Verticale mast

verticale mast, drievlaksmast    dubbelvlagmast
vertical tower, three-level tower Dreiebenemast tre etagermast drievlaksmast

Een verticale mast of ook wel drievlaksmast genoemd draagt twee circuits naast elkaar en per circuit hangen alle drie draden recht boven elkaar. Voor dit mastmodel zijn nogal wat aanduidingen in omloop.

Verticale masten zijn hoge, smalle en populaire mastontwerpen over de hele wereld. Ze zijn er van piepklein tot enorm en vanwege hun smalle profiel zijn ze populair op plekken waar men slechts een smalle corridor beschikbaar heeft. Iedere traverse draagt in de klassieke vorm precies één fasedraad. Het is een ontwerp van uitersten, want de kleinste en ook de grootste dubbelcircuitmasten ter wereld zijn opvallend vaak van dit ontwerp.

   

Verticale masten dragen de drie draden recht boven elkaar, aan traversen die allemaal precies even lang zijn. De toren mag recht zijn of iets taps. Op de foto links zien we meteen een sterk punt van de verticale vorm: hij heeft slechts weinig ruimte aan de grond nodig en past in een smalle corridor. Foto’s door Ruben Schots en Tom Börger.

Dominant in België

België is dubbelvlagland. Een groot deel van het gehele net (alle drie koppelnetten in feite, zoals 70, 150 en 380 kV elkaar opvolgden) is opgetrokken met dubbelvlagmasten, waarbij je ze ziet van heel klein tot de allergrootste maten. De zware verbinding tussen Mercator en Lint in België is geschikt voor vier circuits van 380 kV. Vanwege de smalle benodigde corridor om toe te passen bij nieuwbouwprojecten waarbij ruimte schaars is, en dan vooral voor zeer zware verbindingen. Het Stevinproject is bijvoorbeeld met een dubbelvlagmast gebouwd, maar dan eentje met geïsoleerde traversen. Overigens wordt in België ook de tonvorm en de dennenboomvorm onder een dubbelvlagmodel geschaard.

Er zijn binnen het thema verticale mast wat variaties mogelijk. Zo heb je dubbele verticale masten waarbij iedere traverse twee fasedraden draagt, zodat de hele mast dan vier circuits voert.

In Nederland worden verticale masten hier en daar ook gebruikt. Soms moeilijk is om te zeggen of we met een zuivere verticale-of drievlaksmast, of met een dennenboommast te maken hebben – het onderscheid tussen die twee is soms eerder een kwestie van gevoel dan van strikte regels. Eigenlijk is het alleen voor ingenieurs van werkelijk belang vanwege berekeningen. Vaak zijn het masten zonder veel opsmuk en wanneer ze van een ontwerp met Duitse invloed zijn, kan het ontwerp zo pragmatisch voorkomen dat het lijkt alsof de architect al zijn creativiteit was verloren.

   

Een verticale mast in zijn meest pure vorm heeft de draden exact verticaal boven elkaar. De meeste masten, zelfs buismasten, zijn licht conisch of taps van vorm. Voor de zuivere verticale vorm houden we aan dat de traversen zelf allemaal van gelijke lengte moeten zijn. En dat is bij deze masten het geval. Foto’s door Tom Börger.

Twijfel tussen verticaal en dennenboom

En dan is er naast de naamgeving ook nog de vraag: waar houdt een verticale mast op en begint een andere vorm, zoals de dennenboomvorm of de tonvorm? Dat is minder eenvoudig dan je zou denken. Een verticale mast in zijn puurste vorm heeft de draden exact recht boven elkaar en tussen de drie verdiepingen onderling zijn de draden ook telkens precies even ver bij elkaar vandaan. Als het getal zes op een dobbelsteen dus. In de praktijk heb je dat alleen bij cilindrische masten. De meeste masten, vakwerk maar ook buismasten, zijn conisch of licht taps. Dat zorgt ervoor dat de draden naar beneden toe toch ietsje gaan uitstaan. Er ontstaat dan overlap met de dennenboomvorm.

Nu is mastclassificatie geen exacte wetenschap. Er zijn overgangsgebieden, grijze gebieden en overlapgebieden. Wat je het beste kan aanhouden is de traverselengte. Zijn die alle drie precies even lang ten opzichte van de toren, dan spreken we van de verticale vorm en maakt het niet uit of de toren taps of cilindrisch is.

Gewicht dichtbij de toren, geschikt voor zeer zware verbindingen

Verticale masten dragen hun draden aan relatief korte traversen dichtbij de toren. Bij grote zware verbindingen lopen die draden aardig in de papieren. Bij 380 kV-lijnen wegen de gebundelde fasedraden al snel een paar ton per draad per spanveld. Nemen de spanningen en draadgewichten nog verder toe zoals we in het buitenland zien, dan is bij twee circuits op dezelfde mast de verticale vorm eigenlijk de enige manier die overblijft. Het gewicht blijft bij de toren, de torsiekrachten blijven beperkt en de breedte van de mast (de corridor) is zelfs bij zeer zware verbindingen door deze vorm beperkt. Of nou ja, het is de smalste mogelijkheid.

In China en Japan staan op dit moment de zwaarste dubbelcircuitlijnen ter wereld. Japan was de eerste, daar staat bijvoorbeeld Kita – Iwaki, een verbinding die twee circuits draagt die beiden 6000 MVA kunnen transporteren met wisselstroom op een bedrijfsspanning van maar liefst 1000 kV. Er zijn twee zulke verbindingen gebouwd in Japan, maar eentje wordt nog steeds op 500 kV bedreven. China kwam later kijken, maar heeft het grondiger aangepakt. Daar is in het oosten inmiddels een vermaasd 1000 kV koppelnet ontstaan met ruim twintig verbindingen en stations. Waar enkelcircuit is aangelegd gebruikt men deltamasten, maar dubbelcircuitlijnen heeft men gebouwd met verticale masten.

   

Omdat de draden bij een verticale mast zo dicht als maar kan bij de toren hangen, hoeven er geen lange zware traversen te worden gebruikt. De mast is hoog, maar kan daardoor heel zware draden dragen. Links een hoekpositie van de Stevinverbinding in België, rechts een steunmast van dezelfde verbinding met zijn kenmerkende, geïsoleerde traversen. Deze patsers dragen draden die per spanveld een paar ton wegen. Foto’s door Bavo Lens en Michel van Giersbergen.

Ook in Nederland is de zwaarste verbinding van het land momenteel een lijn met de verticale vorm. De verbinding Meeden – Eemshaven, binnen de sector beter bekend onder zijn bijnaam de Mammoetlijn, draagt vier circuits ontworpen voor 380 kV aan grote verticale masten, dubbel uitgevoerd. Elke traverse draagt dan twee draden.

Dat smalle profiel blijkt telkens een sleutelfactor, zelfs bij hele zware lijnen.

   

Twee sterke punten van verticale masten. Links: Borssele, waar met verticale masten vier circuits toch relatief smal konden worden geplaatst. Met een tweevlaksmast had dit overigens nog smaller gekund, maar dan moeten ze wel tegelijk worden aangelegd. Rechts: de Mammoetlijn in Groningen, waar kolossale dubbele verticale masten viermaal 380 kV dragen.

Verticale masten waarbij iedere traverse een geheel circuit draagt (zodat de mast zes circuits draagt) komen in Europa zelden voor. Feit is dat de fasedraden altijd in een rechte lijn onder elkaar hangen. Loodrecht of schuin naar opzij, wanneer je de onderste en de middelste fasedraad recht achter elkaar ziet, zal je altijd ook de bovenste fasedraad precies in het rijtje hebben. Dat klinkt als een futiliteit, maar om een verticale vorm en een dennenboomvorm later te onderscheiden van een tonmast is dit belangrijk.

We zeiden het al: België is dubbelvlagland. Links een 150 kV-lijn, rechts de zware verbinding Lint – Mercator met eh.. dubbele dubbelvlagmasten, en op de voorgrond staat het veel oudere, kleinere 70 kV-gepeupel in de mist. Foto door forumlid Powerlion.

Hoge masten vangen veel wind

Verticale masten hebben slechts een smalle corridor nodig en zelfs bij de zwaarste lijnen blijft de tracébreedte daardoor beperkt. Toch komt het ook met een nadeel: de mast is hoog.

De zware exemplaren in België gaan met gemak door de zestig meter heen en ze vallen daardoor vanaf een flinke afstand op in het landschap. Omdat de fasedraden nauwelijks achter elkaar wegvallen zijn er bij dit mastontwerp relatief veel draadslachtoffers onder vogels te betreuren. Verder vangen hoge masten veel wind en het krachtmoment van strakgetrokken fasedraden in de hoekmastposities is vanwege de hoogte van de mast groot, zodat een stevig mastlichaam en dito fundatie essentieel is. Bij zware lijnen van dit ontwerp levert dat een mast met zware profielen en een joekel van een fundament op. Soms is dat niet eens genoeg. In 2010 waaiden er een aantal dubbelvlagmasten om bij Lint. En in Nederland heeft de netbeheerder een onderschatting gemaakt van de mechanische krachten die op de hoge, smalle verbinding Hoogeveen – Zeyerveen kwamen te staan toen deze met nieuwe draden werd uitgerust. De fundamenten bleken te licht en de masten trekken zichtbaar krom in de hoeken. Niet direct gevaarlijk, maar wel een ongemakkelijke aanblik.

Een ander probleem treft letterlijk verticale masten van een Duits ontwerp: bliksem. Op een spits, hoog pinakel draagt het Duitse ontwerp slechts één bliksemdraad op aanzienlijke hoogte boven de circuits. Natuurkundig is dat niet ideaal. Volgens de theorieën van Schwaiger en Horvàth (de bliksembol) kan je de circuits effectiever afschermen met twee draden in de breedte. De verhoging van de top ten spijt, een dergelijk ontwerp verticale mast is het meest gevoelig voor gevolgen van blikseminslag op een fasedraad van allemaal. Die zwakte was de IJsselmij ook bekend, zodat deze voormalig netbeheerder zijn verticale masten en ook donaumasten vlakbij de trafostations zelfs van een extra verdieping voorzag waar bliksemtraversen aan zijn gezet, zodat de mast alsnog twee zulke draden voert.

   

Links: iets te zware draden gebruikt, Tennet? Na een lijnverzwaring trokken de hoemasten van Hessenweg – Zeyerveen krom. Niet dat het kwaad kan, maar het ziet er ongemakkelijk uit. Rechts: normaal heeft dit specifieke ontwerp slechts één bliksemdraad op een pinakeltop, maar in de buurt van trafostations brengt men met een extra traverse een tweede draad aan. Foto’s door Hans Nienhuis.

Herkomst van de naam

Waar een tonmast over de hele wereld dezelfde aanduiding draagt, worden verticale masten ook gekend als drievlaksmasten in Nederland en in België is het weer wat anders. Dit mastontwerp (waaronder in België overigens ook de tonvorm valt) is er dominant in het hoogspanningsnet en in België worden ze dubbelvlagmasten genoemd. Half benut, dus met drie traversen die slechts aan één kant uitsteken, wordt het in België simpelweg een vlagmast genoemd (niet te verwarren met een vlaggenmast natuurlijk) en in Nederland een onvolledig benutte verticale mast. In het Duits wordt van een drei-ebenemast (drie-evenmast) gesproken, Deens gebruikt er tre etagermast (drie-etagemast) voor. Het is dus maar net waar hij staat en of je met een ingenieur, met een pylon geek of met een combinatie van beiden tegelijk praat.