Sähköverkko
Sähköverkko on siirto- ja jakeluverkko voimaloissa tuotetun sähköenergian toimittamiseksi sähkön käyttäjille.
Pitkillä välimatkoilla sähköä siirretään Suomessa kolmivaiheisena 10–400 kilovoltin jännitteellä, jotta virta ja häviöt pysyisivät kohtuullisen pieninä. Se muunnetaan turvallisemmaksi ja laitteille sopivammaksi 230/400 voltin pienjännitteeksi eli verkkovirraksi häviöiden minimoimiseksi vasta lähellä kuluttajaa. Maaseudulla muuntaminen tapahtuu noin 1–3 kilometrin etäisyydellä, kaupungeissa lähempänäkin.
Euroopassa sähköverkko toimii 50 Hz:n ja muun muassa Yhdysvalloissa 60 Hz:n taajuudella.
Sähköenergiaa voi siirtää suuressa mittakaavassa sähköverkoissa esiintyviä matkoja 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. Sen haittoja sitä vastoin ovat suuremmat ympäristön aiheuttamat häiriöt, 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. Niille on luonteenomaista myös moninkertaiset rakennuskustannukset ilmalinjoihin nähden, suuremmat korjausviiveet vian sattuessa ja herkkyys teknisille ongelmille suurilla välimatkoilla.
Laajoissa sähköverkoissa siirretyt sähkötehot ovat suuria ja suuren tehon siirtäminen edellyttää joko suurta virtaa tai jännitettä.
Korkeajännitteinen sähkönsiirto on perusteltua monista syistä:
Sähkönjakelualalla ja standardeissa käytetään seuraavaa luokittelua sähköverkkojen jännitetasoista (nimellinen tehollinen jännite):
Suurjännitteen ja keskijänniteen raja voi vaihdella riippuen jakelujärjestelmästä.
Suurjänniteverkko on sähkönsiirron runkoverkko, joiden nimellisjännite on Suomessa 110-, 220- ja 400 kV. Käyttöjännite voi kuitenkin vaihdella esimerkiksi 110 kV:n verkossa 110 ja 124 kV:n välillä. Suurjänniteverkko kytkeytyy suuriin voimalaitoksiin. Nämä voimalaitokset huolehtivat perustarjonnan syöttämisestä verkkoon, minkä lisäksi verkossa on myös siirtoyhteyksiä naapurivaltioiden verkkoihin, sekä nopeasti käynnistyvää kaasuturbiinikapasiteettia.
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 muuntokeskuksia.
Pienjänniteverkot vastaavat lopullisesta sähkön levityksestä pienkuluttajille 100 – 1 000 V jännitteellä. Keskijännite muunnetaan Euroopassa 230/400 volttiin ja toimitetaan kotitalouksille, liikerakennuksille ja virastoille. 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.
Kaukana tulevaisuudessa saattaa 0,4 kV pienjännitejakelu korvautua ±1,5 kV tasajänniteverkolla, jolloin jokaisella kuluttajalla olisi mittauskeskuksessa oma ±1,5 kV DC / 0,4 kV AC vaihtosuuntaaja. DC-jakelujärjestelmä kasvattaisi nykyisen eristepäällysteisellä riippukierrekaapelilla (AMKA) rakennetun jakeluverkon siirtotehoa ja pidentäisi maksimietäisyyttä syöttömuuntajalta kuluttajalle merkittävästi.
Sähkö- ja magneettikentät syntyvät virrallisten johtimien ympärille. Säteilyä on ympäristössä jatkuvasti, kaikkialla. Ihminen altistuu pääsääntöisesti alle 100 kHz pientaajuisille kentille.
Merkittävimmät sähköverkoista aiheutuvat sähkömagneettiset altistukset ovat suurjännitejohtojen alla sekä muuntamoiden 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 8400. Kiinteistömuuntamoita on lähinnä kaupunkikeskustoissa, joissa tilan puute vaikeuttaa erillisten muuntamorakennusten rakentamisen.
Sähköverkon suunnittelun tärkeipänä tavoitteena on ettei sähkönsiirto ja –jakelu aiheuta vaaraa ihmiselle eikä omaisuudelle tai kohtuuttomasti häiritä ympäristöä ja siellä olevaa laitteistoa.
Sähkön siirrossa aiheutuu häiriöitä esimerkiksi koronapupurkauksina (lähinnä 400kV siirtojohdot). Koronapurkaus on jopa MHz taajuudella toistuva virtapulssi. 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.
Muuntamoiden aiheuttamat häiriöt
Muuntamot ovat oleellinen osa sähkönjakeluverkkoa ja niiden aiheuttamat sähkömagneettiset häiriöt ovat lähes aina magneettikentän aiheuttamia, sillä välijänniteverkon aiheuttamat sähkökentän arvot ovat pieniä ja ulottuvat avain avointen liitäntöjen välittömään läheisyyteen. Ulkopuolista sähkökenttää vastaan käytetään kojeistojen kotelointia sekä muuntajan liitäntäkaapelit ovat suojavaipallisia. Esiintyneet laitehäiriöt, tyypillisesti TV:n ja PC:n kuvan värinät, on käsitelty tapauskohtaisesti pienentämällä yksinkertaisesti suojin magneettikenttää laitteiden toiminnalle riittävän alhaiselle tasolle. Hyvän suunnittelukäytännön tulisi pyrkiä mahdollisimman alhaisiin magneettikenttien arvoihin – paitsi laitehäiriöiden välttämiseksi - jo yksinomaan yleisen huolen vähentämiseksi sähkömagneettisten kenttien mahdollisten terveysvaikutusten vuoksi, erityisesti silloin kun se ei olennaisesti lisää kustannuksia.
Altistuksen terveysvaikutukset
Sähkö- ja magneettikenttien aiheuttamia pitkäaikaisia vaikutuksia on ollut vaikea todentaa. Kuitenkin yli 7000 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: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.