Elsystem, del 1 – Mer om växelspänning

I den här artikeln kan du läsa mer om de olika former av växelspänningssystem som används i Europa och USA.

Växelspänning

I ett elsystem som har växelspänning varierar spänningens polaritet flera gånger per sekund och följer en sinuskurva. Europa och USA använder växelspänning i sina elsystem men de har olika standards.

Spänningen varierar mellan sina max- och min-värden enligt en sinuskurva. Man anger även hur ofta spänningen ändrar polaritet varje sekund, ex.vis 50 ggr/sekund (Hz).

Systemets nominella spänning beräknas enligt en matematisk formel, RMS (root mean square). RMS anger spänningens effektiva värde under en svängning. Det gör att man kan använda RMS-spänningen vid beräkning av resistans, ström och effekt som om det vore en likspänning.

I Europa är den nominella spänningen 230V medan maximal spänning är +325V och den lägsta spänningen är -325V.

Ibland kallas växelspänning för växelström och på engelska benämns det som Alternating Current (AC).

Bilden nedan visar hur spänningen varierar med tiden i ett system med 230V 50Hz.

Spänningsvariation över tid i ett 1-fas system 230V RMS och 50 Hz

Europa

När växelspänning transporteras i en kabel använder man 3-faser fram till hushåll och landströmsanläggningar i marinor. I fastighetens/marinans elcentral delas de tre faserna upp och bildar tre stycken 1-fas system.

System med 3 faser i Europa

I ett 3-fas system finns 5 ledare i kabeln och de kallas för Fas 1 (P1), Fas 2 (P2), Fas 3 (P3), Nolla (N) och Skyddsjord (PE). Spänningsskillnaden är 230V mellan en fas och Nolla.

Bilden nedan visar hur spänningen varierar i sinusform i de tre olika faserna i ett 3-fas växelspänningssystem 50 Hz. Svängningen i faserna ligger jämnt förskjutna till varandra.

Spänningsvariation i system med 3 faser

Däremot är spänningsskillnaden mellan två faser 400V. Det beror på att spänningsförändringen i faserna inte sker samtidigt.

Bilden nedan innehåller spänningen för två faser (Phase 1 och Phase 2) i ett 3-fas system samt den streckade kurvan, Phase 1-Phase 2 (max), som visar spänningsskillnaden mellan de två faserna.

Den raka linjen vid 400V visar RMS spänningen mellan de två faserna.

Spänningsvariation skillnadspänning mellan två faser i ett 3-fas system

För er som vill fördjupa er i sinus-funktioner, rekommenderar jag en grundkurs i trigonometri 🙂

System med 1 fas i Europa

Från ett Europeiskt system med 3 faser kan man skapa ett system med 1 fas genom att ansluta en fas, nolla och skyddsjord.

I ett 1-fas elsystem finns 3 ledare och de kallas för Fas (Phase), Nolla (Neutral) och Skyddsjord (Protective Earth eller Ground). Spänningsskillnaden mellan fas och nolla är 230V RMS och polariteten växlas 50 ggr per sekund.

Bilden nedan visar hur spänningen i ett elsystem med 1-fas.

Spänningsvariation växelström 230V RMS 50Hz över tid

Allmänt om Europeiska system med 1- och 3- faser

Jämför man ett växelspänningssystem med ett liksspänningssystem, gäller att man kan betrakta faserna som plus-pol medan nollan är minus-pol.

Växelspänningssystem på land har sin skyddsjord ansluten till marken, därav namnet skyddsjord eller jordning.

Spänningskillnaden mellan Nolla och Skyddsjord ska vara 0V. Om den inte är det finns det en obalans mellan elsystemets faser vilket medför att Nollan får en spänning i förhållande till skyddsjord.

USA

När växelspänning transporteras i en kabel använder man 2-faser fram till hushåll och landströmsanläggningar i marinor. I fastighetens elcentral delas de två faserna upp och bildar två stycken 1-fas system.

Det här systemet kallas även för Split phases.

System med 2 faser i USA

I ett sånt här 2-fas system finns 3 ledare i kabeln och de kallas för Fas 1 (P1), Fas 2 (P2), Neutral (N). Här är spänningsskillnaden 120V mellan faser och Neutral som är jordad.

Bilden nedan visar hur spänningen varierar i sinusform i de två olika faserna i ett 2-fas växelspänningssystem med 60 Hz där faserna är förskjutna en halv våglängd man säger att de är i motfas med varandra.

Spänningsvariation växelström 120V RMS 60Hz över tid

I ett sånt här systemet med 2 faser kan man även koppla in utrustning mellan faserna och då får man ut 240V RMS.

Bilden nedan visar hur RMS-spänningen varierar i ett sånt system.

Spänningsvariation skillnadspänning mellan två faser i 120V RMS 60 Hz

Spänningen som ex.vis en multimetern mäter mellan faserna varierar enligt den streckade linjen, men multimetern räknar fram RMS-värdet och visar 240V.

För er som vill fördjupa er i sinus-funktioner, rekommenderar jag en grundkurs i trigonometri 🙂

System med 1 fas i USA

I ett sånt här elsystem finns 2 ledare och de kallas för Fas och Neutral. Den nominella spänningsskillnaden mellan fas och neutral är 120V och polariteten växlas 60 ggr per sekund.

Spänningsförändring över tid i ett 120V RMS 60 Hz växelspänningssystem

Sammanfattning växelspänning

Som synes fungerar växelspänningssytem på samma sätt, dvs

  • De har en spänning som hela tiden växlar polaritet efter en sinuskurva.
  • De har en eller flera faser
  • Det går att ansluta utrustning mellan fas och nolla/neutral
  • Det går att ansluta utrustning mellan 2 eller flera faser
  • Nominell spänningen i systemet anges som ett RMS värde så att man kan använda Ohm’s lag för beräkning av spänning, ström, effekt och energi.

Det som bl.a skiljer är

  • Vilken nominell spänning som används
  • Vilken frekvens systemet använder
  • Vilken fasförskjutning det är mellan spänningen i olika faser
  • Benämning av de olika kablar som används i systemet
  • Färgkodning av kablar
  • Utformning vägguttag
  • Utformning elcentraler
  • Ansluten utrustning måste vara konstruerad att hantera växelspänningen de ansluts till

Sen finns det naturligtvis en hel del andra olikheter som har att göra med kabelstandards (diameter, isolerande hölje m.m) och el-säkerhet (skyddsjord, jordfelsbrytare, säkringar, utforming installationsmaterial som dosor, uttag m.m.


Eftersom mitt syfte med artikelserien är att skapa en förståelse för el och elsystem, kommer jag inte att gå in på i detalj hur installationer ska göras enligt de olika standards som finns.

Ett svar till “Elsystem, del 1 – Mer om växelspänning”

%d bloggare gillar detta: