Openlucht, overdekt, GIS

Stations kunnen op een aantal drie manieren worden gebouwd. In de openlucht, binnen in een gebouw, of als zogeheten GIS-installatie waarbij een ander gas dan lucht wordt gebruikt.

Kleinere stations voor middenspanning (netstations) zijn installaties in gebouwen of huisjes, die allemaal een soort overdekte vorm gebruiken (in een betonnen bunkertje) en door lucht worden geïsoleerd. Grotere stations voor hoogspanning kennen een meer variabele vormgeving.

Station in openluchtopstelling

De meeste stations zijn zogeheten openluchtstations. De installaties staan echt letterlijk in de buitenlucht en de isolatie wordt verzorgd door atmosferische lucht, net als bij de hoogspanningslijnen zelf.

Luchtfoto van een groot openluchtstation. De rails, transformators en schakelaars staan allemaal in de openlucht en los van wat steunisolators wordt alles elektrisch geïsoleerd door de atmosfeer zelf. Deze bouwwijze is het goedkoopst en het meest robuust, maar kost ook veel ruimte. Dronefoto door PJK.

Een openluchtopstelling is de goedkoopste methode en je kan zulke stations heel groot maken zonder dat een dak, gebouwonderhoud of verlichting nodig is. Voor grote schakeltuinen op 220 of 380 kV is dat belangrijk omdat een die eenvoudig meerdere hectare groot zijn. Verder geeft een openluchtstation overzicht. Je hebt er daglicht bij en je kan het uitstekend van buitenaf zien als er iets begint te roken of te knetteren. Zo hoef je niet met gevaar voor eigen leven een gebouw te betreden bij calamiteiten.

Een buitenopstelling is ook in het voordeel als er iets moet worden verbouwd. Het station vergroten komt neer op een stuk grond erbij pachten en je kan de rails verlengen. Het aansluiten van luchtlijnen is vrij snel gedaan want er zijn geen muurdoorvoeren nodig. Grote voorwerpen takelen kan met een hoge kraan waarvan de giek gewoon over de schakeltuin kan hangen. Die is dan uiteraard wel afgeschakeld voor het gedeelte waar de giek overheen steekt, maar de kraan kán tenminste gewoon de lucht in steken en tot boven de plek komen waar je de haak nodig hebt zonder dat er een dak in de weg zit.

Klein openluchtstation, in dit geval een klantstation dat meer weg heeft van een provisorium. De buitenopstelling maakt het goedkoop, overzichtelijk en de trafo’s koelen gemakkelijk. Tenminste als je ‘m aansluit, want de 110/33 kV-trafo rechts staat al minstens sinds 2014 te niksen. Dronefoto door PJK.

Station in binnenopstelling

Een bekend euveltje met de buitenlucht is dat er zich zogeheten weer in bevindt.

De atmosfeer is een dynamische omgeving en je station kan worden bestookt met storm, regen, hagel, onweer, kou, ijzel en allerlei objecten zoals bladeren, takken en de voetbal van de buurjongen. Ook kan er stof en zand worden meegevoerd en aan de kust kan zoutafzetting op de componenten optreden. Of in sterk industriële omgevingen kan de regen zuur zijn of andere vervuilingen bevatten die neerslaan op je componenten.

Een binnenopstelling van buitenaf. Het demonstreert tegelijk het grootste voordeel en het grootste nadeel: je kan niet zien wat er binnen gebeurt. Delfzijl Weiwerd lijkt wel een gewone loods zoals er zoveel zijn. Foto door Ruben Schots.

Als die invloeden een bezwaar zijn die de betrouwbaarheid van je station kunnen schaden, kan je ervoor kiezen om het station te overdekken. Andersom eigenlijk, men bouwt een grote hal en daar wordt een station in opgebouwd. De hal beschermt de schakeltuin tegen invloeden van buitenaf en het valt ook minder op dat er een station in zit. Dat klinkt tegenstrijdig omdat een groot station in een binnenopstelling om een fors gebouw vraagt, maar omdat we al talloze loodsen, distributiecentra en andere industriepanden zijn gewend valt ons oog minder snel op een hoekig golfplaten gebouw dan op een schakeltuin met bliksempieken. Werkzaamheden aan het station hebben geen last van slecht weer of van de nacht, want de hal heeft verlichting.

Een binnenopstelling is compacter dan een openluchtopstelling. Er hoeft geen rekening te worden gehouden met zwaaiende componenten door de wind en er is geen bliksembescherming nodig omdat die al op het dak kan worden gemaakt. Zo kan een station soms alsnog worden ingepast in een vrij krappe stadse omgeving zonder veel meerkosten. Vooral enige tientallen jaren geleden, toen GIS nog in de kinderschoenen stond, was dit een reden om overdekte stations te bouwen. Tevens biedt een gebouw ook betere bescherming tegen drones. Geluidsreductie is geen factor. Een station zelf is stil. Het zijn de transformators die geluid maken en brommen kunnen. Vanwege brandgevaar wil men transformators liever niet in dezelfde omsloten ruimte plaatsen als de schakeltuin en ook kunnen de trafo’s hun warmte dan niet goed kwijt. Omsloten transformatorcellen worden aan de buitenzijde van het gebouw in hun eigen transformatorcellen geplaatst.

GIS-station

De derde categorie is de relatieve nieuwkomer in de stationswereld: GIS-stations. Hierbij worden alle componenten waar de primaire spanning op staat omgeven door een ander gas dan lucht. Je zou denken, is het dan een overdekt station waarin ze de lucht vervangen door een ander gas? Nee, het is per component gedaan. Een GIS-station wekt voor een buitenstaander daardoor eerder de indruk van een spruitstuk of een gascompressorstation van van een hoogspanningsinstallatie. Grote buizen die in setjes van drie telkens rails of velden vormen verraden de aard van het station.

Een groot GIS-station lijkt veel op een spruitstuk voor een waterleiding. Toch herkennen we ook hier de rails en de aansluitvelden. Nee, we maken geen sluikreclame voor de fabrikant, maar omdat we onafhankelijk zijn hoeven we het ook niet te censureren. Foto door Bavo Lens.

Lucht is een goede isolator, maar afhankelijk van de druk. Hoog in de bergen moeten isolators aan de hoogspanningslijnen daadwerkelijk iets langer zijn dan op zeeniveau en als je bij wijze van spreken op Mars een hoogspanningsnet zou bouwen zou de dunne koolzuuratmosfeer niet eens in staat zijn om te voorkomen dat gasplasma en corona-ontladingen gewoon tussen de draden begint te lekken. Het omgekeerde is ook waar, lucht onder hogere druk isoleert dus beter dan buitenlucht. Vervangen we de lucht door een ander gas (meestal zwavelhexafluoride), dan nemen de isolerende eigenschappen nog verder toe. Met SF6 gas onder tien bar druk kan je met tien of vijftien centimeter vrije ruimte 380 kV in bedwang houden.

Een buis met precies in het midden een geleider wordt omhuld door SF6-gas onder druk. Ook de schakelaars en aansluitvelden zijn op deze manier vormgegeven. Een GIS-installatie kan binnen staan en neemt veel minder ruimte in dan een installatie in atmosferische lucht. Dat is vooral in de krappe ruimtes van windmolens of in zware dieselelektrische schepen interessant, maar het is ook prettig in stedelijk gebied waar ruimte schaars is. Verder heb je bij GIS geen componenten die rechtstreeks aan de buitenlucht zijn blootgesteld. Geen geknetter dus, of vervuiling op geleiders.

Het gebruikte gas is meestal SF₆, zwavelhexafluoride. Het is een kleurloos, niet-giftig en niet-brandbaar gas dat bijzonder sterk isoleert. In plaats van met een paar meter lucht kan je met slechts twintig centimeter zwavelhexafluoride 380 kV isoleren. Zwavelhexafluoride heeft nog andere bijzondere eigenschappen. Zo is het zes keer zo dicht als atmosferische lucht. Daar kan je op het niveau van de labtafel grappige dingen mee doen, zoals een enorm diepe Darth Vader-stem maken, ballonnen als een baksteen naar de grond laten vallen of bootjes in een aquarium laten drijven op ‘niets’. Vervelender wordt het als je een gaslek vanuit je GIS-installatie hebt. Omdat het gas zo zwaar is zal het zich ophopen vlak boven de vloer. Daar zal het de zuurstof verdringen. Omdat je het niet kan zien of ruiken is dat gevaarlijk voor monteurs: je longen en ademhaling voelen normaal, maar je krijgt geen zuurstof meer binnen.

   

De aansluitvelden van GIS-stations zijn wat moeilijker te herkennen, maar altijd zie je weer het getal drie terugkomen. Overal waar je dat ziet kan je ervan uitgaan dat drie fasedraden in het spel zijn. Links een GIS-vermogensschakelaar, rechts een GIS-installatie voor de aanlanding van windvermogen. Foto’s door Bavo Lens

Daarnaast is zwavelhexafluoride een broeikasgas – en geen klein beetje. Het is het sterkste broeikasgas dat we kennen en per eenheid is het 23.500 keer zo krachtig als koolzuurgas. Dat betekent dat een kilo ontsnapt SF₆ (met het volume van een opblaasspeeltje voor op het strand) net zoveel effect heeft als twintig ton CO₂ in de atmosfeer. Heb je als netbeheerder een lek zwavelhexafluoride, dan is dat zo bizar krachtig dat het een merkbare deuk kan slaan in je jaarlijkse duurzaamheidsdoelen. De elektriciteitssector is verantwoordelijk voor ruim driekwart van de wereldwijde vraag naar zwavelhexafluoride en netbeheerders zijn vanwege verstikkingsgevaar en de  broeikaswerking aan strikte regulering gebonden voor toepassing. Filmpjes zoals ze op Youtube rondslingeren en waarin mensen grappige dingen uithalen met zwaveldioxide zijn zelden in Europa gemaakt, want door de immense broeikaswerking is het in Europa niet meer zo makkelijk om een gascilinder SF₆ te verkrijgen.

De kosten zakken, maar GIS is wat duurder en lastiger in onderhoud dan installaties in atmosferische lucht. Een inmiddels berucht voorbeeld is een storing die in 2020 optrad op 380 kV Meeden, een trafostation dat als een soort bastion was vormgegeven. Vanwege allerhande problemen, zoals N-1 onbeschikbaarheid, krapte en een vendor lock-in, heeft reparatie jaren geduurd. De noodmasten die werden gebruikt om een deel van het gebouw bovengronds te bypassen staan er al jaren. Het scheelt dat zulke dingen vrij zeldzaam zijn.