Transformators vormen het hart van de meeste stations. In een transformator wordt de hoogte van de elektrische spanning veranderd zodat netten en verbindingen met verschillende netspanningen aan elkaar gekoppeld kunnen worden en er vermogen tussen beide kan worden overgedragen.

Denk even aan de St(r)oomcursus. Het elektriciteitsnet bestaat uit een hiërarchisch net met een handvol verschillende spanningen. Met transformators kan je twee of meer van zulke netten aan elkaar verbinden. Vermogen gaat aan één zijde de trafo in en komt er aan de andere kant weer uit, waarbij de spanning een vaste, vooraf bepaalde factor hoger of lager is gemaakt. De stroomsterkte doet het tegenovergestelde: als je de spanning verhoogt wordt de stroomsterkte juist verlaagd en andersom. Zonder transformators zou ons huidige elektriciteitsnet onmogelijk zijn.

220/110 kV koppeltrafo op Hessenweg
Koppeltransformator op station Hessenweg. Aan de rechterzijde komt een circuit van 220 kV de trafo binnen, om als circuit van 110 kV de trafo weer te verlaten aan de linkerkant. Merk op dat de spanning halveert (te zien aan de lengte van de isolatorkettingen, die worden korter) terwijl de stroomsterkte verdubbelt (de fasedraden aan de 110 kV-zijde zijn opeens tweebundels geworden om meer ampères aan te kunnen). Foto door Hans Nienhuis.

Hoe werkt een transformator?

Een transformator, in Nederland en Denemarken vaak afgekort tot trafo en in België tot transfo, is een grote machine waarin zich een of meer zware geïsoleerde wikkelingen koperkabel en een ringvormige metalen (weekijzeren) kern bevinden. De koperwikkelingen, spoelen geheten, zijn om die kern heen gewikkeld. Bij de meeste trafo's zijn dat twee willekingen per fase, zodat er in totaal drie setjes van twee wikkelingen in de machine zitten. Een van de spoelen is echter veel vaker om de kern heen gewikkeld dan de andere. De spoel met de meeste wikkelingen wordt over het algemeen de primaire zijde genoemd en de spoel met minder wikkelingen heet de secundaire zijde.

Wanneer er een elektrische wisselspanning op de primaire spoel wordt gezet, ontstaat in de koperwikkelingen een zeer sterk magnetisch veld. Daardoor wordt ook de weekijzeren kern, het blikpakket geheten, magnetisch geladen. De andere spoel reageert op zijn beurt op dat magnetisch veld en uit deze tweede spoel zal de stroom weer tevoorschijn komen, maar nu met een lagere spanning omdat de tweede spoel minder wikkelingen heeft. Op die manier kan de spanning worden verlaagd. Omdat er geen elektrisch vermogen kan achterblijven in de trafo gaat de stroomsterkte juist omhoog. Zo komt uiteindelijk toch hetzelfde vermogen weer de machine uit, maar nu in een andere verhouding tussen stroom en spanning. 

Er zijn veel filmpjes over hoe een transformator werkt, maar het materiaal van Learn Engineering is buitengewoon geduldig en duidelijk, ook grafisch. Men bouwt een vermogenstrafo op en laat daarbij zien hoe hij elektrisch werkt. Het enige jammere is dat het filmpje engelstalig is, maar zelfs zonder tekst is het zeer verhelderend.

380/150 kV 500 MVA trafo van Smit

380(400)/150 kV-transformator op een koppelstation in westelijk Nederland. Met deze grote machine zit het 150 kV-net aangesloten op het bovenliggende landelijk koppelnet. Links staan koelelementen voor de olie. De tank linksboven is het expansievat voor de koelolie en de ronde dingen onderaan zijn ventilatorkorven om de radiators extra te koelen. De trafo zelf is de grote doos met ribbels. Bij dit exemplaar is de transformatieverhouding is 1:2,66. Foto door Hans Nienhuis.

Het aardige is nu dat dit kunstje ook feilloos de andere kant op werkt. Wanneer we de gehele trafo andersom aansluiten en een wisselspanning op de secundaire spoel zetten, zal de primaire spoel reageren door de elektriciteit er juist weer uit te laten komen met een veel hogere spanning en een lagere stroomsterkte.

Het net inrichten via koppelende trafo's

Met een transformator kunnen we de belangrijkste twee grootheden van elektriciteit naar onze eigen wensen veranderen en telkens de verhouding geven die nodig is. Veranderen is ook precies wat het woord transformator betekent. Ons woord transformator is herleid van van het Engelse transformer, wat op zijn beurt afstamt van het Latijnse trans formis, wat letterlijk zoiets als van verschijning veranderen betekent.

Net zoals met de meeste uitvindingen is ook de transformator niet door één persoon in zijn eentje bedacht. Men schrijft de driefasentrafo graag toe aan Nikola Tesla, maar op de achtergrond hebben ook Michael Faraday, Michail Dobrowolski, Hans Ørsted en minder bekende namen zoals Pavel Jablochkoff, Elihu Thomson, Arthur Austin, Charles Scott belangrijke bijdragen geleverd aan het concept en vervolgens de uitwerking. In de eeuw erna hebben talloze andere ingenieurs het ontwerp steeds verder verder vefijnd tot wat het vandaag is. We zien tegenwoordig dan ook allerlei subvarianten op het basisontwerp, elk met een specifiek sterk punt en technische details. Niet allemaal zijn ze van belang voor het koppelen van vermogens (grote elektrische energieën), maar we gaan er een aantal bij langs die wel een rol spelen in het net.

  • Eénfasetrafo: transformator waarin slechts één fase van spanning wordt veranderd. In feite is een driefasentrafo niets anders dan drie éénfasetrafo's in een gezamenlijke behuizing, maar in sommige specifieke situaties is het handiger om drie losse machines te bouwen die elk één fase voor hun rekening nemen, zoals bij zeer grote exemplaren of kwetsbare exemplaren waarbij vervanging sneller nodig is.
  • Autotrafo of spaartrafo: vermogenstrafo waarbij de primaire en secundaire spoel uit dezelfde koperwikkeling bestaan, waarin de secundaire wikkeling 'ontstaat' door een aftapping (een zogeheten tap) in de primaire spoel te maken. De precieze natuurkunde daarachter voert buiten deze pagina, maar Wikipedia weet er wel raad mee. Deze opbouw spaart of bespaart koper en vandaar de naam (be)spaartrafo, maar deze trafo's kunnen eigenlijk alleen gebruikt worden wanneer de primaire en secundaire spanning relatief dichtbij elkaar liggen, zoals een transformatieverhouding van 1:2. 
  • Koppeltrafo: vermogenstrafo voor extra grote vermogens, waarmee hogere orde koppelnetten kunnen worden verbonden. Vaak kunnen deze enorme trafo's vermogens van wel 500 MVA aan.
  • Dwarsregeltrafo: speciale vermogenstrafo waarmee enigszins kan worden gespeeld met zogeheten fasehoekverdraaiing (voert buiten deze pagina), waardoor de fysieke richting van de loadflow in een hoogspanningsnet tot op zekere hoogte geografisch kan worden gestuurd.
  • Driewikkelaar: vermogenstrafo waarin niet twee, maar drie netvlakken kunnen worden verbonden. Eigenlijk is dat technisch heel simpel, want er worden gewoon drie wikkelingen om de kern heen aangelegd in plaats van twee. Zo kan bijvoorbeeld 10 kV, 20 kV en 110 kV op dezelfde trafo worden aangesloten en kan er tegelijk vermogen tussen alle drie netvlakken worden uitgewisseld. Driewikkeltrafo's zijn vooral gangbaar op plekken waar het middenspanningsnet historisch gegroeid twee niveaus kent of wanneer er zogeheten compensatiemiddelen moeten worden aangesloten voor reactief en capacitief netgedrag, maar dat voert buiten deze pagina.
  • Variac: variant op een autotrafo waarin een automatische of handmatige kleine variatie in de tap mogelijk is, zodat de precieze transformatieverhouding een klein beetje kan variëren. Dat is handig als men enigszins moet inspelen op bijvoorbeeld wisselende netbelasting of een variatie in de primaire spanning die niet mag doorwerken aan de secundaire zijde.
  • Step-up of opspantrafo: bedoeld om generatorspanningen vanuit centrales op te drukken naar de netspanning van het hoogspanningsnet waarmee deze is verbonden. Een step-up trafo kan doorgaans aan de zijde met de laagste spanning extra veel stroomsterkte aan, meer dan een gewone trafo kan. Dat is nodig omdat de stroomsterkte van zware generators(10 kV tot 20 kV) soms tot 20.000 ampère kan oplopen en dat vereist veel zwaardere wikkelingen dan een normale trafo mee is uitgerust.
  • Boostertrafo: variant op een autotrafo, maar hierbij is de transformatie- of overzetverhouding slechts heel klein (zoals 1:1,05). Hiermee kan zogeheten spanningsval in een net of verbinding zoals een lange zeekabel worden gecompenseerd, waarbij het verlies in spanning wordt veranderd in een verlies aan stroomsterkte en dus aan vermogen. Maar daardoor kan de lange verbinding alsnog weer op het gewone net met de oorspronkelijke spanning worden aangesloten.
  • Thomsontrafo: speciale transformator die er geen moeite mee heeft als de secundaire zijde wordt semi-kortgesloten. Dat kan handig zijn bij kleinschalige toepassingen zoals booglassen, maar ook bij zware industrie zoals het Hallproces in aluminiumsmelters en in boogovens (arc furnace) is dit nodig.
  • Meettransformatoren: verlagen de hoge (gevaarlijke) netspanning van meer dan 100 kV naar een veel kleinere waarde zodat meetapparatuur er veilig mee kan worden verbonden.

In al deze subvarianten zien we telkens de grootschalige opzet van een weekijzeren kern, koperwikkelingen en twee (of bij een driewikkelaar drie) verschillende spanningen. Transformators zijn een voorbeeld van het nuttig samenbrengen van materiaalkunde, elektromagnetisme, natuurkunde, praktisch nut en een bijna onwaarschijnlijke simpelheid. Op papier dan, want reken maar niet dat ze bij grote fabrikanten zullen zeggen dat hun product simpel is.

trafohuisje met een 400 kVa 10/0,4 trafo Offshore trafo-eiland Borssele Alpha bevat twee transformators

Transformators in soorten en maten zijn overal, maar niet altijd even zichtbaar. Links zien we een saai MS/LS elektriciteitshuisje zoals er ontelbaar veel zijn. In dit huisje staat een 10/0,4 kV 400 kVa transformator die het middenspanningsnet verbindt met het laagspanningsnet. Rechts: op zee trekt Borssele Alpha aardig de aandacht, maar als je het sec bekijkt is het hele apparaat niets anders als een offshore gebouw voor twee 220/66 kV 350 MVA trafo's om windvermogen mee aan te sluiten. Foto's door Johan Swank (links) en een persfoto van Tennet (CC-BY).

Een wereld vol transformators

Transformators zijn overal. De kleinste exemplaren zijn nog geen kubieke centimeter groot en je kan ze vinden op printplaten in je computer. Een slag groter is de meest bekende schaal: hangend in het stopcontact, waar ze meestal adapters genoemd worden, zijn het notoire ergerniswekkers omdat ze continu energie gebruiken, in de weg hangen voor de tweede aansluiting, niet naast elkaar in een stekkerdoos passen of omdat ze te pas en te onpas uit het stopcontact naar beneden kletteren. (Een plotselinge klap, duisternis, afgebroken stekkerpootjes… krijg je het kerstgevoel al?)

Grotere exemplaren kan je aantreffen in magnetrons en in oudere lasapparaten en andere machines op driefasig 400 volt. Daar zijn de transformators al behoorlijk zware dingen geworden die zich lastig laten optillen. Waarschijnlijk heeft de transformator vanwege deze nadelen een betrekkelijk slechte naam op huiskamerniveau.
Kijken we weer een slag groter, dan komen we bij bedrijven, industriepanden, netstations en paaltransformators van de middenspanning terecht. Deze transformators voor middenspanning (tot 20 kV ongeveer) wegen al snel een paar honderd kilo tot een paar ton. Ze kunnen een vermogen van tientallen tot honderden kilowatts of zelfs een paar megawatt aan.

Deel van het netschema van België (2019) met trafo's

Waar bevinden zich transformators? Op een netschema is dat eenvoudig te zien aan de labels. Ieder station biedt plek aan een of meer trafo's.  

De allergrootste trafo's vinden we in het hoogspanningsnet. Met een specifiek woord noemt men ze vermogenstransformators of power transformers. Deze categorie begint ongeveer bij een vermogen van 10 MVA. De bovengrens moet je in onze streken zoeken in de orde van 500 tot 750 MVA en deze machines wegen met gemak 300 ton. In Nederland en België zijn ze te vinden op plekken waar het 380 kV-net verbinding maakt met 220 kV, 150 kV of 110 kV. De zwaarste trafo's die in de Benelux dienst doen staan in Meeden, in het noorden van Nederland. Daar staan twee exemplaren met beide een capaciteit van 1000 MVA per stuk. Dat is groot genoeg om met één exemplaar het vermogen van een flinke elektriciteitscentrale naar een andere spanning te kunnen transformeren.

Vermogenstransformators kunnen moeiteloos beide kanten op werken. Het is slechts afhankelijk vanaf welke zijde het vermogen wordt aangeleverd. Maar je hebt ook types trafo's (zogeheten step-up- of opspantrafo's) die alleen omhoog of uitsluitend omlaag kunnen transformeren. Een transformator, van welk soort dan ook, kan echter alleen werken met wisselstroom. Dat is ook de reden waarom wisselstroom lang geleden de Oorlog der Stromen heeft gewonnen. Gelijkstroom van spanning laten veranderen is een hele klus wanneer er een groot vermogen in het spel is, terwijl dat met wisselstroom gedaan kon worden met een groot stuk hardware dat niet draait, niet beweegt en nauwelijks kapot kan.

Als je meer wilt weten over de precieze technische werking van transformators, lees hier verder of bezoek eens een fabrikant, zoals SGB-Smit in Nijmegen

Transformatieverhoudingen

Wie een beetje rond surft op de netkaart (digitale powersafari) ziet dat er tientallen spanningen in gebruik zijn en daarmee ook dat er een bijna oneindige variatie lijkt te zijn in de transformators die verschillende netten koppelen. Soms wordt 380 kV aan 220 kV verbonden, maar op een andere plek wordt 380 kV rechtstreeks in 110 kV of zelfs in 70 kV omgezet. Toch lijkt er een soort grens te zijn aan de grootte van de maximale overzetverhouding: als je van 380 naar 10 kV wil zie je dat nooit rechtstreeks gebeuren. Maar het komt ook nooit voor dat er wel acht stappen tussen zitten. Vrijwel altijd is de spanningscascade beperkt tot minimaal twee en hooguit vijf stappen. De reden daarvoor? Een optimum vinden tussen historische standaards (de spanningen in een bepaald gebied zijn vrijwel altijd gestoeld op redelijk arbitraire, historische keuzes) en technische voorkeur. De afweging is simpel: aan de ene kant wil je zo groot mogelijke stappen nemen om netten, onderdelen, kosten, onderhoud, complexe bedrijfsvoering en kwetsbaarheden over te slaan. Maar aan de andere kant wil je de stappen ook weer niet te groot maken, omdat de maximale stroomsterkte aan de secundaire zijde van de trafo dan te groot wordt voor het gekoppelde netvlak. Tot op zekere hoogte kan je daar nog wat mee spelen door de hele trafo op een lager transformatorvermogen te ontwerpen en er dan maar twee parallel te nemen, maar dit kent al snel technische grenzen. 

Wacht even, nu gaat het wat snel. Hoe zit dat nou precies? We nemen een trafo in gedachten met een rendement van 100% (oh la la!) en een versimpeld netgedrag zonder allerlei pruttel met magnetostrictie, weerstand of zelfcapaciteit. Elke watt die de machine in gaat komt er ook weer uit. Onze trafo heeft een primaire spanning van 220 kV en een secundaire spanning van 110 kV, zodat de transformatieverhouding 1:2 is. Wanneer we een stroomsterkte van 1000 A op 220 kV de machine in sturen, zal aan de zijde van 110 kV de stroomsterkte verdubbeld zijn naar 2000 A. Daar zijn dikkere draden en zwaardere wikkelingen voor nodig. Nu nemen we een andere trafo, een exemplaar van 380 kV naar 70 kV. Die heeft een transformatieverhouding van ongeveer 1:5,5. Wanneer we die dezelfde 1000 A aanbieden op 380 kV, krijg je ruim 5500 A op 70 kV op de secundaire zijde. Dat begint vrij heftig te raken voor wat je met vermogensschakelaars en andere apparatuur ontworpen voor 70 kV nog de baas kan, want de industrie- en constructiestandaard voor dergelijke componenten is min of meer gestandaardiseerd op maximaal 4000 A .

Wat voor transformatiestappen je aantreft hangt dus af van wat voor historische standaards in het netdeel waar je de machine aansluit. Maar ook van het benodigde vermogen, de kosten en technische grenzen. Gebieden met vijf of meer getrapte netten boven elkaar zijn om die reden zeldzaam, maar ook trafo's van 380 kV rechtstreeks naar 20 kV of zelfs naar 6 kV zie je alleen als maatwerkoplossingen en als het pragmatisch gezien echt niet anders kan.

Torenhoog rendement

Helaas bestaat die ideale trafo met een rendement van 100% niet. Hoewel, we komen er opmerkelijk dichtbij! Voor vermogenstransformators geldt dat het machines zijn met een bijna onwaarschijnlijk hoog rendement. Vrijwel alle elektrische energie die erin gaat komt er ook weer uit komt als elektriciteit. Over het algemeen neemt het rendement toe met het formaat: hoe groter en zwaarder de trafo, hoe minder verliezen. De grootste trafo's die we kennen zijn dus ook de meest rendabele exemplaren. Een koppeltrafo van 450 MVA haalt doorgaans een indrukwekkend rendement van ruim boven 99%.

Dat moet ook wel, want de energie die toch nog verloren gaat komt voor het grootste deel vrij in de vorm van warmte. Omdat er een vermogen van tientallen tot honderden megawatts in de trafo wordt gestopt is zelfs een verliespost van 1% al honderden kilowatts of zelfs meerdere megawatts aan pure warmte. Dat is zoveel warmte dat de trafo zichzelf zou smelten en vernielen wanneer hij niet afdoende gekoeld wordt. Bij kleine exemplaren is het meestal voldoende om de buitenzijde koelribben te geven en het ding gechargeerd gezegd gewoon 'op de wind te zetten'. Daar kan de warmte verdwijnen door op te stijgen of te verwaaien met de wind.

Koppeltrafo met koelelementen op Eemshaven Hogeland

Een 380/220 kV 750 MVA koppeltrafo met koelelementen, bij uitzondering in een opstelling zonder scherfmuur zodat het uitzicht ongehinderd is. De vierkante geribbelde doos is de trafo, daarbinnenin zitten de wikkelingen en de kern gezamenlijk in een bad met olie. Olie isoleert, maar kan ook stromen. Op die manier kan warmte die in de kern en de wikkelingen ontstaat via stroming worden afgevoerd naar de koelelementen die rechts op de bokken staan. Daar kan het worden afgegeven aan de lucht, waarna de olie terug de trafo in wordt geleid voor een nieuw rondje. Foto door Hans Nienhuis.

Grote trafo's moeten actief worden meegeholpen met afkoelen. Binnenin de transformator bevinden de koperwikkelingen en het blikpakket zich in een zogeheten oliebad. Olie geleidt geen stroom, maar kan wel warmte opnemen en als een vloeistof stromen (convectie). Zodoende kan het als veilige koelvloeistof dienen. De olie binnenin wordt langs de spoelen en de kern geleid waarna deze in externe radiatoren of koelblokken de warmte kan afgeven aan de lucht. Bij hele grote trafo's is dat nog niet genoeg en daar moeten op hun beurt ook de externe radiators gekoeld worden. De koeling bestaat daar uit twee trappen, en dan zien we ook ventilatorkorven.

Koelregimes

De manier waarop de trafo gekoeld wordt heet het koelregime. Vijf methodes zijn het meest gangbaar.

ONAN – Oil Natural Air Natural. Wordt vooral bij kleine trafo's gebruikt. Door hem op de tocht of in ieder geval vrij van de muren te plaatsen kan hij zijn warmte voldoende kwijt door koelribben en natuurlijke convectie in de olie.

OFAN – Oil Forced Air Natural. Dit zien we veel bij middelgrote trafo's in de buitenlucht. De olie wordt geforceerd langs de hete delen gepompt, maar buiten is het (meestal) koud genoeg om zonder problemen de warmte weg te dissiperen met radiators.

ONAF – Oil Natural Air Forced. Wanneer de trafo binnen staat (waar het niet waait) is het soms nodig om het omgekeerde van OFAN te doen en geforceerd lucht langs de machine te blazen om voldoende afkoeling te verkrijgen.

OFAF – Oil Forced Air Forced. Zeer grote trafo's hebben zoveel koeling nodig dat zowel de olie alsook de lucht geforceerd langs de hete componenten en radiators worden geleid of geblazen. OFAF kan soms redundant zijn aangelegd of er zijn twee systemen tegelijk aanwezig waarbij nummer twee pas aanspringt als het nodig is. 

ODAF – Oil Directed Air Forced. Hierbij zijn beide koelingen geforceerd, maar de olie wordt door middel van een specifiek ontwerp van de trafo nauwkeuriger langs de hete delen geleid. Hierdoor kan de trafo kleiner blijven.

Er zijn nog een aantal varianten op het thema die afwijkend werken, zoals olie-watergekoelde trafo's (OFWF, ONWF, ONWN, OFWN) en in sommige zeer specifieke gevallen ook trafo's die met nog een andere koelvloeistof- of wijze werken. Verder zijn er tussenvormen: sommige OFAN of en OFAF-exemplaren mogen tot een bepaald vermogen gebruikt worden zonder geforceerde koeling. Heeft de eindgebruiker nooit een vermogen nodig dat hoger is dan de koelgrens, dan kan de trafo worden geïnstalleerd zonder additionele forcering. In de praktijk zien we echter meestal het omgekeerde, namelijk dat er wel een geforceerde koelinstallatie aanwezig is, maar dat die pas aanslaat boven een bepaalde machinetemperatuur en bij lage vermogens gewoon uit staat.

Paaltransformator in Duitsland50 kV-trafo in Nijkerk

Links: paaltransformator in Duitsland (10 kV naar 400V) die gekoeld wordt door natuurlijke convectie (ONAN). Rechts: 50/10 kV-vermogenstrafo in Nijkerk met actieve koeling in de vorm van OFAF. Die laatste is niet altijd een kwestie van aan of uit: de mate van forcering kan bij de meeste trafo's worden meegeschaald met de belasting en de interne- en omgevingstemperatuur. foto's door Hans Nienhuis en Ot Lesley. 

Trafobrom

Naast warmte en een rondgestrooid magneetveld in de directe nabijheid van de machine verlaat een kleiner deel van de verloren energie de transformator in de vorm van geluid. De aangekoppelde hoogspanningskabels knetteren wel eens wat en de ventilators kunnen ruisen, maar meestal is dat niet het geluid dat mensen opvalt. De kern van de trafo wordt bij elke wisseling van het magnetisch veld (op 50 Hertz is dat 100 keer per seconde) een klein beetje vervormd onder de immense magnetische krachten die erin omgaan. Dit wordt magnetostrictie genoemd en de fysieke beweging brengt de hele machine licht in trilling. De lucht neemt die trilling over en dat horen we als geluid. Het staat bekend als transformatorbrom of trafobrom. Het is een zware brom van precies 100 Hertz met een typische eigen klank die je de rest van je leven direct herkent als je het ooit gehoord hebt.

Transformatorbrom

Denk niet te snel dat dat niets voorstelt. 100 Hertz is juist een frequentie waar het menselijk oor vrij gevoelig voor is en vanwege de constantheid wordt geluidsdruk ook echt als geluids"druk" ervaren. Speel het bovenstaande fragment maar eens een seconde of twintig af op een fatsoenlijk volume en zet het geluid dan abrupt stop. Merk op hoe het voelt op je oren als het geluid wegvalt.

Zelfs de verloren energie in de vorm van geluid is bij grote vermogenstransformators geen half werk. Wanneer men de trafo flink belast kan hij op tien meter afstand een geluidsdruk van 85 decibel geven: je moet dan luid praten om er bovenuit te komen. Het geluid kan hinderlijk zijn voor mensen en dieren in de buurt, of wanneer het trafostation in een gebied staat waar verder geen ander geluid de brom overstemt. In dichtbevolkte streken wordt er tegenwoordig vaak voor gekozen om de trafo's dan maar binnen te zetten in een geïsoleerd gebouw. Dat is duurder en lastiger met koelen, maar het voorkomt overlast door bromgeluid. Bij bestaande machines die langzaam ingesloten raken tussen oprukkende bebouwing is ombouw naar een binnenstation niet altijd mogelijk in verband met ombouwkosten, ruimtebeslag en het bestaande koelregime. 

De scherfmuur

Een andere manier om geluidsoverlast te beperken is een zogeheten scherfmuur. Het uiterlijk varieert van rechte wanden tot een U-vormige bunkertje met een open dak. Dit bouwwerk schermt het geluid deels af door het omhoog te richten. Een mooie bijvangst, maar eigenlijk is dat helemaal niet de primaire functie van een scherfmuur. Die heeft in eerste instantie tot doel om de schade en gevolgen te beperken wanneer er onverhoopt een calamiteit is. Trafo's waarvan de koeling uitvalt, waarin kortsluiting optreedt of die een fatale overbelasting krijgen door een schakelfout, kunnen in brand vliegen of zelfs openbarsten. Zo'n gebeurtenis is erg zeldzaam, maar als het gebeurt komt het neer op duizenden liters brandende olie, gewelddadige vlamboogvorming en weggeslingerde brokstukken die meerdere tonnen kunnen wegen.

scherfmuur

Betonnen scherfmuren achter de 110 kV-trafo's op station Emmen-Bargermeer. Ze lijken misschien op bushokjes die bedoeld om de trafo's uit de wind te houden, maar in feite zijn ze bedoeld om de schade bij een calamiteit te beperken. Helemaal rechts in beeld staat een later geplaatste derde trafo zonder scherfmuur. Foto door Bart Sondaar.

Tegen dat soort calamiteiten moeten naastliggende trafo's, andere objecten en (uiteraard) mensen in de omgeving worden beschermd. Een scherfmuur bestaat uit zware betonnen platen of gegoten muren van gewapend beton die tegen een stootje kunnen en die een eventuele brand in ieder geval lang genoeg tot de veroorzakende trafo zelf beperkt kunnen houden om het hele trafostation af te schakelen zodat er geblust kan worden. 

Scherfmuren worden ook wel als trafocellen aangeduid. Beide termen zijn uitwisselbaar.

150 kV-trafo met een scherfmuur

150 kV-trafo op Lelystad achter een scherfmuur. Die is primair bedoeld om de gevolgen van een calamiteit te beperken. De scherfmuur is van gewapend beton en een dergelijke scherfmuur kan ook dienstdoen als geluidswand, maar dat is op dit station (ver weg van bewoning) niet nodig. Foto door ET.

Falende trafo's op hoogspanningsniveau zijn behoorlijk zeldzaam, maar onmogelijk is het niet. In het najaar van 2011 vloog er op trafostation Tiel een trafo in brand, maar er volgde geen ontploffing. Dat gebeurde helaas wel op 16 maart 2014 op trafostation Monceau-II (ook wel aangeduid als Monceau sur Sambre) in het zuiden van België. Door een oorzaak die wellicht nooit meer gevonden zal worden ontplofte een zware 220-150 kV-dwarsregeltransformator. Persoonlijke ongevallen bleven beperkt tot drie lichtgewonde brandweermannen, maar de klap was zo groot dat het hele station zwaar beschadigd raakte en de koppelfunctie met Frankrijk er meerdere maanden door wegviel totdat men een vervangend exemplaar voorhanden had. Op 17 december 2019 ontstond er kortsluiting in een zware koppeltrafo op Doetinchem-380/150 waarna de machine in een karkas van brandende olie en roodgloeiend metaal veranderde. De scherfmuur redde hier de dag door de rest van de schakeltuin te beschermen tegen de hitte en de ontploffingen. De schade liep in de miljoenen, maar doordat het net redundant is aangelegd ontstond er geen storing.

Betrouwbaar, maar moeilijk in de omgang

Het huidige hoogspanningsnet met een handvol netspanningen, deelgebieden en interconnecties zou niet kunnen functioneren zonder transformators. Misschien dat vermogenselektronica ooit concurrerend wordt met de grote brommende machines achter de scherfmuren, maar voorlopig is een transformator de enige wijze waarmee men op een snelle, betrouwbare, eenvoudige en efficiënte manier sturing kan geven aan een hoogspanningsnet. Toch wil dat nog niet zeggen dat ze goedkoop zijn, makkelijk te bouwen zijn of snel vervangen kunnen worden als er iets mis gaat. Kritische exemplaren zijn meestal redundant uitgevoerd en soms heeft men zelfs een extra exemplaar voorhanden die bij eventuele problemen in een mum van tijd kan worden ingezet. Dat moet ook wel, want de bouw en het transport van een vermogenstrafo is heel wat anders dan Domino's bellen om een Quattro Fromage te laten bezorgen.

Eigenlijk is het dus maar goed dat transformators zo betrouwbaar zijn, want als je ziet wat voor een geheister het is om een grote vermogenstrafo te verplaatsen…