in bliksemdraden en in dunne enkelvoudige- of tweebundelgeleiders.

   

Stockbridge-dempers heb je in verschillende maten. Op de inmiddels beruchte open dag van Tennet Hoogeveen in 2011 kon je er power training mee doen. Merk op dat de gewichten zijn afgerond om coronaverliezen te beperken en dat de ene helft van de demper kleiner is en minder weegt dan de andere helft. Zonder deze eigenaardigheid zouden ze slechter werken. Foto door Hans Nienhuis.

Breteldempers (Guirlande-type)

Trillen tegengaan met stockbridge-dempers is visueel aantrekkelijker dan met de andere manier die je wel eens tegenkomt, vooral in België en nog zuidelijker streken. Breteldempers hebben net als stockbridge-dempers ook effect op de traagheid en de resonantieperiode van een kabel en ze kunnen hoogfrequente trillingen beperken. Nadeel van breteldempers is hun zichtbaarheid en een complexere installatie. Ook toegenomen coronaverliezen zijn een factor. Bretel-of guirlande-dempers zijn in Nederland zeldzaam en als je ze al ziet bestaan ze doorgaans uit slechts één extra ‘lusje’ die er als een zinloos bretelletje uitziet.

   

Breteldempers zijn in feite extra draden aan de draden waarmee de resonantiefrequentie van de echte draad wordt verstoord zodat trilling moeilijker ontstaat. Soms zijn ze wel drie of vier lussen lang, zoals beschreven in een oud CIGRÈ-document uit de jaren 70.

Het hondenbotje

Stockbridge-dempers mogen niet verward worden met het daadwerkelijke hondenbotje. Ook die is af en toe te vinden in de draden. Een hondenbotje is een stuk metaal uit twee helften. Het wordt om de draad (of bij bundelgeleiders, om een van de draden) geschroefd en het ziet eruit als (tja) een traditioneel hondenbot. Op normale dagen heeft dit onderdeel geen functie. Wanneer er onderhoud nodig is aan de masten en de fasedraden geaard worden zodat men zeker weet dat er geen spanning meer op staat, kan de technicus zijn aarddraad neerlaten op het hondenbotje, zodat een goed contact wordt gegarandeerd zonder dat de aardklem schade aan de geleider zelf veroorzaakt.

   

Op de hondenbotjes worden aarddraden neergelaten in het geval van onderhoud. Je hebt ze als losse botvormige objecten en ook als combinatie met een bundelafstandhouder. Foto’s door forumlid Alex P.

Een variant op het hondenbotje is een staafje dat rechtstreeks uit een van de bruggen kan steken en dezelfde functie vervult. Maar die is zeldzamer en we hebben die tot nu toe alleen nog maar gezien in sommige 220 kV-verbindingen.

Oeps, ernaast… Nuja, het blijft natuurlijk mensenwerk. Foto door Bart Sondaar.

Broodjes en persmoffen

Ook hoogspanningsdraden zijn niet oneindig lang. Op de haspels zitten meestal lengtes van maximaal een paar kilometers omdat de haspels anders nauwelijks meer te vervoeren of te tillen zijn. Het verbinden van twee draaduiteinden kan niet met een knoop. Er zijn twee manieren in gebruik, afhankelijk van de plek waar de verbinding wordt gemaakt en van hoeveel trekkracht er op die plek op de draad staat.

   

Klemmen om draden door te verbinden zien we vooral op stations en op plekken waar weinig mechanische trekkracht op de draden staat, zoals in een bretel. Dit is een zogeheten broodje, een schroefklem. Foto’s door Michel van Giersbergen en Hans Nienhuis.

Is er weinig trekkracht, dan gebruikt men schroefklemmen die door lijnwerkers ‘broodjes’ genoemd worden.

Met een rij bouten aan weerszijden wordt de klem strakgetrokken. De draden zitten een stukje naast elkaar en de klem is zowel de elektrische als de mechanische verbinding. Een snelle methode die ook weer los kan en maatwerk toestaat. Klemmen zoals deze zien we veel op trafostations en in kleinere bretels in de verbindingen. Ook aftakkingen die omlaag lopen (zogeheten droppers) waar weinig trekkracht op staat worden met dit soort klemmen gemaakt. Wanneer twee uiteinden in een bretel kunnen worden doorverbonden is de trekkracht veel lager dan wanneer het halverwege een spanveld moet gebeuren. In dat geval kan de keilklem de grote trekkracht opnemen.

Niet altijd komt het mooi uitbij een bretel. Als de mastvakken langer worden en de trekkracht op de draad toeneemt wordt een broodje ongeschikt. Dan zijn er persmoffen nodig. Wie goed kijkt zal ze nu en dan kunnen ontdekken in de kabels. Het zijn langwerpige verdikkingen die met een verrekijker op sommige plekken zeshoekig blijken te zijn, maar verder rond.

Persmoffen in de kabels zijn niet eenvoudig te vinden. Soms heb je een paar kilometer geduld nodig… Sneller zijn ze te vinden als er een noodreparatie of reconstructie is geweest, zoals links in een Amerikaanse 11 kV-lijn. Bij grotere en dikkere draden worden ook de persmoffen zwaarder en vaak wat langer. Foto door Hans Nienhuis.

Persmoffen bestaan uit twee concentrische holle buizen binnen elkaar. We nemen als voorbeeld een ACSR-geleider, eentje met een stalen kern en een aluminium mantel. Eerst vlecht men de mantel van de draad een kort stukje open en wordt de stalen kern blootgelegd. Om de twee stukken staalkabel wordt een buisje geschoven en deze wordt met grote kracht om de beide kabeluiteinden aangeperst met een hydraulische tang die vergelijkbaar is met de scharen waarmee de brandweer autowrakken openknipt. Maar voordat dit wordt gedaan is eerst een grotere aluminium buis reeds om een van de kabeluiteinden heen geschoven. Wanneer de kern aan elkaar zit wordt ook de grotere buis om de nieuwe kernmof heen geschoven. Met een grotere perstang herhaalt men het proces en wordt ook de mantel netjes aangeperst. Het gevolg is een verbinding die zo sterk is dat er bij ons geen enkele situatie bekend is van een persmof die het begeven heeft.

Demonstratiemodel van een toegepaste persmof op (daar is ie weer) de open dag van Tennet Hoogeveen in 2011. Linksboven zien we de stalen mof voor de kern van de draad. Daarnaast ligt een stuk hoogspanningsdraad als demonstratie voor de kinderen om mee te gewichtheffen. Rechtsonder de veel grotere buitenste mof, die in aangeknepen toestand het beeld geeft van de verlengde draad in het midden. Rechtsboven ligt een hydraulische perskop, Foto door Hans Nienhuis.

Lijndansen voorkomen op allerlei manieren

Lijndansen… We noemden het net al, het is een van de grotere onopgeloste vraagstukken in de hoogspanningswereld. Hoop spacers, pendulums, winddempers, geveerde bundelafstandhouders, van alles is geprobeerd en dat experimenteren gaat tot op de dag van vandaag door. In het Belgische Villeroux, een kale gure heuveltop in de Ardennen, is een heuse testsite opgezet voor het monitoren van (en experimenteren met) lijndansen en het voorkomen ervan. De meeste verbindingen zijn daadwerkelijk in dienst, maar dat weerhoudt Elia er niet van om proeven te nemen. Op de foto’s hieronder zien we een pendulum spacer en een zogeheten winddemper. De bedoeling van deze aparte vorm is het verminderen van lijndansen.

Net als bij Villeroux heeft PLEM Limburg ook bij Vlodrop dingen uitgeprobeerd, maar daar is de testsite beëindigd. De installaties die er op het moment van beëindiging in hingen zijn er nooit uitgehaald en gewoon opgegaan in het bezit van rechtsopvolger Tennet. De twijfelachtig succesvolle winddempers zijn tot de dag van vandaag blijven hangen.

   

De testsite van Villeroux valt op het eerste gezicht niet zo op vanaf de snelweg. Maar als je goed kijkt kan je er allerlei soorten afstandhouders, schommels en andere apparaten in de draden zien hangen, alles in een poging om te kijken wat er al dan niet in de praktijk werkt om lijndansen tegen te gaan. Rechts: een winddemper bij Vlodrop. Ook die blijken niet het begeerde resultaat te leveren. Foto’s door Bavo Lens en Peter Schokkenbroek.

Ondanks geavanceerde computermodellen en talloze proeven is er nog geen bevredigende oplossing gevonden. Zelfs ongelijkvormige draden met een ovale doorsnede in een spiraalvorm, of twisted pairs (in het Nederlands in beide gevallen wokkeldraden genoemd) blijken niet het ei van Columbus. Wokkeldraden werden in de jaren 70 gezien als dé oplossing omdat een spiraaltje om een rond voorwerp juist uitstekend werkt bij schoorstenen, tuikabels en antennes. Bij een draad vrij hangend in een kettinglijn bleek jammerlijk dat de natuurkunde toch weerbarstiger was. Verder is installatie van wokkeldraden ingewikkelder omdat je andere klemmen nodig hebt. Ook wekt het een rare indruk voor omhoog kijkende mensen: een wokkeldraad ziet eruit alsof de hoogspanningslijn is gecomprimeerd door de pixels te herschalen.

Asymmetrische draden of wokkeldraden zijn een andere manier om lijndansen te beperken. Ook deze manier werkt (enigszins), maar blijkt niet het ei van Columbus. Foto door Hans Nienhuis in Kansas (waar wind nogal een factor is) en nee, het is geen comprimeereffect van de foto.

Slechts één methode blijkt in de praktijk goed te werken in dansgevoelige luchtlijnen: tussenfase-afstandhouders. Lange starre kunststof isolators worden tussen de fasedraden aangebracht. De draden worden hiermee fysiek gedwongen een vaste tussenafstand te bewaren. Technisch een behoorlijk goede methode, dansen wordt op voorhand grotendeels voorkomen en als het dan toch gebeurt kunnen de draden elkaar nooit raken.

   

Tussenfase-afstandshouders zijn kunststof isolators die de fasedraden fysiek bij elkaar vandaan houden. Links zien we ze in een 150 kV-verbinding in Nederland en rechts in een middenspanningslijn in wederom Kansas. Foto’s door Michel van Giersbergen en Hans Nienhuis.

Het mag duidelijk zijn waarom deze methode toch maar zelden wordt toegepast: het valt nogal op. En er zijn meer problemen. Ook het gewicht neemt toe, net als de wind die gevangen wordt, en het aanbrengen ervan is ook geen simpele klus. En bij hoge spanningen met zware bundelgeleiders hangt er een paar ton draadgewicht, wanneer die in een beginnende dansbeweging van beide kanten naar elkaar toe bewegen moet een extra lange staaf (vanwege de grote tussenfase-afstand) een extra grote drukkracht opnemen. Operationele toepassing wordt eigenlijk uitsluitend gedaan op bijzonder windgevoelige plekken, in verbindingen tot en met 150 kV en als het echt niet anders kan.

Tussenfase-afstandshouders vallen aardig op. Hoewel technisch een goed middel is, blijkt het in de praktijk dus ook nu geen ideale oplossing. Foto door Michel van Giersbergen.

Dynamic Line Rating met monitoringskastjes

In sommige verbindingen hangt af en toe een monitoringskastje, in Nederland en België steevast van fabrikant Ampacimon: die meet het bewegen van de draad en daar kan op ingewikkelde manier informatie uit worden herleid over de actuele draadtemperatuur. Dit wordt gebruikt voor dynamic line rating: de draadtemperatuur wordt dan in de toekomst vooruitberekend door de weersomstandigheden mee te nemen. Daardoor kan men de wind en de luchttemperatuur meenemen. Bij betere koeling kan een draad soms zwaarder worden belast dan in het kale ontwerp staat. Zo kan bij koud, winderig weer meer vermogen op de verbinding worden toelaten.

Een monitoringskastje voor de draadtemperatuur. Foto door forumlid Alex P.

Vogelweringsspiralen, markeringsballen, Firefiles en eh.. Duitse mafklappers

Vogels en vliegtuigen (met name helikopters van Defensie) zijn een lastige combinatie met hoogspanningsdraden. Vooral de dunne bliksemdraden hebben vanwege hun positie helemaal bovenin de verbinding het meeste belang bij een goede zichtbaarheid. Hun hoogte maakt ze extra kwetsbaar voor over het hoofd zien door zowel vogels als piloten. Met name in de bliksemdraden worden daardoor wel eens voorzieningen toegepast die de zichtbaarheid verhogen.

Het meest algemeen zijn varkenskrullen of varkensstaarten, officieel heten ze vogelweringsspiralen. Bij de dunne enkelvoudige draad is het voor vogels heel moeilijk om de diepte in te schatten. Dek maar eens een oog af en probeer dan tussen je duim en wijsvinger de waslijn te pakken! Door varkensstaarten toe te passen wordt de zichtbaarheid verhoogd en wordt diepte schatten makkelijker.

   

Vogelweringsspiraal (links toegepast, rechts op tafel). Ze verhogen de zichtbaarheid van dunne draden.

Als die spiralen niet genoeg zijn of als het eerder om markering voor mensen (piloten) gaat, dan past men markeringsballen toe. Deze roodwitte of oranje ballen maken de bliksemdraad nog veel beter zichtbaar. Soms zit er zelfs een radarreflector in verstopt om ook voor instrumenten de zichtbaarheid verder te verhogen. Het lijken kleine ballen, maar ze hebben al snel de afmeting van een flinke skippy- of strandbal en de grotere exemplaren zijn ruim een meter in doorsnee.

   

Markeringsballen verhogen de zichtbaarheid van de bliksemdraden, hoewel de markeringsballen meestal primair voor mensen (piloten) zijn bedoeld, zoals op de plek van de foto rechts i.v.m. een zweefvliegveld.

Probleem: zowel markeringsballen als varkensstaarten zijn in het donker niet zichtbaar en trekvogels vliegen ook in het donker.

Er zijn twee andere manieren die wel in het donker werken. Eentje werkt met geluid. In Duisland is er ervaring met plastic lamellen met klapperende flappen. Die vergroten niet alleen de zichtbaarheid, maar ze bewegen ook met de wind mee en ze maken daarbij een zacht klapperend geluid terwijl de lamellen tegen elkaar aan slaan. Dat werkt ook in de nacht en bij mist. Er is maar een zuchtje wind nodig. Veel geluid is dat niet, op de grond heb je er goede oren voor nodig om het te horen. Maar voor vogels in de mist kan het de attentiewaarde net iets verhogen.

Plastic vogelverjagers in Duitse bliksemdraden, te zien in onder andere de nieuwe verbinding Doetinchem – Wesel. Ze hebben een afwijkende kleur, ze bewegen, ze makken een klepperend geluid en eh.. tja, er zit nog net geen zwaailamp met sirene op, maar veel scheelt het niet. Foto door Tom Börger.

Een nieuwere manier die snel aan populariteit wint is de zogheten Firefly (merknaam). Het is een kunststof plaatje in de vorm van een savoniusrotor aan een wartel die met een drone kan worden aangebracht en waar stippels verf op zitten die net als optische witmakers in waspoeder werken. Dezelfde stoffen tref je ook aan in oranje hesjes, boeien en fietsvlaggetjes, en ook in waspoeders (waardoor een T-shirt onnatuurlijk wit lijkt). Ze absorberen UV-licht en zenden het als zichtbaar licht weer uit. Draaien we dit principe om en maken we er verf mee die juist zichtbaar licht opneemt en het als UV-licht uitstraalt, dan hebben we iets waar ogen van vogels wat aan hebben. Zij kijken een klein stukje verder het UV in dan zoogdieren, zodat een plastic flapje met zulke verf voor hen in het donker hetzelfde effect heeft als een oranje hesje voor ons: het trekt sneller de aandacht, zelfs als er maar een heel klein beetje zichtbaar licht over is.

Een Firefly. Een paar stippen zijn in het zichtbaarlicht fel te zien voor overdag, en (onzichtbaar voor mensenogen) zijn er ook twee aanwezig die in het donker in het nabij UV juist goed opvallen. Dit werkt beter dan spiralen of zelfs markeringsballen in het donker. Foto door Hans Nienhuis.

Fireflies kunnen goedkoop gemaakt worden, snel aangebracht worden met drones en ze hebben geen effect op hoe de bliksemdraad wind vangt omdat ze bijna niets wegen. Zo blijft men ook vandaag de dag nog steeds innoveren. Het is de verwachting dat deze verschrikkertjes een flinke vlucht gaan nemen.

Natuurlijk kan je nog meer dingen in de draden aantreffen dan alles wat er op deze lange pagina staat opgesomd. De dingen die redelijk standaard zijn of die je normaal gesproken vaker dan één keer tegenkomt hebben we ongeveer gehad. Als je alsnog iets geks tegenkomt, vraag het dan gerust eens op ons forum.