Hej, jag har en sak som jag går och funderar på..
Varför är spänningspotentialen mellan Neutral och jord 0v, när den är 230 volt mellan fas och jord?
Neutralledaren ska ju leda tillbaka strömmen om jag förstått det rätt. Borde det då inte vara 230 volt även mellan neutral och jord?
Ohms lag. Spänning är ström gånger impedans. Enkel krets är t.ex 1 batteri + ledning till lasten ( kalla den gärna fas ) + lasten ( lampa?) + ledning tillbaka till batteriet ( kalla den gärna nolla). Eftersom ledningarna har låg impedans, men lasten har relativt hög, så blir det inte så hög spänning över trådändarna, utan det mesta hamnar över lasten. Om vi pratar om en 230 V krets i en bostad, så kanske det skiljer någon volt eller bara delar därav ( beroende vilken last man har inkopplad ) mellan lastens nollanslutning och nollan i elcentralen, men det är ju nästan samma som 0 om man jämför med 230.
Låt oss börja från början. Spänning definieras på gymnasienivå som skillnaden i potential mellan två föremål. Potential är hur mycket laddning ett föremål har. Om du sammanbinder två ledande föremål med olika laddning fördelar sig elektronerna snabbt jämnt över båda föremålen och de får samma potential. Det är den förflyttningen av laddningar som vi kallar ström. Eftersom fria laddning försöker sprida sig jämnt på detta sätt har allt i naturen lika stor laddning. Det är anledningen till varför vi inte går runt och får stötar av allt. Ibland drar man på sig lite extra laddning och då kan de blixtra till när vi tar i något ledande och den statiska elektricitet vi burit runt på laddas ur och elektroner fördelar sig jämnt igen. När man säger "naturlig jord" så är det den laddningsnivån man menar.
När det genereras ström i en generator så är en del i den kopplad mot naturlig jord, till exempel genom ett jordtag eller ett jordspett, och den punkten har då samma potential som den naturliga jorden. För alla praktiska ändamål så kan den den potentialen betraktas som oladdad och därför har man bestämt att just den här nivån är nollnivån. Det är alltså vår nolla! Med växelspänning/växelström så växlar spänningen mellan -230 volt och + 230 volt jämför med nollan. Det vill säga att mängden laddning i fasledaren hela tiden växlar medan mängden laddning i nollan är densamma hela tiden. Det är den skillnaden i laddning, alltså spänningen, som gör att det flyter en ström om vi sluter kretsen. Att säga att strömmen skall gå tillbaks genom nollan är alltså inte riktigt sant. När potentialen i fasledaren är högre än nollan så går strömmen från fasledaren till nollan, men när potentialen är mindre än i nollan så går strömmen tvärt om från nollan till fasledaren. När det gäller spänningen mellan nolla och jord så är det så att eftersom potentialen, mängden laddning i nollan, är densamma som i naturlig jord är spänningen, alltså skillnaden i laddning, noll.
Sen är det precis som @HasseTeknik skriver så att i praktiken kan det bli lite mer eller mindre laddning i nollan än i jordledaren av olika anledningar och då kan man få en liten spänning mellan dem ändå. Men dels är den så liten att den jämfört med faserna är försumbar. @Bo.Siltberg har skrivit en bra artikelserie som förklarar delar av det här lite djupare i kontexten vårt svenska elnät. Den är mycket läsvärd om du är mer nyfiken än så!
Här är en lite modifierad bild ifrån artikelserien som visar vad Hasse beskriver.
Att det är (nästan) samma potential mellan N och PE beror först o främst på att de är sammankopplade, om inte i elcentralen som på bilden så i transformatorn. Men du har rätt i att det går en ström i N som ger ett spänningsfall. Bilden nedan försöker visa vilka spänningsfall det normalt kan handla om.
Inloggade ser högupplösta bilder
Logga in
Skapa konto
Gratis och tar endast 30 sekunder
Ledningarna har en väldigt låg resistans (typ 0.4 ohm sammanlagt) jämfört med en belastning som har en resistans på åtminstone några tiotals ohm. Strömmen genom hela kretsen blir alltså I = U / R = 230 V / (100 + 0.2 + 0.1 + 0.1) = strax under 2.3 A. Strömmen är densamma i alla punkter (om vi antar denna enda last).
Om man då beräknar spänningsfallet över ledningarna och över belastningen så ser man att nästan alla 230 V hamnar över belastningen. Om du står vi tvättmaskinen och tar i N och PE samtidigt som bilden visar så har du där en potentialskillnad på ca 0.23 V, lika med spänningsfallet i N fram till den punkt där den är förbunden med PE. Det går ingen belastningsström i PE så den har samma potential mot N i alla punkter.
Om det däremot skulle handlar om en kortslutning, då är resistansen i belastningen nära 0 och det blir helt andra spänningsfall i ledarna. I detta fall kommer du att känna ca 230 / 4 = 57 V mellan N och PE vid förbrukaren (du känner spänningsfallet över ca 1/4 av ledningens totala längd).
I andra länder, som kan vara väl beskrivna på Internet, gör man ibland annorlunda.
Typexemplet är USA, där man i princip har 2-fassystem till bostäder.
Där har varje hus(villa) normalt en -110V, en neutral och en +110V. Oftast har varje hus en egen transformator i stolpen på bakgården, och därför också ett eget jordtag som ansluter neutral till sann jord. Trafon ser ut som en lång färgburk med två porslin i locket, två små porslin och en skruv högt upp på sidan. Bara att köra Street-View i valfritt villakvarter så hittar man snart bilder!
Men i USA ansluts också tyngre elutrustning till 220V, och då är det "fas till fas", dvs från +110 till -110V, och då är fortfarande spänningen mellan vardera fasen och neutralpunkten/jord 110V, vilket dock inte används av förbrukaren. Detta är så som Du förvånat såg att vi inte har i Sverige.
Numera har väl stora delar av den kontinenten gasspisar, men en del annat som värmepumpar /AC och så kan köras på 220V, och då med en lite lustig kontakt med "3 böjda plåtbitar till stift". Ses ibland på datorprylar som kommer från "over there"...
Om någon mer elkunnig nu vill "rätta mig" så förtydligar jag, varje hus har en egen enfasig transformator som primärt kopplas mellan två faser i kvartersfördelningen, som ofta ligger på några kV, alltid trefasig. Den enfasiga transformatorns sekundärlindning har mittuttag, och är alltså lindad xx/2x0,11 kV.
Typiskt kanske 80-120A för vardera 110V, och då givetvis lika mycket för fas-fas.
Sedan har de 60Hz frekvens också, men det ändrar inget av det vi nu talar om.
Tillägg:
Norge är också klart annorlunda i Sverige, även om det sagts mig att en del nybyggen / nya områden kan ha "sverigesystem" där också. (I klassisk Norgekoppling är det 3 faser med huvuspänning 230V, ingen neutralledare dras, men alla faser har 133V till jord - förr var det 220V/127V, jag gissar dock att de följt med resten av Europa till 230V).
"Norgesystem" kan också hittas i enstaka äldre installationer/laboratorier/skolsalar etc i Sverige. Vi hade samma system förr, men gjorde en stor omläggning under 1940-50-talet, från (127/220V till 220/380V). Det har i laboratorier används som "säkrare system" långt in på 70-talet, innan jordfelsbrytarna kom i större användning, eftersom spänningen fas till jord vid ev felgrepp är lägre än för vanligt modernt svenskt distributionssystem. Brukar då finnas en transformator som brummar hemtrevligt...
I norgesystem är det alltid 2 säkringar (2 faser) för varje utgående grupp, och kontakten kan ha 133V med full ström tillgänglig mot jord även om "proppen" har gått och lampan slocknat. Dvs en av de två säkringarna har löst ut...
Om man läser en lämplig teoribok, där principen för flerfassystem behandlas, kan man hitta att fasvinkeln mellan spänningar i ett N-fassystem är 360 / N grader.
För ett 2-fassystem blir det alltså 180 grader.
De två faserna i 2-fasssytemet har därför vid varje tidpunkt momentanvärdet A cos ( fi + 0) respektive A cos (fi + 180°).
Enligt räkneregler är dock cos (a + b) = cos (a) * cos (b) - sin (a) * sin(b)
Eftersom cos (180°) = -1 och sin (0) = sin (180) = 0 så:
är alltså de två spänningarna A cos (fi) respektive -A cos (fi).
Spänningen däremellan är därmed 2 x A x cos (fi).
Jag hävdar bestämt att det som kommer in i ett amerikanskt hem är 2 faser i ett 2-fassystem.
Om man sedan väljer att kalla det något annat må vara hänt, men räknemässigt är det så.
Dessa 2 faser har uppstått i en transformator med (jordat) mittuttag, och dess primärsida är kopplad på något smart sätt i ett matande 3-fasssytem (fas - fas, noga räknat), men det senare har inte med saken att göra!
Den som är sugen kan sedan härleda massor av olika samband för system med olika antal faser, men viktigt är att komma ihåg är att en del "räkneregler" som vi alla lärt oss för 3-fassystem är unika för just 3-fassystem, exempelvis är spänningen fas - fas vid 3-fassystem (fasvinkel 120 °) SQR (3) * spänningen fas-neutral, medan det för 2-fassystem är U fas-fas = 2 x U fas-neutral.
Rita upp visardiagrammet så ser du varför USA inte har ett tvåfassystem utan ett enfassystem med mittpunktsjordning.
Normalt ritar man bara upp beloppet av värdet i visardiagrammet, men om man istället utgår från origo och ritar momentanvärden för högsta och lägsta värdet ser man att pilarna för de två sidorna överlappar varandra. I ett riktigt tvåfassystem skall pilarna ha en fasförskjutning mellan sig; vilket de alltså inte har i ett mittpunktsavtappat tvåfassystem.
Ett tvåfassystem har inga fördelar gentemot ett trefassystem, eftersom det ändå kräver att det finns tre ledare men nollan bär mer ström än de individuella faserna. Sannolikt därför som det övergavs ganska snabbt till förmån för trefas.
Det som kanske mest drev fram trefas är att det är N-fassystem med lägsta N som ger ett pulsationsfritt roterande fält som kan användas för eldrifter. Besparingen av återledare givetvis också viktig vid val av system.
De stympade fyrfas dvs tvåfas 90 grader som fanns i en del tidiga vattenkraftverk i USA och tillhörande Scott-T trafos osv är ju knappast mer än kuriositeter från ganska tidiga steg i eltekniken.
Tvåfas var föregångaren till trefas. Då gick det för flrsta gången att bygga en elmotor utan kommutator. Men trefas är bättre eller lika bra på alla punkter. Fler faser ger margineka fördelar och flera nackdelar. Det används för vissa motorer, men då ytterst lokalt mellan omformare och motor. All distribution har enfas eller trefas.
Nja, pulsationsfritt är nog även 2-fassystemet (cos^2 t +sin^2 t = 1), men det kräver däremot en nolla som kan bära ström, en ström som är högre än de enskilda faserna. Den optimala lösningen är trefas som med lika många ledare som med tvåfas kan bära en högre effekt med samma ledardimension, och samma ledardimension på alla faser.
