STEK - Sähköturvallisuuden edistämiskeskus

Vaihtosähkö

Sähkön siirto ja jakelu voimalaitoksilta käyttäjille tapahtuu kolmivaiheisena vaihtosähkönä. Järjestelmän etuna ovat pienet siirtohäviöt, helppo jännitteen muuntaminen suureksi siirtämistä varten ja taas pienemmäksi käyttöä varten. Kolmivaiheisena myös isot sähkömoottorit tulevat edullisimmiksi.

Kolmivaihejärjestelmään kuuluu pienjännitteellä kolme vaihejohdinta, nollajohdin ja mahdollinen suojajohdin. Lähes kaikkiin rakennuksiin sähkö tuodaan kolmivaiheisena. Jännite mitattuna vaihejohtimesta toiseen on 400 V (volttia) ja mitattuna vaihejohtimesta nollajohtimeen 230 V.

Esimerkiksi iso sähköliesi liitetään kaikkiin kolmeen vaihejohtimeen ja lisäksi nollajohtimeen. Sen sijaan useimmissa muissa kulutuslaitteissa kolme vaihetta tekisi vain laitteen mutkikkaaksi ja siksi ne liitetään vain yhteen vaihejohtimeen ja lisäksi nollajohtimeen. Rakennusten sähköverkko rakennetaan siten, että sähkölaitteita kytkeytyy suunnilleen yhtä paljon eri vaihejohtimiin.

Suomen sähkönjakelujärjestelmässä vaihtosähkön taajuus on 50 Hz (hertsiä). Tällöin jännite vaihtaa suuntaansa ja saavuttaa positiivisen huippuarvonsa 50 kertaa sekunnissa. Kolmivaihejärjestelmä toimii siten, että ensimmäinen vaihe saavuttaa tämän huippuarvon 1/150 sekuntia aikaisemmin kuin toinen ja 2/150 sekuntia aikaisemmin kuin kolmas.

Eräissä maissa vaihtosähköverkkojen taajuus on 60 Hz. Joidenkin sähkölaitteiden osalta tästä voi aiheutua hankaluuksia, mutta monet laitteet toimivat sekä 50 Hz että 60 Hz verkoissa.

Sivulta Pistorasiat ja ulkomaat löytyy luettelo eri maissa käytössä olevista jännitteistä. Samassa luettelossa on kerrottu myös käytössä olevat taajuudet.

Muuntajat

Vaihtosähkön jännite muutetaan suuremmaksi tai pienemmäksi muuntajalla. Muuntaja on laite, jossa rautasydämen ympärille on sijoitettu kaksi erillistä johdinkäämiä. Käämien johdinkierrosten lukumäärästä riippuu muuntajan muuntosuhde. Jos esimerkiksi 230 V jännite halutaan muuttaa 12 V jännitteeksi, pitää ensiökäämissä olla johdinkierroksia 230/12 = noin 19 kertaa toisiokäämin johdinkierrosten verran.

Kun muuntajassa ei ole liikkuvia osia, se on pitkäikäinen ja varsin luotettava. Muuntajat sisältävät rautaa ja kuparia ja tulevat siksi helposti painaviksi.

Pienitehoisia sähkölaitteita varten jännitettä voidaan tarvittaessa muuntaa myös puolijohdetekniikkaan perustuvilla (elektronisilla) laitteilla.

Kullakin muuntajalla on oma nimellistehonsa, jota suurempaa tehoa muuntajan läpi ei voi kulkea muuntajan vaurioitumatta.

Sähköverkkojen jännitettä pidetään oikean suuruisena niitä syöttävien muuntajien käämikytkimillä, joiden avulla käämityksen johdinkierroksista otetaan käyttöön tilanteen mukaan suurempi tai pienempi osa.

Tasasähkö ja tasasuuntaajat

Tasasähköjärjestelmässä jännite ei jatkuvasti vaihda suuntaansa. Tasasähköjärjestelmään kuuluu PLUS-johdin (+) ja MIINUS-johdin (-), eikä niitä saa sekoittaa. Sekoittamisesta voi syntyä mm oikosulkuja ja  moottorien pyörimistä väärinpäin.

Jos edellä olevassa esimerkissä jännitettä muutettiin 12 volttiin esimerkiksi akkujen lataamista varten, tarvitaan muuntajan lisäksi tasasuuntaaja. Tasasuuntaajat perustuvat nykyisin puolijohdetekniikkaan. Esimerkiksi akkulaturi sisältääkin sekä muuntajan (rautasydämisen tai elektronisen) ja tasasuuntaajan.

Tasajännitteen muuttaminen toiseksi tasajännitteeksi on hankalaa, vaikkakin elektronisilla laitteilla sekin onnistuu.

Monet tasasähkölle tarkoitetut laitteet toimivat vain tasasähköllä ja vastaavasti vaihtosähkölle tarkoitetut laitteet vain vaihtosähköllä.

Tasasähköä käytetään erikoistapauksissa myös sähkönsiirtoverkoissa. Esimerkiksi Suomen Ruotsiin ja Viroon yhdistävät merenalaiset kaapelit toimivat tasasähköllä.

Mm raitiovaunut käyttävät tasasähköä, erässä maissa tasasähkö on käytössä myös sähköistetyillä rautateillä. Suomessa rautateiden sähköistys perustuu vaihtosähköön.

Invertterit

Nykyisin esiintyy usein tilanne, jossa sähköä on saatavilla vain akuista, mutta sähköä tarvitseva laite on tarkoitettu liitettäväksi 230 voltin verkkojännitteeseen.  Tähän sovitukseen tarvittava laite on invertteri.

Invertterin tehon pitää olla vähintään yhtä suuri kuin sähköä tarvitsevan laitteen teho. Alan liikkeiden mainoksissa näkyy 150 – 600 W (watin) inverttereitä, jotka muuttavat 12 V akkujännitteen 230 V vaihtosähköksi. Esimerkiksi TV tai pieni jääkaappi voi tulla toimeen 150 W tehoisella invertterillä, joka saa virtansa auton tupakansytyttimen pistorasiasta.