FörberedandeFysik

Teori

Övningar

Växelström

Det finns ett antal sätt att överföra elektisk energi på. Vanligast är att föra över den i form av en- eller trefas växelström.

I vårt dagliga liv använder vi oss av utrustning som drivs med växelström. Med några få undantag överförs energi på långa avstånd med hjälp av växelström eller trefas växelström.

För ca 100 år sedan var det vanligt med likströmsöverföring. Överföring av högspänd likström görs fortfarande på kablar som är långa och ligger på havsbotten (exempelvis kablar till Gotland och till Polen). Ända in på 1950-talet fanns det områden i Stockholm som endast försågs med likström.

Nackdelen med likströmsnät är att hela nätet måste ha samma spänning. Det går att komma runt problemet genom att låta likströmmen få driva en motor som i sin tur driver en generator som genererar en annan likspänning. På användarsidan om kabeln kan man ha en så kallad växelriktare som omvandlar likström till växelström. Arrangemanget är dyrt, skrymmande och har relativt sett låg verkningsgrad jämfört med "rent" växelströmssystem där det går att transformera växelströmmen till en praktiskt taget godtycklig spänning utan några större förluster.

Överföring av växelström över långa avstånd fordrar en teknik som minimerar de elektriska förlusterna.

Värmen som utvecklas i ledningarna är lika med strömmen i kvadrat gånger ledningarnas resistans. Höjer man spänningen på det elektriska nätet så minskar strömmen i motsvarande grad för en given överföringseffekt. Är ledningarna grova blir resistansen låg och därmed även förlusterna låga. Med grova ledningar blir det också möjligt att överföra stora effekter. För överföring på långa sträckor används 400 kV spänning.

För att få det 400/230 V system vi har på "förbrukarnivå", d.v.s. i hemmen, på företag och för andra "slutanvändare" behöver den höga spänningen transformeras till en lägre spänning. Förr hade vi 380/220 V trefas medan man nu har den internationellt överenskomna spänningen 400/230 V. Nedtransformeringen av spänningen sker vanligtvis i många steg på vägen till "förbrukaren" (kunden).

Jordade elsystem

När man har höga spänningar behövs ett så kallat jordat elsystem.

Idén är att man på elektriska apparater med elektriskt ledande höljen lägger potentialen (spänningen) på höjet på samma nivå som exempelvis värmeelement, vattenkranar, diskbänkar m.m. Idén är att ha punkter eller föremål som har samma potential. Kommer dessa föremål i kontakt med varandra så får vi ingen ström att gå mellan föremålen. Vi har med andra ord fått ett säkert elektriskt system.

Trefas växelström'

Skulle man välja att överföra ström med exempelvis tre separata jordade system så behövs sammanlagt nio (eller minst 6) ledare. Fördelen med ett sådant system kan vara att det inte fordras någon "synkronisering" eller något inbördes förhållande mellan växelspänningarna.

Ett effektivare överföringssystem är det vi kallar trefas växelström.

De tre faserna kan ha en gemensam ledare (återledare) om faserna är synkroniserade (d.v.s. står i ett fixt förhållande till varandra). Vid så kallad symetrisk belastning, lika belastning för faserna, kommer strömmen i återledaren att bli noll.

Med ett trefassystem kan man överföra samma effekt och lika säkert med fem ledare i stället för nio (eller 6) med ett system med tre "osynkroniserade" spänningar.

Fördelen med systemet är också att trefasmotorer blir mycket enkla till sin konstruktion, motorer får lång livslängd eftersom inga förslitningsdelar behöver ingå (förutom lager till axeln) och dessa apparater får hög verkningsgrad. För trefasmotorer är livslängden endast beroende av lagrens hållbarhet och att motorn inte överbelastas så mycket att den ökande värmeutvecklingen i motorn förstör ledningarnas isolering.

I ett 400/230 V system har man 230 V mellan fas och "nollan" (den gemensamma återledaren) och 400 V mellan faserna. Dessa spänningar är effektivvärden.

230 V är den spänning man vanligtvis har i väggkontakter, medan mer effektkrävande utrustning kopplas till till trefas 400/230 V system.

Faserna i ett trefassystem kallas L1,L2 och L3 eller L1,L2 och L\displaystyle _3. Till detta kommer återledaren, N, som det idealt sett aldrig går någon ström i.

Dessa faser ligger 120° fasförskjutna i förhållande till varandra.