Thread by @MrWaternooze

Tror det dags för en #eltwitter igen. Hur är det med överföringskapacitet, ”tryckpunkter” och reaktiv effekt egentligen? Häng med!

https://twitter.com/CarlOskar/status/1495491018443141124

Överföringskapacitet handlar alltså om hur stor elektrisk effekt en ledning kan överföra mellan två punkter. Elektriskt effekt definieras som produkten av spänning, ström och den så kallade effektfaktorn. Sedan multiplicerar man alltihop med kvadratroten ur 3. P=U*I*cos fi*sqr3

Spänning är skillnaden i elektrisk potential mellan två punkter. I de här sammanhangen mellan de tre faserna i ledningarna. I Sverige är den nominella spänningen i transmissionsnätet, som tidigare kallades ”stamnätet”, antingen 220000 Volt eller 400000 Volt.

Av praktiska skäl dividerar man spänningen med en faktor 1000 när man skriver ut den så den blir 220 kilovolt respektive 400 kilovolt, (kV). Är spänningen konstant? Låt oss återkomma till det.

Den andra faktorn är elektrisk ström. Ström är det som produceras i våra kraftverk och är ett elektromagnetiskt flöde. Tidigare trodde man att det var atomer som knuffades fram och tillbaka i ledningarna, och i grundläggande ellära är det ett praktiskt sätt att beskriva det.

Men det är alltså ett elektromagnetiskt flöde, där energiflödet faktiskt sker utanför ledningarna. Ingen elektricitet utan magnetism. Låt oss inte gräva ner oss i det nu. Men kolla gärna in den här videon. Kan du gissa det rätta svaret?

Ström flyter alltså i en definierad riktning och varierar beroende på, vadå? Jo, strömmens storlek beror på den så kallade impedansen mellan de två punkterna där man har sin spänning. Såhär ser formeln ut, känns den igen? Strömmen lika med spänningen dividerat med impedansen.

I=U/Z skrivs den ut. Detta är alltså Ohms lag. Jag återkommer strax till varför jag kallar den Z. Sätter vi in Ohms lag i effektformeln P=U*I ( vi skippar effektfaktorn och roten ur 3 just nu ) Får vi P=U*U/Z eller om man så vill P= I*I/Z

Nu ser vi något intressant, eller hur?

Om man höjer spänningen får man en markant höjning av effekten, givet att Z inte ändras. Här har vi anledningen att man vill ha höga spänningar på elnätet. Det går att överföra mkt mer effekt.

Nästa faktor är effektfaktorn. Den beräknas som cosinusfaktorn av vinkeln mellan spänningens och strömmens faser. Låter det krångligt? Det är det eg inte.

Först: Detta gäller bara växelström, alltså ”AC” ( Alternating current )

I ett växelströmsnät, som hela Sverige är uppbyggt av, växlar spänningen mellan ett positivt och ett negativt toppvärde med en frekvens på 50 Hertz. Detta beror på att kraftverken som producerar elektriciteten är uppbyggda med snurrande maskiner.

Deras rotation alstrar elektromagnetiska fält som varierar i spänning. På grund av rotationen blir vågformen som en sinusvåg. Strömmen måste då följa med spänningen i den vågrörelsen.

I en likströmskrets är spänningen konstant. Då varierar strömmen mellan 0 och ett toppvärde, beroende på resistansen.

I växelströmskretsen varierar strömmen enligt belastningen. Men när spänningen är noll volt över belastningen blir ju även strömmen noll volt, allt enligt ohms lag, I=U/Z. 0/Z= 0.

Om belastningen är en resistans, det vill säga utan något som kan ”förändra” det elektromagnetiska flödet, följs spänning och ström åt. När spänningen är noll volt är även strömmen noll volt. Då är effektfaktorn cos fi lika med 1.

Men om något finns i kretsen som innehåller någon reaktans, en spole eller en kondensator, så följer inte längre spänning och ström varann. Deras nollpunkter skiljs åt. Kopplar du in en spole i en krets kommer den omedelbart att ha en viss spänning.

Men strömmen behöver lite tid för att byggas upp. Samma sak när spänningen minskar. Då minskar strömmen efter spänningen. Skillnaden uttrycks som en vinkel med ett visst gradantal beroende på hur mkt strömmen halkar efter.

Vi får en rätvinklig triangel. Där hypotenusan (S) vilar på vinkeln, fi, mellan den horisontella katetern (P), den ”aktiva effekten” och den vertikala katetern (Q), den ”reaktiva effekten”. Storleken på den aktiva effekten P är alltså S multiplicerat med cos fi.

Cos fi har alltid värdet mellan 0 och 1.

Allt som innehåller spolar, det vill säga alla elmotorer, transformatorer etc orsakar detta. Man säger att de ”drar” reaktiv effekt. Det överförs alltså effekt i nätet som tar plats och inte kan användas till något vettigt.

Detta minskar överföringskapaciteten av aktiv effekt. Vi vill ha cos fi så nära 1 som möjligt. Hur då?

Jo, genom att ge spolarna det de vill ha, reaktiv effekt. Det gör vi genom att överkompensera synkronmaskiner eller att installera kondensatorer.

Bägge teknikerna används flitigt. Överkompensering sker i kraftverk och i viss tung industri. Platserna där detta görs kallas ”tryckpunkter”. Ofta finns även kondensatorer placerade där.

Ett problem med att tillföra reaktiv effekt är att vi inte vill frakta den över våra elnät i onödan. Vi vill ha så mkt aktiv effekt som möjligt. Reaktiv effekt bör produceras lokalt. Nu börjar ni förstå att det saknas en tryckpunkt i SE4, non? Vi hade en förut. Gissa var?

För även ledningar i sig har impedans i sig. Dels resistans förstås, men även lite reaktans. Detta gör att man får ett spänningsfall över långa sträckor. Det minskar kapaciteten när belastningen ökar. Ohms lag!

I Sverige har vi ett elnät byggt för en annan tid, med helt andra förutsättningar för både produktion och konsumtion av el. Nyckeln är alltså att bygga ut elnätet på ett smart sätt, med smart teknik. Och ja. Det går att göra utan mer kärnkraft.

Slut