Folket rasar mot Acer og dei elektriske energikablane til kontinentet. Eg, derimot, er meir nysgjerrig på korleis kablane og systemet rundt verkar. Kvifor bruker ein til dømes likestraum, og korleis omformar ein høgspent vekselstraum til høgspent likestraum?

Eg veit kvifor dei brukar høg spenning både for veksel- og likestraum. Då vert straumen liten og tapet i leidningane mindre. For vekselstraumen brukar ein tre ulike fasar for å få mest mogleg energi overført. Resten må eg lesa meg opp på.

Vel, skal eg vera ærleg, så gjer eg som studentane. Eg saumfer YouTube. Etter at eg vart enkjemann, endra TV-vanane seg radikalt. Før hadde eg ingen, no surrar den moderne utgåva av Mimes brønn i bakgrunnen. Alltid noko nytt å læra, og all vranglæra i den kanalen er gildt, for det berre skjerpar hjernen.

«Når ein brukar vekselstraum, er det berre den ytste delen av leiaren som leier.»

Eg finn ein liten YouTube-snutt der ein eldre herre koplar ein lang kabelkveil til ein elektrisk vekselstraumkrins. Då ser me at det kjem mindre energi ut i enden av kveilen enn det som vert levert inn. Det vert ei form for batteriverknad mellom leiarane som stel energi som berre surrar rundt i leiarane og ikkje kan nyttast.

I tillegg varmar denne energien opp metallet i leiarane, slik at ein må ha endå tjukkare leiarar for å få den ønskte energien send gjennom leiaren. Når ein brukar vekselstraum, er det berre den ytste delen av leiaren som leier, og han har då om lag 10 prosent meir motstand enn for likestraum. 

For strekningar under 500 kilometer er dette eit problem til å leva med. For lengre strekk må ein bruka likestraum. For lange strekk vert også bruken av likestraum billegare, sidan ein berre treng ein og to kablar og ikkje tre for dei ulike fasane i vekselstraum.

Utfordringa med lengda gjeld også på land, men der kan ein byggja master der avstanden mellom leiarane er store. Difor er distribusjon av elektrisk energi på landjorda gjord med vekselstraum. I tillegg er det lett å transformera vekselstraum til den spenninga ein vil ha.

Fotografi av ein vekselstraumsjøkabel med ytre diameter på 235 millimeter. Kvar av dei tre 230 kilovolt koparleiarane er lagd i ein isolator med jordskjerm ytst. Dei opne hòla vert brukte til å leggja kommunikasjonsfiber i. Det ytre laget til kabelen sørgjer for at han er vasstett.

Kjelde: Z22 - O / Wikipedia

Sidan ein brukar vekselstraum på landjorda og likestraum i lange sjøkablar, må ein konvertera frå vekselstraum til likestraum og attende til vekselstraum på andre sida. Me har hatt slike konverterar i meir enn hundre år, men det var oppfinninga av tyristoren som berre leier straum i ei retning, som gjorde kraftelektronikk mogleg. I moderne anlegg har krafttransistoren erstatta den tradisjonelle tyristoren, men dei verkar på same måten.

For å forklara korleis ein konverter kan fungera, skal me sjå på ein klassisk likerettar. Graetz-brua har seks transistorar som vert brukte som likerettarar frå vekselstraum til likestraum. Ho vekslar i takt med vekselstraumen og skrur av og på dei ulike transistorane slik at det kjem likestraum ut.

Graetz-bru for konvertering mellom veksel- og likestraum. Det er trefasa vekselstraum til venstre og likestraum til høgre. Lc er spoleverknaden til like­rettaren. V1 til V6 er transistorar som leier straum i pilretninga. Desse kan opnast og lukkast, slik at vekselstraum kan gjerast om til likestraum.

Kjelde: Clampower / Wikipedia

Sett frå vekselstraumsida ser likerettaren ut som ein spole som får straum og spenning til å verta ute av fase med kvarandre. For å kompensera for det set ein på kondensatorar, som verkar som batteri og motverkar spoleeffekten av likerettaren, slik at mest mogleg energi kan transporterast gjennom han.

Kva så med andre vegen? Korleis kan ein konvertera frå likestraum til vekselstraum? Ein kan bruka Graetz-brua til det òg. Ho kan brukast i begge retningar. Det er berre å snu transistorane andre vegen. Me kan selja energi til utlandet og bruka same kabelen når me kjøper. Moderne konverterar er bygde på prinsippa til Graetz-brua, men er mykje meir kompliserte. 

Vanlegvis har ein mange konverterar i ein likerettarstasjon for å kunna få mykje energi gjennom sjøkabelen. Ein kan då variera kor mykje energi ein kan senda i dei to retningane. Ein kan overføra på det meste fleire gigawatt med ei spenning opp mot 1000 kilovolt.

Ein fordel ved å bruka likestraumskablar mellom to ulike vekselstraumsnettverk er at dei to nettverka ikkje treng å vera synkroniserte eller ha same frekvens. Ein kan òg overføra energi berre i ein av kablane ved reparasjon.

Sjøkablar i Europa. Grøn = godkjend, raud = eksisterande og blå = under vurdering.

Kjelde: J.J. Messerly / Wikipedia

Me har fem sjøkablar mellom Noreg og utlandet. Dei fyrste som vart installerte i 1970-åra, er no ikkje lenger i drift. Levetid på kablane er om lag 30 år. Den siste North Sea Link kom i 2021 mellom Kvilldal vassenergiverk og England. Han er 722 kilometer lang, og effekten som kan overførast, er 1,4 gigawatt.

Eg ser ut hytteglaset på Nordberg. Luftleidningar overalt. Ja, lyktestolpen ved naboblokka er faktisk eit gamalt tre. Der det er privat rikdom, er det som regel offentleg armod. På austkanten, derimot, er sivilisasjonen komen mykje lenger, og straumen vert distribuert i jordkablar. Kanskje me skulle riva alle master og erstatta dei med kosteffektive likestraumskablar? Kanskje vinn Thomas Edison straumkrigen over George Westinghouse hundre år etter at han byrja?

Per Thorvaldsen

pth@hvl.no