Tonmast

 Tonmast
Barrel Tonnenmast tøndemast tonmast

Een tonmast is een relatief verticaal model hoogspanningsmast waarvan de traversen op het middelste niveau langer zijn dan bovenaan en onderaan.

Door de langere middentraverse hangen de draden in een zeshoekige vorm. De mast is in feite een variatie op een verticale mast, maar de vorm met langere middentraverse zorgt voor een aantal andere, gunstige eigenschappen. Het wordt in de literatuur als een aparte mastsoort gezien en van alle ontwerpen is het de meest iconische vorm die een hoogspanningsmast kan hebben.

PGEM-tonmasten in het IJsseldal. De middelste traverse is langer dan de bovenste en de onderste. We zien in de praktijk dat de uitgesprokenheid van de tonvorm varieert. Soms is de middentraverse slechts een klein stukje langer, een andere keer een best eind. Foto door Hans Nienhuis.

In Nederland tref je tonmasten het meeste in de voormalige concessie van de PGEM (Gelderland) en in zuidelijk Limburg, hoewel ze ook incidenteel elders staan. In België komen in het hele land lijnen met tonmasten voor, maar in België wordt de tonvorm niet als aparte configuratie erkend. Daar is deze vorm samengenomen met de verticale vorm en de dennenboomvorm onder de noemer dubbelvlagmast. België is daarmee wel een uitzondering. In Duitsland, Denemarken, Engeland en zowat alle andere landen op de wereld en in de literatuur wordt de tonvorm expliciet apart gekend. En daar zijn allerlei goede redenen voor.

Elektrisch de meest rendabele vorm

De masthoogte wijkt weinig af van een verticale mast, maar die langere middentraverse is wel zwaarder, zorgt voor meer torsie op het mastlichaam en hij valt ook meer op. Wat is dan de meerwaarde? Een uitgesproken tonmast draagt de draden in een vorm die zoveel mogelijk neigt naar een zuivere zeshoek. Wanneer de verbinding redundant is en de posities van de fasen (de zogeheten klokgetallen) op de juiste wijze gekozen worden kan de fysieke afstand tussen twee faseposities op ieder moment van de cyclus maximaal en cirkelsymmetrisch blijven. Door die symmetrie gedragen alle draden zich ten opzichte van elkaar precies gelijk: ze hebben alle zes precies dezelfde onderlinge beïnvloeding naar elkaar toe. Dat zorgt ervoor dat bewaakapparatuur het makkelijker heeft, maar ook dat een dubbelcircuitlijn in de tonvorm de minste transportverliezen kent van allemaal. De tonvorm heeft elektrisch dus het hoogste rendement.

Voor wie nu denkt ‘eh.. wow, rustig aan’, hier een animatie van het elektrisch gedrag van de tonvorm ten opzichte van de donauvorm en de verticale vorm, telkens met optimale klokgetallen conform Kiessling et al (2003).

Probeer met de klok mee (rechtsom) een van de dubbele stippen te volgen in de rondgaande beweging. Het gaat het beste als je niet scherpstelt op de afbeelding. Bij een donaumast is het per circuit duidelijk, maar het is voor de mast als geheel wat rommelig. Voor de verticale mast zien we dat een soepele rondgaande beweging ook moeilijk. Bij de tonmast gaat het juist prima omdat de beweging nu een cirkelvorm is waarbij de stippen rond lijken te lopen, met telkens dezelfde afstand tot elkaar.

Wanneer er ook wordt gewisseld in de faseposities en ervoor wordt gezorgd dat alle drie de fasedraden identiek belast worden is de tonconfiguratie de vorm waarbij een hoogspanningslijn het meest efficiënt is en het minste transportverlies oplevert. Nog een voordeel (vooral vroeger van belang) is dat de oude generatie regel- en bewaakapparatuur het makkelijker had wanneer de geleiders van beide circuits alle zes hetzelfde reageren gedurende hun cyclus. Verder zien we dat de tonconfiguratie relatief smal is. Net als een verticale mast heeft een tonmast slechts een smalle corridor nodig.

   

De tonvorm is wereldwijd populair en dat is al ruim een eeuw zo. Links een zeer oude verbinding in zuidelijk Duitsland en rechts als een kolossale dubbele tonlijn in het Rührgebiet, in bezit van netbeheerder Amprion. De tonvorm bij de laatste mast is minimaal, maar er zijn naast elektrische overwegingen ook andere redenen om een tonvorm te prefereren. Beide foto’s door forumlid Toliman.

Dat hoge rendement gaat minder op wanneer je een dubbele tonmast bouwt. Net zoals met verticale- en dennenboommasten is het betrekkelijk eenvoudig om tonmasten uit te voeren met zes circuits waarbij twee tonvormen concentrisch binnenin elkaar hangen. Zouden we dat in een animatie zetten, dan zien we dat de symmetrie nog steeds enigszins in stand blijft, maar het is elektrotechnisch minder perfect. Bij zulke verbindingen is de afweging om voor ton of verticaal te kiezen ook afhankelijk van zogeten dans-ellipsen (zie de volgende paragraaf) en ook van wat nu eenmaal gebruikelijk is binnen je bestaande populatie bewezen mastontwerpen.

Dat laatste argiment zien we bij netbeheerder Amprion in Duitsland wel vaker terug. Amprion is een stille, relatief introverte netbeheerder die niet houdt van frivole experimenten of pochen met esthetische buismasten. Ze vertrouwen liever op bewezen degelijkheid en gekend gedrag. Amprion bouwt om die reden liever tonvormen dan dubbele verticale vormen. Als je eenmaal een rooie auto gewend bent, zeg maar.

Meer dan alleen elektrische overwegingen

Waarom bouwen we niet overal tonmasten? Door hun hoogte vallen ze redelijk op in het landschap. Ook vangen ze betrekkelijk veel wind en hoge ontwerpen leveren meer draadslachtoffers op (vogels die tegen de draden aanvliegen). Bij verticale masten is draadcontact bij lijndansen een probleem. Bij tonmasten speelt dat net als bij dennenboommasten minder snel omdat de zogeheten dans-ellipsen elkaar minder snel overlappen. Wanneer er sprake is van een weinig uitgesproken tonvorm is het argument met dans-ellipsen doorgaans dominant geweest. Is de tonvorm uitgesprokener en meer neigend naar een echte zeshoek, dan hebben de ingenieurs vooral naar het elektrotechnische voordeel gekeken.

   

Als je een tonmast bouwt kan je dat doen met een weinig uitgesproken tonvorm of juist een zeer uitgesproken tonvorm. Hoe smaller de ton, hoe belangrijker het argument van de zogeheten dans-ellipsen is geweest (conform Kiessling et al. (2003), links). Hoewel je altijd kan overdrijven qua minimalisme: is dit nou letterlijk een tonmast voor de vorm? Foto door Fabian Grave.

Lijndansen en dans-ellipsen zijn een onderwerp op zichzelf waar we op deze pagina niet in detail op ingaan. Daarvoor hebben we elders op de site genoeg ruimte.

Soms is er weer een ander argument, eentje die familie lijkt van de toepassing van dennenboommasten in sommige gevallen. De PGEM had in Gelderland te maken met veel bos. Een corridor door een bos hakken en onderhouden is veel werk. Het bleek op en rond de Veluwe handiger om met hoge smalle mastmodellen te werken. Eerst werden vrij forse dennenboommasten gebruikt, later stapte men over op tonmasten. De buren in Overijssel hadden een leeg en vlak landschap waarbij hoge masten juist sterk zouden opvallen. De IJsselmij koos in eerste instantie daarom voor hamerkoppen en stapte pas later over op donaumasten.

Grote cultstatus

De zeshoekige indruk die een tonmast maakt is een markant kenmerk. Wereldwijd. Verder is het een vorm die je niet zo snel bij andere grote objecten aantreft. Daardoor is de tonvorm min of meer vanzelf veranderd in het archetype hoogspanningsmast zoals de meeste mensen hem zich voorstellen en zoals ze in films, cartoons en animaties voorkomen.

Klassieker krijg je ze niet: de tonvorm met een bliksembok bovenop. Dat er in Amerika veel tonmasten gebruikt worden draagt bij aan de cultstatus in films en spellen. Deze exemplaren zijn in bezit van netbeheerder ERCOT in Texas. Foto net buiten Dallas door Hans Nienhuis.

De meeste hoogspanningsmasten in films, op tekeningen, logo’s, in videospellen en in stripverhalen blijken bij nadere inspectie tonmasten te zijn. Ook op plekken waar hoogspanningsmasten juist negatief in het licht worden gezet worden vaak tonmasten getekend wanneer iemand de moeite neemt om een realistische mast te schetsen. Hoe mensen een hoogspanningsmast tekenen hangt af van wat er dominant aanwezig is in hun omgeving. Duitsers zullen eerder donaumasten tekenen. Omdat de tonconfiguratie in Groot Brittannië, Rusland, oost-Europa, delen van beide Amerika’s en in het midden Oosten oppermachtig is zal dat ongetwijfeld voor extra populariteit in films en spellen zorgen en omdat er talloze ontwerpen van bestaan met een uitgesproken industrieel uiterlijk (soms compleet met obstakelschildering, roest, enge borden en chagrijnig ogende bliksembokken) is het een dankbaar mastmodel voor karikaturen.

Ook wijzelf doen eraan mee, maar op een heel andere manier. Het mag duidelijk zijn waar de naam van onze huiscartoon Ton Mast vandaan komt.

Tonmasten in allerlei contexten. Zowel bij liefhebbers, bij groepen tegenstanders, bij mensen in de media- en spellenindustrie en zelfs voor propagandadoelen is de zeshoekige vorm geliefd vanwege zijn herkenbaarheid. Wat zou Ton Mast ervan denken?

Dat de zeshoekvorm bij sommige tonmasten geen zuivere zeshoek is maar eerder een soort uitgerekte vorm die er half bij in de buurt komt, is het gevolg van een compromis tussen de technische vereisten van de mast (langere traversen vereisen een zwaardere en dus duurdere mast die ook meer opvalt) en de voordelen van een vorm die richting een zeshoek neigt in elektrische en praktische zin. Het is een ontmoeting tussen de elektrisch ingenieur die een zuivere zeshoek wil en graag wil dat de dans-ellipsen elkaar niet raken, en de civiel ingenieur die een zo goedkoop mogelijke en sterke functionele mast wil neerzetten. Wie van hen het meest in de melk te brokkelen had wordt verraden door de lengte van de middentraverse.

Herkomst van de naam

Een tonmast draagt twee circuits in een vorm die met enige verbeelding overeenkomt met een vat of een ton: zeshoekig en boller in het midden. De naam tonmast is een van de meest universeel gedragen namen voor hoogspanningsmasten over de hele wereld. Dat de naam in veel verschillende talen ook echt hetzelfde is in lokale woorden (barrel, vat, fat, tønde, tonnenmast) weerspiegelt dat op meerdere plekken ter wereld dezelfde associatie is gelegd tussen de mastvorm en die van een ouderwetse houten ton. Verder blijkt de naam tonmast in al zijn kortheid in allerlei talen waaronder het Nederlands prima te voldoen. Er is bij ons geen enkele andere naam voor dit model bekend.