21 januari 2021 ∙ Wat een treurig gezicht op 21 januari op het ENTSO-E Transparency Platform. Alle drie de HVDC-interconnectors die op Nederland aansluiten hadden tegelijk een storing. Lang niet altijd betekent een storing dat de kabel zelf stuk is, maar als dat wel zo is staat ons een heel geheister te wachten. Hoe krijg je in een zeekabel letterlijk en figuurlijk de fout boven water voordat de reparatie kan beginnen?

De COBRA was na ruim drie maanden storing net weer gerepareerd, maar nu gooide een computerstoring roet in het eten. De BritNed viel op 08 december plotseling uit. En ook de last man standing, de NorNed, gaf er op 18 januari de brui aan. Inmiddels doet de COBRA het weer, maar op 21 januari zat Nederland één dag alleen nog via 380 kV AC-landlijnen aan het buitenland vast. Dat is vervelend voor de handelsmarkt en de mogelijkheden om optimaal van windstroom gebruik te kunnen maken, maar bij fysieke schade moet er daarnaast ook iets gerepareerd worden. Dat valt niet mee, ver weg op zee. Laten we eens kijken wat er gebeurt tussen het moment van uitval tot het begin van de reparatie verloopt. We gebruiken daarbij de vorige storing aan de COBRA als voorbeeld.

Het vraagt weinig fantasie om te bedenken hoe de gezichten in Arnhem en Fredericia erbij stonden toen in september de COBRA-cable plotseling uitviel. Nadat in de eerste seconden na de uitval de netbalans is hersteld via FCR of via natuurlijke herschikking (indien de DC-link zich binnen hetzelfde gesynchroniseerde blok bevindt, zoals bij de COBRA het geval is) weet men vrijwel direct of de storing in de computers, de converters of in de kabel zit. Het ontbreken van rook, vlammen of krijsende alarmen in de converterhal zegt al wat, maar meestal is een HVDC-storing subtieler en kan je niet zien wat er stuk is. Soms laat ook de software het afweten. (Windows Update, het zal toch niet? Nee toch?) Maar wat er ook gebeurt, in alle gevallen weet men ogenblikkelijk of de storing in de kabel zelf zit door nauwkeurig het exacte afschakelgedrag van de kabellengte tussen de converters te bekijken.

De COBRA wordt bedreven als een HVDC-bipool: een gesloten systeem dat geen gebruik maakt van de aarde (letterlijk, de planeet) als retourgeleider. Ieder galvanisch contact met de aarde in beide fysieke geleiders is dus een fout. Nu kan elk object in meer of mindere mate een elektrische lading vasthouden: een overschot of tekort aan elektronen ten opzichte van de omgeving. Dit heet zelfcapaciteit en het gaat op voor alle materialen. Een tuinstoel, een mens en ook een hele onweerswolk beschikken over enige capaciteit om lading vast te houden en daarbij een potentiaal ten opzichte van de omgeving te vormen. Zie de St(r)oomcursus voor meer achtergronden.

De geleiderkern van een zeekabel is een lange sliert metaal. Bij de COBRA-Cable tussen Endrup en de Eemshaven weegt de kern al snel een paar duizend ton. Daar kan je aanzienlijk wat lading in kwijt. Als die lading dan ook nog stroomt ontstaat tevens een inductorwerking (spoel) en zal de kabel dit gedrag willen handhaven: hij verzet zich tegen iedere verandering van lading of richting. Bij wisselstroom is het telkens op- en ontladen van de geleidermassa (en deels het medium eromheen) een vervelende hinderpost. Maar bij gelijkstroom hoeft de kabel slechts één keer op zijn potentiaal gebracht te worden tijdens het inschakelen. Een onverwachte afschakeling zorgt voor het omgekeerde: de kabel draagt nog lading en is niet instantaan spanningsloos. de zelfcapaciteit van een paar duizend ton koper plus de spoelwerking moet als het ware vanaf beide kanten leeglopen via de plek van de kortsluiting. De verhouding tussen de theoretische tijd die het neemt om 325 kilometer geleiderkern te ontladen versus de (kortere) tijd die men in de praktijk ziet is daarmee een indicatie voor de afstand van de kortsluiting tot het converterstation, hoewel ingewikkelde bijeffecten zoals capacitief gedrag van de zeebodem zelf en de fysieke richting waarin de gelijkstroom door de kabel liep (van of naar de kortsluitlocatie) ook nog een rol spelen. 

Vervolgens moet men met preciezere apparatuur aan de slag. In de kabel zit behalve een geleider ook een koker optische glasvezeldraden voor telecommunicatie. Bij kabelschade zijn meestal ook deze meeliftende glasvezels beschadigd. Door vereenvoudigd gesteld een puls licht in de glasvezel te sturen en de retourtijd af te wachten (er weerkaatst altijd licht op het breukvlak of het uiteinde van een glasvezeldraad, zelfs onder water met zijn afwijkende brekingsindex) ontstaat een veel nauwkeuriger indicatie van waar de storing zit. Een soortgelijk trucje is ook uit te halen door een puls stroom in de geleiderkern te sturen, maar dit specialistenwerk is in een lange zeekabel minder nauwkeurig dan de glasvezelmethode vanwege iets ingewikkelds dat men dispersie van het spanningsfront noemt, en waar elektriciteit meer last van heeft dan licht.

Uiteindelijk is de locatie van de storing binnen enige honderden meters bekend. Dán pas kijkt men in detail op de netkaart. Ligt de storingslocatie precies in een scheepvaartlaan? Grote kans op een onzorgvuldig anker. Ligt het op een plek waar de kabel een andere kabel of pijpleiding overkruist? Oh oh, ingewikkelder problemen. Maar in alle gevallen wordt er pas een schip op uitgestuurd om fysiek te gaan kijken wanneer de locatie en de verwachte karakteristiek nauwkeurig bekend is.

Maar dan ben je er nog niet. Hoe til je eigenlijk een kabel op die strak op de zeebodem ligt? Er wordt bij de aanleg soms wel voorzien in af en toe een slinger vlakbij kritische plekken zoals overkruisingen met andere infra, maar als er niet voldoende lengte voorhanden is zal de kabel eerst moeten worden gekapt. De twee losse uiteinden kunnen dan boven water worden gehaald, waarna als laatste stap met de hand wordt gekeken totdat dan uiteindelijk de exacte plek van de fout is gevonden. Hip hip hurra, de reparatie kan beginnen. Heeft er iemand honderd meter extra kabel en twee moffen aan boord gebracht? Euh.. hoezo 'niet'?

Afbeeldingen: het ENTSO-E Transparency Platform is IT-technisch zo traag als stroop in januari, maar het is doorgaans een interessante bron van informatie over de markt, de hardware en ongeplande storingen ('forced outages'), zoals we hier zien bij alle drie Nederlandse HVDC-kabels tegelijk. Onder: de COBRA-converterhal in de Eemshaven. Geen rook, geen vuur, geen vonken? Nee. HVDC is over het algemeen ingetogen en veruit de meeste storingen zijn kalme stille afschakelingen.