Glaskapisolator
De draden worden gedragen of ondersteund door isolators. Daar kan geen elektriciteit doorheen. Bij hangende draden zie je meestal zogeheten glaskapisolators.
Kijk eens omhoog als je onder een hoogspanningslijn staat. (Altijd een goed idee, maar wie zijn wij om je dat te vertellen?) De kans is groot dat je de draden aan de mast bevestigd ziet door een kortere of langere rij van een soort groene of witte kralen. Iedere kraal is een zogeheten glaskapisolator. Het is het meest gebruikte type isolator in de wereld en ze bestaan sinds halverwege vorige eeuw. Sommige exemplaren zijn ook werkelijk al in gebruik sinds de jaren 50.
Glaskap-isolator: schakelbare elementen met een glazen paraplu
Glaskapisolators voldoen precies aan wat de naam suggereert: het zijn isolators die wel de mechanische kracht kunnen opnemen van een hangende of afgespannen draad, waar juist geen elektriciteit door kan, en die voorzien zijn van een doorzichtige glazen kap in de vorm van een soort paraplu met ribbels aan de onderzijde.
Glaskapisolators zijn schakelbaar: in feite zijn de kettingen allemaal losse isolators die onder elkaar worden gehangen. Hoe langer de ketting, hoe meer isolatie en hoe hoger de spanning die kan worden tegengehouden. En als die glazen kap kapot springt? Geen nood, ook dan blijft de isolator nog op 80% van zijn ontwerpsterkte, en hij blijft zelfs nog een beetje isoleren. Foto’s door Michel van Giersbergen.
De reden dat glaskapisolators de wereld in handen hebben gekregen komt doordat het goedkope, robuuste en vooral schakelbare losse elementen zijn. Je kan er naar keuze lange of korte kettingen mee maken. Hoe meer je er achter elkaar bevestigt, hoe hoger de spanning die ze gezamenlijk kunnen tegenhouden. Het harde staal zorgt voor een geringe uitslijting en grote sterkte terwijl een vulling van keramiek en een glazen kap zorgen voor elektrische isolatie. De schakelbaarheid maakt maatwerk voor iedere spanning mogelijk zonder van tevoren iets op maat te moeten laten maken.
Wanneer we er eentje doormidden zagen kunnen we zien dat de kunsthars en de glazen kap zelf binnenin de klok zorgen voor de elektrische isolatie. De ribbels kunnen verschillen per type glaskap. In gebieden met nat weer en vervuilde industriële mist zijn grote ribbels noodzakelijk. In woestijngebieden kan de glazen kap soms ook helemaal zonder ribbels zijn uitgevoerd.
De markt is enorm. In West-Europa wordt die gedomineerd door één enkel bedrijf, het Franse Sediver (Seves). Vrijwel alle Nederlandse glaskapisolators zijn van deze fabrikant. Glaskapisolators zijn relatief zwaar maar ook goedkoop, universeel inzetbaar en ze gaan zelfs in de ergste condities minstens dertig jaar mee, maar meestal veel langer.
Glaskapisolators hebben een soort afdak of paraplu van gehard glas om het isolerend materiaal in hun binnenste zo droog mogelijk te houden. De ribbels aan de binnenzijde vergroten de lengte van het oppervlak van de glazen kap. Als de isolator nat wordt, ontstaat er lekspanning over de buitenkant omdat regenwater stroom geleidt. De ribbels verminderen de gelekte spanning doordat ze de zogeheten kruiplengte vergroten.
Glaskapisolators kunnen worden samengesteld tot kettingen. Hoe meer exemplaren, hoe meer isolatiewaarde. Ook de losse elementen zelf in verschillende afmetingen verkrijgbaar.
Elke losse isolator heeft een vast isolatievermogen en door er meer onder elkaar te bevestigen kan de gewenste isolatiewaarde eenvoudig worden verkregen, zonder van tevoren allerlei dingen op maat te laten maken. Geen enkel ander isolatortype kan dit.
Staal en glas is zwaar
Ze hebben ook een nadelen. Glaskapisolators kunnen bijvoorbeeld alleen trekkrachten aan. Voor drukkrachten zijn ze volledig ongeschikt. En hoewel ze lang meegaan zijn het lastige objecten om te recyclen. Ook zijn ze zijn zwaar: de twee exemplaren op de foto hierboven wegen respectievelijk vier en zeven kilo. Je kan op je vingers natellen dat er aan zware hoogspanningsmasten een flink gewicht hangt. Als we even vlot rekenen, circa 25 stuks voor 380 kV, keer zes, betekent 150 maal 8 kilo en dus al ruim een ton isolators aan de mast. En dat is nog niets vergeleken bij wat een hoekmast moet verdragen, met dubbele kettingen en afspanning aan beide zijden.
De losse elementen worden in elkaar gehaakt en geborgd door een koperen of roestvrijstalen inslagpin. Die voorkomt dat de klepelvormige pin uit de klok van het volgende exemplaar kan schieten als de draad beweegt. Deze pin kan met een speciale tang ook in een wip weer losgetrokken worden. Glaskapisolators zijn daardoor eenvoudig in gebruik. Maatwerk kan ter plekke geregeld worden door er eentje meer of minder te gebruiken.
Hierboven zien we een paar detailopnamen van glaskapisolators uit een privéverzameling. Deze kunnen als een ketting geschakeld worden door de zogeheten pin in de klok van een volgend exemplaar te schuiven en daarna de roestvrijstalen borgpin naar binnen te slaan. Zo ontstaan de lange strengen. Ook vervanging van een exemplaar is op deze manier eenvoudig door de borgpin weer een stukje los te trekken en het geheel terug uit elkaar te schuiven.
Niet snel kapot te krijgen
Glas klinkt breekbaar, zeker in contrast tot de robuuste componenten waarmee de rest van een hoogspanningslijn wordt gebouwd. Het is slechts schijn. De glazen kap is van gehard glas gemaakt, ook wel bekend als veiligheidsglas. In de praktijk is er heel wat nodig voordat de kap springt: tijdens onderhoudssituaties kunnen de monteurs er zelfs op gaan staan om op de draden te klimmen. Voordat een ketting glaskapisolators breekt is er heel wat meer nodig dan het gewicht van een fasedraad – een drooggewicht dat overigens ook niet te verwaarlozen is, want bij zware vierbundels kan het gewicht van de fasedraad oplopen tot drie ton per bundel per span. Maar de glaskappen worden berekend op het dragen van een veelvoud van het eigengewicht van de draad, zodat storm, ijzel of zelfs een calamiteit niet tot breuk leidt. Bij trekproeven bezwijken ze pas bij waardes van eenvoudig 250 kN (25 ton) en soms nog veel hoger. En je kan er zelfs mee gooien.
De dubbele kettingen die je bij sommige manieren van ophanging tegenkomt zijn dan ook vooral extra zekerheid, in principe zijn enkelvoudige kettingen qua kracht altijd voldoende. Tot zover we bij HoogspanningsNet weten is het in Nederland en België in de laatste grofweg dertig jaar slechts twee keer gebeurd dat een isolatorketting het begaf, en dat was in 1995 en 2016, in beide gevallen na problemen met lijndansen.
Okee, het kán natuurlijk kapot. Maar ook als deze kap ontbreekt werkt de isolator nog: hij breekt dan niet. In klimaten zoals het onze, waar het kan vriezen en dooien, wil het wel eens gebeuren dat er water tussen de glaskap en het metaal dringt dat kan bevriezen en uitzetten. Ook thermische stress kan heel soms een kap laten springen. Technisch is het geen urgent probleem. In het vrije veld kom je zo nu en dan een kapotgevroren exemplaar tegen. Gevaar van vallende scherven is er ook niet: als gehard glas kapot springt valt het uiteen in kleine korrels, net zoals zijruiten van auto’s dat doen.
Glaskapisolators moeten altijd zo hangen dat de ribbels onderaan de kap of paraplu omlaag hangen, omdat er anders water in blijft staan. Zijwaarts afspannen is ook geen probleem, ook al isoleren ze dan wel slechter als ze nat zijn zodat een langere ketting nodig is. Foto’s door Michel van Giersbergen en Gerard Nachbar.
Glas: letterlijk transparantie
Daadwerkelijk glas, waar de zon mooi doorheen kan schijnen, heeft niet met esthetiek te maken. De keuze voor glas is puur technisch. Dat de glazen kappen verschillende kleuren hebben (donkergroen, lichtgroen, bleek, bruinig of in Duitsland zelfs blauw) komt omdat de grondstof van het geharde glas gewoon recycleglas is. Zo kunnen je tweedehands potje appelmoes en die gesneuvelde bierfles een heel interessant nieuw leven krijgen. Daarnaast heeft gehard glas nog een voordeel: door zijn doorzichtigheid en de eigenschap kapot te springen wanneer er iets verkeerd gaat kan men bij deze isolators in één oogopslag zien of ze nog deugen, en wel vanaf de grond. Je kan dit type isolator ook krijgen met een keramische kap, maar die heeft dat voordeel niet. Glas is in tegenstelling tot keramiek niet gevoelig voor zogeheten puncture of doorslag. Mocht het toch zo ver komen, dan springt de kap kapot en blijft er geen verborgen smeltkanaaltje over, wat bij de keramische variant wel het geval is.
Meestal zijn glaskap-isolators licht- of donkergroen, vanwege de kleur van het recycle-glas. Maar je hebt ze ook in wit, bruinwit en zelfs in blauw. Die laatste kleur treffen we helaas niet in de lage landen aan, maar wel in Duitsland. Hoewel groen het ook prima doet tegen een blauwe lucht. Foto door Hans Nienhuis.
Glaskapisolators hebben door hun doorzichtige groene glazen kap en hun schijnbare contrast met het grijze staal van de hoogspanningsmasten een aantrekkingskracht op iedereen met interesse in hoogspanningstechniek. Het zal je dan ook niet verbazen dat bij netbeheerders wel eens glaskapisolators voor decoratieve doelen worden gebruikt, zoals in het hoofdkantoor van Liander is gedaan.
Tweedehands exemplaren vinden ook bij hobbyisten hun weg naar de huiskamer. Isolators zijn bij een kleine maar fanatieke groep mensen gewild als objecten om een verzameling van aan te leggen. Dubbele exemplaren in zo’n verzameling kunnen nuttig worden gebruikt in de huiskamer zelf: zo heeft een van de vrijwilligers achter deze site er eentje in gebruik als chipsbak. Zet hem op de kop met de ribbels omhoog, de borrelnoten in de binnenring, chips in het midden, de dipsauzen in de buitenste ring en de uitgetrokken borgpin als flessenwipper voor de bierdoppen, en de coolheidsfactor van je pylon geek mancave krijgt spontaan een boost.