Gaffelmast

 gaffelmast
fork (nb) Y-mast, fork gavel, vörk

Een gaffelmast lijkt op een grote vork of een yenteken. Dit ontwerp is meestal bedoeld voor één circuit en het lijkt op een deltamast, maar het mist de omsloten opening.

Gaffelmasten lijken een variant op het thema deltamast, maar het ontbreken van de omsloten opening is vanuit een elektrisch oogpunt een belangrijk verschil, vergelijkbaar met het onderscheid tussen een verticale mast en een tonmast. Gaffelmasten worden veel minder gebruikt dan deltamasten en soms is er alsnog overlap met andere mastontwerpen.

Uit de kluiten gewassen, stereotype gaffelmast in oostelijk Jutland. Dit ontwerp wordt ook op Fyn gebruikt. Deze draagt een circuit van 400 kV. We zien dat de mast een grote vorkvorm heeft en niet anders kan dan één circuit dragen. Foto door Ole Nielsen.

Een gaffelmast deelt met een deltamast dat de toren die zich op zekere hoogte gaffelt, d.w.z. in tweeën splitst. Aan de zijkant worden soms draden gedragen, maar dat is niet altijd zo. In Denemarken zijn kolossale ontwerpen te vinden, zowel als buis- en als vakwerkmast, die 400 kV dragen in een donauvorm. Ook in oostelijk Europa tref je kleine versies aan, maar in Nederland en België komen ze niet voor als hoofdontwerp. Er zijn wel losse exemplaren te vinden op hoekposities van deltaverbindingen die ‘per ongeluk’ aan de definitie voldoen. Ook zijn er in Texas donaumasten te vinden die wel heel sterk deze richting in neigen en die het midden lijken te zoeken tussen beide ontwerpgroepen.

De meerwaarde van de vork zonder balk: amper wervelstroom

Bij een gaffelmast is de opening in de vorkvormige toren niet omsloten. Draden die binnen de gaffelvorm worden gedragen lopen dus nooit door een omsloten opening. Dat maakt een belangrijk natuurkundig verschil. Een draad waar een elektrische stroom doorheen loopt ontwikkelt een magneetveld, en dat magneetveld werkt in op het stalen, geleidende mastlichaam. Zo ontstaat een koppel van een geleider, een beïnvloedbaar object, en zogeheten wervelstroom. Natuurkundig is het een variant op de wetten van Fleming.

Omdat het mastlichaam geleidend is, kan wervelstroom daadwerkelijk gaan stromen. Bij een omsloten opening om een draad heen gaat de inductiestroom van die draad rondlopen door het mastlichaam om de draad heen, en als de richting van de stroom zich omdraait (wat honderd maal per seconde gebeurt in een 50 Hz wisselstroomnet) zal ook de richting van deze rondlopende stroom zich omdraaien. Wervelstroom in het mastlichaam heeft geen interesse in de grond, er is dus geen veiligheidsprobleem. Wel kan het versnelde corrosie, maar ook radio-interferentie en een iets hoger netverlies geven. De geïnduceerde stroom in de mast beïnvloedt op zijn beurt de draden zelf ook weer omdat de een altijd na-ijlt op de ander. Zo krijgt de mast een beperkte, maar toch waarneembare ‘remmende werking’ op wisselstroom in vooral de middelste draad en krijgt de verbinding als geheel een hogere complexe lijnweerstand ofwel impedantie.

Versimpelde weergave van wervelstromen in een mastlichaam. De deltamast links is voor wat betreft de middelste draad gevoelig voor geïnduceerde wervelstroom vanuit de geleider, de richting van alle pijlen wisselt honderd keer per seconde. Dit rondje van de zwarte pijlen werkt niet als er helemaal geen rondje is, zoals bij een gaffelmast rechts.

Gaffelmasten pogen de draden te dragen zonder een omsloten geleidende opening. Kan de wervelstroom in het mastlichaam niet ‘rond’ de fasedraad lopen, dan zal het veel minder optreden. Door de dimensies goed te kiezen kan het uitstaande gewicht van de vork enigszins compenseren voor het draadgewicht in het midden, zodat de krachten op de vork iets kleiner blijven. Dat blijft een prijs, want een gaffelmast is minder sterk dan een deltamast met zijn omsloten opening en op twee punten gedragen balktraverse. Een ander nadeel is dat de mast wat hoger is dan een deltamast.

Gaffelmast in de omgeving van Florence (Casellina – Tavarnuzze 400 kV). Het lijkt bijna een chainette, maar er zijn geen tuikabels aanwezig. Door alle drie de draden in de opening te hangen kan men ze buitengewoon dicht bij elkaar houden. Dat de mast ook esthetisch de moeite waard is, komt natuurlijk doordat het Italië is. Foto door Bram Gaastra.

Twee circuits is uitdagend

Met een gaffelmast is het mogelijk om twee circuits te dragen, maar dan is de gaffelvorm van het mastlichaam al gauw niet efficiënt meer. Grote exemplaren zoals die op de foto bovenaan deze pagina zijn qua ruimtebeslag het beste omdat ze de drie draden in een driehoekvorm dragen waar de toren en de gaffel uitstekend tussendoor steekt, en er kunnen ook nog twee bliksemdraden op.

Twee circuits vervoeren vraagt om wat kunstgrepen. De eerste oplossing is domweg twee lijnen met gaffels naast elkaar zetten. Op Fyn is dat gedaan en vanaf de Fynske Motorvej (de E20) kruis je meerdere keren deze beide lijnen. Best een prima uitzicht vanaf de snelweg. Als de verkeersinformatie het over file heeft op de E20 ten zuidwesten van Odense weten wij direct de oorzaak: een  kijkersfile, coole hoogspanningslijn gespot.

Je kan er ook voor kiezen je gaffelmast van een extra verdieping te voorzien. Zo kan je circuits met een lagere netspanning laten meeliften en bijvoorbeeld 400 kV met 150 kV combineren. Wat je dan krijgt is een van de meest kunstzinnige masten die in het Europese koppelnet op reguliere basis te vinden zijn, en eentje die met gemak de Italiaanse versie verslaat qua gewaagdheid.

Anders geven we ‘m gewoon vier benen, een extra traverse en ragfijn vakwerk. Deens design heeft tenslotte een naam, alleen dat van dat minimalisme ontgaat ons een beetje. Dit exemplaar draagt op het moment van de foto het 150 kV-circuit niet. We blijven jagen op eentje waarbij dat wel het geval is. Foto door Calvin Musch.

Het is ook mogelijk om onder een reguliere gaffel traversen te plaatsen die twee circuits in de vlakke vorm dragen. Vreemd genoeg is dat nergens in de Deense of Amerikaanse gaffels gedaan. De vorm van een grote X heeft waarin in de benen een tweede balk is ingehangen waarin een enkelcircuit van een lagere orde is ingehangen is een buitengewoon gezicht, maar om nou te zeggen dat het bouwtechnisch efficiënter is dan een toren met slingerverband en twee zijwaartse traversen…

De bocht door gaffelen

Een gaffelmast is een interessant apparaat als je door de bocht moet. De twee omhoog priemende punten kunnen goed een V-ophanging dragen in steunmasten, maar hoe moet je het doen als je de draden wil verankeren in een hoekmast? Dit is waar een deltamast en een gaffelmast elkaar ontmoeten en soms alsnog samensmelten in elkaars definitie.

Neem het leuke duo hierbeneden op de foto. De Deense gaffel krijgt ‘m de bocht niet om zonder verankering. Maar dat lukt niet met twee punten, dus was er een extra balkje nodig in de gaffel. De draad wordt onderlangs geleid waardoor de mast opeens voldoet aan de defintie van een deltamast, met een fasedraad door een omsloten opening. Rechts zien we het omgekeerde: een deltamast in de bocht, waarbij de middelste draad juist bovenlangs over de balktraverse heen wordt geleid, waardoor hij opeens aan de definitie van een gaffelmast voldoet.

   

Links een Deense gaffel (met wat verrommeling helaas) die in de bocht dankzij zijn extra balkje opeens voldoet aan de definitie van een deltamast. Rechts: het omgekeerde, maar nu gaat de draad in de bocht bovenlangs op een staande isolator, waardoor juist een gaffelmast ontstaat. Soms is het een tikje arbitrair allemaal. Foto’s door Jeroen van Lieshout en Michel van Giersbergen.

Herkomst van de naam

Een gaffelmast heeft de vorm van een vork, die in ouder Nederlands als een gaffel of gavel bekendstaat. Ook een wichelroede, een katapult en een hooivork zien er zo uit. Aanduidingen zoals Y-mast in Deens zijn ook wel duidelijk, al is het verwarrend met een guyed Y. Aangezien die twee niet samen voorkomen in hetzelfde gebied lijkt het geen probleem. De Engelse aanduiding voor dit ontwerp, een fork, behoeft geen extra uitleg. Fork wordt ook gebruikt wordt bij afwijkende types donaumasten met gespleten torens zoals ze in Texas in lijnen van 345 kV voorkomen. De vorm waarin de geleiders worden gedragen kan flink wisselen per ontwerp, zodat soms andere keuzes in de naamgeving worden gemaakt.