Vraag een kind om een hoogspanningsmast te tekenen en zonder uitzondering verschijnt er een vakwerkmast. Ze zijn onlosmakelijk verbonden met de identiteit van hoogspanning.

Vakwerkmasten (of in het Engels: lattice towers) zijn het soort hoogspanningsmast dat mensen voor ogen hebben als ze aan een hoogspanningslijn denken. De masten zoals kinderen ze tekenen, zoals actiegroepen en filmmakers ze gebruiken en zoals de hele wereld hoogspanning het beste kent. 'Eiffeltorens' met tientallen knoopplaten, honderden metalen latten en duizenden bouten.

Middelgrote vakwerkmast voor 110 kV Zeer grote vakwerkmast voor 380 kV

Over de hele wereld, in alle spanningen, klimaten en door de hele geschiedenis van elektriciteitsnetten zijn vakwerkmasten alomtegenwoordig. Daardoor zijn ze het belangrijkste icoon van hoogspanning in het algemeen. Het is onmogelijk om in een paar foto's een overzicht te geven. Maar daarvoor hebben we de fotosectie op ons forum. De foto's hierboven zijn gemaakt door Gerard Nachbar en Peter Schokkenbroek.

Een vakwerkmast heeft in de meeste gevallen een beetje een figuurvorm. Hoog en slank, vier poten, een toren, armen naar weerszijden en een top. Ze spreken daardoor tot de verbeelding van kinderen die nog niet gehinderd worden door ingesleten denkkaders en er gemakkelijk figuren in kunnen zien. En eerlijk is eerlijk, ook voor opgegroeide pylon geeks is de aanblik van de mast een onmisbaar aspect. Vakwerkmasten zijn veelzijdig, sterk, licht en goedkoop, ze laten zich goed aanpassen aan maatwerk, ze vangen weinig wind (die blaast er grotendeels dwars doorheen) en ze zijn eenvoudig te fabriceren zonder ingewikkelde machinerie. Een rollerbank met boorstraat en thermische galvanisatie wordt over de hele wereld beheerst door talloze bedrijven zonder noodzaak voor hooggespecialiseerde apparatuur of hoogopgeleide vakmensen. Ook het in elkaar zetten is een behapbare klus. 

Driehoeken, drukkrachten en trekkrachten

Metalen latten kunnen slecht tegen drukkrachten, maar goed tegen trekkrachten. Als je goed kijkt kan je zien dat de hele mast een raamwerk van driehoeken is en dat er eigenlijk maar vier latten in de hele mast op drukkrachten worden belast. Dat zijn de vier randstaven: de dikke, zware ijzers die de hoeken van de toren vormen en die vanaf het topje helemaal omlaag lopen tot aan de fundatie. Voor alle andere latten geldt dat een drukkracht in de lat altijd wordt tegengehouden door een andere lat die op hetzelfde moment een trekkracht te verwerken krijgt. Of je de toren nu wil wokkelen, schuin weg wil duwen, in elkaar wil knijpen of probeert te knikken, elke drukkracht die in het raamwerk ontstaat wordt al snel opgevangen door een andere lat die door dezelfde kracht op trek wordt belast. Daardoor is een vakwerkconstructie veel sterker dan de dunne latten en balken doen vermoeden.

Schuindrukken van een vakwerk

Wanneer je het vakwerk schuin probeert te drukken, zullen de blauwe latten op druk worden belast. In jargon gaan ze dan uitknikken. In de praktijk gebeurt dat niet omdat de groene latten tegelijk door precies dezelfde kracht op trek worden belast. Dat is geen probleem voor ze en de groene latten beschermen de blauwe latten tegen drukkrachten. Het netto resultaat is dat je de constructie in zijn geheel wel schuin kan duwen, maar dat hij daarbij amper vervormt.

Een vakwerkconstructie is in feite een koker. Bij een metalen buis is de wand gesloten, maar een vakwerk is de wand grotendeels open en de latten volgen de hoofdkrachten die in de toren kunnen optreden. Omdat de toren doorgaans breder is dan die van een buismast is de constructie wat stijver. Een hoekmast zal amper zijwaarts uitbuigen en de kans op metaalmoeheid en haarscheurtjes in de individuele latten is kleiner dan die in een ronde buis die vol op de wint staat. Verder scheelt het materiaal: je zou het niet zeggen, maar meestal is een vakwerkmast lichter van gewicht dan een ranker ogende buismast van vergelijkbare hoogte.

Kleine onderdelen, grote constructievrijheid

Een ander voordeel van een vakwerkmast is dat hij uit honderden latten bestaat die per stuk relatief klein zijn. Tegenwoordig zet men de masten met grote kranen (of in berggebieden, met helikopters) in elkaar uit een handvol subgedeelten die op de grond alvast in elkaar worden gesleuteld.

In elkaar zetten van een vakwerkmast

Broekstuk in elkaar zetten (Gerard)Tegenwoordig worden vakwerkmasten gewoon met een fikse kraan in elkaar gezet. De mastdelen wegen eenvoudig vijf ton elk. Met een paar man  en een telscoopkraan zet je in één of twee dagen de hele mast in elkaar. Maar als het nodig was, zou het ook lat voor lat nog kunnen. Foto's door Gerard Nachbar.

Vroeger kwam het voor dat je met de kraan niet op de constructieplek kon komen zodat het met een klimkraan of zelfs met een lier op handkracht moest gebeuren. Lat voor lat werd de mast dan langzaam van onder tot boven opgebouwd. Een hele klus, maar de enige manier als je in een zompig moeras tijdens de oorlog een verbinding aan moet leggen.

Niet lassen maar schroeven

In vakwerkmasten wordt nauwelijks gelast. Soms zitten er wel gelaste subdelen in zoals ruggelings verbonden hoekijzers of speciale knoopplaten, maar die komen kant en klaar en hoeven niet in het veld ter plekke te worden gemaakt. Het enige wat daar gebeurt is schroeven en takelen. Dat scheelt ontzettend in tijd, want lassen is een specialistische klus op enige hoogte: bij MIG/MAG of TIG-lassen waait het gas weg en dat vereist speciale voorzieningen zoals een lastent om dat te voorkomen. Maar een bout duw je gewoon door een voorgeboord gat. Aanschroeven en klaar. Latten en knoopplaten zijn dus vrijwel altijd alleen met bouten verbonden.

Vakwerk met bouten geeft ook vrijheid als er een keer weer iets los moet.
Oh, wacht even, Utrechtseweg 310 belt. Wat zeg je? Een dubbele harde aftak eraan zetten? Gaan we regelen.

Bizarre aftak Ommen

Vakwerkmasten zijn gebruiksvriendelijk als er maatwerk moet worden geleverd. Je kan het zo gek niet verzinnen of het kan worden gebouwd, ongeacht of het er nu bij was ontworpen of dat het een later aangebrachte reconstructie is. Foto van aftak Marsmanweg door Tom Börger.

Metalen latten en knoopplaten staan het eenvoudig toe om maatwerk te leveren. Moet er een extra arm aan worden gezet? Geen probleem, even wat knoopplaten vervangen door maatwerkexemplaren met andere gaten of een van tevoren gefabriceerd uitsteeksel en eenmaal in het veld schroef je de aanpassing er gewoon op. Deze flexibiliteit zorgt ervoor dat bijna alle mogelijke overkruisingen, fasewissels en rare aftakken te maken zijn zonder dat er een geheel nieuwe mast moet worden gebouwd. En zelfs als dat al moet, dan kan het ontwerp alsnog geconformeerd worden aan de standaard die voor de rest van de lijn geldt. 

Een vakwerkmast laat zich ook goed beklimmen. Dat is misschien ongewenst bij jongelui met een biertje teveel op, maar het is handig bij onderhoud: een klimtuig, een vakopleiding en het wakker schudden van het kind in jezelf is in principe voldoende om dat grote klimrek te bedwingen. Gewapend met gereedschap, verf of wat je die dag ook maar nodig hebt als onverschrokken line worker kan je overal in de mast komen voor kluswerk.

Relatief ongevoelig voor wind

Een vakwerkmast is een open constructie. Het frontaal- of zijoppervlak is voor het grootste deel een open gat. De wind heeft daar weinig vat op en baast er gewoon dwars doorheen. Daardoor kunnen vakwerkmasten onwaarschijnlijk hoge windsnelheden verdragen zonder dat er problemen ontstaan. Ze kunnen wel omwaaien (immers, alles kan stuk), maar er zijn windsnelheden van ver boven 150 km/h nodig voordat het interessant wordt en daardoor is het betrekkelijk zeldzaam. In Nederland en België gebeurt het ruwweg zo eens in de tien jaar dat er ergens een paar omwaaien, niet vaker.

Hoogspanningslijn in stormgeweld, foto door Tom Börger

Op 18 januari 2018 zwaaide er wat in hoogspanningsland. België, Nederland, Duitsland en Denemarken hadden te maken met een zware storm. Een indrukwekkend (of lomp angstaanjagend) gezicht, maar de mastlichamen zelf hebben weinig problemen met de wind die er grotendeels dwars doorheen blaast. Foto aan de Waal door Tom Börger.

Opvallend onopvallend

Hoe verstop je een hoogspanningsmast? Niet? Dat zal je nog meevallen als je een vakwerkmast bouwt. Het is een open constructie waar je grotendeels doorheen kan kijken zodat je de lucht, de wolken of wat er zich ook maar achter de mast bevindt er gewoon doorheen ziet. Een vakwerkmast kan daardoor de kleur en de toon van het landschap aannemen, de hele dag door, hoe dat landschap ook verandert. Dat is een van de grootste ondergewaardeerde eigenschappen van vakwerkconstructies, maar het komt direct aan het licht (letterlijk) wanneer we hem vergelijken met bijvoorbeeld een windmolen:

Vakwerk kan zich verstoppen en opgaan in het landschap

De vakwerkmasten zijn open en licht, ze laten de achtergrond en wat daar op dit moment ook maar aan weer, kleur en wolken voorbij komt vrijwel geheel door. De windturbine daarentegen is een gesloten constructie die dit trucje niet beheerst en hij kan zich niet aan de sfeer aanpassen. Schijnbare transparantie van een vakwerk wordt helaas bijna altijd genegeerd als kernkwaliteit, gewoon omdat niemand het zich beseft – en dat is op zichzelf het beste bewijs van die eigenschap an sich. Foto door Michel van Giersbergen.

In een berglandschap zien we de meerwaarde van transparantie van het mastlichaam van vakwerkmasten nog beter. Daar is het normaal dat je de hoogspanningsmast tegen de achtergrond van een bergwand of bos ziet. Vakwerk toont die achtergrond dwars door het mastlichaam heen. Door de metalen latten in een goede kleur te verven (groen in bossen, grijsbruin in kale bergen) kan je de mast zelfs bijna verdwijnen in het landschap. Met een buismast lukt dat veel slechter.

Zoek de hoogspanningsmast
Zoek de hoogspanningsmast! Hij staat er toch echt, en geen kleintje ook: 400 kV. Foto in de Zwitserse Alpen door Hans Nienhuis.

Nu zit je hier op HoogspanningsNet, gerund door mensen die er geen problemen mee hebben als een hoogspanningsmast zichtbaar in het landschap staat. Want een van de leukste dingen aan het zien (of het willen zien) van hoogspanningsmasten en dan vooral vakwerkmasten is de oneindige variatie die je tegenkomt. Het kijken naar de hoogspanningsmasten is iets wat je mee kan nemen op vakantie en voor wie er schik in heeft is er altijd meer te zien of te beleven. Van groot tot klein, van oud tot nieuw, in tientallen configuraties en oneindig veel ontwerpen. Soms is een ontwerp evenwichtig en fraai gelukt, met oog voor esthetiek en balans. Maar het komt ook voor dat zelfs pylon geeks elkaar verstoord aankijken en man man man mompelen…

De achilleshiel: verf en ijzel

Zijn er dan helemaal geen nadelen aan vakwerkmasten? Toch wel. Vakwerkconstructies zijn van alle tijden, maar om een of andere reden wordt het door de meeste mensen geassocieerd met iets van vroeger. Buismasten vindt men moderner en beter in het landschap passen. Hoewel…

Protest tegen wintracks in Zeeland

De paradox met het beter inpassen van een buismast die eigenlijk probeert te zeggen doe maar alsof ik er niet ben is al decennia voer voor bijna religieuze discussies in hoogspanningsland. En niet alleen voor pylon geeks. Ook gerespecteerde landschapsarchitecten zoals Jhon van Veelen, die met het boekje De schoonheid van hoogspanningslijnen in het Hollandse landschap een standaardwerk afleverde van hoe je een hoogspanningslijn in het landschap inpassen kan, benoemden de buismastparadox al tientallen jaren geleden.

Doorgaans zijn vakwerkmasten goed in het verdragen van allerlei soorten vervelend weer omdat het er dwars doorheen gaat, maar tegen één ding kunnen ze bijzonder slecht: ijzel.

IJzel kan zich afzetten op de draden die daardoor steeds zwaarder worden. Dat is voor een buismast al afzien, maar vakwerkmasten hebben het bijkomende probleem dat hun eigen constructie ook gevoelig is voor ijsafzetting door het grote totaaloppervlak van alle latten. Elk jaar bezwijken er op de wereld tientallen vakwerkverbindingen onder het gewicht van een laag ijzel of plaksneeuw die normaal gesproken zeldzaam is, maar over de hele planeet bekeken elk jaar wel op een aantal plekken optreedt. Beruchte streken zijn Montreal, Quebéc en Siberië. In moderne tijden (1998) vond in Montreal bijvoorbeeld een ongekende ijzelramp plaats waarbij drieduizend kilometer hoogspanningslijnen neer ijzelden door het gewicht van tien centimeter ijsafzetting. Het kostte 800 miljoen dollar (naar inflatie en wisselkoers gecompenseerd circa twee miljard euro vandaag). Voor wie een leeg uurtje heeft en Engels kan verstaan, de documentaire die Discovery Channel erover maakte staat op youtube en het biedt een goed inzicht.

Ook in Nederland en België kan ijzel schade aanrichten. In 1966, 1987, 2005 en 2016 hebben we schades door ijzel en plaksneeuw in ons eigen gebied meegemaakt. Met name 1987 springt eruit omdat de ijzelsituatie van toen grote schade aan bomen en infrastructuur veroorzaakte en de boeken in ging als de IJzelramp van '87. Op diezelfde dag bezweken ook een handvol hoogspanningslijnen in Drenthe en Groningen, zie deze infographic (poster) van Tom Börger voor meer informatie. 

IJzelramp van 1987, foto via Wikipedia

De IJzelramp uit 1987 in Drenthe en Groningen toonde aan dat ook in Nederland voldoende ijzel kan vallen om de draden en de masten zo zwaar te maken dat ze bezwijken onder het gewicht. De EGD was not amused en de overheid ook niet: sindsdien gelden er extra strenge normen voor het te verdragen ijsgewicht waaraan hoogspanningsmasten in Drenthe en Groningen moeten voldoen. Foto via Wikipedia (CC BY-SA), tevens gepubliceerd in het IJzelboek.

Hetzelfde probleem met het opgeteld grote oppervlak van alle latten zien we bij het schilderen. Om de latten tegen roest te beschermen moeten ze zo nu en dan van een verse laag verf worden voorzien. En als er iets een takkewerk is, dan is het wel het schilderen van een vakwerkconstructie. Er lijkt maar geen einde te komen aan al die latten waarvan er geen eentje mag worden overgeslagen en die allemaal aan alle zijdes dik in de verf moeten zitten. En als ie dan eindelijk klaar is, dan mag je nog 226 masten doen… Buismasten hebben daar veel minder last van, hoewel ook daar een probleem is dat niet onderschat mag worden: hoe beklim je een buismast? Hoe hou je je vast en hoe inspecteer je de binnenkant?

In Nederland werden amper nog nieuwe vakwerkmasten meer gebouwd sinds midden jaren 90, hoewel er inmiddels wel weer een nieuwe 380 kV-lijn op stapel staat die weer met vakwerkmasten wordt gebouwd. Denemarken is radicaler en men is er zelfs bezig met het actief ondergronds stoppen van alle verbindingen van 150 en 132 kV volgens een landelijk nedtagningsplan. In landen zoals België, Frankrijk en Duitsland, in gebieden met bergen, plekken met minder mensen en niet te vergeten plaatsen waar functie voor de vorm gaat (zoals oostelijk Europa, delen van Amerika en Azië) zijn vakwerkmasten nog steeds de populairste constructie. En het ziet er niet naar uit dat dit de komende decennia verandert.