Elnät genererar elektriska och magnetiska fält
Elektricitet överförs från kraftverk till konsumenterna via elnäten. De består av olika elledningar och kablar, understationer, distributionstransformatorer och huvudelcentraler. El överförs långa sträckor med höga spänningar och strömmar i stamnätet och regionnäten. Distribution sker med lägre spänningar och strömmar i lokala distributionsnäten. Överföring och distribution genererar elektriska och magnetiska fält. Eftersom det elektriska fältet beror på spänningen och det magnetiska fältet på strömmen genererar stamnätet och regionnäten högre fält än distributionsnäten.
Finlands elnät är en del av det nordiska elsystemet. Det finns två likströms- och växelströmsförbindelser till Sverige, en växelströmsförbindelse till Norge och två likströmsförbindelser till Estland. El som importeras från grannländerna och produceras i kraftverk överförs i hela Finland i stamnätet som Fingrid Oyj förvaltar och i regionala nät som förvaltas av lokala elnätsbolag. El överförs via luftledningar med en spänning på mer än 100 kilovolt (1 kilovolt (kV) = 1000 volt (V)), det vill säga kraftledningar, eftersom höga spänningar förlorar mindre energi än låga spänningar i överföringen. Förutom kraftledningar har elöverföringsnäten understationer som fördelar överföringen över de olika ledningarna och kan omvandla spänningen mellan de olika delarna av elnätet.
Högspänningen i kraftledningarna omvandlas i lokala understationer till den mellanspänning på 20 kV, som vanligtvis används i lokala distributionsnät. Mellanspänningen omvandlas vidare till en lågspänning (400 V) som är lämplig för elektrisk utrustning vid distributionstransformatorer nära konsumenterna. Lågspänningen distribueras via huvudelcentraler till byggnadernas elnät.
Stamnätet och regionnäten består till största delen av luftledningar, och som stora konstruktioner är dessa kraftledningar den mest synliga delen av elnätet i miljön. I slutet av 2021 fanns det cirka 5 200 km 400 kV luftledningar, cirka 1 400 km 220 kV luftledningar och cirka 14 750 km 110 kV luftledningar. Dessutom fanns det cirka 330 km 110 kV jordkablar, som används i tätorter i stället för luftledningar. Inom en snar framtid kommer även 400 kV jordkablar att installeras i tätorter. Likströmsförbindelserna från Sverige och Estonia har etablerats med sjökablar och med 400, 450 och 500 kV lufledningarna av en total längd av cirka 60 km i Borgå och Raumo.
I distributionsnäten används luftledningar i glesbefolkade områden och jordkablar i tätorter. I slutet av 2021 fanns det cirka 89 000 km luftledningar och cirka 66 000 km jordkablar för mellanspänning. Det fanns cirka 112 000 km luftledningar och cirka 144 000 km jordkablar för lågspänning. Andelen jordkablar var därmed 42 % i mellanspänningsnäten och 56 % i lågspänningsnäten. För att minska strömavbrott orsakade av stormar används jordkablar alltmer i distributionsnät även utanför tätorter.
En luftledning genererar ett elektriskt och magnetiskt fält i sin närhet, medan en jordkabel endast genererar ett magnetfält. De högsta elektriska och magnetiska fälten i luftledningar, cirka 10 000 volt per meter (V/m) och cirka 10 mikrotesla, finns under 400 kV kraftledningar. Fälten minskar snabbt när avståndet från strömledningarna ökar. Det elektriska fältet dämpas i träd och buskar, samt i huskonstruktioner, och tränger inte in i byggnader som ett magnetfält gör. En jordkabel genererar ett högre magnetfält ovanför på jordytan än en motsvarande luftledning men det avtar mycket snabbare än luftledningens magnetfält när avståndet ökar. Jordkabelns magnetfält minskar men luftledningens magnetfält ökar när höjden över jordytan ökar.
vähän sähkö- ja magneettikentille.
Kraftledningar är luftledningar med en växelspänning på 110, 220 eller 400 kilovolt. Kraftledningarna syns som stora konstruktioner i landskapet och kräver en bred korridor fri från träd och byggnader.
Kraftledningar skiljer sig bäst från lågspänningsledningar genom sina stolpar och isolatorer. Ju högre spänning, desto högre är stolpar och desto längre är isolatorer. Stolparna är alltid av stål för 400 kilovolt (kV) ledningar. För andra kraftledningar är de vanligtvis av trä, men av stål när trästolpar inte är tillräckligt hållbara, till exempel som hörnstolpar och fristående höga stolpar. Det enklaste sättet att identifiera spänningen på en kraftledning är att titta på längden på den isolerande kedjan som hänger från stolpens horisontella axel och antalet isolerande plattor i kedjan. Det finns färre än 10 plattor på en 110 kV-ledning, cirka 10 på en 220 kV-ledning och cirka 20 på en 400 kV-ledning. I distributionsnät är isolatorerna på mellanspänningsledningar lika stora som en kanna och de på lågspänningsledningar lika stora som en kaffemugg. De hänger inte från den horisontella axeln utan är fästa vid den eller stolpen.
Olika stolp- och ledarkonstruktioner används för kraftledningar. Den vanligaste typen av stolpe är den så kallade portalstolpen, som har en horisontell axel och stöds av stålkablar. Ledarna ligger på samma höjd från marken. Fristående portalstolpar utan stödkablar används på åkrar, vilket underlättar åkerarbete i närheten av stolparna. Fristående stålstolpar också används för att spara utrymme i tätorter. Dessa är ofta dubbelledningsstolpar med två strömkretsar, det vill säga sex strömledare. De tre strömledarna i samma strömkrets ligger på olika höjd från marken. När hög effekt överförs används två eller tre delledare i varje strömledare. På toppen av stolparna finns två strömlösa ledare, så kallade åskledare, som skyddar kraftledningen från blixtnedslag.
Kraftledningens ledningsområde består av ledningsgatan samt kantzonerna vid vardera sidan av ledningsgatan. Kraftledningens ägare har begränsad nyttjanderätt till ledningsområdet. Ägaren får röja ledningsgatan, begränsa byggandet i ledningsområdet och begränsa tillväxten av träd i kantzonerna. Inga uppvärmda byggnader får byggas i ledningsgatan. Typiska bredder för ledningsgatan och kantzonerna visas i figuren nedan.
Ledningsområdet består av ledningsgatan och kantzoner som ligger vid vardera sidan av ledningsgatan. Kantzonens bredd är vanligtvis 10 m. Ledningsgatans bredd är 26–30 m för en 110 kV kraftledning, 32–38 m för en 220 kV kraftledning och 36–42 m för en 400 kV kraftledning.
Understationen fördelar elöverföringen till olika ledningar och kan också omvandla spänningen mellan elnätets olika delar. På grund av de höga spänningarna kan man få på understationen en dödlig elektrisk stöt från en spänningsförande del flera meter bort. Därför är understationen omgiven av ett staket för att säkerställa att endast välutbildade och korrekt utrustade elarbetare har inträde i den. De elektriska och magnetiska fälten utanför staketet som omger understationen är inte orsakat av understationens apparater utan kraftledningar som går in understationen.
Ledningsområde: https://www.fingrid.fi/sv/grid/underhall/underhall-av-kraftledningen/ledningsomrade/
Kraftledningar genererar de högsta elektriska och magnetiska fälten av luftledningar. Det maximala elektriska fältet kan vara ca 10 000 V/m och det magnetiska fältet ca 10 mikrotesla (µT) under en 400 kV kraftledning. Fälten minskar snabbt med ökande avstånd från kraftledningen. Träd, buskar och byggnader dämpar det elektriska fältet men inte det magnetiska fältet. Det elektriska fältet tränger alltså inte in i hus på samma sätt som magnetfältet gör. På ett avstånd av cirka 100 meter från kraftledningen är magnetfältet redan lägre än det magnetfält på cirka 0,1 µT som genereras av husets elektriska ledningar och utrustning. Förutom kraftledningens spänning och strömstyrka påverkar dess ledarnas placering och fasning hur starka de elektriska och magnetiska fälten är under kraftledningen och hur snabbt de avtar när avståndet till kraftledningen ökar.
Under en 400 kV kraftledning kan det elektriska fältet ha en direkt effekt på människokroppen, vilket kan kännas som en vibration i hårstråna på huden orsakad av den elektriska laddningen på ytan. En indirekt effekt är en gnista när ett metallföremål som är isolerat från marken, t.ex. en bilkaross, vidrörs under kraftledningen. Dessutom kan vibrationer kännas när metalldelar som ett paraply eller en cykel vidrörs under kraftledningen. Dessa effekter kan vara irriterande men inte farliga. Pacemakers och andra aktiva medicinska implantat kan störas under kraftledningen. Det är därför en god idé att gå under kraftledningar nära stolpar där fälten är som lägst. Långvarig exponering för kraftledningarnas elektriska fält har inte visat sig orsaka några negativa hälsoeffekter.
Magnetfältet har inga direkta effekter på människokroppen under eller i närheten av en kraftledning. Däremot misstänks långvarig exponering för magnetfält kunna ha negativa hälsoeffekter. Dussintals befolkningsstudier har genomförts under de senaste årtiondena på människor som bor nära kraftledningar. I några av dessa studier har man funnit en liten ökning av risken för leukemi hos barn efter långvarig exponering för magnetfält med ett medelvärde på mer än 0,4 µT. Inte ens dessa studier har visat att leukemi var en följd av exponering för magnetfält. Cell- och djurstudier har inte gett några resultat som stöder denna slutsats, och man känner inte till någon mekanism som kan orsaka leukemi eller andra cancerformer och sjukdomar med ett så lågt magnetfält. Nya befolkningsstudier har inte gett någon betydande ny information om den tidigare observerade risken, så det finns fortfarande ingen säkerhet om de långvariga effekterna av magnetfält.
På grund av den vetenskapliga osäkerheten rekommenderar Strålsäkerhetscentralen att nya kraftledningar och bostadshus skulle byggas så att det långvariga genomsnittliga magnetfältet från kraftledningar inte är mer än 0,4 µT i områden där barn vistas permanent. Med tanke på osäkerheten skulle det också vara tillrådligt att undvika att placera skolor och daghem nära kraftledningar.
Elförbrukningen ökar, och därför måste man förstärka stamnätet och regionnäten genom att bygga nya kraftledningar. Man strävar efter att placera dem i gamla korridorer för att spara naturen. Vid planeringen av nya korridorer beaktas tätorter och man försöker kringgå dessa för att minimera antalet bostadsbyggnader som ligger i ledningsområdet och därmed ska lösas in.
Även under och i närheten av de största kraftledningarna finns det inga sådana elektriska och magnetiska fält för vilka exponeringen begränsas av lagstiftningen. Vad gäller fälten förhindras inte byggandet av nya kraftledningar nära bostadshus av lagstiftningen. Lagstiftningen skyddar mot fältens direkta effekter. I vissa befolkningsundersökningar finns indikationer på eventuella långvariga effekter av magnetfält på mycket lägre nivåer än vad som i lagstiftningen begränsar befolkningens exponering. Eftersom ingen säkerhet finns om de långvariga effekterna av magnetfältet rekommenderar Strålsäkerhetscentralen (STUK) att bygga nya kraftledningar så att det långvariga medelvärdet av det magnetiska fältet som orsakas av dem är högst 0,4 µT i bostadsbyggnader om det är möjligt med rimliga åtgärder.
När nya kraftledningar byggs i gamla korridorer breddas korridorerna och de nya ledningarna kommer närmare bostadshusen än de befintliga ledningarna. När elförbrukningen ökar, så ökar också ledningarnas strömmar, och närmare bostadsbyggnader utsätts för allt högre magnetfält. I praktiken kan det ibland vara mycket svårt eller till och med omöjligt att följa STUKs rekommendation med rimliga åtgärder. Eftersom det inte finns några vetenskapligt bestyrkta bevis för de långvariga effekterna av magnetfältet kan nya kraftledningar byggas utan att STUKs rekommendation följs.
Till skillnad från kraftledningar högspänningsjordkablar kan som närmast installeras på några meters avstånd från bostadshus i enlighet med STUKs rekommendationer. Magnetfältet som jordkabeln orsakar på jordytan är högst direkt ovanför kabeln och minskar åt sidan mycket snabbare än magnetfältet för kraftledning. Dessutom minskar det men kraftledningens magnetfält ökar från marken uppåt.
Det är en bra idé att utvärdera kraftledningarnas magnetfält när man planerar nya bostadshus, skolor eller daghem i närheten av kraftledningar. Även om det saknas obestridliga vetenskapliga bevis på hälsoeffekterna av kraftledningarnas magnetiska fält kan närheten till en kraftledning väcka oro. Därför skulle bostadsbyggnader placeras enligt Strålsäkerhetscentralens (STUK) rekommendation på ett sådant sätt att det långvariga medelvärdet av det magnetiska fältet som orsakas av kraftledningar inte är högre än 0,4 µT i bostadsbyggnader.
Det är inte möjligt att utgående från kraftledningens utseende avgöra hur snabbt magnetfältet minskar när avståndet ökar. Det beror på ledarnas strömmar och deras faser samt ledarnas placering på stolpar. I planeringsskedet kan det vara nödvändigt att beräkna det magnetfält som genereras av kraftledningarna i deras närhet. Beräkningen baseras på teknisk information om kraftledningarna som erhållits från kraftledningsoperatörerna. Om det råder tvivel om magnetfältet bör kommunen be STUK om ett utlåtande. Detta inkluderar en beräkning av det magnetfält som genereras av närliggande kraftledningar på planerade bostadshus.
Distributionsnätet består av luftledningar och jordkablar för mellanspänning, vanligtvis 20 000 volt (V), distributionstransformatorer och luft- och jordkablar för lågspänning, 400 V. Det elektriska fältet är mindre än 100 volt per meter (V/m) under mellanspänningsledningar och ännu mindre under lågspänningsluftkablar. Under mellanspänningsledningar är magnetfältet oftast mindre än 0,1 mikrotesla (µT) och mycket sällan närmare 1 µT. Under lågspänningsluftkablar är magnetfältet mindre än 0,1 µT.
De magnetfält som orsakas av jordkablarna i distributionsnätet är låga. Magnetfältet som orsakas av jordkabeln i distributionsnätet installerat på ett djup av mer än en halv meter är lägre än 0,5 µT på markytan. Det minskar snabbt när avståndet från kabeln ökar.
Distributionstransformatorn omvandlar distributionsnätets mellanspänning till en lågspänning på 400 V för normala elanvändare. Det finns cirka 130 000 distributionstransformatorer i Finland. På landsbygden och i glesbygden är transformatorn monterad på en stolpe, medan den i stadsområden är monterad i fönsterlösa bås av betong, tegel eller metall i parker eller längs gator. I tätbebyggda stadsområden, där det inte finns utrymme för ett transformatorbås, är distributionstransformatorn placerad i källaren eller på första våningen i byggnaden. I Finland finns ca 9 000 sådana s.k. fastighetstransformatorer, av vilka ca 2 800 uppskattas vara belägna nära, under eller bredvid bostadsrum.
Strömmarna i de lågspänningsledare som avges från distributionstransformatorer kan vara höga, vilket skapar ett relativt starkt magnetfält i närheten av ledarna. På ett avstånd av endast fem meter från ledarna reduceras dock magnetfältet till ca 0,1 µT. En stolpmonterad transformator som är placerad några meter ovanför marken kommer därför att generera ett magnetfält på ca 0,1 µT i marknivå. Magnetfältet från transformatorn monterad i båset minskar också till denna nivå på ett avstånd av ca 5 m från transformatorbåsets vägg. I praktiken kan befolkningen endast utsättas för magnetfältet från en gammal fastighetstransformator som är placerad under eller i anslutning till bostadsrummet. I detta fall kan ett betydande magnetfält endast förekomma i en del av det rum som ligger närmast transformatorn.
Magnetfält på några tiotals mikrotesla har uppmätts i bostadsrum med en gammal fastighetstransformator under, med lågspänningsskenor som löper nära transformatorrummets tak. Det finns inga kända fall där den lagliga gränsen på 200 µT har överskridits. De gamla fastighetstransformatorerna når slutet av sin livscykel och kommer att ersättas av nya transformatorer som kommer att skapa ett mycket lägre magnetfält i utrymmet ovanför eller i anslutning till dem. Lagstiftningen föreskriver en övergångsperiod för fastighetstransformatorer fram till november 2033. Senast då får det magnetfält som de genererar i bostadslokaler inte överstiga 200 µT.
Byggnadens elnät består av elcentral, propptavla och elledningar. Deras spänningar och strömmar är små, och därmed genererar de bara ett svagt elektriskt och magnetiskt fält. I vissa byggnader i tätorter kan det finnas en distributionstransformator, en så kallad fastighetstransformator, på den lägsta eller källarvåningen. I närheten av dess lågspänningsledare kan det finnas ett måttligt högt magnetfält.
I allmänhet är fälten som genereras av byggnadens elnät mycket låga i finska bostäder. Bakgrundsnivån för det elektriska fältet är cirka 10 volt per meter (V/m) och magnetfältet strax under 0,1 mikrotesla (µT). I en bostad som ligger ovanför en fastighetstransformator kan det förekomma ett magnetiskt fält på vanligtvis några µT, mycket sällan flera tiotals mikroteslan. Det förekommer endast i en del av rummet och minskar snabbt från golvet uppåt och från den maximala punkten till sidan. En stor elcentral, t.ex. elhuvudcentralen i ett våningshus, kan orsaka ett magnetiskt fält på några µT omkring sig. Det minskar dock snabbt till den vanliga bakgrundsnivån redan på ett par meters avstånd från centralen. Det magnetiska fältet som elhuvudcentralen eller propptavlan i en enskild bostad orsakar minskar redan under en meters avstånd till bakgrundsnivån.
Magnetfält kan vara högre än bakgrundsnivå på 0,1 µT även i närheten av metallkonstruktioner, om byggnaden har en gammaldags elektrisk installation. Där har använts endast fyra ledare, det vill säga en nolledare och tre fasledare, varvid all elström som kommer till huset återvänder via nolledaren och anslutna metallkonstruktioner till inmatningspunkten som vagabonderande strömmar. Sålunda alstrar dessa strömmar magnetfält i närheten av metallkonstruktioner. I modern elektrisk installation fungerar den femte ledaren som en returledare och eliminerar vagabonderande strömmar och magnetfält som genereras av dem.
[email protected]