Kompasspåverkan från HVDCkablar mellan Kriegers flak och
Svenska kusten
Kriegers flak, mindre uppdrag
Anna Karin Renström
2006-09-13
VATTENFALL POWER CONSULTANT
Dokumenttyp
Dokumentidentitet
Rev. nr.
RAPPORT
Rapportdatum
Uppdragsnummer
2006-09-13
2262900
Författare
Uppdragsnamn
Anna Karin Renström
Kriegers flak, mindre uppdrag
Beställare
Granskad av
Vattenfall Produktion
Göran Loman
Jan-Olov Sjödin
Godkänd av
Anders Gustafsson
Delgivning
Antal sidor
Antal bilagor
10
Kompasspåverkan från HVDC-kablar mellan Kriegers
flak och Svenska kusten
SAMMANFATTNING
Denna rapport beskriver hur kompassvisningen kommer att påverkas hos fatyg som passerar
de HVDC-kablar som för ström från Kriegers flak in till svenska kusten.
Först beskrivs det jordmagnetiska fältet. Därefter följer en beskrivning av hur magnetfälten
som alstras av HVDC-kablar påverkar det jordmagnetiska fältet, följt av en beräkning av hur
stor missvisningen kommer att bli vid olika typer av förläggning och förläggningsdjup.
När kablarna förläggs med ett avstånd som motsvarar djupet kommer kompassen att visa
upp mot 40° fel på grundare vatten. Vid buntad förläggning blir motsvarande missvisning
endast någon grad.
RAPPORT
1 (10)
Vattenfall Power Consultant
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1
INLEDNING .......................................................................................................... 3
1.1 Syfte............................................................................................................. 3
1.2 Bakgrund ..................................................................................................... 3
2
BESKRIVNING AV MAGNETFÄLT....................................................................... 3
2.1 Jordens magnetfält ...................................................................................... 3
2.2 Hur påverkas kompasser............................................................................. 4
3
KABELFÖRLÄGGNING ........................................................................................ 6
4
BERÄKNINGAR AV KOMPASSMISSVISNING.................................................... 7
5
SLUTSATS ......................................................................................................... 10
6
REFERENSER ................................................................................................... 10
RAPPORT
2 (10)
Vattenfall Power Consultant
1
INLEDNING
1.1
Syfte
Syftet med rapporten är att beskriva hur kompasser kommer att påverkas av HVDC-kablar
förlagda mellan den planerade vindkraftparken vid Kriegers flak och Svenska kusten.
1.2
Bakgrund
Vattenfall planerar att bygga en havsbaserad vindkraftpark på den svenska delen av Kriegers
flak. Parken planeras för en märkeffekt om 640 MW samt en märkspänning om 300 kV,
Från parken måste kraften transporteras in till Sverige. Ett av alternativen för detta är att
konvertera till likström och lägga ut likströmskablar på botten. Likströmskablar alstrar ett
magnetfält som i sin tur påverkar det jordmagnetiska fältet och i och med detta även vanliga
kompasser. För kabelförläggningen finns två alternativ. Antingen lägger man kablarna
separerade med avståndet lika med djupet, eller så lägger man kablarna i hopbuntade.
2
BESKRIVNING AV MAGNETFÄLT
2.1
Jordens magnetfält
Magnetfältet orsakas av elektriska strömmar i jordens inre. Vid jordytan liknar det fältet från
en stavmagnet i Jordens centrum. De elektriska strömmarna som orsakar magnetfältet är
konstanta under långa tidsperioder - flera tusen år - men ibland sker plötsliga förändringar
som leder till att fältet ändrar riktning och styrka. För närvarande befinner vi oss i en period
där magnetfältet är riktat in mot Jordens centrum på norra halvklotet och ut från Jordens
centrum på södra halvklotet. Vid de magnetiska polerna är fältets riktning vertikal och där är
fältstyrkan störst. Vid den magnetiska ekvatorn är fältet horisontalt och betydligt svagare.
De magnetiska polerna sammanfaller nästan med de geografiska, dvs. Jordens rotationsaxel.
Magnetfältet har alltså både en riktning och en storlek. Riktningen mäts med hjälp av två
vinklar, den magnetiska deklinationen som är vinkeln i horisontalplanet mätt från norr
österut (motsvarar kompassens naturliga missvisning) och inklinationen som är vinkeln
nedåt från horisontalplanet. I Sverige varierar deklinationen mellan
-1º och +6º (1990). Magnetfältets inklination varierar mellan 70º i söder och 78º i norr.
Fältets styrka mäts i enheten Tesla (T). Magnetfältets storlek varierar mellan 49,6 µT i söder
och 52,6 µT i norr.
RAPPORT
3 (10)
Vattenfall Power Consultant
2.2
Hur påverkas kompasser
Visningen hos en magnetisk kompass påverkas av strömmen i en HVDC-kabel. Strömmens
inverkan beror av strömmens storlek och kabelns riktning relativt de magnetiska fältlinjernas
riktning, dvs. relativt ”magnetiskt norr”.
Kablar som går i nord – sydlig riktning vrider kompassnålen åt öster eller åt väster för ett
fartyg, som passerar direkt över kabeln beroende på strömriktningen. Går kabeln i östvästlig riktning, med strömriktning från öst till väst så kommer magnetfältet från kabeln att
förstärka kompassens visning, men inte vrida den, vid motsatt strömriktning så kommer
kompassens visning att försvagas. Kompassen får däremot ingen missvisning. Detta beror på
att den horisontella komposanten från kabelns magnetfält har samma riktning som det
jordmagnetiska fältets horisontella komposant, varför den förstärker eller försvagar fältet
som ger visningen på kompasser.
Det fält från kablarna som inverkar på det jordmagnetiska fältet och påverkar kompasser,
avtar ju större avståndet till kabeln är. Det beror med andra ord på hur djupt det är där
kabeln ligger. Avståndet mellan kablarna påverkar även det hur stort fältet blir. Ju närmare
varandra kablarna är förlagda ju mer tar de respektive kablarnas fält ut varandra och
kompasspåverkan blir därmed mindre.
När ett fartyg passerar kablarna kommer först den ena kabeln att ge en missvisning åt ena
hållet och därefter ger den andra kabeln motsvarande vridning åt andra hållet. Erfarenheten
av liknande kablar i svenska vatten under femtio år säger att kompassmissvisningen inte är
något problem. Under denna tid har magnetkompasserna spelat större roll för navigeringen
än de gör idag. Numera används modernare instrument, gyrokompasser och
satellitnavigering, som är okänsliga för magnetfältet.
För att räkna ut hur stor missvisningen blir behöver man veta storleken och infallsvinkeln
för det jordmagnetiska fältet. I vattnen söder om Skåne ligger dessa värden på 49,75 μT och
70º mot horisontalplanet. Från kablarna kommer ett magnetfält som ”går runt” varje kabel.
Bg = Jordmagentiska fältet
B1 = Magnetfält från Kabel 1
B2 = Magnetfält från Kabel 2
Bres= Det resulterande magnetfältet
B2
B1
Bres
Bg
Kabel 1
Kabel 2
Fig: 1 Ett tvärsnitt genom kablarna sett från Kriegers flak visande hur
magnetfältet från kablarna samverkar med det jordmagnetiska fältet.
RAPPORT
4 (10)
Vattenfall Power Consultant
Den del av magnetfältet från kablarna som påverkar kompassvisningen är den komposant
som ligger i horisontalplanet, det ger att den största påverkningen sker rakt ovanför kabeln
där hela magnetfältet ligger i horisontalplanet. Påverkan på kompasser är även beroende av i
vilken riktning kablarna ligger eftersom magnetfältet från kablar alltid ligger vinkelrätt mot
kablarnas förläggningsriktning. Hur kompassnålen kommer att visa beror på i vilken
riktning det resulterande horisontella fältet pekar.
Kablarnas riktning för Kriegers flak är nord-sydlig, vilket innebär att kompasserna kommer
att visa fel när de passeras. I beräkningarna har antagits att betraktaren står ute på flaket och
tittar in mot land. Den kabel som ligger till vänster har strömriktning från land, och kabeln
till höger har strömriktningen in mot land. Missvisningen är även beroende på hur långt
avståndet är mellan kablarna. Skillnaderna visas i figurerna nedan
Bres
Bg
Bg = Jordmagentiska fältet
B1 = Magnetfält från Kabel 1
B2 = Magnetfält från Kabel 2
Bres= Det resulterande magnetfältet
B1
B2
Bg
Bres
B1
B2
Kabel 1
Kabel 2
Fig 2: Här visas det resulterande fältet i horisontalplanet när kablarna ligger
med ett större avstånd från varandra. Kompassvisningen (Bres) påverkas mest
av den kabel som är närmast.
RAPPORT
5 (10)
Vattenfall Power Consultant
Bg = Jordmagentiska fältet
B1 = Magnetfält från Kabel 1
B2 = Magnetfält från Kabel 2
Bres= Det resulterande magnetfältet
Bg
Bres
B1
B2
Kabel 1
Kabel 2
Fig 3: Här visas det resulterande fältet i horisontalplanet när kablarna ligger
nära varandra. Kompassvisningen (Bres) påverkas i det närmaste lika mycket av
båda kablarna.
3
KABELFÖRLÄGGNING
Vid förläggning av kablar på havs- och sjöbottnar finns det två olika sätt som det kan utföras
på. Det ena är att bunta ihop kablarna på jämna avstånd så att de alltid ligger tillsammans
med ett största avstånd av 0,1 m från varandra. Erfarenhetsmässigt lägger sig kablarna
horisontellt utan att vrida sig. En fördel med detta är att båda kablarna kan läggas samtidigt.
Den andra varianten är att lägga kablarna var för sig. Här måste man ta hänsyn till
möjligheten att ta upp, reparera och lägga tillbaka den ena kabeln utan att skada den andra.
På grund av detta lägger man kablarna med ungefär samma avstånd från varandra, som
djupet är på den aktuella platsen. Fördelen med detta är att man bara behöver lyfta en kabel
om det blir aktuellt med en reparation.
RAPPORT
6 (10)
Vattenfall Power Consultant
4
BERÄKNINGAR AV KOMPASSMISSVISNING
För att visa hur kompasser kommer att påverkas har beräkningar på det resulterande
horisontella magnetfältet gjorts. Vi har tittat på fyra fall, i samtliga beräkningar är strömmen
satt till 1067 A vilket är den ström som blir vid märkspänning 300 kV och märkeffekt 640
MW.
För området mellan Kriegers flak och den Svenska kusten ser bottenprofilen ut enligt
figuren. Djupen 30 respektive 10 m har valts utifrån denna.
Fall/Bild
Kabelriktning
Avstånd mellan Förläggningsdjup
kablarna
1
0º (nord-sydlig)
10 m
10 m
2
0º (nord-sydlig)
30 m
30 m
3
0º (nord-sydlig)
0,1 m
10 m
4
0º (nord-sydlig)
0,1 m
30 m
Bilderna visar hur kompassen påverkas på olika avstånd från kablarna sett från Kriegers
flak. Om strömriktningarna är motsatt den antagna så ändras riktningen på avvikelsen.
Kurvorna kommer att speglas i x-axeln.
RAPPORT
7 (10)
Vattenfall Power Consultant
40
30
20
Missvisning i grader
10
0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-10
-20
-30
-40
Avstånd i m där 0 ligger mitt emellan kablarna
Bild 1: Missvisning då kablarna ligger på 10 m djup och 10 m från varandra,
Den maximala missvisningen blir ca 35º, och området som berörs är ca 80m
brett.
15
10
Missvisning i grader
5
0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-5
-10
-15
Avstånd i m där 0 ligger mitt emellan kablarna
Bild 2 Missvisning då kablarna ligger på 30 m djup och 30 m från varandra.
Den maximala missvisningen blir ca 13º, och området som berörs är ca 160m
brett.
RAPPORT
8 (10)
Vattenfall Power Consultant
1,5
1
Missvisning i grader
0,5
0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-0,5
-1
-1,5
Avstånd i m där 0 ligger mitt emellan kablarna
Bild 3 Missvisning då kablarna ligger på 10 m djup och 0,1 m från varandra.
Den maximala missvisningen blir knappt 1º, och området som berörs är ca
60m brett.
0,15
0,1
Missvisning i grader
0,05
0
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
-0,05
-0,1
-0,15
Avstånd i m där 0 ligger mitt emellan kablarna
Bild 4 Missvisning då kablarna ligger på 30 m djup och 0,1 m från varandra.
Den maximala missvisningen blir 0,1º, och området som berörs är ca 80 m brett.
RAPPORT
9 (10)
Vattenfall Power Consultant
5
SLUTSATS
Kompassvisningen påverkas av det magnetfält som alstras av likströmskablar förlagda på
havsbottnen. Hur stor inverkan blir beror dels på hur djupt kablarna ligger, vilket avstånd det
är mellan kablarna, vilken ström som flyter i dem, samt i vilken riktning kablarna ligger i.
Kabelförbindelsen mellan Kriegers flak och Svenska kusten ligger i nord-sydlig riktning,
vilket ger att påverkan på kompasser blir som störst. Vid beräkningarna har vi tittat på fyra
fall, två med olika förläggningsdjup, 10 resp 30 m, samt två med olika förläggningssätt, ett
där kablarna läggs på samma avstånd från varandra som djupet är och ett där de oavsett djup
läggs tillsammans.
Kompasspåverkan blir större ju grundare kablarna ligger, men å andra sida så blir påverkan
lägre om kablarna läggs tillsammans.
Avstånd mellan Förläggningsdjup Max missvisning
kablarna
i grader
10 m
10 m
35
30 m
30 m
13
0,1 m
10 m
Knappt 1
0,1 m
30 m
0,1
6
REFERENSER
[1]
Sveriges National Atlas; Berg och Jord.
RAPPORT
10 (10)
Vattenfall Power Consultant
