Sähköverkon taajuus on usein joko 50Hz tai 60Hz. Suomessa se on 50Hz.
Eräs mielenkiintoinen seikka sähköverkon taajuudesta on se, että jos sähkönkulutusta on enemmän kuin sähkön tuotantoa, taajuus laskee ja päin vastoin.
Taajuus pyritään pitämään mahdollisimman lähellä arvoa 50Hz, sillä kodin laitteet ovat rakennettu toimimaan tällä taajuudella.
Tässä kattava artikkeli sähköverkon taajuudesta, sen säätelystä ja toiminnasta.
Mitä taajuus ylipäätään tarkoittaa?
Sähköverkon taajuus tarkoitaa sitä, kuinka monta jaksoa sekunnissa sähköverkon tasaisesti aaltoilevalla jännitteellä on. Jännite aaltoilee kuten siniaalto:
Kuvaajassa violetti käyrä kuvaa vaihtovirran jännitteen vaihtelua tavallisessa Suomalaisessa verkkovirrassa. Kuvasta näkee myös yksittäisen jakson pituuden, joka on 0.02s mittainen. Tämä vastaa 50Hz taajuutta, sillä yhteen sekuntiin mahtuu 50 kpl 0.02s mittaisia jaksoja. Kuvaan on merkitty myös jännitteen tehollinen arvo (sininen katkoviiva), joka on Suomessa 230V. Huippuarvo on sen sijaan 325V.
Monet sähkölaitteet on suunniteltu toimimaan tällä taajuudella ja taajuuspoikkeamat voivat vaikuttaa laitteiden toimintaan, turvallisuuteen ja tehokkuuteen.
Sähköverkon taajuuden ylläpitäminen
Sähköverkon taajuuden pitäminen 50Hz:ssa on tärkeää. Näin luodaan luotettava ja tasapainoinen sähköverkko, jossa kodin laitteet toimivat turvallisesti ja tehokkaasti.
Sähköverkon taajuus kuitenkin vaihtelee sähkönkulutuksesta ja -tuotannosta riippuen.
Jos sähkölle on kysyntää enemmän kuin tarjontaa, taajuus tippuu. Toisaalta jos tarjontaa on enemmän kuin kysyntää, taajuus kasvaa.
Jotta sähköverkon taajuus pysyisi mahdollisimman lähellä 50 Hertziä, tuotetun sähkön ja kulutetun sähkön tulee olla tasapainossa.
Tasapainotila tarvitaan siksi, että sähköä ei voida varastoida suuressa mittakaavassa, joten kaikki tuotettu sähkö tulee kuluttaa saman tien. Näin ollen tuotantolaitoksien pitää hyrrätä oikealla teholla kulutustilanteen mukaisesti.
Jos sähköä voisi varastoida, tilanne olisi helpompi. Tällöin tuotantolaitokset voisivat tuottaa sähköä aina samalla teholla ja jättää aina “pelivaraa”. Tällöin kulutuksen laskiessa sähköä voisi ohjata varastoon, ja kulutuksen noustessa jakaa sitä varastoista. Tulevaisuudessa tämän tyyppiset ratkaisut saattavat olla mahdollisia.
Mikä saa taajuuden laskemaan/nousemaan?
Sähköä pusketaan sähköverkkoon sähkögeneraattoreilla, joilla on tietty pyörimisnopeus (eli 50Hz Suomessa).
Jos sähkön kulutus ja tarjonta eivät täsmää, taajuus muuttuu.
- Jos kysyntää on enemmän kuin tarjontaa, sähköverkosta kuluu energiaa enemmän kuin sitä tuotetaan. Tällainen lisäkuorma hidastaa sähkögeneraattorien pyörimisnopeutta alentaen sähköverkon taajuutta.
- Jos tarjontaa on enemmän kuin kysyntää, sähköverkkoon syötetään energiaa enemmän kuin kulutetaan. Nyt ylimääräinen energia kiihdyttää generaattorien pyörimisnopeutta, joka nostaa sähköverkon taajuutta.
Kun vastus kasvaa, pyöriminen hidastuu.
Tarkempi selitys ilmiölle
Sähköverkon taajuuden muutos pohjautuu energian säilymislakiin.
Kun sähköverkko on täydellisessä tasapainotilassa, sähköä tuotetaan tismalleen saman verran kuin sitä kulutetaan.
Tasapainotilassa voimalähteet, kuten tuulivoima ja ydinvoima pyörittävät sähkögeneraattoreita 50Hz:n nopeudella syöttäen verkkoon tarvittavan määrän energiaa.
Jos sähkönkulutus nousee äkisti, kuluu hetki muuttaa generaattoreita pyörittävän energianlähteen tehoa, eli “laittaa lisää pökköä pesään”. Tällöin sähkögeneraattorin pyörimisnopeus laskee, kunnes generaattoreita pyörittävän energialähteen teho on noussut tarpeeksi korkealle.
Periaatteessa idea tässä on ihan sama kuin pyöräillessä.
- Tasaisella tiellä voit polkea pyörääsi samalla nopeudella ja vauhti pysyy samana.
- Jos tie kuitenkin nousee, polkutehosi ei enää riitä pyörien yhtä nopeaan pyörittämiseen, ja vauhtisi hidastuu. Polkeaksesi yhtä nopeasti ylämäessä kuin tasaisella, sinun pitää polkea voimakkaammin!
Tismalleen sama pätee sähköverkkoihin. Kun kulutus nousee, pitää nostaa tuotantotehoa, jotta generaattorit saadaan pyörimään tarpeeksi nopeasti tuottamaan lisää sähköä.
Sähköverkon taajuuden säätely
Jotta sähköverkon taajuus pysyisi mahdollisimman lähellä viitearvoa (50Hz), sähköoperaattorit tekevät jatkuvia säätöjä, kuten taajuusohjausta ja kapasiteetin hallintaa.
Taajuusohjaus viittaa pikaisiin toimenpiteisiin, kuten reservivoimalaitosten aktviointiin tai kuormituksen pikaisiin vähentämisiin. Näillä toimenpiteillä sähköverkon taajuus saadaan palautettua nopeasti takaisin tavoitearvoon.
Kapasiteetin hallinta on puolestaan ennakoiva toimenpide, jossa tuotantokapasiteettiä säädetään vastaamaan ennakoitua kysyntää. Esimerkiksi ennen paukkupakkasia osataan ennustaa, että sähkön tuotantoa pitää nostaa, sillä kulutus nousee.
⚡ ⚡ ⚡
VERTAA HALVIN SÄHKÖ
⚡ ⚡ ⚡
Valitse halvin sähkösopimus tästä ja säästä sähkölaskussa!