Strøm, spænding og energi
Først en introduktion til elektrisk energi: Det nødvendigt at forstå energi. Energi er tæt koblet til alt hvad vi gør i dagligdagen. Når man gasser op for bilen, skruer op for varmen eller aircondition, så manipulerer man med energi.
Energi er udtrykt i Joule.
Hvis man samler en håndvægt på 1 kg op fra gulvet, har man udført et arbejde på ca 10 Joule.
Hvis man udfører bevægelsen på et sekund, har man udført et arbejde med en effekt på 10 Watt.
Så 1 Watt er 1 Joule på 1 sekund.
10 kW (kilowatt) er 10.000 J på 1 sekund.
En god analogi for elektrisk energi er vand der strømmer igennem en haveslange. Strømmen (Ampere) er det vand der løber igennem slangen og spændingen (Volt) er trykket på vandet.
Jo mere tryk og jo større strøm, jo mere energi.
Tryk gange strøm (Ampere x Volt) giver den effekt der er til rådighed. Højt tryk (høj spænding) og meget vand (stor strøm) give god mulighed for at få spulet haven igennem. Der er høj effekt. I den forbindelse er det værd at bemærke at betegnelsen kW er hvor meget energi der kommer flydende igennem slangen (energi pr sekund) og kWh (kiloWatt time) er betegnelsen for hvor meget energi man har hældt i spanden. En ledning med 10 kW der bliver brugt til at fylde et batteri i en time, vil have fyldt 10 kWh i batteriet.
Populært sagt er der lagt 3 slanger ind i et moderne hjem. Hver af disse ledninger kaldes en fase. Når man taler om, at der er 5 ledere, så er det fordi der er en ledning hvor strømmen skal ud af huset igen, da man ikke bare kan hælde strøm ud på gulvet. Det skal sendes tilbage til hvor det kom fra. Kraftværket eller solcellerne. Denne leder kaldes 0 (nul).
Den sidste leder er en beskyttelse som er vigtig for at lede spænding bort fra defekt udstyr. Den er også kendt som jordforbindelse – eller bare jord.
Der er altså 5 ledere: De 3 faser til indgående strøm, en 0-leder til udgående strøm og en jordforbindelse til sikkerhed.
I et moderne hus er der en begrænsning på hvor meget strøm man kan trække ind. Det er for at beskytte ledningerne så de ikke går i stykker. Den normale grænse er 34A (Ampere – et mål for strømstyrke). Dvs at der er 3 faser á 32A (lidt mindre end 34A for ikke at sprænge sikringen) er til rådighed for husets hoved tavle (dette kan også være 3 x 25A alt efter installationen).
De forskellige stikudtag.
Fra husets hovedtavle fordeles strømmen ud til de forskellige stik i huset.
For at være sikker på at man ikke sætter udstyr sammen der bruger (eller trækker) for meget strøm fra et udtag, er de forskellige stik udtag ”kodet” på forskellig måde. Denne kodning er foretaget ved en fysisk udformning og placering af huller og pinde i stikkene. Udstyr der bruger meget strøm har tykke pinde så det ikke bare lige kan sættes ind i et lille strømstik.
Almindelige stik som sidder i stuevæggen, kan klare ca 10A/230V som maksimum. Det anbefales ikke at bruge 10A hele tiden, men det er maksimum som den kan klare. På nye installationer med jord, kan man trække 13A.
Det er 1 fase og en 0 ledning. I moderne huse skal der også være en jordforbindelse. Dvs 3 huller i stikket.
Den maksimale effekt der kan trækkes er 10A x 230 V = 2300 W eller 2,3 kW.
Det er dette stik som kan bruges sammen med mormorladeren man får sammen med bilen.
Igen begrænser man normalt strømmen for ikke at brænde et stik af. En mormorlader vil i mange tilfælde trække 8A, så man kan maksimalt få 8A x 230 V = 1840 W eller 1,84 kW leveret. Så for at lade en f.eks. en Hyundai Ioniq fra 0 til 100% vil det tage 28 kWh/1,84 kw = 15,2 h (timer) eller 15 timer og 12 minutter.
Man har en installation der kan levere 1,84 kW. På en time kan den så levere 1.84 kWh. Dvs at man skal bruge 15,2 af sådan nogle pytter for at få hele batteriet på 28 kWh ladet op.
Selv om det ikke lyder af meget så er det noget man skal have respekt for. Vi har et stik i vores hus der er brændt sammen fordi en støvsuger ikke var blevet sat ordentligt i stikkontakten.
Så selv et simpelt 1 kW husholdningsredskab kan skabe brand hvis man ikke sikres sig at alt er forbundet ordentligt.
Det næste skridt er det blå kraftstik. Her må man trække op til 16A ved 230V. Stikket ligner et almindeligt stuestik, men kikker man efter er det hele betydeligt kraftigere. Pindene i hanstikket er meget tykkere og selve ledningen vil også være tykkere.
Blå CEE 16A 1 faset industristik.
Det sikrer at man ikke kan tage et krævende el-udstyr som en højtrykrenser og koble til et almindeligt stik udtag. De passer ikke sammen.
På sådan et stik kan man trække 16A x 230 V = 3680 W eller 3,86 kW. Normalt vil en portabel lader på sådan et stik trække lidt mindre end de 16A så man får reelt 3,3 kW. Nu kan man så lade sin Ioniq på 28 kWh/3,3 kW = 8,48 timer eller 8 timer og 29 min.
Det blå CEE-stik kaldes også for et campingstik. Det er den type forbindelse mange lystbåde, campingvogne mv. bruger.
Der findes rigtig mange steder hvor man kan oplade sin elbil via et blåt CEE-stik.
Nu begynder det at blive sjovt. Vi skal i gang med at bruge alle 3 faser.
Nu kommer der energi igennem. Det her kaldes kraft, og med god grund.
Man får cirka 3 gange så meget ud af 3 faser. Når jeg skriver cirka 3 gange, så er det fordi der er nogle tekniske mellemregninger som gør at det bliver en lille smule mere. Jeg har valgt at springe disse teknikaliteter over, da det ikke er nødvendigt for forståelsen.
Det første kraftstik er det røde 16A CEE-stik. Det har 5 pinde, 3 faser, en 0 og en jordforbindelse. I dette stik kan man trække 3 x 16 A x 230 V som giver 11 kW.
Rød CEE 16A 3 faset industristik.
Læg mærke til de 5 ledere. 3 faser, 0 leding og beskyttelses jord.
Det sidste stik der kan være relevant for almindelige hjem, er det røde 32A CEE stik. Det er en del større end det røde 16A CEE stik og lederne er noget kraftigere. Her kan man trække 3 x 32 A x 230 V som giver 22 kW.
Rødt CEE 32A 3 faset industristik.
Umiddelbart ligner CEE 5P 16A og CEE 5P 32A hinanden, men hvis man ser stikket i virkeligheden, så vil man ikke være i tvivl. 32A er noget større. Den kvikke læser vil bemærke at man ikke vil have strøm til overs til resten af huset når man bruger 32A på alle faser. Det er helt korrekt observeret. Derfor skal man enten have opgraderet sin forsyning til huset eller sørge for at bruge lidt mindre end de 32A når man lader sin bil.
Man kan købe omformere der kan forbinde et rødt 16A 3 faset CEE til et blåt enfaset 16A stik. Altid nedad så man er sikker på at man ikke kan trække for meget ud af forbindelsen. ALDRIG den anden vej. Selv et 32A CEE til schuko (almindeligt stik (tysk udformning)) er ok. ALTID nedad. (med mindre man har helt styr på hvad man gør).
32A Rød CEE til 16A Rød CEE ok
16A Rød CEE til blå CEE 16A ok
Blå 16A CEE til alm Schuko ok
Det er de stik adaptere der er praktiske af have med sig til en mormorlader (og så måske en forlængerledning).
Husk at rulle forlængerledningen HELT ud, da en kabelrulle vil være en spole der brænder sammen, hvis man trækker meget strøm igennem den.
Det er sket, jeg har selv prøvet det engang for længe siden.
Da sikringerne sprang og vi fik kikket på kabelrullen, var gummiisoleringen smeltet og kabellederne kortsluttet.
En alternativ konfiguration er:
32A CEE til Schuko
16A CEE til Schuko
16A blå til Schuko
Så kan man altid få strøm til sin mormor lader.
En generel tommelfingerregel er at man forbinder fra stik til udstyr.
Det vil sige at man forbinder sin adapter til et udvendigt CEE-stik (rødt eller blåt).
Så tilslutter man forlænger ledningen.
Man forbinder sin mormor lader til forlængerledningen.
Og til sidste sætter man type 2 stikke i bilen.
Hvorfor så en ladeboks?
Der er to grunde til at have en ladeboks.
Den ene er kommerciel, den anden er teknisk.
Den tekniske grund er det kan være svært at styre store strømstyrker for ikke kyndige. Man skal have styr på hvordan man forbinder udstyr, i hvilken rækkefølge.
Hvis man forestillede sig, at man blot satte et rødt 32A CEE-stik til sin bil (med strøm på) så ville det kunne gå gruelige galt. Så processen skal styres på en forsvarlig måde.
Det er det ladeboksen sørger for.
En anden vigtig funktion er at det er stor forskel på hvad en given bil kan forsynes med og det ville være meget upraktisk om en bil der kan lade med 32A kun kan bruges på en 32A installation. Den vil simpelthen trække for meget strøm til at kunne forbindes til en 16A tilslutning.
Ladeboksen bliver indstillet til hvor meget huset kan forsyne boksen med og så sørger boksen for at aftale med bilen hvad den må trække.
Det foregår (forsimplet) på denne måde:
Boks mærker at en bil bliver tilsluttet.
Bil mærker at en boks er tilsluttet.
Boks låser forbindelse (stik sidder fast) og giver bilen besked om at låse.
Bilen låser og meddeler at nu er stikket låst.
Boksen sender et signal der viser hvor meget strøm der er til rådighed.
Bilen siger ok, det er forstået.
Boksen tænder for strømmen.
På denne måde er man sikker på at man ikke uforvarende tilslutter en boks og bil mens der er strøm på og at bilen ikke trækker for meget strøm.
Den kommercielle del er at boksen giver mulighed for at styre, måle og rapportere til en udbyder så man kan lave en afregnings model for levering af strøm. Det kan f.eks. være de flat-rate strøm abonnementer som tilbydes af nogle udbydere.
Så det er vigtigt, at man får en ladeboks som er fast installeret når man anskaffer sige en elbil.
Der er mange forskellige, men basalt set gør de det samme.
Alt det om W, kW og kWh.
Dette afsnit er for at uddybe sammenhængen mellem Watt, kilo Watt og kilo Watt timer (hour).
Det er afsnit er ikke væsentligt for at forstå hvordan man lader en bil, men er for at forklare sammenhængen mellem effekt og energi.
Det simple først. Kilo betyder blot 1000. Så 1k er 1000.
Energi måles i Joule. 1 Joule er defineret 1 newton x 1 meter. Det er de samme Joule der står bag på mælkekartonen. Man kan også udtrykke 1 Joule som 1 Watt i et sekund.
Det er her det bliver interessant.
Hvis man har 10kW og hælder det på et batteri i 1 sekund så har man fyldt 10.000 Joule på batteriet.
Nu kommer der en snedig sammenhæng.
10kW i en time er, 10kW x 60 x 60 sekunder. Det vil sige at man får hældt 10.000 x 3600 Joule på sit batteri pr time (det er det samme som 36.000.000 Joule, eller 36MJ). Det er bare ikke praktisk at gå og huske på. Det er meget nemmere at tænke på, at jeg kan bruge 10kW i en time. Så i stedet for at gå og regne om mellem Watt og Joule, så laver man en ny enhed der bliver betegnet kWh. 1 kWh svare til 360.000 Joule eller 360kJ. Eller 1kW i en time (1kWh). Eller 2 kW i en halv time (stadigvæk 1kWh). Det er bare nemmere at omsætte kW til kWh i stedet for Joule.
Hvis man har et 28kWh batteri og man køre med lav effekt på 10kW så kan man køre i 2,8 time (det samme som 2 timer og 48 minutter).
Hvis man kører hurtigt med en høj effekt på 20kW så kan man køre i 1,4 time (1 time og 24 minutter).
Sikkerhed frem for alt.
Når man lader en elbil bruger man store kræfter. Det er derfor vigtigt at man får fagfolk til at lave de installationer der er nødvendige.
Lad være med at bruge defekt udstyr og hold ledninger og stik i god orden. Når det bliver slidt så få det skiftet.
Når det er sagt, så er det meget sikkert at omgås elektriske apparater og køretøjer.