Sähköverkko

Sähköverkko on siirto- ja jakeluverkko voimalaitoksissa tuotetun sähköenergian toimittamiseksi sähkön kuluttajille.

Suurjännitelinjan pylväs

Mitä suuremmalla jännitteellä sähköä siirretään, sitä pienempi virta ja myös pienempi siirtohäviö eli sähköä menee hukkaan vähemmän. Sähköverkoissa käytetään vaihtovirtaa, koska sen jännitettä on helpompi muuntaa muuntajalla. Euroopassa sähköverkko toimii 50 Hz:n ja muun muassa Yhdysvalloissa 60 Hz:n taajuudella.

Siirtotapoja

Sähkönsiirtoa norjalaisittain

Sähköä voidaan siirtää tarvittavissa energiamäärissä ja etäisyyksissä ainoastaan johdoissa. Tähän tehtävään voi käyttää joko ilmajohtoja tai maakaapeleita. Molemmilla järjestelmillä on hyvät ja huonot puolensa.

Ilmajohtojen etuina ovat pienemmät kustannukset, helpompi sijoitettavuus ja rikkinäisen linjan nopeampi korjattavuus. Ilmajohtojen haittoja ovat suuremmat ympäristön aiheuttamat häiriöt (esim. voimalinjalle kaatunut puu tai myrskyn kaatama sähköpylväs) ^selvennä, jälkien jättäminen paikalliseen maastoon ja mahdollisena vaaran lähteenä toimiminen ihmisille ja työkoneille: esimerkiksi pylväisiin kiipeäminen tai koneen osuminen ilmassa kulkevaan johtoon.

Maakaapeleilla on pienempi tilantarve, ne ovat paremmin suojassa ympäristön häiriöiltä ja ovat väestön paremmin hyväksymiä. Maakaapeleille on luonteenomaista myös moninkertaiset perustamiskustannukset ilmalinjoihin nähden, suuremmat korjausviiveet vian sattuessa ja herkkyys teknisille ongelmille suurilla välimatkoilla^selvennä.

Siirtoverkkotyypit

Sähköasema

Isojen sähkötehojen siirtäminen jakeluverkoissa pienin häviöin edellyttää suurten siirtojännitteiden käyttöä.

Korkeajännitteinen sähkönsiirto on perusteltua:

• Suuria jännitteitä on teknisesti helpompi hallita kuin suuria virtoja
• Suurempi virta vaatisi paksumpia ja raskaampia kaapeleita
• Siirtohäviöitä saadaan pienemmiksi
• Verkon rakennus- ja ylläpitokustannukset ovat pienemmät

Sähkönjakelualalla käytetään seuraavaa luokittelua sähköverkkojen jännitetasoista (nimellinen tehollinen jännite):^lähde?

• suurjännite > 36 kV
• keskijännite 1–36 kV
• pienjännite ≤ 1 kV

Suurjännitteen ja keskijänniteen raja voi vaihdella riippuen jakelujärjestelmästä.

Suurjänniteverkko on sähkönsiirron runkoverkko. Suurjänniteverkko kytkeytyy suuriin voimalaitoksiin. Nämä voimalaitokset huolehtivat perustarjonnan syöttämisestä verkkoon, minkä lisäksi verkossa voi olla myös siirtoyhteyksiä naapurivaltioiden verkkoihin, sekä nopeasti käynnistettävissä olevaa varavoimakapasiteettia.

Suurjänniteverkko huolehtii sähkönsiirrosta pitkillä etäisyyksillä. Johdot kulkevat kaupunkien sähköasemille ja raskaan teollisuuden laitoksiin. Tehoa on käytettävissä aina tuhanteen megawattiin asti.

Keskijänniteverkko siirtää sähkön suurjänniteverkosta 1–35 kV:n jännitteellä pienjänniteverkkoon johtaville jakelumuuntajille, jotka sijaitsevat esimerkiksi asutuksen läheisyydessä. Siirrettävät tehot ovat yleensä muutamien megawattien luokkaa. Pienimmät voimalaitokset syöttävät sähkönsä tähän verkkoon. Pieni- ja keskikokoiset teollisuuslaitokset, sekä suuret julkiset ja liikerakennukset liittyvät yleensä suoraan keskijänniteverkkoon ja käyttävät omia muuntokeskuksiaan.

Pienjänniteverkot vastaavat lopullisesta sähkön levityksestä pienkuluttajille ≤ 1 000 V jännitteellä. Keskijännite muunnetaan Euroopassa 230/400 volttiin toimitettavaksi asuin-, liike- ja virastokiinteistöille. Jakelumuuntaja sijaitsee kaupunkialueilla usein vain satojen metrien päässä käyttöpaikasta, kun taas maaseudulla etäisyys on usein muutama kilometri.

Näiden lisäksi sähköverkkoihin kuuluu korkeajännitteisiä tasavirtajohtoja. Niitä käytetään pitkillä siirtomatkoilla (erityisesti merikaapeleina) sekä yhdistämään eritaajuisia tai eritahtisia sähköverkkoja toisiinsa.

Sähköverkkojen synnyttämät sähkömagneettiset kentät

Virrallisen johtimen ympärille syntyy sähkömagneettinen kenttä.

Sähkömagneettinen säteily on energian aaltoina etenevää virtausta tietyn suuruisina pulsseina, joita kutsutaan säteilykvanteiksi eli fotoneiksi. Sähkömagneettiset aallot muodostuvat nopeasti värähtelevistä sähkö- ja magneettikentistä. Pulssien värähtely tapahtuu säteilyn etenemissuuntaa vastaan kohtisuorasti kaikkiin suuntiin.

Sähkömagneettista säteilyä on ympäristössä jatkuvasti ja kaikkialla. Ihminen altistuu pääsääntöisesti alle 100 kHz pientaajuisille kentille.

Merkittävimmät sähköverkoista aiheutuvat sähkömagneettiset altistukset ovat suurjännitejohtojen alla sekä muuntoasemien, muuntamoiden ja muuntajien läheisyydessä. Ne jakaantuvat sähkökentän aiheuttamiin sekä magneettikentän aiheuttamiin altistuksiin. Sähkökentästä syntyvät altistukset ovat vähäisempiä, sillä sähkökenttä vaimenee nopeasti kasvillisuuden ja rakennusten seinien vaikutuksesta. Magneettikenttää ne eivät juurikaan vaimenna.

Magneettikenttien keskiarvo asunnoissa ja työpaikoilla on noin 0.1 µT. Sähkökentän voimakkuus suoraan 110 kV siirtojohdon alla on 3kV/m.

Sosiaali- ja terveysministeriön asetuksen 294/2002 suositusarvot pitkäaikaiselle altistukselle ovat magneettikentälle 100 µT ja sähkökentälle 5 kV/m. Jakeluverkon aiheuttamat magneettikentät eivät yleisesti ylitä rakennuksien omien sähköjärjestelmien aiheuttamia tasoja, poikkeuksena kuitenkin rakennukset, joiden sisään on sijoitettu muuntamo. Näitä kiinteistömuuntamoita on Suomessa noin 8 400. Kiinteistömuuntamoita on lähinnä kaupunkikeskustoissa, joissa tilan puute vaikeuttaa erillisten muuntamorakennusten rakentamisen.

Sähkö- ja magneettikenttien vaarat ja sähkömagneettisten häiriöiden synty

Sähköverkon suunnittelun tärkeimpänä tavoitteena on ettei sähkönsiirto ja -jakelu aiheuta vaaraa ihmiselle eikä omaisuudelle tai kohtuuttomasti häiritse ympäristöä ja siellä olevaa laitteistoa.

Sähkön siirrossa aiheutuu häiriöitä esimerkiksi koronapurkauksina (lähinnä 400kV siirtojohdot). Koronapurkaus on jopa megahertsien taajuudella toistuvaa pulssivirtaa. Se aiheuttaa kohinaa radiotaajuuksille, jonka voi havaita autoradiossa siirtojohdon alla. Myös vioittunut tai väärin toimiva sähkölinjan eristys voi toimia häiriölähteenä.

Sähköverkkojen magneettikentät voivat aiheuttaa häiriöitä sähköä tai magneetteja hyödyntävissä laitteissa, mikäli niitä käytetään niiden välittömässä läheisyydessä. Kuitenkaan sähkö- ja magneettikenttien altistumisen myötä syntyneistä terveysvaikutuksista ei olla varmoja, sillä niistä ei ole saatu pitävää tieteellistä näyttöä, mutta niitä ei voida täysin sivuuttaa.

Altistuksen terveysvaikutukset

Sähkö- ja magneettikenttien aiheuttamia pitkäaikaisia vaikutuksia on ollut vaikea todentaa. Kuitenkin yli 7 000 kV/m ja 100 mT sähkö- ja magneettikentät aiheuttavat kammiovärinää. Tätäkin pienemmät voimakkuudet aiheuttavat jo lihasten nykimistä. WHO:n syöpätutkimuskeskuksen mukaan pitkäaikainen altistuminen yli 0.4 µT magneettikentälle lisää syöpäriskiä. Tutkijat ovat väitelleet mm. DNA-vaurioista ja hormonien tuotannon häiriöistä.

Joitain akuutteja vaikutuksia, kuten suuren tehotiheyden aiheuttama lämmön nousu, on pystytty todentamaan. Epäilyksiä pitkäaikaisista riskeistä on kuitenkin.

Altistuminen jaetaan kahteen luokkaan:

• Pitkäaikaiseen altistumiseen, kuten olemiseen kenttien läheisyydessä esim. asuminen, pitkäaikaiseen työskentelyyn
• Lyhytaikaiseen altistumiseen, kuten lyhytaikaiseen työskentelyyn, esim. marjastaminen ja sienestäminen.

Pitkäaikaisen altistumisen suositusarvot ovat magneettikentälle 100 µT ja sähkökentälle 5 kV/m.

Lyhytaikaisen altistumisen suositusarvot ovat magneettikentälle 500 µT ja sähkökentälle 15 kV/m.

STUK:n säteilysuositusten mukaan rakentamista voimajohtojen läheisyyteen tulee välttää.

Katso myös

• Sähköntuotanto
• Sähköjärjestelmä
• Sähkön pientuotanto
• Sähkön hinta
• Galvaaninen kytkeytyminen

Aiheesta muualla

• Fingrid Oyj (tietoa kantaverkon tilasta ja oppaita)
• Muissa maissa käytössä olevia jakeluverkon jännitteitä (Arkistoitu – Internet Archive)