Scheidingsschakelaars laten met opzet precies zien wat ze doen: een zichtbare fysieke onderbreking in een circuit openen. Hoewel ze er low-tech uitzien zijn ze onmisbaar in het hoogspanningsnet.

Op de pagina over vermogensschakelaars is te lezen hoe dat type schakelaar ondanks zijn simpele uiterlijk in staat is tot het razendsnel schakelen van grote vermogens elektriciteit. In middenspanningsnetten kan men soms volstaan met uitsluitend een vermogensschakelaar, maar in hoogspanningsnetten 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 vrijwel altijd ook een scheidingsschakelaar aan.

Zichtbaar resultaat

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

Geopende scheidingsschakelaars op Eemshaven Hogeland

Scheidingsschakelaars van het hefboomtype op station Eemshaven Hogeland, een provisoriumstation met slechts alleen een 380/220 kV koppeltrafo. rechts zien we dat de T-vormige vermogensschakelaars in serie staan achter de scheidingsschakelaars, maar alleen aan de scheidingsschakelaars kan je daadwerkelijk hun status zien van buitenaf. Foto door Hans Nienhuis.

Een scheidingsschakelaar is primair 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 op goed vertrouwen. 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 terwijl dat niet had mogen gebeuren. Met hoogspanning wil men zo min mogelijk risico nemen. De scheidingsschakelaar zorgt voor een extra garantie dat een afschakeling ook echt een afschakeling is. 

Het open zetten van een scheidingsschakelaar moet je zo letterlijk mogelijk nemen. Er wordt een fysieke onderbreking of 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 op SimonshavenGesloten scheidingsschakelaars op Tilburg

Gesloten scheidingsschakelaars. Links (enigszins lastig te zien) 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 al iets ouder type scheider voor 150 kV op Tilburg, Telkens zien we netjes alle drie de fasen binnenkomen. Iedere fase heeft altijd zijn eigen scheider. Foto's door Michel van Giersbergen.

Twee stabiele toestanden

Dat opendoen kan op verschillende manieren. Voor hoge spanningen zijn openluchtschakelaars van het verticale- of hefboomtype 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: de zwaartekracht of een borging houdt hem geopend en niets verandert dat, tenzij de schakelaar actief de opdracht krijgt om weer te sluiten. De schakelaar is vanuit beide stabiele toestanden 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

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 spanningen van ongeveer 150 kV het meest populair is, is de zogeheten zuilrotatiescheider of zuilscheider. Dit ontwerp is al heel oud en hij bestaat uit een of twee metalen stangen op isolators die in hun geheel gedraaid kunnen worden. Door de isolators met stangen 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.

Gesloten rotatieschakelaarsGeopende scheidingsschakelaars van het rotatietype

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 scheidingsschakelaars is dat anders, want 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

Waarschijnlijk de meest opmerkelijke eigenschap van scheidingsschakelaars is dat ze helemaal niet bedoeld zijn om te kunnen schakelen wanneer er een vermogen op staat. Het in- en afschakelen van het vermogen zelf is de taak van de vermogensschakelaar. Tijdens normale situaties moet ook altijd eerst de vermogensschakelaar geopend worden, daarna pas de scheidingsschakelaar.

Dat is belangrijk, want wanneer je een vermogen probeert te schakelen met een scheidingsschakelaar kan er dit gebeuren:

Vlamboogvorming. En omdat de vlamboog zich niet in een oliebad of in SF6 bevindt en ook niet wordt weggeblazen door perslucht, blijft de geïoniseerde lucht aanwezig en doven de vlambogen niet uit na een nuldoorgang. Dat kan brandschades geven op de metalen delen. Meestal loopt het met een sisser af, maar niet altijd hebben we dat geluk. Wanneer twee vlambogen elkaar onverhoopt raken resulteert het in een harde tweefasensluiting. In het ergste geval kan zo'n vlamboog zelfs een ander circuit raken zodat er daadwerkelijk uitval plaatsvindt. De grootste stroomstoring in Nederland sinds de eeuwwisseling (27 maart 2015) ontstond ook door een dergelijke reden: een railscheider sloot niet correct, trok een vlamboog, die groeide omhoog en werd door de wind opzij geblazen totdat deze 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 kan aanslaan, waardoor soms ook andere aansluitingen worden losgenomen.

Scheidingsschakelaars als goedkoop alternatief voor vermogensschakelaar inzetten is soms in ontwikkelingslanden de normale gang van zaken, maar het wordt in moderne hoogspanningsnetten in principe alleen gedaan in geval van een calamiteit en dan ook nog alleen als het echt niet anders meer kan. 

Kleinere scheidingsschakelaars: pantograaf-railscheiders

Naast de grote scheiders waarmee hele circuits worden vrijgeschakeld, tref je op vrijwel alle stations voor hoogspanning ook een groot aantal identieke kleinere schakelaars aan. Ze hebben het uiterlijk van een soort schaar of een stroomafnemer van een trein. Dit zijn zogeheten 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 Hessenweg

Geopende en gesloten pantograaf-railscheiders op Zwolle-Hessenweg. Deze exemplaren kunnen ook als scheidingsschakelaars gebruikt worden, maar nooit als vermogensschakelaars. Foto door Hans Nienhuis.

De infrastructuur van een trafostation bestaat meestal uit een klein of groot aantal hangende draden (oudere installaties) of holle aluminium buizen (nieuwere stations) die rails genoemd worden. Ze hangen aan portalen of staan bovenop keramische isolators. Deze rails tref je altijd per drie aan en ze doen dienst als fasedraden. Wanneer er op een trafostation twee of meer hoogspanningscircuits binnenlopen kan het nodig zijn om een deel spanningsloos te maken terwijl elders juist spanning moet blijven. 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 en de kans op vonkvorming te beperken door de elektrische veldsterkte op scherpe hoeken te verkleinen.

Nieuwe pantograaf-railscheiders op Hessenweg

Zoals alles in het hoogspanningsnet zijn ook de pantograaf-railscheiders geen kleine onderdelen. Hier staan er een aantal nieuwe exemplaren voor 220 kV te wachten om in gebruik te worden genomen op Zwolle-Hessenweg: er 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 dan deze exemplaren. Foto door Hans Nienhuis.

Samen met transformators en vermogensschakelaars zijn de scheidingsschakelaars de belangrijkste actieve componenten op een station. Maar de bediening en controle van een en ander vereist bewaakapparatuur en communicatie. Want hoewel een vermogensschakelaar en een scheidingsschakelaar beiden automatisch of manueel open gezet kunnen worden, zullen ze vanuit veiligheidsoverwegingen nooit automatisch weer gesloten worden voordat er een aantal procedures en veiligheidsprotocollen met de hand of met de computer zijn uitgevoerd. Bij het sluiten van de scheidingsschakelaar vindt de hele volgorde van handelingen omgekeerd plaats. Pas als de scheidingsschakelaar volledig gesloten is, mag de vermogensschakelaar het volle elektrische vermogen terug inschakelen.