Højspændingsnettet – og hvad der skete, da det brød sammen
14. august 2003 ved 16-tiden forsvandt elektriciteten i det nordøstlige USA og det sydvestlige Canada. 50 millioner mennesker stod uden strøm, og det blev klart, hvor essentiel elektricitet er i et moderne samfund. Årsagen var et sammenbrud af højspændingsnettet.
højspænding højspændingsnet master el vekselstrøm hvordan fungerer de innovation opdagelse opfindelse ledninger elektricitet til mange strømafbrydelse konsekvenser

Højspændingsmast, der bærer to sæt ledninger med 3-faset vekselstrøm. Den elektriske spænding er høj, 200.000 volt eller mere. Des højere spænding, des tyndere kan ledningerne gøres, uden at man får et uacceptabelt stort tab af energi i ledningerne. (Foto: Shutterstock)

Det er først, når der sker afbrydelser i elforsyningen, at vi bliver opmærksomme på den betydning, som højspændingsnettet har i vores dagligdag.

Strømafbrydelsen i 2003 ramte et af de tættest befolkede og teknisk mest udviklede områder i verden. Nogle steder kom elektriciteten tilbage efter seks til syv timer, andre steder varede afbrydelsen to døgn.

Næsten alle dagligdagens områder blev berørt. Lyset gik ud, computere gik ned, lufthavne lukkede, og tog holdt op med at køre. I de store byer gik trafiklysene ud, og da det blev mørkt, tændte gadelys og neonreklamer ikke.

Uden strøm går verden i stå

Trafikken gik i stå. Biografer og teatre måtte aflyse, og koncerter kunne ikke afvikles. Vandet i hanerne forsvandt, og køleskabe, toiletter og aircondition holdt op med at virke. Mennesker blev fanget i undergrundsbaner eller elevatorer.

Fabrikker gik i stå. Butikker måtte lukke, fordi kasseapparater og kreditkortsystemer gik i sort. Efter et stykke tid blev både fastnet og mobilnet overbelastet, og det blev vanskeligt at telefonere. Helt umuligt blev det, når mobilen løb tør for strøm.

På den varme sommerdag var elforbruget højt på grund af de mange airconditionanlæg. Men strømmen forsvandt ikke, fordi forbruget oversteg produktionen. Det var ikke kraftværkernes kapacitet, der kom til kort.

Det var højspændingsnettet, der svigtede. Tidligt på eftermiddagen kom en højspændingsledning i Ohio for tæt på et træ. Der sprang gnister, og et relæ koblede ledningen fra for at beskytte den.

De operatører, der skulle kompensere for fejlen, opdagede ikke, hvad det var sket.

Alt for varme ledninger blev overbelastet

Strømmen fra den afbrudte ledning løb nu gennem andre højspændingsledninger, der blev meget varme, dels på grund af sommervarmen, dels på grund af den ekstra belastning. I løbet af de næste par timer koblede flere højspændingsledninger automatisk fra, fordi de blev overbelastede.

Ved 16-tiden udløste det en kaskade af udkoblinger, dels af højspændingsledninger, dels af kraftværker, der måtte lukke for ikke at blive overbelastet.

For at forhindre udfaldet i at brede sig afbrød operatørerne forbindelserne mellem den sammenbrudte del af nettet og resten af USA og Canada. Men da var mange af de store transmissionsledninger allerede afbrudt, og 265 kraftværker lukket ned. Situationen stod ikke til at redde.

Normalt sikrer de store højspændingsnet en stabil forsyning af el. Nettet forbinder kraftværker med hinanden, så hvis et kraftværk har uheld eller skal repareres, tager andre kraftværker over.

Desuden designer man nettet, så en højspændingsforbindelse kan afbrydes uden problemer, og dens opgave overtages af andre ledninger. Normalt er afbrydelser og uheld derfor ikke et problem for brugerne.

Men sommetider går det helt galt.

Overraskende at vi bruger vekselstrøm overalt

Ser man på, hvordan elektricitet blev introduceret i sidste halvdel af 1800-tallet, er det overraskende, at vi i dag bruger vekselstrøm næsten overalt. Elektricitet blev nemlig introduceret i form af jævnstrøm, som man kendte fra batterier.

Det første større elværk åbnede i New York i 1882. Det var designet af den verdensberømte opfinder Thomas Edison (1847-1931) og leverede jævnstrøm med en spænding på 110 volt. I løbet af ganske få år bredte denne type elforsyning sig til store byer i USA og Europa.

Med 110 volt gik det fint at levere strøm til forbrugere nogle få kilometer fra elværket. Men der er altid et energitab, når der løber elektricitet i en ledning. Des længere ledning, des større tab. Ville man levere el over større afstande, blev energitabet så stort, at økonomien blev dårlig.

Jævnstrøm kunne altså distribueres i elværkets nærområde, men ikke transmitteres over lange afstande. Derfor blev de første elværker placeret i byområder, hvor der var mange forbrugere inden for strømmens begrænsede rækkevidde. Skulle en fabrik eller en mine uden for et distributionsområde bruge el, byggede man et lokalt elværk.

Jævnstrøm havde begræsninger

Begrænsningen ved jævnstrøm var kendt af datidens elingeniører. Men det var ikke oplagt, hvordan problemet kunne løses. Svaret viste sig at ligge i brugen af vekselstrøm og transformatorer, der kan transformere vekselstrømmen op til en høj spænding. Når spændingen er høj, kan elektriciteten sendes langt gennem relativt tynde ledninger, uden at energitabet bliver stort.

Des højere spænding, des mindre tab. For enden af transmissionsledningen sendes strømmen gennem endnu en transformator, der sætter spændingen ned igen. De første transformatorer blev udviklet sidst i 1880’erne.

Nogenlunde samtidig løste man det genstridige problem med at få en motor til at køre på vekselstrøm ved at bruge vekselstrøm i to eller tre ledninger, hvis 'faser' (svingninger) var forskudt i forhold til hinanden. Det betød, at hvis udfordringen med transmission over lange afstande skulle løses, skulle vekselstrømmen ideelt føres frem med to eller tre faser.

tårn tranformator strøm vekselstrøm jævnstrøm højspænding elektricitet

Dansk transformatortårn. Tårnet modtager elektricitet fra højspændingsnettet og sætter spændingen ned til i volt, før det føres ud til forbrugerne. (Foto: JEK)

Nyt system demonstrerede dens kunnen

En elegant løsning blev demonstreret i Frankfurt i 1891. I byen kunne man ikke beslutte sig til at vælge mellem jævnstrøm, 1-faset vekselstrøm eller et nyt system med 3-faset vekselstrøm, og derfor arrangerede man en stor elektroteknisk udstilling, hvor alle tre systemer kunne vises frem.

Firmaerne Oerlikon og AEG demonstrerede overbevisende, at man kan overføre energi med højspændt 3-faset vekselstrøm over store afstande. Nu kunne man i princippet udvinde energien fra et stort vandfald, lave den om til el og sende den til en by langt borte. Men der var stadig mange udfordringer.

For det første havde man allerede installeret jævnstrømsværker i store byer i Europa og USA. For det andet var det ikke oplagt, at vekselstrøm ved høje spændinger kunne gøres sikkert. Og så var der de juridiske problemer ved at føre (farlige) højspændingsledninger over arealer, som ikke var ejet af elselskabet, og de høje omkostninger ved etablering.

I USA var firmaet Westinghouse i 1886 begyndt at levere systemer, der producerede på vekselstrøm. Fire år efter havde Westinghouse leveret cirka 300 elværker.

Men Edison brød sig ikke om vekselstrøm, som han anså for at være farlig, og i en periode talte man ligefrem om krigen mellem de to systemer: Jævnstrøm versus vekselstrøm. Hvem ville erobre markedet?

højspænding højspændingsnet master el vekselstrøm hvordan fungerer de innovation opdagelse opfindelse ledninger elektricitet til mange strømafbrydelse konsekvenser

Den legendariske opfinder Nikola Tesla (1856-1943) arbejdede også med højspænding. I et midlertidigt laboratorium i Colorado Springs eksperimenterede han med at lave kæmpestore gnister. Billedet er fra 1899 og er en trickoptagelse (dobbelteksponering). I virkeligheden var det livsfarligt at sidde så tæt på de store transformatorer, som Tesla tilsyneladende gør. (Foto: Wellcome Library, London)

Drøm: At bruge energi fra Niagara Falls

Krigen blev aflyst i 1896. Drømmen om at udnytte energien fra vandfaldet Niagara Falls spøgte i manges hoveder, og i 1880’erne blev der fremsat forslag om at bygge 238 vandhjul eller transportere energien til Chicago gennem ledninger med trykluft.

Løsningen blev et helt andet system, der byggede på elektricitet, som blev produceret af generatorer fra Westinghouse og fordelt som vekselstrøm, men ude ved forbrugerne blev en del lavet om til jævnstrøm.

I en lang periode derefter levede de to systemer, jævnstrøm og vekselstrøm, side om side. Før 1. Verdenskrig var Berlin førende på elområdet og blev omtalt som Europas 'Elektropolis'. Allerede i 1884 byggede man dér det første elværk efter Edisons system. Fem år efter hævede man spændingen til 220 volt: En standard, som efterhånden bredte sig til hele Europa.

I 1896 byggede man et stort vekselstrømsværk ved floden Oberspree og sendte herfra strømmen ved 6.000 volt ind til fordelingspunkter i Berlin, hvor den blev lavet om til jævnstrøm.

På den måde blev Berlin et forbillede for en elforsyning, der kombinerede de to systemer. I 1915 havde byen et system med flere større kraftværker, der var forbundet med ledninger ved 30.000 volt og transformatorstationer og ensretterstationer rundt om i byen.

Elektricitet var i hård konkurrence

Udbredelsen af el til gadelys, fabrikker, kontorer, private huse og sporvognsdrift og senere til landområder og landbrug skete i hård konkurrence med andre teknologier som gasbelysning, gasmotorer, hestegange og dampmaskiner. Og så godt som alle steder var elektrificering omgivet af kraftige politiske diskussioner om ejerskab, sikkerhed, priser og rettigheder.

Men elektrificeringen blev hjulpet på vej af sit moderne image. Både hos eliten og den brede befolkning blev den symbol på noget nyt, der var hævet over fortidens sociale privilegier og klassemodsætninger. Elektricitet blev associeret med økonomisk udvikling, forbedret hygiejne og sociale fremskridt.

Elselskaberne gjorde, hvad de kunne for at spille på disse følelser, og demonstrerede elektriciteten på kæmpestore udstillinger – ofte med gratis adgang og store løfter: Forskellen mellem dag og nat kunne ophæves, hårdt manuelt arbejde afskaffes, uddannelser forbedres, og sygdomme kureres.

Enkelte gik så vidt som til at hævde, at bedre belysning i hjemmene ville føre til mere harmoni i familien og afskaffelse af skilsmisser.

Samtidig markedsførte elselskaberne nye gadgets, som kunne friste folk til at investere i en elektrisk installation eller forøge deres elforbrug: Elkedler, elovne, elstrygejern, støvsugere, elkomfurer, køleskabe og røremaskiner.

Og for industri og landbrug: Små motorer, store motorer, bedre motorregulering, bedre beskyttelse mod overbelastning, værktøj og maskiner med indbyggede motorer samt større forsyningssikkerhed og lavere priser.

højspænding højspændingsnet master el vekselstrøm hvordan fungerer de innovation opdagelse opfindelse ledninger elektricitet til mange strømafbrydelse konsekvenser

Plakat for en stor international udstilling om elektricitet i Marseille i Frankrig, 1908. Omkring år 1900 blev elektriske systemer markedsført som symbol på fremskridt, hygiejne og social harmoni. Mediet var store, prestigefyldte udstillinger, som skulle vise, hvor moderne værtsbyen var. (Illustration: David Dellepiane)

Udbredelsen af elektricitet tog lang tid

Alt i alt gik det dog ikke så hurtigt. I den elektriske foregangsby Berlin havde kun seks procent af husstandene installeret el i 1915, og langt størstedelen af elektriciteten blev brugt til at trække de nye sporvogne.

Midt i 1920’erne var omkring halvdelen af husstandene tilsluttet, og lige før 1920’ernes økonomiske kriser var forbruget per indbygger 200 kWh, hvilket svarer til 3-4 procent af en moderne tyskers gennemsnitsforbrug.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde. Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

I Danmark gik det endnu mere trægt. I 1920’ernes København lå forbruget per indbygger langt under det halve af Berlins. I 1940, ved 2. Verdenskrigs begyndelse, havde tæt på alle husstande i de store byer el, mens det i landdistrikterne kun var cirka 75 procent.

Elforbruget steg langsomt, og i 1940 nåede det årlige gennemsnitsforbrug per indbygger op på 200 kWh, samme niveau som nogle af Europas mindst udviklede lande som Portugal og Spanien.

Først i 1950’erne brød brugen af el i hjemmene igennem for alvor. Samtidig blev der bygget en række store kraftværker, som blev koblet sammen i ét højspændingsnet, der dækkede Jylland-Fyn, og et andet på Sjælland. I 1960’erne blev de sidste lokale jævnstrømsværker lukket.

Højspændingsnettet havde sejret.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.