Redigerer Vannkraftverk (avsnitt)

=== Vannveien ===
[[File:Main Arrangement Hydroelectric Power Station.jpg|thumb|To hovedtyper av arrangement for et vannkraftverk av magasintypen. Den øverste skissen viser den alpine typen, med hovedkomponenter : A – reguleringsdam, B – demning, C – overføringstunnel, D – inntaksdam (også reguleringsdam), E – lukehus, F – trykksjakt ned til kraftstasjon og G – kraftstasjonen. Nederste skisse viser arrangement av den “svenske typen” med hovedkomponentene: A – inntaksdam (også reguleringsdam), B – vertikal trykksjakt til kraftstasjonen, C – svingkammer og G - utløpstunnel.]]

''Vannveien'' er strekningen der vannet blir transportert i forbindelse med et eller flere kraftverk fra inntaksdam til avløpet. Ofte kan det være flere reguleringsdammer og inntaksdammer tilhørende samme kraftverk eller et kompleks av kraftverk. Lengde og dimensjoner av vannveien kan være høyst forskjellig og det første bildet i artikkelen viser et elvekraftverk med meget kort avstand mellom inntak og kraftverk. Fallhøyden er ikke stor og slike anlegg kalles gjerne for ''lavtrykksanlegg''.

I figuren til høyre er vannveien derimot mye lengre og fallhøyden er også stor. I den øverste skissen er det vist et arrangement som ofte kalles ''den alpine typen'', og dette anlegget kjennetegnes med en lang nesten horisontal vanntunnel med overgang til trykksjakten. Trykksjakten begynner der fjellet er bratt og dermed blir også trykksjakten kortest mulig. Det er fordelaktig fordi dette er en mer kostbar del enn tilløpstunnelen. Tilløpstunnelen transporterer vannet med lite trykk og har stort tverrsnitt, mens trykksjakten derimot får stadig økende trykk og fjellet må være tett. Om berggrunnen er dårlig må trykksjakten bygges med ett eller flere stålrør i tunnelen, eller stålrøret støpes inn i tunnelen.

I den nedre skissen er det vist et arrangement av den ''svenske typen''. Her er avstanden mellom inntaksdammen og undervannet stort samtidig som fjellet ikke noe sted er spesielt bratt. Her lar en trykksjakten være nært inntaksdammen og vertikalt fallende, dermed blir avløpstunnelen lang.

==== Historisk utvikling av arrangement ====
[[File:Development of water tunnels.jpg|thumb|Historisk utvikling av arrangementer for kraftverk i Norge. Øverst viser et typisk arrangement som var vanlig opptil 1950, den midterste skissen viser typisk arrangement i årene rundt 1950-1970 og den nederste skissen viser skrå trykksjakt helt fra inntaksdam som ble vanlig fra 1970 og fremover. I skissene betyr bokstavene: A- inntaksdam, B – lukehus, C – tilløpstunnel, D – svingkammer (som tårn bygget i dagen og som kammer inne i fjellet), E – rør eller trykksjakt, F – kraftstasjon, G – Utløpstunnel og H – utløp i innsjø eller hav.]]

Skissen til høyre viser hvordan arrangementet for tilløpstunneler og trykksjakter har utviklet seg i Norge. Avgjørende har vært utviklingen av teknikker for tunneldrivning og hva en kan tillate seg av vanntrykk i en råsprengt tunnel.<ref name="JE62">[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 62.]]</ref> Den øverste figuren viser et typisk arrangement som var vanlig opp til 1950. Kjennetegnet ved denne typen kraftverk er en rørgate med ett eller flere stålrør nedover fjellsiden. Ved overgangen fra tilløpstunnel til rørgaten er det et ''fordelingsmagasin'' (eller svingkammer), her fordeler vannet fra tilløpstunnelen seg til rørene. Slike rør langs fjellsiden kalles gjerne ''turbinrør''. Optimaliseringen av anlegget var gjort slik at lengden av den billige tilløpstunnelen gjøres lengst mulig, mens den kostbare rørgaten må være kortest mulig. For mindre anlegg var turbinrør av impregnerte treplanker med båndjern rundt vanlig, og enda i dag finnes det slike anlegg.<ref name="JE62" /><ref>[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 35-37.]]</ref>

Selv om rørgate i dagen var vanligst før 1950, var det noen steder hvor terrenget var så bratt, rasutsatt og vanskelig tilgjengelig at man valgte å legge rørene i sjakter i fjellet. [[Svelgfoss kraftverk]] (oppført 1905-1907) og [[Såheim kraftverk|Såheim]] (oppført 1914-1916) er tidlige eksempel på kraftverk der den frittliggende rørgaten er lagt i tunnel i fjellet bak stasjonene.<ref>[[#KINK|Lars Thune m.fl.: ''Kulturminner i norsk kraftproduksjon – en evaluering av bevaringsverdige kraftverk (KINK)'' side 187.]]</ref> På grunn av stålmangel under og like etter [[1. verdenskrig]], ble det i Norge eksperimentert med råsprengte (uforete) trykksjakter. [[Herlandsfoss kraftverk]] (oppført 1916-1919) var det første kraftverket i Norge med råsprengt trykksjakt og trykktunnel. Forsøket med trykksjakt ved [[Skar kraftverk]] (oppstartsår 1920) feilet totalt på grunn av lekkasje. Råsprengte trykksjakter ble også bygget ved [[Toklev kraftverk]] og [[Svelgen I kraftverk]], begge med oppstartsår 1921. Trykksjakten ved Svelgen var på 152 meter og verdens lengste fram til [[Tafjord 3 kraftverk]] startet produksjonen i 1958 med en 286 meter råsprengt trykksjakt.<ref>{{Cite journal  | title = ''Development of Unlined Pressure Shafts and Tunnels in Norway'' i Underground Space  | publisher = Pergamon Press Ltd  | date = 1984  | url = http://www.rockmass.no/filer/Broch_Development_unlined.pdf  | format = PDF  | isbn =   | accessdate = 12. august 2015  | archivedate = 2015-11-17  | archiveurl = https://web.archive.org/web/20151117024258/http://www.rockmass.no/filer/Broch_Development_unlined.pdf  }}</ref>

Mellom 1950 og 1960 ble det vanlig å legge både kraftstasjon og hele vannveien i fjellet, se midtre figur i skissen. Trykksjakten kunne gjerne være utført som en stålforet tunnel. Det vi si at mellomrommet mellom den råsprengte tunnelen og stålrøret fylles med betong. Eksempler på slike kraftverk i Norge er [[Mår kraftverk|Mår]], [[Tyin kraftverk|Tyin]] og [[Aura kraftverk|Aura]]. En fordel med dette er at når kostnadene for sprengte tunneler gikk ned ble arrangementet billigere når en slipper en lang rørgate.<ref>[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 33.]]</ref> Optimalt fall for trykksjakten er 45° og innstøpingen av stålforingen gjøres for å overføre trykkreftene fra røret til fjellet, noe som igjen kan gjøre ståltykkelsen mindre og redusere kostnadene. Fra 1960 ble det vanlig å sløyfe stålforingen i tilfeller der fjellet er godt nok.<ref name="VN36">[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 36.]]</ref>

Rundt 1975 fant en ut at det var unødvendig å redusere lengden av selve trykksjakten når denne også kan lages uten stålforing i råsprengt fjell, dermed kunne hele tunnelen fra inntaksdam til kraftverk være en sammenhengende trykksjakt. Svingkammeret må fremdeles være med, og med dette arrangementet bygges det inn i fjellet noe før kraftverket, se nedre figur i skissen.<ref name="VN36" /> Av verdens rundt 400 undergrunns kraftstasjoner ligger over 200 i Norge.<ref>[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 38.]]</ref>

==== Inntaket ====
[[File:Intake from reservoir.jpg|thumb|Detalj av inntaket der bokstavene betyr: A – grop som samler opp stein som vil falle ned når den siste dynamittsalven sprenger hull ut av innsjøens bunn, B – vanntunnel, C – Sjakt med luke for å stenge vanntilførselen til trykksjakten og D – lukehus med utrustning for stenging og lukking av luken. Gropen A, må være stor nok til å unngå innsnevring av innløpets tverrsnitt. Om dette arrangementet gjøres i en senkedam vil en aldri mer komme inn i inntaket uten bruk av [[Dykking|froskemann]].]]

Inntaket er vannets innløp til vannveien fra en inntaksdam etablert i en elv, et vann eller en helt ny kunstig innsjø. Dette gjøres strømlinjeformet for at vannet skal strømme med minst mulig turbulens slik at trykktap unngås. Inntaket må dessuten lages uten skarpe kanter eller fremspring for at det ikke skal oppstå strømvirvler. Strømvirvler kan nemlig føre til at luft suges med vannstrømmen, denne vil komprimeres nedover i trykksjakten. I turbinene vil luften ekspandere hurtig, dette skaper uheldige vannstrømninger som er ugunstige for turbinene. Innløpet er ofte formet som tuten på en trompet, for å være strømlinjeformet.<ref name="JE66">[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 66.]]</ref>

Inntaket kan være en del av demmingen eller en betongkonstruksjon over LRV. Om inntaksdammen er av typen senkedam, må nødvendigvis inntaket være under LRV, dette er vist i figuren over til høyre. I slike tilfeller drives tunnelen frem til en bare står noen få meter under bunnen i innsjøen. Når den siste salven sprenges fås tunnelgjennomslag under vann. Steinen som farer ut med sprengningen vil delvis fare opp og legge seg på bunnen av innsjøen, men det meste vil legge seg i trykksjakten som en steinrøys. For at ikke denne haugen av stein skal innsnevre inntaket lages det en stor grop som steinen skal falle ned i, denne er merket A i figuren.

Lukehuset, merket D i figuren, er et teknisk bygg som står over en sjakt, merket C, som går helt ned til vanntunnelen. I dette huset manøvreres luken som stenget eller åpner vanntilførselen.

==== Varegrind ====
Rett innenfor inntaket er det montert en ''varegrind''. Varegrinden består av solide vertikalt eller skråstilt flatstål, og skal forhindre at greiner, løv og annet rusk kommer inn i turbinene. Lysåpningen mellom disse stålstavene kan være alt fra 30&nbsp;mm for ''finvaregrinder'' til 200&nbsp;mm for ''grovvaregrinder''. Hvor stor avstand som kan tillates vil avhenge av turbintypen. Grindene rengjøres enten manuelt med en rive eller med en automatisk ''grindrensker''.<ref>[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 68.]]</ref>

==== Sandfanget ====
Stein, grus og sand vil følge med i vannstrømmen inn i tunnelen og er skadelige for turbinen. Den aller første delen av inntaket før trykksjakten er vannrett og dermed er det mulig å lage en dyp renne på tvers der stein og sand kan fanges opp, dette kalles ''sandfang''.

==== Rørbruddsventilen ====
''Rørbruddsventilen'' skal som navnet sier stenge av vanntilførselen til om et turbinrør springer lekk. Dette brukes altså bare i tilfeller med rør i dagen eller nedgravd i bakken. Selv om dette ikke lenger er vanlig for store kraftverk, har [[småkraftverk]] svært ofte ett eller flere slike rør. Skulle et rør med høyt trykk springe lekk vil skadene kunne bli store og automatisk avstengning kommer da godt med. Rørbruddsventilen består hovedsakelig av en ''spjeldventil'', altså et spjeld som kan svinges 45° rundt akslingen som går gjennom det. Spjeldets aksling kommer ut av røret som en tapp og det er ofte satt på et stort lodd som motvekt. Dermed kan spjeldet beveges uavhengig av hydraulikk og andre systemer som kan svikte. Om et rørbrudd skulle oppstå vil vannets hastighet komme langt over normal hastighet, dette blir detektert av en ''flyndre'' (plate) som står inne i vannstrømmen. Denne flyndren er anbrakt på en aksel, og ved vridning av denne akslingen på grunn av stor kraft ved unormalt høy vannhastighet utløses lukkemekanismen.

På moderne store kraftverk er det ikke noen rørbruddsventil om en har trykksjakt. Derimot er det ofte en luke eller annen stengemekanisme for å stenge inntaket, for eksempel ved revisjon.

==== Tilløpstunnel og trykksjakt ====
[[File:Atlas Copco Jarva hard rock TBM.jpg|thumb|Atlas Copco – Jarva TBM er en maskin for boring av tunneler blant annet i forbindelse med vanntunneler. På norsk kalles dette et [[fullprofilbor]] eller TBM. En fordel med denne typen maskin er de glatte veggene i tunnelen.]]

Vannveien kan bestå av kanaler, tunneler, sjakter eller rør laget av stål, glassfiber og plast. Valgene avhenger av anleggets størrelse og stedlige forhold. Ofte velges råsprengte tunneler der fjellet er stabilt, alternativt utstøpte tunneler om fjellet er av dårligere kvalitet. Typisk vil råsprengte tunneler ha store tverrsnitt slik at vannhastigheten kan gjøres liten. Nesten alltid er disse helt fylt av vann, men det finnes også såkalte ''frispeiltunneler'' der vannet ikke fyller hele tverrsnittet. Disse forekommer i noen få tilfeller der kraftverket har tilløptunnel, dessuten er disse vanlige for avløpstunnelen fra kraftverket.<ref name="JE65">[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 65.]]</ref> En del kraftverk i Norge har vanntunneler laget med [[fullprofilbor]], også kalt TBM. Dette er en stor maskin som borer ut hele tunneltverrsnittet under ett og etterlater seg en tunnel med nesten helt glatte flater. Fullprofilboring ble brukt under byggingen av [[Svartisen kraftverk]].<ref name="VH53">[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 53.]]</ref><ref name="CVS32">[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 32.]]</ref>

==== Inntakskonus ====
Overgangspartiet fra tilløpstunnel til trykksjakt eller frittliggende rør må ikke ha skarpe kanter, derfor setter en inn en såkalt ''inntakskonus''. Inntakskonus settes også inn der trykksjakt eller rør starter direkte ut av inntaksdammen. Som navnet sier er den formet som en konus (til forveksling lik tuten på en trompet). Den er laget i stål og blir støpt inn i betong. Videre er den sirkulær i hele retningen, eller den er rektangulær i fronten og har overgang til sirkulært tverrsnitt rett før røret starter.

==== Frittliggende rør ====
[[Fil:Walchenseekraftwerk-bjs-1.jpg|thumb|Frittliggende trykkrør for [[Walchensee vannkraftverk]] i Bayern i Tyskland. Typisk er det ett rør per turbin og tidligere ble slike rør kalt turbinrør. Legg merke til bygningen der rørene starter. Dette er fordelingsbassenget ved overgangen mellom overføringstunnel og trykkrør. Legg også merke til den solide forankringsklossen noe over midten av rørlengden. Denne skal ta opp krefter der rørene gjør en retningsendring. {{Byline|Bernhard J. Scheuvens}}]]

Rør brukes i dag mest for småkraftverk, men var tidligere enerådende for alle kraftverk.<ref name="JE66" /> Rørmaterialer som har vært i bruk er stål, duktilt støpejern og stålbandasjerte impregnerte trestaver. Det innvendige trykket må tas hensyn til ved dimensjonering av røret og valg av materiale. Spesielt når kraftverket reduserer pådraget og vannet skal bremses ned oppstår det dynamisk trykk som kan bli stort, 110-120 % av det statiske trykket er typisk. Et annet fenomen er innvendig undertrykk som kan oppstå om ventilen ved rørets begynnelse stenges samtid som kraftverket er i drift. Atmosfærens trykk kan da klemme røret sammen og ødelegge det.<ref>[[#DK|Lars Thune m.fl.: ''Kulturminner i norsk kraftproduksjon'', side 88.]]</ref> Dette er noe som kan skje enten med teknisk feil eller dårlige rutiner, og egne ventiler (''vakuumventil'') som slipper inn luft kan forhindre slike fatale hendelser. Røret kan også dimensjoneres for å tåle dette.<ref>[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 103.]]</ref>

Duktilt støpejern ble tatt i bruk i Norge mot slutten av 1960-årene. Utover i 1970-årene oppstod interesse for småkraftverk, og da ble glassfiberarmert polyester tatt i bruk. Disse er også kjent som GUP-rør, og kan typisk brukes for trykk opp til 3,2 Mpa<ref>[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 95.<!--Endring fra 2 Mpa til 3,2 Mpa satt inn av anonym bidragsyter. IP 195.204.12.130. Høres plausibelt ut og lar derfor dette stå.-->]]</ref> (320 m vannsøyle). Duktilt støpejern er også mye anvendt for småkraftverk. Begge rørtypene har muffer med pakninger og glatt rørspiss slik at monteringen forenkles.<ref>[[#DK|Lars Thune m.fl.: ''Kulturminner i norsk kraftproduksjon'', side 89-91.]]</ref>

Trykkrefter som virker på røret bestemmer tykkelsen av godset. Denne formelen brukes til å regne ut nødvendig godstykkelse:

<math>S = {p \cdot d \over 2 \cdot \sigma_t }</math>

der:
: s = godstykkelsen for røret [m]
: p = innvendig trykk (både statisk trykk og dynamisk trykk) [Pa]
: d = innvendig diameter [m]
: <math>\sigma_t</math> = tillat spenning i materialet til røret [Pa]

Tillatt spenning i røret blir vanligvis satt slik at en får en sikringsfaktor på 2,5 av den garanterte minste flytgrensen (<math>\sigma_t</math> for rørmaterialet:

<math>S = {\sigma_t \over 2,5 }</math>

Selv om formelen skulle gi en liten verdi vil en uansett ikke velge godstykkelse under s<sub>min</sub> = 0,006 d.<ref>[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 102.]]</ref>

Rørene graves som nevnt ned eller settes på fundamenter over bakken. Ved alle retningsforandringer som røret gjør må det settes opp ''forankringsklosser''. Dette er ofte kraftige fundamenter av stålarmert betong. Disse skal ta opp krefter både på grunn av røret og vannets vekt, men også krefter som oppstår når vannmassene som er i bevegelse skifter retning. Andre krefter er lengdeutvidelser og sammentrekninger på grunn av temperaturendringer. ''Ekspansjonsbokser'' brukes til å ta opp krefter i lengderetning på grunn av temperaturutvidelser.

==== Falltap i rør og tunneler ====
Formen av tverrsnittet vil av hensyn til falltapet ideelt være sirkulær, fordi denne formen gir størst areal og minst omkrets. Det er nemlig i omkretsen der vannet berører rørveggene at friksjon oppstår. Imidlertid vil det for anleggsdriften være gunstig at tunnelens bunn er flat (for kjøretøy) og at det er høye vertikale vegger, samt buet tak (heng). Det buede taket er gunstig både for sprengningen, av hydrauliske årsaker og for fjellets stabilitet.<ref name="JE65" />

{| class="toccolours" style="float: right; margin:0.5em 0 1em 1em; font-size: 85%; color:black; width:30em; max-width: 25%;" cellspacing="5"
| style="text-align: left;" |

'''Manings formel''':

<math>H_L = {v^2 \cdot l \over M^2 \cdot \left (\frac{r}{2} \right )^{4/3}}</math>

der:
: H<sub>L</sub> = falltapet [m]
: v = vannets hastighet [m/s]
: l = lengden av tunnelen [m]
: r = ''hydraulisk radius'' av tunnelen, definert som forholdet mellom væskefylt tverrsnittet delt på den våte periferien [m]
: M = ruhetskoeffisienten, også kalt Mannings tall [m<sup>-1/6</sup>g<sup>-1/2</sup>].

|}

''Viskøse falltap'' oppstår når vannet strømmer gjennom rør, trykksjakt, tilløpstunnel, luker og ventiler. På grunn av [[viskositet]] har vannet ingen hastighet helt inne mot rørvegger og andre flater, mens vannet har full hastighet midt i kanalens tverrsnitt. Det dannes sjikt utover i røret fra vegg mot senter med økende hastighet. Når vannet passerer varegrinden, et bend, en spjeldventil eller andre elementer oppstår turbulente strømninger som er spesifikke for akkurat dette stedet i vannveien, disse kalles ''singulære falltap''.

Falltapene gjør at fallhøyden reduseres gradvis fra det trykket en har når vannet står i ro i vannveien til det har normal hastighet ved drift. Det vi si at når turbinene i kraftstasjonen starter til de har fullt pådrag reduseres trykket en del. Den fallhøyden som oppgis for en kraftstasjon oppgis ved stillstand, det som kalles statisk trykk. Dynamisk trykk er det tapet av fallhøyde som oppstår og er proporsjonalt med kvadratet av vannets hastighet. [[Bernoulli-prinsippet]] beskriver dette matematisk. Falltapet reduserer kraftstasjonens totale virkningsgrad.

Falltapet i en tilnærmet sirkulær tunnel kan regnes ut etter ''Manings formel'' som vist i tekstboks til høyre.

Mannings tall har en verdi mellom 30 til 37 for tradisjonelle sprengte tunneler, og jo glattere flatene i tunnelen er desto høyere verdi. For fullprofilborede tunneler ligger M mellom 60 og 70.<ref name="CVS32" />

[[File:Moody EN.svg|miniatyr|venstre|[[Moodys diagram]] som brukes til å finne [[Ligninger for Darcy-Weisbachs friksjonsfaktor|Darcy friksjonsfaktor]].]]

For rør er [[Darcy-Weisbachs ligning]] mye brukt. Den brukes for sirkulære glatte rørflater, se tekstboks til høyre.

{| class="toccolours" style="float: right; margin:0.5em 0 1em 1em; font-size: 85%; color:black; width:30em; max-width: 25%;" cellspacing="5"
| style="text-align: left;" |

'''Darcy-Weisbachs ligning''':

:<math>h_f = f_D \cdot \frac{L}{D} \cdot \frac{\bar{v}^2}{2g}</math>

der symbolene betyr
: ''h<sub>f</sub>'' = falltap på grunn av friksjon&nbsp;[m]
:  ''L'' = lengden av røret&nbsp;[m]
: ''D'' = hydraulisk diameter, for et rør med sirkulært tverrsnitt er dette den indre diameteren, for en kanal med annet tverrsnitt benyttes spesielle formler for å finne denne størrelsen [m]
: ''v'' = den gjennomsnittlige vannhastigheten&nbsp;[m/s] , altså volum vannmengde per tidsenhet dividert på rørtverrsnittet
: ''g'' = tyngdens akselerasjon 9,81&nbsp;[m/s<sup>2</sup>]
: ''f<sub>D</sub>'' = en dimensjonsløse faktoren kalt ''Darcy friksjonsfaktor'', denne kan bli funnet ved hjelp av [[Moodys diagram]] eller ved å løse [[ligninger for Darcy-Weisbachs friksjonsfaktor]] der passende formel må velges ut fra forholdene. For råsprengte tunneler er faktoren typisk mellom 0,04 og 0,06<ref>[[#DK|John Eie: ''Dammer og kraftverk'' side 73.]]</ref>.

Når det gjelder de singulære tapene i vannveien beregnes disse ved hjelp av formelen:

:<math>h_s = k \cdot \frac{\bar{v}^2}{2g}</math>

der<br />
:k = faktor som er funnet empirisk og oppgis som typiske verdier i håndbøker og lærebøker.

Ved hjelp av en av disse formlene finner en netto fallhøyde for kraftverket slik:

:<math>H_N = H_B - h_f - h_s</math>

der
:H<sub>B</sub> = brutto fallhøyde [m] målt vertikalt (loddrett) fra vannspeilet i inntaksdammen til undervannsspeilet, eller for et kraftverk med peltonturbin (eller annen turbin av [[Impuls (fysikk)|impuls]]typen) fra vannspeilet til dysene.
|}

Begge formlene har det til felles at lengden av røret eller tunnelen, diameteren og kvadratet av hastigheten er bestemmende for falltapet. Når et kraftverk skal bygges er lengden av tilløpstunnel eller rør naturlig nok det vanskeligste å gjøre noe med, derimot kan diameteren (og derav vannhastigheten) optimaliseres. Diameteren til tunneler og rør er kostnadsdrivende og blir en del av investeringskostnadene. Falltapene representerer tapte inntekter i hele anleggets levetid og avhenger av fremtidig kraftpris. Ved optimalisering av diameteren vil en øke denne helt til reduksjonen av kostnadene for falltapet ikke lenger er større enn økningen av utbyggingskostnadene. Typisk vil vannhastigheten for rør være maksimalt 3–4&nbsp;m/s, og for tunneler 2&nbsp;m/s.<ref name="BF" />

En annen måte for å redusere falltapene er å gjøre tunnelen glattere, for eksempel med rensking av utspring og kvasse steiner i en råsprengt tunnel. Fullprofilborede tunneler er enda glattere, men koster mer. For råsprengte tunneler har det forekommet tverrsnitt helt opp mot 200 m<sup>2</sup>. For fullprofilboring finnes maskiner med diameter mellom 1,8 til 11 meter, men mest vanlig er diametere mellom 3,5 og 4,5 meter. Rør var tidligere vanlig også for store kraftverk, med diametere helt opp til 6 meter.<ref name="JE66" />

Falltap er også noe som kan utvikle seg i løpet av kraftverkets levetid. Kvister og andre gjenstander på varegrinden representerer økt tap, det samme gjør nedrast stein i en tilløpstunnel, rust eller algevekst i rør. Selv om dette bare gir noen få cm i tapt fallhøyde kan tapt energiproduksjon over et helt år bli stor. Vedlikehold og revisjon skal avdekke og forbedre denne typen tap. Trykkmålere kan avdekke slike forhold og gi automatisk varsel.<ref>[[#VV|Casper Vogt-Svendsen: ''Vannveien'' side 36.]]</ref>

==== Svingekammer ====
[[File:Swing chamber.jpg|thumb|Svingekammer som skal ta imot vann-<br /> massene i tilløpstunnelen når turbinene i kraftverket reduserer eller øker pådraget. Den øverste typen viser tidlig utforming der vannspeilet i sjakten vil kunne få store endringer (svingninger). Bokstavene betyr i den øverste skissen: A – tilløpstunnel, B – svingekammer og C – trykksjakt. I den nederste skissen er det vist en nyere utforming som skal forhindre store trykk- og vannstandsvariasjoner. Bokstavene betyr: A – tilløpstunnel, B – øvre horisontale svinge-<br /> kammer og C – nedre horisontale svingekammer. Øvre- og nedre svinge-<br /> kammer er rett over og under normal vannstand i inntaksdammen.]]

Massen av vannet i vannveien kan være mange tusen tonn og selv om dette ikke beveger seg like fort som et godstog, vil det allikevel kreve en viss tid for å stoppe. Selv om kraftverket vanligvis går med nokså konstant pådrag vil produksjonen variere noe gjennom døgnet. En annen ting er at en nødssituasjon kan gjøre at kraftverket må stanses hurtig. Omvendt kan et kraftverk som er stanset plutselig få beskjed om å starte opp. Det påvirker vannhastigheten i vannveien, og på grunn av [[bevegelsesmengde]]n som vannet har kan store trykkrefter oppstå. For tidligere arrangementer var gjerne de største vannmassene i tilløpstunnelen på grunn av stort tverrsnitt, denne var gjerne også lengst. Vannet i denne tar gjerne lengst tid å stoppe. Dermed ble det laget et stort kammer i overgangen mellom tilløpstunnel og trykksjakt. Dette er vist i skissen til høyre. Virkemåten er slik at om pådraget til kraftverket brått må reduseres, vil vannmassene fra tilløpstunnelen kunne fylles opp i svingkammeret.

Når svingekammeret fylles opp, bygges også høyden og trykket opp, det oppstår et mottrykk og vannet i tilløpstunnelen snur retning og fosser tilbake mot inntaksdammen. Dermed kan vannspeilet i svingekammeret komme under vannspeilet i inntaksdammen, og etter en tid vil vannet strømme tilbake og fylle opp svingekammeret på nytt. Et motsatt tilfelle kan være at turbinene i kraftverket startes opp etter en stans og vannet i trykksjakten settes raskt i bevegelse. Vannet i tilløpstunnelen kommer ikke like raskt opp i bevegelse og dermed vil vannet i svingekammeret tappes ned, og dette fører igjen til at vannet i tilløpstunnelen i neste omgang strømmer med stor fart for å fylle opp svingkammeret.

I begge tilfellene beskrevet over oppstår det en svingning der vannet farer frem og tilbake en stund. Friksjonen demper ut svingningene og likevekt oppstår etter en tid. Imidlertid kan det skje at disse endringene får ''turbinregulatorene'', som regulerer pådraget til turbinen, til å regulere pådraget i samme fase og [[frekvens]], dermed vil svingningene heller forsterkes enn dempes ut. Mer om dette i avsnittet lenger ned om turbinregulatorene.

En løsning for å dempe ut svingningene er å utforme svingekammeret med store horisontale rom, slik som vist i den nederste skissen i figuren til venstre. Her er det vist et kammer like over normal vannstand og ett like under normal vannstand. Disse kan utformes til å ta opp store vannmengder uten at vannhøyden får store variasjoner. Det øvre kammeret vil fylles opp ved reduksjon av pådraget i turbinen, mens det lavere vil tømmes ned når pådraget økes. Slik kan store trykkdifferanser som forstyrrer turbinregulatoren unngås.

I moderne kraftverk er det som nevnt gjerne ikke tilløpstunnel, men en lang trykksjakt. Også her kan det bli trykkstigninger som må dempes og i 1970-årene ble det utviklet et nytt konsept med et luftputekammer nært kraftstasjonen. Her er det altså ikke noe vannsøyle med fri overflate, men et kammer med trykkluft. Dette kammeret må sprenges ut i fjell som er kompakt og tett. Tilleggstetting i form av sementinjeksjon eller andre metoder kan bli nødvendig. Trykket holdes ved like ved hjelp av en kompressor. Det første kraftverket i verden der dette ble gjort var [[Driva kraftverk]] i Møre og Romsdal i 1973. Dette høytrykks luftputekammeret var forutsetningen for å kunne bygge en lang skråstilt trykksjakt uten noen tilløptunnel. En stor fordel med dette var at tunnelen kunne drives nede fra kraftstasjonen og oppover i fjellet. Dermed kunne en bygge store kraftverk og unngå anleggsveger og massedeponier lenger opp i fjellet.<ref name="LT66">[[#DK|Lars Thune m.fl.: ''Kulturminner i norsk kraftproduksjon'' side 66.]]</ref>

Det er gjort mye forskning angående luftputekammeret og dempning av svingningene. Svingningene som oppstår vil nemlig påvirke og gi samvirkning med turbin, generator og regulatorer, noe som kan være opphav til elektriske [[oscillasjon]]er i kraftnettet.

Et spesielt forhold med luftputekammeret er den enorme energimengden som er lagret i den komprimerte luften. I [[Kvilldal kraftverk]] har luftputekammeret et volum på 125&nbsp;000&nbsp;m<sup>3</sup> og representerer en sprengkraft på hele 200 [[Trinitrotoluen|tonn TNT]]. Dette representerer en såpass stor risiko at det er ikke mindre enn tre uavhengige sikringssystemer for å unngå ulykker.<ref>[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 54.]]</ref>

I kraftverkene utover på1900-tallet var det vanlig med én tilløpstunnel og flere turbinrør ned til kraftstasjonen. En viktig tilleggsfunksjon for svingekammeret var da å fordele vannet og gi det jevn hastighet rett inn mot starten av rørene. Dermed ble dette gitt navnet fordelingskammer. Andre navn har vært avdrags- og pådragskammer og utjevningsbasseng. I noen tilfeller hadde en ikke mulighet til å ha svingekammeret i fjell, og da ble det laget en høy tank eller tårn som vannet kunne stige opp og ned i. Dette kan en se i [[Røyrvikfoss kraftverk]] i Nord-Trøndelag fra 1965.<ref name="LT66" /> [[Hensfoss kraftverk]] har en stor tank som også fordeler vannet til to rør.

==== Bekkeinntak og takrennetunnel ====
For å få størst mulig nedbørfelt og stort vanntilsig til kraftverket eller et system av flere kraftverk, blir såkalte «''takrenne-tunneler''» bygget. Dette er lange tunneler som henter vann fra bekker, elver, isbreer eller innsjøer i eget eller tilhørende nabovassdrag. Enten fører takrenne-tunnelene vannet direkte til inntaksdammen eller til reguleringsdammer som har tilknytning til denne. Andre ganger kan det være snakk om å overføre vann fra andre siden av et fjell og la det renne i en naturlig elv ned til inntaksdammen.

[[Fil:Svartisen tcm3-1808.gif|mini|left|Oversiktskart over [[Svartisen kraftverk]]s nedbørsfelt. Innsjøene som er markert med dyp blå farge er reguleringsdammene, og de rød-blå strekene markerer overføringstunneler fra andre vassdrag. [[Storglomvatnet]] er Norges største reguleringsmagasin målt etter reguleringsvolum. [[Glomfjord kraftverk]] er den opprinnelige kraftstasjonen i området fra 1920.{{Byline|[[Statkraft]]}}]]

Kartet til venstre viser takrenne-tunneler i forbindelse med Svartisen kraftverk. Som en ser er det flere lange tunneler og samlet lengde er flere mil. Det vestlige tunnelsystemet henter vann fra hele 40 bekker og det spesielle her er at vannet ikke føres til inntaksdammen, men direkte inn i tilløpstunnelen. Det østlige tunnelsystemet ble drevet av fire fullprofil tunnelboremaskiner.<ref name="VH53" />

[[File:Bekkeinntak sett ovenfra.JPG|mini|Bekkeinntak for elva Sealggajohka i Narvikfjellene i Nordland fylke.]]

''Bekkeinntak'' er som navnet sier et inntak for bekker og elver ned til en takrenne-tunnel. Noen ganger kan det være så enkelt som et hull rett ned i fjellet i bunnen av en bekk. Mer vanlig er det at det bygges en demning og vannet ledes over en nesten horisontal rist av stålstaver. Dette for at kvister og andre større gjenstander skal fanges opp og rulle nedover risten, mens vannet renner rett ned og inn i tunnelen.

Ofte er det en avleiringsgrop innebygget i bekkeinntaket der sand og grus legger seg på bunnen. Denne kan så spyles ut med jevne mellomrom, slik at en unngår at tunnelen fylles med sand. Utformingen må også tilpasses for å unngå luftbobler i vannet. Dette gir nemlig problemer med utblåsning andre steder i systemet.<ref>[[#VN|Vidkunn Hveding: ''Vannkraft i Norge'' side 55.]]</ref>