Teknik

När Svenska kraftnät bygger ut stamnätet med nya elförbindelser utvärderas alltid olika tekniska möjligheter för att säkerställa att det bästa tekniska alternativet används. Varje elförbindelse är unik men också en viktig komponent i ett sammanhängande elsystem. Det gör att nya elförbindelser behöver utformas dels för att uppfylla förbindelsens drivkrafter men också utifrån ett helhetsperspektiv – hur det påverkar elsystemet i stort.

Den bästa möjliga tekniken värderas i första hand utifrån hur vi uppnår en trygg och säker elförsörjning, inte primärt för att ta så lite plats som möjligt. Då är luftledningar för växelström ett klart bättre alternativ då det är ett beprövat och pålitligt alternativ som ger ett robust, driftsäkert och kostnadseffektivt elöverföringssystem i enlighet med vårt regeringsuppdrag

Stamnätet utgörs av högspänd växelström

El kan överföras som växelström eller likström. Precis som alla större elsystem är det Svenska stamnätet baserat på växelström. När Svenska kraftnät förstärker stamnätet görs det i regel med luftledningar för växelström på 400 kV.

Växelström - den dominerande överföringstekniken

Växelströmtekniken är i dag dominerande inom elförsörjningen alla led. I stort sett all el produceras, överförs och tas emot som växelström. Därför är det Svenska stamnät, precis som alla stora elsystem i världen, baserat på växelström. De nordiska länderna är hopkopplade i ett växelströmsnät, som utgör ryggraden i vårt elsystem.

Detta möjliggör ett mer robust system som är både stabilt och flexibelt och kan klara av störningar och förändringar utan att det leder till allvarliga konsekvenser. Det kan handla om fel på ledningar och stationer, eller om hastiga förändringar av produktion och förbrukning. När Svenska kraftnät förstärker stamnätet görs det företrädelsevis med växelströmsledningar. 

Växelström på högre spänningsnivåer är olämpligt att markförlägga

Sverige stamnätet består nästan uteslutande av växelströmsledningar på spänningsnivåerna 400 kV och 220 kV. När vi bygger nya stamnätsledningar gör vi det i regel med 400 kV växelström som idag är en etablerad internationell standard.

Högre spännings­nivåer är både effektivt och miljövänligt, då det medger att större mängder el kan transporteras på ledningen samtidigt som överföringsförlusterna procentuellt blir lägre. Används lägre spänningar krävs det flera ledningar för att uppnå samma kapacitet. När det kommer till valet av teknik är det mer komplicerat att markförlägga växelströmsledningar ju högre spänningsnivåerna blir och ju längre sträckor det handlar om.

Dessa tekniska begräsningar gör att det är ovanligt att högspänd växelström byggs om mark­kabel. Däremot är det vanligare med markkabel på lägre spänningsnivåer, som i lokalnäten, där de tekniska begränsningarna inte är lika påtagliga.

Därför byggs högspänd växelström i luftledningar

När Svenska kraftnät bygger nya växelströmförbindelser gör vi det i första hand som luftledningar. Det finns flera anledningar till det. Luftledningar på stamnätets spänningsnivåer har högre tillgänglighet, längre livslängd, är teknisk fördelaktiga och är ett betydligt mer kostnadseffektivt alternativ. Det gör att mark­kabel i princip endast är aktuellt i undantagsfall där det inte är framkomligt med luftledningar. 

Markkabel har sämre tillgänglighet

En markförlagd 400 kV-ledning i kabelutförande har betydligt lägre tillgänglighet jämfört med en luftledning. Tillgänglighet är den tid som en förbindelse förväntas vara i drift.

Den stora skillnaden beror på att markförlagda kabelsystem har flera potentiella felkällor, främst i form av skarvar som i genomsnitt behövs med 700 meters mellanrum på en markkabel. Skarvarnas felkänslighet ökar sannolikheten för att fel inträffar på en markkabelförbindelse. Ett fel på en markkabel tar också betydligt längre tid att felsöka och reparera.

Reparationstiden för luftledning är vanligtvis någon dag medan det kan ta upp till en månad att reparera ett markkabelfel. Den högre felfrekvensen i kombination med betydligt längre reperationstider gör att otillgängligheten för en markkabel är avsevärt mycket högre än för luftledning, vilket leder till ett mer sårbart system.

Stationer krävs för att kompensera förskjutningen i markkablar

I högspända växelströmskablar uppstår snabbt stora fasförskjutningar mellan spänningen och strömmen som överförs på förbindelsen. För att korrigera fasförskjutningarna måste kompenseringstationer byggas med jämna mellanrum. Vanligtvis handlar det om en station på ca 80x80 meter med ett typiskt avstånd på 15 km, men både avståndet och storleken kan variera.

Luftledning har längre livslängd

Ytterligare en fördel med luftledningar är att det har dubbelt så lång teknisk livslängd som en markkabelförbindelse. För en luftledning räknar man med en livslängd på 70-80 år innan den behöver ersättas. För en markförlagd kabel är motsvarande siffra 35–40 år. 

För mycket markkablar kan skada elsystemet

Mängden markkabel som kan byggas in i stamnätet är begränsad då en för stor andel markkabel i systemet riskerar att orsaka försämrad elkvalitet. Det riskerar att leda till överslag och haverier samt en försämrad driftmiljö för närliggande anläggningar. Därför är det viktigt att markkabelteknik används restriktivt i det Svenska stamnätet och med reservation till de förbindelser där det är teknisk nödvändigt, som i utlandsförbindelser eller för anslutning av havsbaserad vindkraft.

Det gör att det ska krävas särskilda omständigheter för att en markkabelförläggning ska övervägas – som att det helt enkelt inte är framkomligt eller byggbart med en luftledning på en viss sträcka.

Kostnadseffektiviteten är viktig men inte avgörande

Att markkabel endast används i undantagsfall handlar i första hand om de tekniska begräsningarna och de problem som en oförsiktig användning riskerar att orsaka elsystemet. Därutöver är markkabelalternativ flera gånger dyrare än luftledningar. Vanligtvis kostar en markkabel ungefär fyra till sex gånger mer än om motsvarande sträcka byggs med luftledning. Lägg därtill att livslängden för en markkabel är hälften så lång och det blir tydligt att luftledning är ett betydligt mer kostnadseffektivt alternativ. 

Svenska kraftnät är ett statligt affärsverk som styrs av regeringens uppdrag. I regeringsuppdraget ingår att Svenska kraftnät ska bedriva en kostnadseffektiv verksamhet med krav på att de investeringar som görs i stamnätet ska vara samhällsekonomisk lönsamma.

Ur ett rent ekonomiskt perspektiv gör den stora kostnadsskillnaden att kablar endast i undantagsfall är samhällsekonomisk försvarbara. I ett scenario med ett stamnät enbart byggt med kablar skulle det medföra kraftigt ökade kostnader för alla elanvändare. 

Markkablar används i undantagsfall och som komplement

Markförlagda växelströmskablar är en endast aktuellt i undantagsfall när det inte är framkomligt med en luftledning, som i stadskärnor eller längre sjöförbindelser.Till skillnad från växelström kan likströmskablar markförläggas utan tekniska begränsningar.

Men eftersom stamnätet bygger på växelström kan inte likströmsförbindelser ersätta växelströmsledningar, utan enbart används som komplement i främst längre havsförbindelser och utlandsförbindelser.  

Likström användbart i havskablar och till utlandet

Likströmstekniken har egenskaper som gör den användbar för att överföra stora mängder el på långa sträckor. Den har också fördelen att den kan markförläggas utan större tekniska begränsningar. Dessa egenskaper gör likströmstekniken användbar i utlandsförbindelser och för att ansluta vindkraft långt ute till havs, där behovet av markkabel gör att växelström inte kan användas.

Ett komplement som inte ersätter växelström

Eftersom likström med fördel kan markförläggas förekommer det ofta önskemål om att likströmskablar ska byggas i istället för växelströmsluftledningar.

Eftersom det svenska stamnätet är baserat på växelström går det inte bara att ersätta växelströmsledningar med likströmsteknik. Det beror på att i ett maskat växelströmsnät fungerar växelströmsledningarna som automatiska och momentana reserver till varandra. Det innebär att när det uppstår ett fel på en växelströmsledning övergår strömlasterna automatisk och direkt till närliggande ledningar. Om det saknas tillräcklig kapacitet i närliggande ledningar för att omhänderta strömlasterna från den felande länken går den vidare ner i regionnätet.

Regionnätet är inte dimensionerat för att klara den typen av laster och kommer då att överbelastas, med stora regionala strömavbrott som sannolik konsekvens. Med likströmsteknik sker inte denna övergång direkt, utan det kräves en manöver för att leda om ström från den felande länken. Denna fördröjning gör att strömmarna redan hittar andra vägar och kommer att överbelasta elsystemet om det inte finns tillräcklig kapacitet i växelströmsnätet.

Eftersom likströmsförbindelser inte kan fungera som automatiska komponenter i växelströmsnätet, så kan de enbart komplettera växelströmsnätet, och inte användas för att ersätta växelströmsledningar vars syfte är att stärka stamnätet. Det gör att drivkrafterna för en planerad växelströmsledning i regel inte uppnås med likströmsteknik. 

Hur ser det ut i andra länder?

Andra europeiska systemoperatörer ser också luftledningstekniken som det bästa teknikvalet i växelströmsnätet och förordar att markförlagd växel­strömskabel endast används på korta sträckor vid speciella förhållanden.

Motiven till denna grundsyn har stärkts på senare år i takt med att andra tekniska risker med markkabelteknik, till exempel i form elektriska resonanser i stamnätet, lyfts fram av internationell expertis. Kabeltekniken för högre spänningsnivåer har utvecklats men andel markförlagd kabel jämfört med luftledning är fortfarande låg och erfarenheterna därmed begränsade.

Främst återfinns nedgrävd växelström på kortare avstånd i större stadskärnor. Storstädernas höga effektbehov kombinerat med den svårframkomliga stadsmiljön gör att nedgrävning är ofta den enda lösningen för att överhuvudtaget kunna bygga ut elnätet.