Annons

Nätspänningen, harmoniseringen och Brexit

EU har sina poänger. Men den där tanken att det inte skulle finnas några handelshinder mellan medlemsländerna var kanske inte så lyckad i alla detaljer. En sådan detalj var nätspänningen.

Alf Henrikssons klassiska vers om standardiseringens fördelar – den, där han talar om att ”Olika mått på skruvar och muttrar är något som ländernas samliv förbuttrar, men att samma mått på muttrar och skruvar är något som ländernas samliv förljuvar” poppar upp när jag funderar över nyttan med harmoniseringen. Så var det tänkt – men hur blev det?

220 V eller 240 V
I förhistorisk tid – på nittiotalet och tidigare – var nätspänningen 220 V på kontinenten och 240 V på de brittiska öarna. Där, om någonsin, fanns ett allvarligt handelshinder. En tysk teve eller en fransk espressomaskin skulle ju troligen brinna upp när de mötte nästan tio procent överspänning. Den övre gränsen för en europeisk apparat var 220 V +10% dvs 242 V. Toleransen neråt var likaledes 10%

Med 240 V + 10% skulle alltså en apparat som var dimensionerad för högst 242 V riskera att drivas från 264 V. Det var faktiskt ett problem och i motsatt riktning var det också ett problem. The Kettle – central apparat i varje brittiskt hem, fabrik eller kontor – började bli populär även i Europa. ”A nice cup of tea” gör nytta i Alperna lika väl som i Spanien eller Skandinavien. Och med effekten reducerad till (220/240)2*100 procent – det blir 84% så skulle man förlora mycket tid. Vid full kettle var det till och med svårt att komma upp till en temperatur ”där vattnet skrattar” och det måste det ju göra för att det ska bli ett bra te.

Visst är hushållsapparater viktiga, men de stora problemen fanns på annat håll
Teve, espresso och te. Det var enkla och påtagliga argument för den ”harmonisering” som påbörjades och där kompromissen blev de 230 V som vi ser över hela Europa idag. Någon anpassning på öarna ”hände” liksom aldrig. Man tuffade på med 240 V – att britterna är lite konservativt lagda är inte bara en myt. Det är faktiskt så i verkligheten också. Det framgår av nedanstående data (ur brittiskt perspektiv):

I kommentaren står: ” So, to avoid accusations of failure to harmonise, the European Commission simply altered the legal voltage limits – nothing actually changed!
The law in the UK currently states that the mains supply voltage must be 230 V +10% / -6%, thereby allowing the European 220 V system to stay at 220 V and the UK to stay at 240 V, yet both appear to be harmonised!” [före 2010]

Detta är inte helt sant ur europeiskt perspektiv. Där ökades spänningen successivt från 220 V till 230 V. Jag har kollat de lokala vägguttagen i England, Skottland, Wales och Cornwall rätt så ofta och det finns inget som tyder på att motsvarande justering skett där.

Advokatlösningen fungerade rätt så bra. På öarna
Problemet med teve, Kettles och glödlampor var därmed ”löst”. Genom advokaters försorg. Det var nog OK för teve och Kettles. Men på kontinenten tyckte transformatorer och motorer inte om det. Magnetiseringsströmmar och inkopplingsströmstötar ökade. Järnet mättades och den tidigare hyfsat snygga sinusströmmen blandades med udda övertoner – eller deltoner, som jag föredrar att kalla dem. Redan en måttlig höjning, från 214 till 235 V, eller 10% effektivvärde ökar magnetiseringsströmmen från 431 mA till 593 mA. Det är en ökning med drygt 150%. Det är förstås järnets mättning som spelar in, se tidigare ”I periferin” om inkoppling av transformatorer. Så här ser det ut på den gamla trogna HIOKI 8835:

Big Deal! Det är ju bara reaktiv effekt – syns ju inte på elmätaren
Jo, så kan man tycka. Men ökad reaktiv effekt belastar ledningar och andra delar av elnätet med högre ström och det begränsar hur mycket ”riktig” dvs aktiv effekt som ledningarna klarar av.

Mot reaktiv effekt finns det enkla motmedel. Med effektkompenseringskondensatorer kunde samma reaktiva effekt skapas lokalt så att total reaktiv effekt mot nätet blev nära noll. Allt verkade vara frid och fröjd och det viktigaste, att det inte fanns några handelshinder vid export och import av örikets varor, hade man ju uppnått. Liljeholmen, Fiskars och Nokia var dominerande kondensatorleverantörer och mycket av reklamen byggde på ”Skam och dåligt samvete” – inte vill väl du vara den som förstör för andra? – var ett ganska vanligt underförstått budskap.

Men, nu blev det ändå lite komplicerat

Induktansen i trafoprimären är ungefär 1,6 H – då skulle en 6,4 µF kondensator ge samma reaktans och kompensera bra vid 50 Hz. I vänstra bilden ovan syns det att det funkar bra. Nästan all 50 Hz magnetiseringsström är borta och kvar är lite ”krafs” eftersom en kondensator glatt släpper igenom högre ström ju högre frekvensen är. Men visst är det bra att tomgångsströmmen minskat från 431 mA till 209 mA (liten trafo – 850 VA med 220 V primärspänning). Det är ju bättre än en halvering.

Det tråkiga är att transformatorn drar mycket tredjeton och vid ökad spänning ökar den kraftigt. Den och alla andra deltoner tar sig ju lätt genom kondensatorn ju högre ordningstal de har. I högra bilden har en ganska måttlig spänningshöjning lett till ungefär 440 mA tredjeton, mer än en fördubbling. Det behövs tydligen bättre åtgärder. Hmm …

Mumbo jumbo – fast på svenska
Det var nu som en viss en viss begreppsförvirring började breda ut sig i elbranschen. Man började göra skillnad mellan effektfaktor som sådan, den som sedan urminnes tider kallats cos(φ), och distorsions-effektfaktor. Och det var ju riktigt.

Men en av ”aktörerna” försökte introducera uppfattningen att om effekt kunde representeras av reella tal i det komplexa talplanet och reaktiv effekt av imaginära tal så skulle den nya distorsionseffekten representeras av tal på en axel vinkelrätt ut från talplanet. ”Njae” kan man väl på sin höjd säga och tanken – som varken var realistisk, riktig eller ens erbjöd några pedagogiska poänger – självdog ganska snart. Men jag har seminariepapperen kvar och träffar fortfarande emellanåt en och annan ”lysmask” som tyckte tanken var så trevlig att den nog var riktig ändå. Det går fort att lura ut folk på gungflyn och kvicksand men det tar tid för dem att ta sig upp på fast mark igen. Ibland kommer dom aldrig dit.

Ännu fler komplikationer
Så småningom växte insikten att varje delton nog måste ha sitt eget sugfilter, och det kunde bli separata så kallade ”finavstämda” filter för tredje, femte och sjunde delton. Och den är nog riktig – men svårimplementerad. Och när alla filter var på plats så kom nästa komplikation – mellantonerna.

Mellantonerna orsakas av frekvensomriktarna och hur de drar ström från nätet vid olika motorfrekvens. Problemet är måttligt vid normala PWM-omriktare med spänningsmellanled med riktigt besvärligt vid omriktare med strömmellanled. Och eftersom de omriktarna inte sällan var i megawattklassen slog de hårt mot filtren, som inte alls var beredda på den sortens misshandel. Det var många filter som mådde dåligt och en del blev så hårt påkända att de reparerade sig själva genom att de interna säkringarna brändes av så att filtret antingen kopplades ur eller fick en annan resonansfrekvens. ”Survival of the fittest” – eller Darwineliminering som det också kan heta.

Hur som helst
Det finns många intressanta episoder från den här tiden. Ett särskilt roande fall var när ett av dessa specialiserade företag lovat att ordna så att THD på ett pappersbruk, där man vid demo hade mätt 14%, snart skulle vara nere på nära noll procent.

Första försöket blev inte så lyckat. Så de åkte hem och räknade lite mer. Sedan kom det ytterligare ett lass med kondensatorer och induktorer. De monterades och vid driftsättningen hände följande (jag hade tittat in till elchefen för fika och snack och bjöds in att övervara det hela):

A. Brytare till, starka ljud. Brytare från
B. Överläggning, det var nog bara lite rassel i reaktorerna
C. Brytare till. Ljudet kom igen. Tilltagande. Brytare från
D. Snabb sorti. Faktura på grejerna har ännu inte skickats – det var mer än tio år sedan och brytaren är fortfarande kvar i frånläge. Anläggningen löper vidare utan problem

Verkligheten hade, som den alltid har, utslagsröst. Knepig jävel den där verkligheten.

Allt detta för att eliminera handelshinder. Och till vad nytta? Brexit har ju gjort hela grejen alldeles onödig. Britterna brydde sig för övrigt inte. Och i Sverige var vi värst drabbade – så är det när man vill vara bäst i klassen.

Ha det bra i centrum eller periferi. Var den än ligger. Kommentarer läser jag gärna.

Gunnar Englund, GKE Elektronik AB

Comments are closed.