Lite värt att veta
om den elektriska strömmen

En kort introduktion till elektricitetslära: Utan att skrämma bort de av er som tror att ellära är svårt, obegripligt, trist, krångligt och helt onödigt:
 
Fundamentala grundsatser:

• Alla material består av atomkärnor och elektroner som cirklar runt dessa kärnor.
• I vissa material (läs: metaller) kan en del av elektronerna röra sig ganska fritt.
• Elektroner som är försatta i vandring åt ett bestämt håll kallas en elektrisk ström och dessa material kan alltså leda denna ström ström.
• Om två olika metaller är omgivna av en (oftast sur) lösning så kan de få elektroner att börja röra sig från den ena metall-plattan och till den andra om de ansluts till varandra.
• Detta är ett batteri, och det kan få ström att gå - t.ex. genom en lampa.
• Om en ledare (läs metall-tråd) utsätts för ett magnetiskt fält så kommer det att flyta ström igenom ledaren så länge metalltråden rör på sig i förhållande till magneten.
• Detta är en generator, och den kan också ge ström - till lampor mm.
• Det är ingen större skillnad på en cykel-generator och generatorerna i ett kärnkraftverk eller vattenkraftverk, förutom att den förstnämnda givetvis är mycket, mycket mindre till storleken.
• De flesta generatorer ger växlande ström eftersom magneten snurrar runt, och alltså byter magnetpoler (nord och syd) hela tiden.
• Strömmen kräver en 'sluten krets' för att kunna flyta kontinuerligt, och vara användbar. Detta betyder att elektronerna måste kunna cirkulera och 'återanvändas', och därför skall det alltid vara två ledningar, en där elektronerna kommer ifrån, en där de går tillbaka - t.ex. till batteriet, eller generatorn (läs: elnätet)
• När det flyter ström genom en metalltråd, så blir det liksom lite 'friktion' mellan elektronerna och resten av metallen. Detta värmer upp metalltråden:
• Glödlampan fungerar precis så, metalltråden värms upp till flera tusen grader och lyser gulvit av värmen!
• Kupe-värmaren funkar också så, men tråden blir inte alls så varm, på sin höjd lite körsbärs-röd.
• En sladd skall inte alls bli särskilt varm - blir den kännbart varm så går det på tok för hög ström genom den!! Använd då grövre kabel, eller anslut färre apparater till den, apparater som inte drar så mycket ström!

Detta var en kort sammanfattning av de fundamentala bitarna av elläran. Nu till de mer praktiska tillämpningarna.

Ström och spänning, och en porlande bäck
En ficklampa och en kortslutning

Man kan göra en mycket god liknelse mellan elektricitet och vatten. I båda fallen är det ju något som rör på sig, och som kan uträtta ett arbete. I bäcken, eller vattenledningssystemet är det vatten, och i en el-ledning är det elektroner. Fallhöjden i bäcken är det samma som spänningen och mängden vatten som strömmar förbi ett visst ställe är strömstyrkan. Det hela blir extra tydligt om vi tar vattenledningssystemet som exempel:
Fallhöjd ger tryck i vattenröret - det är spänningen.
Om man öppnar kranen och låter vattnet passera så rör det på sig, och alltså passerar en viss mängd vatten en viss del av röret varje sekund.
Vattenflödet är strömmen, strömstyrkan - det hörs ju tydligt på namnet!
Samma sak är det i den elektriska kretsen; om man slår till strömbrytaren så kan elektronerna passera och börja flöda.

Som ni kanske vet så kan fallande vatten uträtta ett arbete. (t.ex. ett vattenhjul som ju kan driva en kvarn, eller bälgarna i en smedja)
Fallhöjden är av stor betydelse, och givetvis också mängden vatten som faller. Det är så att effekten av det arbetet som uträttas är lika med fallhöjden multiplicerat med mängden vatten.
I elkretsen är det alltså så att effekten(P) = spänningen(U) gånger strömmen(I).

Allt som strömmar fram möter ett visst motstånd, annars så skulle strömstyrkan bli oändligt stor!:
I vattenröret så blir det friktion mellan vattnet och rörets vägg.
I bäcken porlar vattnet mellan stenar och virvlar hit och dit.
Precis som i bäcken så är det så att elektronerna som rör sig i ledaren (metalltråden) hela tiden stöter på atomer och tvingas hit och dit. Det är resistansen, motståndet emot strömmen.

Om man vet fallhöjden (trycket i vattenledningen där den börjar s.a.s.), och man också vet resistansen (motståndet mot strömmen) så faller det sig så att strömmen är lika med fallhöjden delat med motståndet.
På samma sätt i el-kretsen: Strömstyrkan (I) är lika med Spänningen(U) delat med resistansen(R)

Effekt: I en ficklampa så finns det ett batteri på låt säga tolv Volt, och det sitter en lampa i vilken strömmen är 0,5 Ampere.:
Effekten P = U * I = 12 * 0,5 = 6 Watt

Vi kan också nu räkna fram resistansen i lampan:
Resistansen R = U / I = 12 / 0,5 = 24 ohm
(Dock så kommer den uppmätta resistansen i lampan att bli mycket lägre om du använder ett mätinstrument. Den kan faktiskt vara endast en tiondel dvs c:a 2 Ohm. Detta beror på att glödtråden i lampan har olika resistans när den är varm respektive kall. Att resistansen beror av temperaturen gäller för de flesta ledare, men det märks tydligast på glödlampor.)

Något som dock säger mer om vad som händer när resistansen blir för låg är en kraftig kortslutning:
Låt oss säga att spänningen är 220 Volt, och att vi har en ledning av koppar som är 5 meter lång, och en grovlek på 1 kvadratmillimeter. (en ganska vanlig sladd till de flesta hushållsapparater) ( Koppar leder ström mycket bra minsann: inte mer motstånd än 0,017 Ohm per kvadratmillimeter och meter.) Eftersom strömmen skall tillbaka också så blir det 5 meter ledning till. 10 meter ledning och 0,017 Ohm/meter ger 0,17 Ohm.
I = U / R = 220 / 0,17 = 1295 Ampere!!!
Inte undra på att det small högt, och att proppen gick direkt!
 
(Vad som hänt om vi fått kortslutning i transformatorstationen, vid 400 Volt, och ledare som är grova som baseball-trän, och har några tusendels Ohms motstånd ... - det vill jag inte ens tänka på...)

Växelström och elnätet, - hel-snurrigt med 3-fas

När man skall 'frakta' elektricitet genom många mil långa ledningar så är det en fördel om spänningen är mycket hög! Annars så skulle strömmen bli våldsamt stor, och det motståndet som ju faktiskt finns även i kraftledningarna skulle inverka väldigt negativt. För att få upp spänningen till höga nivåer så används så kallade transformatorer men dessa fungerar bara om strömmen går fram och tillbaka hela tiden (50 gånger per sekund).
Detta kallar vi växelspänning, och turligt nog så är växelspänning inte så svårt att åstadkomma i de stora generatorerna i vattenkraftverken, kärnkraftverken m.fl. Det är faktiskt lättare att göra växelspänning än likspänning. (Ström som bara går åt ett håll hela tiden, som ifrån ett batteri.)

En annan lite konstig grej är att strömmen ifrån de stora kraftverken kommer som hela tre olika växelspänningar som till på köpet inte bara byter polaritet samtidigt, utan ligger så att säga 'ur fas' med varandra.
Vi kallar detta för 'tre-fas', och att man gör på det viset har med att göra hur motorer bäst fungerar. (Motor som kan matas med denna konstiga trefas-ström kan göras mycket billigare och bättre än om man hade likström, eller 'en-fas' växelström.)

Jag tänker inte försöka beskriva vare sig elektromagnetism, transformatorer, eller trefas assynkronmotorer, för då skulle ni inte vilja läsa mer just nu. Till och med jag som elektriker tycker att det där med elektromagnetism är svårt att förstå riktigt ifrån grunden. (Lär ha att göra med Einsteins relativitetsteori och mycket mer riktigt svår fysik.)
Istället tänker jag berätta att alla generatorer, och alla transformatorer i hela Sverige hänger ihop i ett jättelikt ledningsnät. Det är det som vi kallar el-nätet. Det är till detta elnät som vi kopplar in lägenheten, och villan, och lyktstolparna på gatan, och kontoret och fabriken där vi jobbar också! Nästan allt är kopplat dit, och eftersom det mesta här i världen går på elektrisitet så stannar hela Sverige när det blir något större fel på el-nätet. Som tur är så händer det inte så ofta, någon gång vart tionde år sisådär.

Det som framför allt räddar situationen så är det olika former av säkringar. Det gäller det mesta i elnätet, från villan med sina proppar eller automat-säkringar, och upp till de effektbrytare och relä-skydd som finns på de stora ställverken utanför stan. När två ledningar slår ihop för att träd faller över dem så löser en automatsäkring ut ganska omedelbart. På så sätt så blir det inte kortslutning och överbelastning i hela stan, eller i hela Sverige, utan det är bara den ledningen som kopplas bort tillfälligt. Något hundratal eller något enstaka tusental abbonenter blir utan ström tills trädet är nersågat och automatsäkringen återställd.

Säkringar är, som synes ovan, också mycket viktiga att ha i huset. Om det skulle bli någon kortslutning i en dålig el-apparat så skulle strömstyrkan bli jättehög - uppåt tusen Ampere sisådär, och effekten också rysligt hög - uppåt hundratals kiloWatt. All denna effekt utvecklas där det är motstånd mot strömmen, och det är främst de tunna ledningarna i väggarna. Dessa skulle alltså få en värmeeffekt på hundra kiloWatt!! Törs jag påpeka att spisplattan blir vackert rosenröd av bara EN kiloWatt...!
Utan säkringar så skulle vart och varannat hus brinna upp!

Det finns många olika slags säkringar - inte bara för överström. En mycket finurlig säkring är 'jordfelsbrytaren'. Den är skapt på det viset att den upptäcker om ström läcker ut ifrån den vanliga kretsen och kommer på villovägar. Med andra ord: om jag har en brödrost som går sönder och blir strömförande, och jag tar i den, och i diskbänken så får jag mig en mycket otrevlig och livsfarlig stöt. Detta upptäcker jordfelsbrytaren, och slår omedelbart av strömmen!

Jordfelsbrytare finns bara i riktigt nya installationer, men det finns sådana som man kan sätta i ett stickuttag, och de kan köpas för c:a en hundralapp i vanliga butiker. Mitt råd till er är mycket entydigt:

Köp sådana och använd dem alltid i köket och i de uttag som används ute i trädgården, och i verkstaden där du arbetar med elverktyg!!!

Trojkan: 'Fas, nolla och jord'

Som jag skrev i grundreglerna ovan så krävs det att det finns en sluten krets för att strömmen skall gå fram, och alltså måste varje sladd och kabel ha minst två trådar.
Det är dessa som vi kallar 'fas' och 'nolla'.
Dessutom så måste det alltid finnas ett 'översvämmnings-skydd' om elektronerna kommer på villovägar i kretsen (dvs. om det blir någon kortslutning så en metall-bit blir strömförande och livsfarlig).
Denna skyddsledare kallar vi 'jord'
Vi måste alltså ha en kabel som består av tre stycken ledningar.
Vad vi talar om är alltså fas, nolla och jord. I alla kablar och installationer gjorda efter 60-talet så används färgerna ljusblå till nollan och gul/grön till jord, medan fasen kan vara antingen svart eller brun. (Det finns ingen lag på vilken färg man skall ha till fas, men nollan och jorden skall ha sina färger!

Det viktigaste är att jordledningen (den gulgröna) alltid är ansluten till 'jord' (plintar märkta med jordtecknet, eller benämnda 'jord' eller 'PE')
SLARVA ALDRIG med detta!! Om du inte är HELT SÄKER på hur du skall koppla ledningarna så LÅT BLI!
Fråga någon som vet, det är inte alls skamligt!
OBS! I hus byggda före 70-talet så kan jordledningen vara rödfärgad istället för gulgrön.

När man skall tända och släcka en lampa så använder man en strömbrytare (eller trapp-kopplare som det ofta kallas på fack-språk) Då är det alltid fasen som man bryter. På så sätt så slipper man få en otrevlig/livsfarlig stöt om man är oförsiktig och fingrar inne i lampsockeln.
Med andra ord: följ anvisningarna som följer med brytaren, och se till att det är den ledare som har 230 volts spänning jämfört med jordledaren som kopplas till brytaren. (Den ljusblåa kopplas vidare utanför brytaren.)

.....

Fortsättning följer... Vet dock inte riktigt när jag har tid.