Scheidingsschakelaar

Scheidingsschakelaars openen een zichtbare, fysieke onderbreking die van buitenaf zichtbaar is. Ze scheiden een circuit of trafo van de schakeltuin.

In middenspanningsnetten kan men soms volstaan met uitsluitend een vermogensschakelaar, maar in hoogspanningsnetten kan dat niet. Stel dat de vermogensschakelaar zelf een probleem heeft en niet correct functioneert? Met hoogspanning wordt geen risico genomen. In serie met de vermogensschakelaars tref je daarom ook een scheidingsschakelaar aan.

Het belangrijkste van een scheidingsschakelaar is dat je in één oogopslag kan zien of hij geopend of gesloten is.

Geopende scheider op een provisorium. Rechts zien we dat de T-vormige vermogensschakelaars in serie achter de scheidingsschakelaars. Ook die staan geopend, maar alleen aan de scheidingsschakelaars kan je van buitenaf zien wat hun status is. Foto door Hans Nienhuis.

Een scheidingsschakelaar of scheider is vooral bedoeld als extra veiligheidsvoorziening. Wanneer de vermogensschakelaar geopend wordt is het circuit, de hoogspanningslijn of zelfs een deel van het hele station direct spanningsloos. Men kan dan beginnen met werkzaamheden of bij calamiteiten met blussen en veilig stellen. Tenminste, dat mogen we aannemen – maar als men iets niet doet in de hoogspanningstechniek, dan is het wel iets aannemen zonder het zeker te weten. Zo kan het gebeuren dat de vermogensschakelaar faalt of dat er door onachtzaamheid of een procedurefout alsnog opdracht wordt gegeven om de vermogensschakelaar te sluiten.

De scheider zorgt voor een extra garantie dat afschakeling ook echt afschakeling is. Het openzetten van een scheider moet je zo letterlijk mogelijk nemen. Er wordt een fysieke onderbreking of een zogeheten air gap geopend zodat voor iedereen zichtbaar is dat de verbinding of rail is losgekoppeld. De onderbreking is zo groot dat het spontaan verschijnen van een vlamboog onmogelijk is.

   

Gesloten scheidingsschakelaars. Links (goed kijken) zien we aan de rechterzijde van de foto een moderne scheidingsschakelaar voor 380 kV op Simonshaven (foto door Johan Swank). Op de andere foto zien we een iets ouder type scheider voor 150 kV op Tilburg, Telkens zien we alle drie de fasen binnenkomen en iedere fase heeft altijd zijn eigen scheider. Foto’s door Michel van Giersbergen.

Twee stabiele toestanden

Opendoen kan op verschillende manieren. Voor hoge spanningen zijn openluchtschakelaars van het verticale- of hefboomtype tegenwoordig het meest gangbaar. Die lijken op een doodgewone slagboom en ze kennen twee stabiele toestanden: gesloten en geopend. Een gesloten schakelaar blijft vanzelf gesloten, tenzij deze actief de opdracht krijgt om te openen. Hetzelfde geldt voor de geopende toestand. Bij sommige types zit er een contragewicht op zodat de zwaartekracht hem geopend houdt, bij andere types slaat er een borging dicht. Vanuit beide stabiele toestanden is de schakelaar niet in staat om zonder actief commando per ongeluk van status te veranderen. Op die manier blijft de stroomvoorziening opzettelijk onderbroken, zelfs als er een probleem is met de aansturingsapparatuur.
Een variant op het hefboomontwerp is de knikarm-scheider. Hierbij is de hefboom vervangen door een arm met een knik, die zich ongeveer hetzelfde gedraagt als de standaard van een knikbare bureaulamp of de giek van een havenkraan. Pas na actieve opdracht beweegt hij.

Geopende zuilrotatiescheiders op Maasbracht. Let op de manier waarop ze geopend zijn: niet alleen staan ze geroteerd, ook zijn ze geaard door het roodwitte balkje. Het is duidelijk dat deze voor langere tijd open staan en dat men iedere kans op ongelukken wil vermijden. Foto door Michel van Giersbergen.

Een ander type dat bij spanningen tot ongeveer 150 kV populair is, is de zuilrotatiescheider of zuilscheider. Dit ontwerp is al oud en hij bestaat uit een of twee metalen stangen op isolators die in hun geheel gedraaid kunnen worden. Door de isolators met stang en al te roteren kan het contact gemaakt of verbroken worden. Ook deze schakelaars kennen twee stabiele toestanden omdat ze zich uitsluitend horizontaal bewegen. Een kwart slag draaien zal daardoor nooit vanzelf gebeuren, tenzij er actief opdracht toe wordt gegeven.

   

Zuilrotatie is al een oude techniek. Hier zien we twee oude foto’s die gemaakt tijdens de aanleg van het trafostation dat hoorde bij de inmiddels lang weer gesloopte centrale van Hengelo. We zien zuilscheiders in gesloten (links) en geopende toestand (rechts). Vanzelf draaien doen ze nooit, zodat deze twee standen veilig zijn en stabiel blijven. Low-tech, maar effectief. De foto’s zijn beschikbaar gesteld door forumlid Jeronimo.

De vermogensschakelaars in de netten van Tennet en Elia komen meestal uit Duitsland. Voor scheiders is dat anders, in de Benelux hebben we zelf nog een fabrikant en ontwerper van scheidingsschakelaars: Hapam in Bunschoten-Spakenburg levert sinds 1925 allerlei soorten scheidingsschakelaars voor binnen- en buitenland.

Niet onder last schakelen

Wellicht de meest opmerkelijke eigenschap van een scheider is dat ze helemaal niet bedoeld zijn om te schakelen onder vermogen.

Het in- en afschakelen van vermogens is de taak van de vermogensschakelaar. Tijdens normale situaties moet altijd eerst de vermogensschakelaar geopend worden, en daarna pas de scheider. Dat is belangrijk, want wanneer je een vermogen probeert te schakelen met een scheider kan er dit gebeuren:

Een open vlamboog is heet en vormt een geleidend pad dat na een nuldoorgang niet zomaar is verdwenen, zodat de kortsluiting lange tijd blijft staan. Het geeft ook radiostoring, nogal wat licht en verontruste blikken vanuit de omgeving. Meestal loopt het met een sisser af, maar niet altijd hebben we dat geluk. Wanneer twee vlambogen elkaar raken resulteert het in een kortsluiting of een aardfout. In het ergste geval kan zo’n vlamboog zelfs een ander circuit raken zodat ze alle twee uitvallen.

Gij zult niet breaken met een scheider.

De grootste stroomstoring in Nederland sinds de eeuwwisseling (27 maart 2015) ontstond door een dergelijke reden: een railscheider sloot niet correct en trok een vlamboog, die groeide omhoog en werd door de wind opzij geblazen totdat hij kortsluiting maakte met de dakrails op het 380 kV-schakelveld van Diemen. Ook kunnen de vlambogen zorgen voor brand- en smeltschade op de koppen van de schakelaar, een gevaarlijke hoeveelheid UV-licht en onstabiel netgedrag waardoor de bewaakapparatuur op het andere uiteinde van de verbinding of elders op het station ten onrechte worden aangesproken.

Scheiders als goedkoop alternatief voor vermogensschakelaars is in bepaalde ontwikkelingslanden de normale gang van zaken en in bovengrondse middenspanning zie je het ook wel eens voor kleine aansluitingen. Het wordt in hoogspanningsnetten alleen gedaan bij een calamiteit als het echt niet anders meer kan.

Kleinere scheidingsschakelaars: pantograaf-railscheiders

Naast de grote scheiders waarmee hele circuits worden geschakeld tref je ook een groot aantal kleinere schakelaars aan op de stations. Ze hebben meestal het uiterlijk van een soort schaar of een stroomafnemer van een trein. Dit zijn pantograaf-railscheiders. Ze kunnen worden opgevat als een variant op scheidingsschakelaars, maar dan met een minder dramatische scheidingswerking. Ze worden gebruikt om intern binnen de hoogspanningsstations losse velden en rails aan- of af te schakelen. Hun naam hebben ze gemeen met de pantograaf van elektrische treinen en trams, die ook door middel van een schaarknik werken. Meestal zijn pantograaf-railscheiders wit of roodwit geschilderd. Ook deze schakelaars zijn slechts bedoeld om vermogen te verschakelen en niet om vermogen af te schakelen.

Geopende en gesloten pantograaf-railscheiders op Zwolle-Hessenweg. Deze dienen als scheiders voor verschakeling binnen het station zelf, als een circuit op een andere rails moet worden aangesloten. Foto door Hans Nienhuis.

Voor het subtielere schakelwerk zoals het sturen van elektriciteit binnen het trafostation zelf of het op commando afschakelen of verbinden van een veld, losse transformators of eigen rails voor klantaansluitingen worden pantograaf-railscheiders gebruikt. De ronde schijven op de knikken zijn bedoeld om coronaverliezen te beperken door de elektrische veldsterkte op scherpe hoeken te verkleinen.

Zoals alles in het hoogspanningsnet zijn ook pantograafscheiders geen kleine onderdelen. Van deze 220 kV pantograafscheiders passen er precies twee op een europallet. Exemplaren voor 110 kV of nog lagere spanningen zijn vanzelfsprekend kleiner, maar voor 380 kV zijn ze een slag groter. Foto door Hans Nienhuis.

Samen met transformators en vermogensschakelaars zijn de scheiders de belangrijkste primaire componenten op een station. De bediening en controle vereist bewaakapparatuur en communicatie. Hoewel een vermogensschakelaar en een scheider beide automatisch en handmatig open gezet kunnen worden, zullen ze vanuit veiligheidsoverwegingen nooit automatisch weer gesloten worden. Dat blijft handwerk waarbij de bedrijfsvoering de regie houdt. Bij het sluiten van de scheidingsschakelaar vindt de hele schakelvolgorde omgekeerd plaats. Pas als de scheidingsschakelaar volledig gesloten is, mag de vermogensschakelaar het volle elektrische vermogen weer inschakelen.