HoogspanningsNet - alles over hoogspanning op het het

Hoogspanningstechniek

Hoogspanning en gezondheid?

Antwoord op alle vragen vind je bij het RIVM (NL) of het Departement Leefomgeving (B).

HoogspanningsNet behandelt dit thema met opzet niet zelf. (Waarom niet?)

Geknetter en gebrom?

Geen zorgen, dat is normaal.

ringvorm

11 september 2021 Tennet en Qirion hebben de noodverbinding bij Kerkdorp vrijwel gereed, zodat de Veluwe na het incident op 18 juni (de vier omgeblazen deltamasten) weer in een 150 kV ringvorm zal hangen. Maar is een noodlijn nog wel nodig nu Dronten en Hattem met wat kunst- en vliegwerk op twee redundante steeklijnen hangen? Kunnen de oorspronkelijke masten niet vlotter hersteld worden zodat die noodlijn gewoon achterwege kon blijven?

In Kerkdorp is de rust ver te zoeken deze zomer. Eergisteren was Tennet-persvoorlichter Eefje van Gorp nog een beetje boos op Defensie omdat de Luchtmacht (alweer) met een Apache dichtbij en zelfs onder een hoogspanningslijn door vloog, terwijl er op die plek nota bene werd gewerkt aan een noodlijn. Een dag later was ze wat beter gehumeurd, want Tennet en Qirion vertelden op een bescheiden persmomentje dat de noodlijn bij Kerkdorp bijna klaar is. De veehouder die het meeste last heeft van de situatie wordt gecompenseerd voor het gedoe met noodwegen. Dat is belangrijk, het gezin heeft het er maar druk mee. (Zou dit toekomstige pylon geeks opleveren in Kerkdorp?) Het persmoment eindigt echter met een opvallende opmerking: over circa een jaar worden de gesneuvelde masten herbouwd.  Een jaar? Zo lang deed men in 1968 ook niet over vier masten. Vanwaar deze traagheid?

Eerst maar eens het strategisch belang van de noodlijn. Men heeft tijdelijke doorverbindingen in de draden geperst bij Dronten en Zuidbroek zodat alle stations weer via twee circuits in het net hangen. Dat lijkt acceptabel, want er zijn legio plaatsen waarbij dit ook zonder calamiteiten de normale gang van zaken is, zoals Emmen, Dokkum, Bergen op Zoom, Meppel en Steenwijk. De noodlijn heeft dan ook primair een andere reden. Door het bezwijken van de verbinding is de 150 kV-ring rondom de Veluwe onderbroken. Dat betekent dat het net kwetsbaar is als er een tweede storing zou ontstaan of als er dringend onderhoud nodig is, zeker bij de hogere netbelasting in de winter. Om die reden is het handig om in elk geval via één circuit de ringvorm te herstellen zodat tijdens de opvallend lange definitieve hersteltijd de druk wat van de ketel is.

Die lange hersteltijd heeft meerdere redenen. Te beginnen met de karkassen. De eh.. hoogspanningslijken liggen nog altijd in het veld en het opruimen van een bezweken mast is complexer dan normale gecontroleerde sloop. Zo staan sommige verwrongen latten onder grote mechanische spanning. Erin knippen kan resulteren in knappende bouten en dat kan gevaarlijk zijn. Ook zijn er honderden glaskap-isolators gesneuveld zodat het gras vol ligt met ontelbare glaskorrels. En dan is er nog de verf. In de jaren zestig werden andere verfsoorten gebruikt dan vandaag zodat de schilfers niet in het milieu mogen achterblijven. Het komt erop neer dat de grond onder de karkassen moet worden schoongemaakt of gesaneerd. Ook moeten de beschadigde fundamenten worden verwijderd. Afhankelijk van de situatie worden de heipalen losgetrokken (trillen, waterinjectie) of op twee meter diepte afgezaagd. Dat vraagt om grondwaterbemaling en ook dat is weer een gedoe. 

Een nieuwe mast dan? Is dat beter te doen? Even op de Berg iemand de zolder op sturen, het stof van de bouwtekeningen blazen en daarna is het een kwestie van bellen met een metaalbedrijf? Een van de wereldwijde pluspunten van een vakwerkmast is dat ze met heel alledaagse materialen in elkaar zitten en ook eenvoudig zijn te fabriceren: doodgewoon hoekstaal, platen en zeskantbouten. Goed, het is druk in de bouw en we zitten met wat leveringsmoeilijkheden van ijzer (een wereldwijd issue), maar metaalbedrijven die over een rollerbank met boorstraat beschikken zijn er overal en vier masten moet te doen zijn. Verondersteld tenminste dat je het niet Europees hoeft aan te besteden of twaalf weken lang een of andere tender open moet laten staan om de bouwklus te kunnen gunnen aan een bieder. Of dat in dit geval nodig is weten we bij HoogspanningsNet niet.

Nee, het echte probleem met nieuwe masten zit in hun ontwerp zelf. Het klakkeloos herbouwen van een mastontwerp uit 1968 is verboden. Of, op zijn gunstigst, niet zomaar toegestaan zonder eerst een herberekening te doen. De huidige NEN-IEC- en bouwnormen zijn veranderd en meestal strenger geworden. Dat betekent dat het oorspronkelijke ontwerp in 1968 weliswaar voldeed aan de toen geldende normen, maar dat het niet automatisch is gezegd dat het ontwerp ook door de normen anno 2021 heen komt. De mast uit 1968 moet worden gedigitaliseerd en vervolgens gepijnigd worden in een computermodel om te zien waar zwaktes zitten. Daarna moeten zwaktes, als ze niet voldoen, aangepakt worden. Dat is geen sinecure, want het is meer dan slechts een wat grotere knoopplaat of een andere staalsterkte voor de bouten. Telkens is herberekening nodig. Dat er inderdaad zwaktes in zitten die de huidige normeringen niet doorstaan is vrijwel zeker. Dat betekent trouwens niet dat oude masten opeens allemaal gevaarlijk zijn. Het is net als met een huis uit 1968: destijds is ie prima in elkaar gezet, maar met de technieken van vandaag zouden we sommige dingen simpelweg anders doen. Beter isoleren, ander soort keilbouten, 16A stopcontacten, dat soort dingen. 

Een geluk is dat de vier gesneuvelde masten identiek zijn: vier doodgewone S+0 exemplaren. Dat betekent dat er niet ook nog een nieuwe hoekmast hoeft te worden herontworpen. Echter, doorberekenen, herontwerpen, fabricage en uiteindelijk montage kunnen niet tegelijk plaatsvinden. Die stappen zijn per definitie op elkaar volgend en dus is er tijd nodig. Relatief veel tijd die er niet is als we de winter in gaan en de netbelasting toeneemt. Vandaar dat Tennet er toch voor gekozen heeft om een noodlijn te plaatsen. Meer redundantie, minder druk op de ketel, zodat herstel gedegen kan plaatsvinden.

Afbeelding: noodlijn in aanbouw bij Kerkdorp (foto door forumlid DvD). Midden: glaskappen zijn van veiligheidsglas. Dat gaat niet in scherven, maar in piepkleine korrels en die moeten worden opgeruimd. Onder: waar de modelbouwers zich niet hoeven te storen aan bouwnormen, moet de netbeheerder dat uiteraard wel: iedere bout moet worden doorberekend. 

04 september 2021 Al een kleine tien jaar waren er plannen, maar Tennet lijkt nu daadwerkelijk de bijl uit de schuur te pakken: het FGU-net, het grote 150 kV deelnet van Flevoland, Gelderland en Utrecht, wordt 'ontvlochten' en in drie stukken opgedeeld. Het wordt gedaan om congestie te bevechten. Hard nodig, maar deze operatie komt ook met een netstrategische prijs.

Iedereen die een beetje thuis is in de opbouw van een hoogspanningsnet weet wat er bedoeld wordt met de termen deelnet en koppelend net. (Niet? Geen nood, daar hebben we de Stroomcursus voor.) Een elektriciteitsnet is hiërarchisch getrapt. Er zijn een handvol discrete niveaus in stijgende spanning en omvang die over elkaar heen liggen. Netten van lagere orde zijn doorgaans kleiner van omvang en hebben een lagere spanning dan het bovenliggende net. Op trafostations zijn twee netvlakken verbonden via transformators. Een willekeurig netvlak bestaat dus uit een of meerdere deelnetten van een zekere spanning die voor de onderliggende spanning een koppelnet vormen, maar vanuit een bovenliggend netvlak met hogere spanning zelf weer een deelnet zijn.

Een deelnet is gebonden aan een maximale omvang en die wordt ingegeven door de maximale capaciteit van de verbindingen en schakelaars. Wordt een deelnet te groot, dan neemt de kans op storingen door overbelasting of teveel transport toe. Verder geldt dat het soms lastig is om een deelnet op geografisch meer dan één plek tegelijk te koppelen aan het bovenliggende koppelnet. Het deelnet zou dan kunnen gaan fungeren als een sluipweg voor de veel grotere vermogens die eigenlijk een netvlak hoger dienen te blijven. Dit heet doortransport en het gedraagt zich als vakantieverkeer: het neemt ruimte in op de weg, maar je hebt er als aanwonende geen voordeel van. 'Blijf lekker op de snelweg met je puntje-puntje-caravan' geldt dus ook voor elektriciteit op regionale hoogspanningslijnen.

Wanneer een deelnet vrij fors van omvang is, wanneer het beschikt over twee of meer koppelpunten met het bovenliggende net en wanneer de opbouw van een deelnet het toestaat, kan de netbeheerder ervoor kiezen om het deelnet in twee of meer stukken te knippen die ieder nog maar één koppeling met het bovenliggend net houden. Daarmee wordt doortransport voorkomen en komt er dus meer capaciteit vrij op de verbindingen. Capaciteit die hard nodig is in gebieden waar we met congestie zitten: meer vraag of meer productie van stroom dan waar het net technisch op is uitgelegd.

Het zo aangeduide FGU-deelnet omvat Flevoland, Gelderland en Utrecht. Dit aanzienlijke 150 kV deelnet heeft vier koppelpunten met het bovenliggende 380 kV-net en intern is het een heterogeen net met een aantal flink sterke en ook een aantal zwakke verbindingen. Het FGU-net wordt steeds zwaarder belast en de plekken met productie en met vraag veranderen ook. De Centrale Nijmegen is verdwenen zodat er netto meer transport is ontstaan vanaf Doetinchem en Dodewaard richting Arnhem/Nijmegen. Ook wordt Almere een steeds zwaarder belastingscentrum. Om doortransporten te beperken wil Tennet het FGU-net opdelen in drie stukken die grofweg neerkomen op de Achterhoek, de Betuwe, en de Veluwe plus Flevoland en Utrecht.

Opdelen? Betekent dat sloop van verbindingen? Meestal niet. Op de webkaart projecteren we geen netopeningen, maar op de netkaart in GE zijn ze af en toe zichtbaar in Nederland: gekantelde oranje fietsvlaggetjes. In feite zijn dat verbindingen waarvan de vermogensschakelaars normaliter open staan. Bij normaalbedrijf voeren deze verbindingen dus geen vermogen, maar bij onderhoud, calamiteiten of verbouwingen kan zo'n verbinding in een wip weer worden ingezet. Als de FGU-opdeling wordt toegepast worden de 150 kV-verbindingen Woudhuis – Zutphen, Kattenberg – Apeldoorn, Harselaar – Ede en Nijmegen – Zevenaar (netkaart) voorzien van een netopening en zal het FGU-net veranderen in drie deelnetten waarvan er twee stuks nog maar één koppellocatie met de 380 hebben. Doortransport is daar dan niet meer mogelijk.

Klinkt als simpel te realiseren. Trek wat breakers open en je kan weer aan de koffie op de Berg. Maar het is wel een maatregel die met een prijs komt. Doordat twee van de drie overgebleven, kleinere deelnetten nu nog maar één koppelingslocatie hebben met de 380 wordt het netwerk gevoeliger voor grote calamiteiten. Neem de brand op Doetinchem Langerak in 2019, waarna het volledige 380 kV-station halsoverkop spanningsloos moest worden gezet. Destijds kon dat probleemloos want het 150 kV-net werd ook ingevoed vanuit Dodewaard, Flevoland en Breukelen (netschema). Maar zou zoiets zich opnieuw voordoen bij een opgesplitst deelnet, dan moeten direct de netopeningen richting Zutphen en Nijmegen worden gesloten voordat de 380 kan worden losgenomen. Dat vereist handmatig ingrijpen. Verder zien we ook dat er ringvormen verloren gaan. Apeldoorn, Hattem en Dronten verliezen hun koppeling met het zuiden en het gebied komt als het ware op een enorme driecircuit-steeklijn vanaf het koppelstation bij de Flevocentrale te bungelen – dezelfde lijn als waarin op 18 juni vier masten werden omgeblazen in een flinke valwind. Omdat er nu nog koppeling met Zutphen en Apeldoorn is (een ringvorm) viel bij die gebeurtenis nergens de stroom uit, maar wanneer de ringvorm niet beschikbaar was zou dat wel zijn gebeurd. In het nieuwe opgeknipte FGU-net zal er bij eenzelfde calamitait onherroepelijk een korte storing ontstaan.

Samengevat (of losgenomen), een deelnet dat over meerdere koppelpunten beschikt kan je soms opdelen in kleinere deelnetten. Er zijn situaties waarbij dat technisch nodig of gewenst is, zodat je het netwerk hoger en efficiënter kan belasten omdat je het sluipverkeer kwijtraakt. Maar nadelen zijn het verlies van ringvormen en inleveren op geografische robuustheid. De schaar zetten in deelnetten, maar ook het verbinden van twee voorheen gescheiden deelnetten, is altijd een operatie waar met verstand naar moet worden gekeken en dat naast voordelen ook altijd nadelen heeft.

Afbeelding: het FGU-deelnet en de opdeling volgens een animatie van Liander (groter hier). Onder: FGU-deelnet schematisch voor en na de opdeling in drie deelnetten (vergroting) waardoor drie nieuwe netopeningen ontstaan. Merk op dat je vanaf de koppelstations Dodewaard, Doetinchem en Lelystad straks geen sluipweggetjes meer kan nemen via de blauwe 150 kV-verbindingen, maar ook dat er ringvormen verloren gaan.

18 december 2019 Een vermogenstransformator faalt zelden, maar het kan wel. Gisteren ontstond er brand in een 380/150 kV-koppeltrafo op station Doetinchem Langerak. Hoewel de schade in de miljoenen loopt, viel de stroom nergens uit. Het nut van redundantie in het hoogspanningsnet werd uitstekend gedemonstreerd.

Men had in de Achterhoek net het avondeten op toen het licht een paar tellen knipperde. Daarna herstelde het zich. De rest van de avond verliep op het eerste gezicht normaal en pas toen er een NL-Alert vanwege rookontwikkeling binnenliep, werd duidelijk wat er eerder die avond was gebeurd. Op trafostation Doetinchem Langerak was kortsluiting ontstaan binnenin een van de twee koppeltrafo's waarmee het regionale 150 kV-net aan het landelijke 380 kV-net is verbonden. De trafo werd direct automatisch losgenomen, maar de olie binnenin de trafo vatte vlam en de machine veranderde in een brandend karkas van olie, papier en gloeiend metaal, vlakbij een vermogen aan elektriciteit.

Om veilig te kunnen blussen moest de hele 380 kV-schakeltuin spanningsloos worden gemaakt. Tennet hanteert vrijwel overal in het net dat er N-1 redundantie is: iedere willekeurige enkelvoudige storing (één component) kan/mag uitvallen zonder dat een stroomstoring ontstaat. Maar een heel station losnemen is een operatie waar N-1 niet tegen is opgewassen. Toch ging nergens het licht uit. Gisteren werd de stroomvoorziening gered doordat het net niet alleen redundant is, maar ook in ringvormen is aangelegd. Wie op de netkaart of het netschema kijkt, ziet dat vermogen vrijwel altijd via twee of meer wegen aangevoerd kan worden naar een trafostation. Ook kan het via twee kanten de kring worden rondgeleid. Je kan zien dat het 150 kV-net ook zonder koppeling met de 380 tijdelijk terug kan vallen op invoeding vanuit Woudhuis – Zutphen en vanuit Zevenaar. Deze verbindingen zijn dubbel uitgevoerd (twee circuits) en ze hadden voldoende capaciteit om de Achterhoek te kunnen dragen, ook zonder de 380/150 kV-koppeling op Doetinchem. De overgebleven koppeltrafo's op Lelystad en Dodewaard moesten er na het losnemen van heel Doetinchem-380 wel wat harder tegen werken om het hele deelnet van invoeding te blijven voorzien, maar per saldo leverde het nergens een probleem op.

De gesneuvelde trafo is een Smit 500 MVA driewikkelaar voor primair 380 (400) kV en secundair 150 kV. De derde wikkeling bedient een compensatiespoel op 50 kV. Dit type trafo is een van de werkpaarden van het Nederlandse koppelnet, maar zo'n exemplaar weegt ruim 320 ton en dan moet de olie (in totaal 155 ton) er ook nog in. Naast het überhaupt voorhanden hebben van een reserve-exemplaar is het transport ervan een flinke operatie. Het opruimen van de schade, herstelwerken en het aanvoeren van een nieuwe trafo kan wel een aantal maanden gaan duren. De balans voor Tennet? Ruim € 6.500.000,- voor een nieuwe trafo plus de bezorgkosten (de monteur gaat pas weg als uw apparaat volledig functioneert), maar wat ons betreft ook een pluim voor de robuuste netstrategie die zich gisteren uitbetaald heeft.

Afbeelding: een identieke Smit 500 MVA 380/150 kV koppeltrafo op een ander trafostation (trafo rechts, links de koellichamen). De trafo is een ondeelbaar object en zo'n ding verplaatsen en bedrijfsklaar opleveren kost net zoveel als een koophuis in Amsterdam. Onder: deel van het netschema, met Doetinchem (grijs) opzettelijk onbeschikbaar gezet. Merk op dat de 150 kV van Gelderland meer invoedingspunten heeft. Het was wat harder werken voor de overgebleven trafo's, maar er ontstonden geen problemen.