Hoekmast (H)

Hoekmast
Anchor / angle pylon  Winkelmast  knækpuntsmast  zwenkepaol

Wanneer de draden een bocht om moeten worden hoekmasten ingezet: masten waaraan de draden zijwaarts zijn afgespannen.

Op een hoekmast maken de draden een bocht. De hele hoogspanningslijn verandert van richting. Soms maar een klein beetje, een andere keer is het een indrukwekkende knik waarbij er zichtbaar nogal wat zijwaartse trekkracht op het mastlichaam worden losgelaten. Een lijnhoek maken vereist een sterkere mast dan een normale steunmast. Meestal zie je dat ook daadwerkelijk aan het casco van de hoekmast. Het zijn zwaarder gebouwde, steviger gefundeerde masten met afgespannen draden. Vooral bij zware verbindingen nemen ze door de zwaardere staven een aardige omvang aan en het kunnen heuse persoonlijkheden zijn in een weiland of polder.

Grote donauhoekmast met een iconische nonnenkap. De draden van beide circuits zijn afgespannen en met een bretel doorverbonden, en de hele verbinding maakt een bocht. Foto door Peter Schokkenbroek.

Sommige types hebben speciale voorzieningen om bliksemdraden te dragen, zoals kattenoren of afwijkend vormgegeven bliksembokken. Maar altijd hebben ze afgespannen draden die met schuine tot bijna horizontaal hangende isolators aan de zijrand van de traversen zijn vastgemaakt. De draad zelf wordt met een boogje (een zogeheten bretel) onder de traverse door geleid zodat de elektriciteit alsnog door kan.

Angelsaksische landen spreken ook wel van een anchor pylon: de draden zijn verankerd en kunnen geen kant op. Vanwege overlap met de functie van een afspanmast wordt dat hier niet gebruikt.

HA, HB of HC en +0, +6 of -2

Het belangrijkste doel van een hoekmast is een lijnhoek aanbrengen. De hele verbinding maakt een bocht. In de hoekmeetkunde is 180º een gestrekte hoek, wat in de praktijk rechtdoor is. Elk getal kleiner dan 180 is een knik. Hoe kleiner het getal, hoe scherper de bocht. 140º is dus een scherpere bocht dan 160º. En 90º is een rechte hoek, een knik die precies een haakse bocht maakt. Nog kleinere getallen zoals 30º of 15º zijn richtingsverandering waarbij zelfs teruggebogen wordt. Dus hoe kleiner de hoek (het getal), hoe scherper de hoek en hoe groter de richtingsverandering.

In de hoogspanningswereld wordt de continue hoekverdeling in discrete groepen gestopt: alles tussen 180º en 160º is één categorie, de minst scherpe. Die levert bij de ingenieurs en constructiebureaus ook één type hoekmast op in de mastenfamilie, de zogeheten HA. H staat voor hoek, en A voor de minst scherpe versie. Het verdere verloop is voorspelbaar: een scherpere hoek van 160º tot 140º vereist een HB, en die is wat zwaarder gebouwd omdat hij op meer zijwaartse trekkracht berekend moet zijn. Nog sterkere  richtingsverandering vereist zelfs een HC, de zwaarste versie, berekend op een hoek tussen 140º en 120º. De zijwaartse krachten worden hier groot en een HC voor een zware verbinding is een zeer zwaargebouwde mast die eenvoudig meer dan het dubbele weegt van een normale steunmast, ook al is hij niks hoger.

Voor wie aanleg heeft tot antropomorfisme of wie synesthetisch sterk is komt zo’n zwaarder gebouwde hoekmast al snel stuurser of chagrijniger over dan steunmasten. De ene persoon houdt van die aanblik, de ander vindt het maar niks en prefereert de aanblik van olijke steunmasten met licht vakwerk. Foto door Ruben Schots.

HD, kan dat?

Scherper dan een HC komt in Nederland in principe niet voor. Wanneer een lijnhoek kleiner dan 120º is worden twee hoekmasten achter elkaar toegepast. Dat is althans de theorie, maar het wil niet zeggen dat we in de praktijk… juist ja. Verder is het beleid m.b.t. twee HC’s niet altijd zo geweest. In de buurt van Willem Anna Polder staat een in 1979 gebouwde 380 kV hoekmast met daadwerkelijk HD in zijn documentatie. In andere landen heeft men minder moeite met hele scherpe hoeken. Duitsland kent bijvoorbeeld reguliere hoekposities die zelfs een lijnhoek kleiner dan 100º maken. In Nederland is een HD dermate zeldzaam dat we ze verder niet behandelen als reguliere ontwerpen binnen mastenfamilies.

Hij wordt steeds breder

HA, HB en HC zijn van belang als discrete groepen omdat bij een toenemende lijnhoek er nog wat anders aan de hand is dan alleen toenemende krachten en dus een zwaardere mast. De hoemasten worden van HA via HB naar HC ook steeds breder – letterlijk.

   

Hoekmast HA en HC van dezelfde mastenfamilie (Zwolle – Meeden). Merk op dat de HA links minder brede traversen heeft dan de HC en tel de diagonalen (de slingerende latten in de traversewanden) maar eens. Omwille van de ruimte (hoogspanningsmasten zijn nu eenmaal brede dingen) hebben we het type HB er niet tussenin geplaatst. Foto’s door Tom Börger.

Als een hoogspanningslijn een bocht om gaat ontstaat een knijpzone. Draai je een mast een stukje, dan komen de draden in het horizontale vlak schijnbaar dichter bij elkaar te hangen. Hoe scherper de bocht, hoe sterker dat probleem.

Bij gelijkblijvende afstand tussen de twee zwarte lijnstukken zijn telkens de blauwe balkjes (steunmasten) toereikend van breedte. In de bocht is hetzelfde blauwe balkje opeens te kort. Om toch dezelfde afstand tussen de lijnstukken te behouden is een langere balk nodig. In het geval van een haakse hoek van 90º is dan een balkje nodig dat 1,41 keer zo lang is, precies de wortel van twee. Bij een hoek van 140º is dat al een stuk minder verschil, maar nog steeds maakt het bij een echte hoogspanningslijn meerdere meters uit.

Verhoogde en verlaagde hoekmasten

Net als bij steunmasten kunnen ook hoekmasten hoger of lager dan het basisontwerp van de mastenfamilie zijn. Ook hier wordt dat door een getal achter de afkorting aangeduid: +2, +6, +28, enzovoort. Hogere hoekmasten kunnen worden gebruikt bij overkruisingen van andere objecten, in aanloop naar waterkruisingen of soms om meer vrije ruimte onder de draden te creëren, zoals op indrustrieterreinen waar veel grote transporten rijden. Verlaagde hoekmasten zijn vrij zeldzaam, we zien ze hoofdzakelijk in de functie van afspanmasten, zie de betreffende pagina.

Verhoogde hoekmast, om precies te zijn een HC+40 in aanloop naar een waterkruising in de Botlek. Foto door Michel van Giersbergen.

Toch treffen we eigenlijk vaker dan we denken verlaagde hoekmasten aan, maar dan ten opzichte van de steunmasten. Omdat de draden schuin worden afgespannen aan de traverserand in plaats van hangend aan meterslange isolatorkettingen, kan men bij de hoogte van de hoekmast een groot deel van de lengte van de ketting besparen. Dat kan al snel een meter of wat verschil maken. Vanzelfsprekend werkt dit alleen bij hangend gedragen draden. Bij geïsoleerde traversen zijn de masthoogtes gelijk en bij staand gedragen draden is het zelfs omgekeerd.

Running angle: een hoek maken zonder afspanning

Hoekmasten hebben in Nederland vrijwel altijd een afspanfunctie waardoor de draden onderbroken zijn en met een bretel. In België en andere Europese en Amerikaanse landen hoeft dit niet het geval te zijn. In dat geval is de draad niet onderbroken en hangen de dragende isolators gewoon permanent scheef. Er ontstaat een soort van rare kruising tussen een steunmast (qua ophanging) en een hoekmast. Dit wordt een running angle genoemd, of in oudere literatuur een flying angle.

In het Nederlands spreekt men dan van een steunmast met lijnhoek. Dat is niet altijd juist, want in het buitenland wordt de ene keer wordt het casco van een hoekmast gebruikt, maar als het even kan kiest men voor een goedkopere steunmast. CIGRE behandelde een flying angle in 1972 als een aparte mastfunctie. Op deze site is ervoor gekozen dat niet te doen, omdat nieuwe(re) ontwikkelingen het onderscheid met een normale steunmast verkleind hebben. Denk aan V-braces in bijvoorbeeld wintracks.

   

Running angles in een Franse Beaubourg en in een koppelnetverbinding in Overijssel. In deze twee gevallen is er gekozen voor het casco van een steunmast. Maakt dit het alsnog tot een hoekmast? Daar kan je over discussiëren, want de lijn maakt wel degelijk een hoek terwijl de constructeur een steunmast bouwt. Foto’s door Tom Börger en Ruben Schots.

Running angles kunnen op twee manieren worden uitgevoerd. Met een hoekmast waarbij geen afspanning is toegepast zodat het sterk lijkt op een steunmast met lijnhoek, of met een normale steunmast waarin voorzieningen zijn getroffen om een kleine lijnhoek te kunnen verdragen. We zien dat het soms ingewikkeld raakt om een grens tussen een hoekmast en een steunmast aan te brengen, want in de laatste situatie zien we qua constructie een draagmast en qua functie een hoekmast. Gewoon met gezond verstand kijken naar wat je ziet geeft in de praktijk de doorslag.

   

Steunmasten die een lijnhoekje voeren zonder afspanning, de een met V-ophanging en de ander met geïsoleerde traversen of V-braces. Bij deze laatste bouwwijze is het standaard ingebakken dat steunmasten nu en dan kleine lijnhoeken maken. Soms kan ook hangende afspanning worden toegepast. Foto’s door Gerard Nachbar en Bavo Lens.

Dominant of te dominant?

Hoekmasten zijn interessante dingen voor constructeurs om ze te maken en ze door te berekenen, maar ook voor de netbeheerder die ze betalen moet. Zelfs voor de landschapsarchitect die moet proberen om zo’n mast in te passen. Vooral bij zware verbindingen zijn de hoekmasten problematisch. De iconische Nederlandse nonnenkappen zijn een splijtzwam: ze maken de hoekmast tot wat hij is, maar de nonnenkappen trekken ook sterk de aandacht.

Bij de verbinding Zwolle – Meeden is omwille van de inpasbaarheid van de zeer grote masten met opzet gekozen voor een hoekmastontwerp zonder nonnenkappen om zo de hoek- en steunmasten meer op elkaar te laten lijken en een rustiger lijnbeeld te creëren. Dat de hoekmasten daardoor niet voldoen aan de voorgeschreven minimale bliksembeschermingsnormen (een nonnenkap zit er normaal gesproken immers niet voor niets op) was blijkbaar in deze situatie ondergeschikt.

Herkenning in het veld:

▫ De draden maken een bocht en de hele hoogspanningslijn verandert van richting
▫ De isolatorkettingen zijn normaal gesproken schuin afgespannen vanaf de zijrand van de armen
▫ De draden worden door middel van een bretel doorverbonden
▫ De constructie van de mast is zwaarder uitgevoerd en de mast oogt massiever
▫ Een hoekmast is bij zware verbindingen vaak iets lager dan de steunmasten
▫ Let op met running angles, afspanning aan de traverserand hoeft niet per sé