Emeritusprofessori Ismo Lindell sai 28.4.2010 tiedonjulkistamisen valtionpalkinnon teoksestaan Sähkön pitkä historia (Gaudeamus 2009, Otatieto-sarja).

Palkintolautakunnan perustelut:

“Aalto-yliopiston Teknillisen korkeakoulun emeritusprofessori Ismo Lindellin Sähkön pitkä historia on vaatimattomiin kansiin piilotettu helmi, joka kertoo elävästi ja monipuolisesti tekniikan kehittymisestä kahden vuosituhannen aikana ja osin vielä kauempanakin historiassa. Kirja tarjoaa uutta tietoa teknisesti sivistyneille, mutta imaisee vaivattomasti mukaansa myös humanistilukijat. Tekniikka on tärkeä, mutta historian tutkimuksessa ja popularisoinnissa usein vähälle huomiolle jäänyt alue. Sähkön pitkä historia kertoo havainnollisesti, kuinka hyödyttöminä tai hyväosaisten huveina pidetyt luonnonilmiöt ja tieteellinen tutkimus voivat kääntyä suureksi hyödyksi ihmiskunnalle. Tie toimiviin sovelluksiin on usein kuitenkin vuosikymmenien, entisaikoina jopa vuosisatojen mittainen. Matkassa on monta mutkaa, inhimillisiä tragedioita ja sankaritekoja. Keksintöihin liittyy kaupallisia juonitteluja ja manipulointia aivan samoin kuin nykyisinäkin aikoina. Lindell onnistuu havainnollistamaan, että monet melko tuoreena pidetyt keksinnöt ovat juuriltaan hyvinkin vanhoja. Toisaalta entisaikojen ihmisillä oli käytössään edistyneempää tekniikkaa kuin olemme ehkä osanneet kuvitella. Esivanhempamme eivät suinkaan istuneet savupirteissään pimeässä: pihdissä palava päre antoi valoa jopa viidenkymmenen kynttilän verran, mutta vaati toki paljon työtä niin kuin moni muukin asia entisaikoina. Myös Sähkön pitkän historian kuvitus ansaitsee huomion. Kuvitus on samaan aikaan vaatimaton, tyylikäs ja pröystäilemätön ja sopii saumattomasti yhteen tekstin kanssa.”

Lämpimät onnittelut Ismo Lindellille!

» Lue lisää
» Tilaa teos verkkokaupastamme

Sähkön ja magnetismin vaiheita tarkastellaan osana laajempaa kulttuurihistoriaa: miten niiden tuntemus on vaiheittain lisääntynyt teorian ja kokeiden vuoropuhelussa, ja miten niitä on sovellettu tekniikan eri aloilla. Kiinnostavien esimerkkien avulla teos havainnollistaa, miten monipuolisesti sähkö vähitellen korvasi aikaisemmat valaistuksen, voimankäytön ja tiedonsiirron menetelmät.

Sähkön pitkä historia tarjoaa kiehtovaa ja ajatuksia herättävää luettavaa kaikille tieteen ja tekniikan historiasta kiinnostuneille.

Ismo Lindell on Teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan emeritusprofessori, ja hän on toiminut myös akatemiaprofessorina. Lindell on kirjoittanut sähkömagneettisesta kenttäteoriasta oppikirjoja sekä tieteellisiä kirjoja ja lehtiartikkeleita. Sähkötekniikan historian luentokursseja hän on pitänyt vuodesta 1988.

Ismo Lindell
Sähkön pitkä historia
Nidottu, 454 sivua. Gaudeamus 2009.
Suositushinta 39  €

» Tarkasta saatavuus ja tilaa teos verkkokaupasta

– Näyte

“Toisin kuin ajalla, sähköllä on pitkä historia. Kehitys meripihkapalojen villakuituja vetävän voiman ihmettelystä kännykkäsukupolven multi-mediaviesteihin tai maapalloa peittävän sähkö-verkon energiaa pursuvaan sykkeeseen on kestänyt pitkälti kolmatta vuosituhatta. Tämä kirja on kuin ostoskori, johon on keräilty sähkön ja magnetismin historiasta kiinnostavilta ja tärkeiltä tuntuneita silmiin sattuneita yksityiskohtia. Koska kori täyttyi jo 1800-luvun lopulle ehdittäessä, sen jälkeisiä asioita on poimittu mukaan vain satunnaisesti. Kun kirjan ensimmäinen painos ilmestyi 1994 nimellä Sähkö-tekniikan historia, sen tarkoituksena oli lähinnä Teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan opiskelijoiden inspiroiminen. Sen painos on ollut lopussa usean vuoden ajan. Koska kirja levisi odotettua laajemmalle, tässä uudessa versiossa on otettu paremmin huomioon se, että lukijoilla ei ole välttämättä opiskelijoiden perustietoja.”

– Arvioita

» http://www.ursa.fi/yhd/komeetta/lehti/komeetanpyrsto1-2010.htm
» http://tichynlaari.blogspot.com/2009/10/sahkon-pitka-kulttuurihistoria.html
» http://agricola.utu.fi/julkaisut/kirja-arvostelut/index.php?id=1590

– Sisällys

1. Meripihka ja magneettikivi
Sähkön alkuvaiheet
Magnetismi
Peregrinus
Gilbert
2. Sähköistä kansanhuvia
Guericke
Sähkön peruskokeita
Kaksi sähkön lajia
Sähkökokeiden aika
3. Sähköstä tulee tiedettä
Franklin
Sähkön mittaaminen
Sähkön ja magnetismin teoriat
Sähkön voimalaki
4. Kemiallinen sähkö
Galvani
Volta
Kokeita Voltan paristolla
Galvanointi
5. Sähköstä magnetismia
Sähkön ja magnetismin yhteys
Örsted
Ampère
Sähkövirta
Sähkömagneetit
Henry
Geomagnetismi
6. Virtapiirin salaisuus
Sähkön käsitteet
Fourier
Ohm
Piiritekniikan kehitystä
Energian käsite
7. Magneetista sähköä
Ampèren koe
Faraday
Sähkömagneettinen induktio
Kenttäkäsite
8. Sähkömagneettiset aallot
Kokeita ja teorioita
Maxwell
Maxwellin kenttäteoria
FitzGerald ja Lodge
Hertz
Heaviside
9. Valo ja optiikka
Varhaiset valoteoriat
Optiikan vuosisata
Valon nopeus
Aaltoteoria voittaa
10. Tietoliikenne
Tiedonsiirto ennen sähköä
Sähkölennätin
Sähkömagneettinen lennätin
Lennätinkaapelit
Puhelin
11. Päreestä lediin
Vanhat valonlähteet
Öljy- ja kaasuvalo
Kaarilamppu
Hehkulamppu
Hohtolamput
Sähkövalo Suomessa
12. Sähkön voima
Vesi- ja tuulivoima
Höyryvoima
Induktiogeneraattori
Sähkön käyttö
Vaihtovirta
Sähkövoima Suomessa
13. Langaton tiedonsiirto
Resistiivinen langaton
Induktiivinen langaton
Maxwellin teorian soveltaminen
Marconi ja Popov
Lennätinrakenteita
Elektroniikan alku
Televisio
Radio Suomessa
Kirjallisuus ja lähteet
K uvalähteet
Henkilöhakemisto
Asiahakemisto
Sanasto

–  Ote teoksesta

Luku 1. Meripihka ja magneettikivi

Sähkön ja magnetismin alkuajoista on vain hajanaisia tietoja. Hangatun meripihkan heikkoa voimavaikutusta pidetään ensimmäisenä ihmisen luomana sähköilmiönä, kun taas magnetismi liittyi luonnossa esiintyvään malmiin. Vasta 1500-luvun lopulla alkoivat ensimmäiset systemaattiset kokeet tuoda tietoa sähkön ja magnetismin käyttäytymisestä.

Sähkön alkuvaiheet

Meripihka

Sähköilmiöiden havainnointi alkoi antiikin Kreikassa, kun filosofi Thales (624–547 eKr.) Miletoksesta kiinnostui kehrääjien värttinöihin tarttuvista villakuiduista, jotka eivät irronneet helposti pyyhkimällä. Syynä olivat värttinässä olevat meripihkakoristeet: kun meripihkaa hankasi, sille tuli outo puoleensa vetävä voima.

Ensimmäinen kirjoitettu tieto meripihkan vetovoimasta tulee Theofrastokselta (372–287 eKr.). Aristoteles (384–322 eKr.) mainitsi Fysiikassa myös Thaleksen meripihkakokeet, minkä ansiosta tieto säilyi vuosisatojen yli 1500-luvun Eurooppaan. Syynä meripihkan voimaan oli antiikin käsityksen mukaan sielu. Aristoteleen mukaan elämää johti ja säilytti tarkoitushakuinen sielu, psykhe. Kasveilla se oli ravitseva, eläimillä myös tunteva ja aistiva sekä ihmisillä lisäksi ajatteleva. Aristoteles oli myös ensimmäinen, joka käsitteli psykologiaa systemaattisesti.

Thales asui Joonian Miletoksessa, nykyisen Turkin lounaisrannikolla. Häntä pidetään joonialaisen filosofikoulukunnan perustajana, johon myöhemmin kuului muiden muassa Sokrates. Myöhempien aikojen kreikkalaiset ovat pitäneet Thales on Kreikan klassisen kulttuurin ensimmäinen tiedemies häntä melkein kaikkien Kreikan tieteenhaarojen perustajana. Miletos oli vilkas satamakaupunki, jonne kauppalaivat välittivät kulttuuria muista Välimeren maista. Thales itsekin matkusteli runsaasti ja sai  oppia tähtitieteessä ja geometriassa muun muassa Egyptin Memfisissä ja Thebassa. Miletoksessa hän vaikutti opettajana, keskustelijana, filosofina ja valtiomiehenä. Siellä hän myös kehitti egyptiläisten geometriaa abstraktiksi tieteeksi tutkimalla ideaalisia suoria ja ympyröitä sekä tekemällä loogisia todistuksia, mutta hänen kirjoituksiaan ei ole säilynyt.

Thales osasi määrätä pyramidin korkeuden sen varjon avulla (mittaamalla hetkellä, jolloin ihmisen varjo oli ihmisen mittainen) ja osasi määrätä ulapalla olevan laivan etäisyyden tekemällä kulmamittauksia tornista. Hänen on sanottu myös ennustaneen auringonpimennyksen, millä on luultavasti tarkoitettu Lähi-idässä näkynyttä täydellistä pimennystä 28.5.585 eKr. (juliaanisen kalenterin mukaan). Babylonialaiset olivat merkinneet muistiin auringonpimennyksen jakson, ja luultavasti Thales sai tiedon heiltä. Kun myöhemmät kreikkalaiset laativat luettelon antiikin seitsemästä viisaasta miehestä, Thales sijoitettiin listan kärkeen. Hän kuoli lämpöhalvaukseen stadionilla seuratessaan helteisenä päivänä Olympian kisoja.

Muita sähköaineita

Theofrastos mainitsi vuonna 321 eKr. kiviä käsittelevässä teoksessaan De Lapidipus jalokiven nimeltä lyncurium, jolla on sama ominaisuus kuin meripihkalla. Kivi tunnettiin myös nimellä Lapis lyncurius (ilveksen kivi), ja nykyään turmaliinina. Turmaliinilla oli 1700-luvulla tärkeä rooli sähkön ja magnetismin teorioiden
yhdistämisessä. Roomalainen amiraali Gaius Plinius Secundus eli Plinius vanhempi (23–79 jKr.) teki suurtyön kokoamalla luonnonhistorian ensyklopedian Naturalis historia. Hän nukkui tuskin lainkaan ja antoi sihteeriensä jatkuvasti lukea kirjoja ääneen, joista hän saneli tietoa omiin eri alojen kokoomateoksiinsa. Kerrotaan, että
hän ei edes kävellyt, vaan istui vaunuissa tai kantotuolissa sihteeri vieressään. Ainoassa jälkipolville säilyneessä ”Luonnonhistoriassa” oli 37 kirjaa (eli noin kuusi nykyaikaista kirjaa), joissa oli käsitelty 20 000 eri aihetta. Teoksessa oli viittauksia 146 roomalaiseen ja 327 ulkomaiseen kirjoittajaan sekä lukuisiin nimeämättömiin lähteisiin. Pliniuksen ensyklopediaa kopioitiin käsin keskiajalla ja vuonna 1469 se painettiin Venetsiassa eräänä ensimmäisistä latinankielisistä kirjoista.

Kun Vesuvius purkautui vuonna 79 peittäen alleen muun muassa Pompejin kaupungin, Plinius purjehti alueelle pelastamaan ihmishenkiä mutta kuoli itse, luultavimmin tukehtumalla rikkipitoiseen savuun. Pliniuksen teoksen jalokiviä käsittelevästä viimeisestä kirjasta 37 löytyvät seuraavat meripihkaa, turmaliinia ja rubiinia käsittelevät numeroidut jakeet:

48. Kun kuumat höyryt vapautuvat meripihkasta sormilla hieromalla, se vetää olkia, kuivia lehtiä ja lehmuksenkuorta puoleensa kuten magneetti vetää rautaa.
103. Turmaliinia löytyy Orthosian ympäristöstä sekä Carian alueelta ja lähistöltä, mutta paras laatu tulee Intiasta. Tiedän, että on muitakin lajeja, kuten
violetinpunaista ja ruusunpunaista turmaliinia. Kun näitä lämmitetään auringossa tai hangataan sormien välissä, niiden sanotaan vetävän puoleensa olkia ja papyruksen kuituja.
104. Väitetään myös, että rubiini, vaikka se on paljon vähemmän arvokasta, omaa saman puoleensa vetämisen kyvyn.

Arabit havaitsivat myöhemmin, että gagaatti eli musta marmori, joka on eräs ruskohiilestä syntynyt mineraali, oli myös tällaisella voimalla varustettu materiaali. Arabit eivät kuitenkaan muuten lisänneet tietoa sähköstä. Antiikin ajoista 1500-luvun loppuun saakka ei hankaussähkön ominaisuuksia liene paljonkaan tutkittu tai tulokset ovat jääneet historian hämärään. Mitään merkittäviä havaintoja ei luultavasti ole tehty, koska niitä ei ole edelleen kehitetty. Tämä ei ole mitenkään tavatonta, sillä jokapäiväiseen elämään ei kuulunut sellaisia selviä sähköilmiöitä, joita olisi voinut helposti tutkia.

Antiikin sähköilmiöitä

Hankaussähkön lisäksi tunnettiin antiikin aikoina muitakin sähköperäisiä ilmiöitä. Niitä ei tosin osattu yhdistää toisiinsa eikä meripihkan vetovoimaan. Tällaisia olivat esimerkiksi salama, sähkökalat sekä Pyhän Elmon tuli. Egyptiläiset tunsivat kalojen tainnuttavan vaikutuksen jo noin vuonna 2750 eKr., ja esimerkiksi Platon ja Aristoteles mainitsivat sähkörauskun (torpedo mamorata). Pliniuksen ”Luonnonhistorian” mukaan kalaan keihäällä kosketettaessa lihakset halvautuvat ja nopeimmatkaan jalat eivät liiku. Sähkörauskun terapeuttinen vaikutus todettiin vuonna 46 jKr, jolloin Scribonius Largus, eräs Rooman valtakunnan ensimmäisistä lääkäreistä, selitti teoksessaan Compositiones Medicae, että sähkörauskun avulla voidaan parantaa päänsärkyä ja kihtiä. Päänsärystä ei ole enempiä neuvoja, mutta kihtiä varten teoksessa annettiin hoito-ohje, jonka perusteella Scriboniusta voitaisiin jopa pitää sähköterapian keksijänä: Kihtiin liittyvän kivun alkaessa on asetettava musta elävä sähkörausku jalkojen alle. Potilaan on seistävä kostealla rannalla, jota meri huuhtelee, ja hänen on oltava siinä niin kauan kunnes jalat ovat tunnottomat polviin asti. Tämä poistaa olevan ja estää tulevan kivun. Tällä tavalla Anteros, Tiberiuksen vapautettu orja, parantui.

Pyhän Elmon tuli on terävissä metallikärjissä hohtava koronaksi kutsuttu valoilmiö, jonka saattaa esimerkiksi nähdä laivojen mastoissa pimeällä, kuten Plinius kertoi ”Luonnonhistoriassaan”. Myös Caesar kuvaili legioonansa keihäänkärkien syttymistä tuleen eräänä iltana rajuilman aikana. Ilmiö on samankaltainen kuin loisteputkissa, ja sellainen syntyy normaalissa ilmanpaineessa, kun sähkökentän voimakkuus on välillä 100 V/mm – 3000 V/mm. Näin voi käydä ukonilmalla terävän metallikärjen kohdalla sähkövarausten kerääntyessä siihen. Valoa syntyy, kun sähkökentän erottamat elektronit yhtyvät takaisin kaasun ioneihin. Normaalissa säässä ilmakehän kentänvoimakkuus on vain muutama voltti senttimetrin matkalla, joten tarvitaan erikoinen sää sekä antenniksi tarpeeksi pitkä sähköä johtava teräväkärkinen esine. Kun kentänvoimakkuus kasvaa suuremmaksi kuin normaali-ilman läpilyöntiarvo, noin 3000 V/mm, elektronit eivät palaa enää takaisin ioneihin vaan synnyttävät kipinäpurkauksen, josta salama on hyvänä esimerkkinä.

On arveltu, että zeppeliini LZ129 Hindenburgin palo vuonna 1937 alkoi kipinästä, joka sytytti ilmalaivasta vuotavan vetykaasun. Kaasusäiliö syttyi takapäästään, ja palo levisi etuosaan, jolloin alus vajosi puolen minuutin kuluessa romuläjäksi kentälle. Oli melkoinen ihme, että 98 matkustajasta 62 pelastui.

Pyhä Elmo, joka tunnetaan myös nimellä Ermo tai Erasmus, oli Formian piispa ja marttyyri sekä yksi merimiesten suojeluspyhimyksistä. Hän kuoli noin vuonna 304 kristittyjen vainoissa keisari Diocletianuksen aikana. Nimi liitettiin valoilmiöön vasta keskiajalla. Pyhän Elmon tulta ovat kuvailleet Kolumbus, Magalhães ja Darwin valtamerimatkojensa päiväkirjoissa. Franklin oli ensimmäinen, joka vuonna 1749 osasi yhdistää Pyhän Elmon tulen sähköön. Jotkut antiikin kirjoitta- jat ovat kuvailleet myös vaatteita riisuttaessa syntyviä valoilmiöitä, jotka olivat samanlaisia staattisen sähkön purkauksia. Piikiven lyönnissä syntyvä kipinä on pietsosähköinen ilmiö. Mekaaninen jännitys eli stressi voi tietyissä aineissa synnyttää sähköisen jännitteen. Iskun voimasta stressi voi kasvaa niin suureksi, että purkausraja ylittyy.

Bagdadin ruukku löydettiin kesäkuussa vuonna 1936 junaradan rakennustöiden yhteydessä Bagdadin lähistöltä vanhasta hautakammiosta. Hauta on ajoitettu parthialaisten aikaan (250 eKr.). Saviruukku on tulkittu kemialliseksi sähköpariksi, koska sen sisällä oli kuparisylinteri ja syöpynyt rautainen tanko. Astia on voinut toimia sähköparina, kun siihen on lisätty etikka- tai sitruunahappoa. Mitään muuta selitystä ei ole löytynyt. Samanlaisia astioita on löydetty lisää lähialueilta. On arveltu, että niitä olisi käytetty 2000 vuotta sitten babylonialaisten korujen hopeoinnissa tai kultauksessa. Jos näin on, antiikin elektrolyysimenetelmä on salattu hyvin, sillä se piti keksiä uudelleen 1800-luvulla.

Ukonilma ja salamointi ovat olleet kautta aikojen ihmiskunnan ihmetyksen kohteita, ja niihin on liitetty uskonnollisia käsitteitä. Salamalta suojautuminen on luonnollisesti ollut tärkeä tavoite ja se on synnyttänyt erilaisia taikauskoon perustuvia menetelmiä. Keski-Euroopassa on ollut käytössä ukkoskivi (Donnerstein, pierre de tonnerre), jonka piti suojata henkilöä tai kotia salamaniskulta. Saksassa myytiin vielä 1600-luvulla jalokiviä, joilla oli tällaisia ominaisuuksia. Ranskassa pidettiin kiveä taskussa ja pyydettiin suojelua salamalta ”pierre, pierre, garde-moi de la tonnerre”. Toisaalta on esitetty, että vanhoissa egyptiläisissä temppeleissä osattiin käyttää korkeita metallilla päällystettyjä puumastoja ukkosenjohdattimina. Intian hindukulttuurissa oli vastaavassa käytössä raudasta tehtyjä mastoja. Roomalaiset taas havaitsivat, että suuret pronssipatsaat suojasivat Jupiterin ukoniskuilta. Etruskien on sanottu osanneen kääntää salamat sivummalle ampumalla metallinuolia uhkaaviin ukkospilviin vuoden 600 eKr. vaiheilla. Ukkosenjohdatin kehitettiin kuitenkin vasta 1700-luvulla.

Sähkön nimittäminen

Meripihkan kreikankielinen nimi elektron (????????) muistuttaa pysyvästi sähkön alkuhavainnoista, sillä siitä on tullut sähkön sukunimi. Useimpien sivistyskielien sähköä tarkoittava sana pohjautuukin tähän sanaan. Suomen (samoin kuin unkarin, heprean, kiinan ja japanin) kieli on eräs poikkeus tästä säännöstä. Sanan ”sähkö” otti vuonna 1845 käyttöön lääketieteen tohtori Samuel Roos saksasta kääntämässään teoksessa Mintähden ja sentähden, johon oli pakko keksiä ”elektriciteetille” suomenkielinen vastine. Nimi johdettiin sähkökipinän ominaisuudesta ”sähähtää säkenöimällä”. Kirjassa selitettiin luonnonilmiöitä katekismuksen tapaan esittämällä kysymys ja siihen vastaus.

39. Mintähden kutsutaan Sähkö Elektriciteetiksi? ja mistä wielä sähkönimikin on kotoisin?
Sentähden, että Wanhoilla kansoilla kalliina pidetty ja siihen aikaan Itä=meren etelä rannalla maatuwista lieteistä kaiwettu kiwipihka, Saksalaisten Bernstein, jota Grekalaiset kutsuivat Elektron, hawaittiin, hierottuna willaiseen, wetäwän puoleensa kaikenlaisia pieniä kappaleita ja yhtäkkiä ampuwan net pois, myöskin isommasta palasesta antawan sähähtäwän säkenen joka pisti likellä pidettyyn sormeen… …Tämä sähähtämällä säkenöiminen on wetänyt minun ennen nimetöintä woimaa taikka ainetta Sähkö=woimaksi tai aineeksi nimittämään.

Vuonna 1837 oli Lönnrot jo ehtinyt ehdottaa uudissanaa ”lieke”, jolloin johde ja eriste olivat saaneet nimet ”liekejohdattaja” ja ”lieketukkio”. Sana ei ilmeisesti ollut suomalaiseen käyttöön tarpeeksi sähäkkä.

Tekniikan tohtori Kimmo Silvoselta on julkaistu Otatieto-sarjassa uusi kaksiosainen sähkötekniikan ja elektroniikan oppikirja. Sähkötekniikka ja piiriteoria sekä Elektroniikka ja puolijohdekomponentit korvaavat yhdessä Silvosen aiemman teoksen Sähkötekniikka ja elektroniikka. Sähkötekniikka ja piiriteoria käsittelee mm. piirianalyysia, siirto- ja radiotaajuustekniikkaa sekä sähkövoimatekniikan perusteita. Elektroniikka ja puolijohdekomponentit käsittelee analogia- ja digitaalitekniikkaa. Teosten harjoituksia sekä tietoa uuden laitoksen sisältöön tehdyistä muutoksista ja lisäyksistä löytyy Kimmo Silvosen verkkosivuilla kimmos.net. Tekniikan tohtori Kimmo Silvonen toimii sähkötekniikan ja elektroniikan lehtorina radiotieteen ja -tekniikan laitoksessa Teknillisessä korkeakoulussa.

–

SÄHKÖTEKNIIKKA JA PIIRITEORIA
PASSIIVISET KOMPONENTIT, SÄHKÖFYSIIKKA, DC-, AC- JA TRANSIENTTIANALYYSI , OSOITINLASKENTA, SÄHKÖ VOIMATEKNIIKKA, KAKSIPORTIT, RF-TEKNIIKKA

» Tilaa teos verkkokaupasta

Sähkötekniikka ja piiriteoria kattaa laajasti mm. passiiviset komponentit, sähköfysiikan, piirianalyysin, siirtojohto- ja radiotaajuustekniikan sekä sähkövoimatekniikan perusteet. Kirjan verkkosivuilta on saatavana runsaasti simulointitiedostoja
ja laskuesimerkkejä ratkaisuineen.

Teos on tarkoitettu oppikirjaksi tiede- ja ammattikorkeakouluihin, mutta siitä on hyötyä myös ammattikäytössä. Laajan sisältönsä ja hyvän hakemistonsa ansiosta se soveltuu myös käsikirjaksi.

–

ELEKTRONIIKKA JA PUOLIJOHDEKOMPONENTIT
ANALOGIA- JA DIGITAALITEKNI IKKA, VAHVISTIMET, TEHOLÄHTEET, SUODATTIMET, TEHO- JA TIETOLIIKENNE-ELEKTRONIIKKA, PIIRISIMULOINTI

» Tilaa teos verkkokaupasta

Elektroniikka ja puolijohdekomponentit käsittelee analogia- ja digitaalitekniikkaa laajasti ja perusteellisesti. Pääosan sisällöstä muodostavat aktiiviset komponentit sovelluksineen, laskentamenetelmät ja piirisimulointi. Kirjan verkkosivuilta
on saatavana runsaasti simulointitiedostoja ja laskuesimerkkejä ratkaisuineen.

Teos on tarkoitettu oppikirjaksi tiede- ja ammattikorkeakouluihin sekä elektroniikan harrastajille.

Sähkönjakelutekniikka käsittelee jakeluverkkotoimintaa ja siihen liittyviä liiketoiminnallisia kysymyksiä. Sen pääpaino on verkkojen suunnittelussa ja kehittämisessä. Suuri osa Suomen sähkönjakelussa käytettävistä avojohdoista onkin uusittava seuraavan vuosikymmenen aikana. Oppikirjana teos auttaa hahmottamaan ja käsittelemään sähkönjakeluverkkoihin liittyviä teknisiä ja taloudellisia näkökohtia. Kokeneelle insinöörille se tarjoaa tukea sähkönjakelutekniikan perusteorian kertaamiseen ja antaa virikkeitä sähköverkostojen strategiseen kehittämiseen.

***

Erkki Lakervi & Jarmo Partanen
Sähkönjakelutekniikka
Nidottu, 294 sivua.
ISBN 978-951-672-359-7
2. uudistettu painos 2009, Otatieto-sarja.
Suositushinta 37  €

» Tarkasta saatavuus ja tilaa teos verkkokaupasta

***

Sisällys

1. Johdanto

2. Sähkönjakeluverkkoliiketoiminta
2.1 Sähkönjakelujärjestelmä
2.2 Sähkönjakeluverkkojen merkitys
2.3 Sähköverkkoliiketoiminnan toimintaympäristö
2.4 Sähköverkkoliiketoiminnan organisointi

3. Sähkönjakeluverkkojen teknis-taloudellinen laskenta
3.1 Johdot ja muuntajat
3.2 Oikosulkuvirta
3.3 Jännitekuopat
3.4 Teho- ja energiahäviöt
3.5 Lämpeneminen
3.6 Jännitteenalenema
3.7 Taloudellisuuslaskelmat
3.8 Luotettavuuslaskenta
3.9 Verkon kuormitusten mallinnus

4. Sähkönjakeluverkkojen suunnittelun teknis-taloudelliset perusteet
4.1 Suunnittelun tavoitteet ja sisältö
4.2 Johtimen ja muuntajan taloudellinen mitoittaminen
4.3 Suunnittelua ohjaavien periaatteiden ja parametrien määritys
4.4 Verkon kuormitusten ennustaminen
5. Sähkönjakelun kehittämisnäkökohtia
5.1 Ympäristönäkökohtia
5.2 Magneettikentät
5.3 Standardisointi
5.4 Turvallisuuden hallinta

6. Alue- ja keskijänniteverkot
6.1 Sähköasemat
6.2 Keskijänniteverkko
6.3 Kehittämismenetelmien vaikuttavuudet
6.4 110 kV:n johdot ja sähköasemat
6.5 Kapasiteetin lisääminen häiriötilanteiden varalle
6.6 Johtojen rakentaminen ja uusiminen
6.7 Käyttövarmuutta parantavat verkostorakenteet
6.8 Kauko-ohjattavat kytkinlaitteet ja muu automaatio
6.9 Yhteistyö muiden organisaatioiden kanssa
6.10 Toimilaitteiden asettelumuutokset

7. Pienjänniteverkot
7.1 Jakelumuuntamot
7.2 Pienjänniteverkko jakelujärjestelmän osana
7.3 Muuntamo- ja verkkotyypin määräytymisnäkökohtia
7.4 Verkkomuoto ja käyttötekniset näkökohdat
7.5 Suojaus
7.6 Mitoitusperiaatteet
7.7 1000 V:n jakelujärjestelmä

8. Vikavirtasuojaus
8.1 Keskijänniteverkon oikosulkusuojaus
8.2 Keskijänniteverkon maasulkusuojaus
8.3 Pienjänniteverkon suojaus
8.4 Hajautettu sähkön tuotanto
9. Verkosto-omaisuuden hallinta
9.1 Verkoston kehittämisprosessi
9.2 Verkoston kunnossapitoprosessi
9.3 Verkon käyttöprosessi
9.4 Sähkön laadun hallinta
9.5 AMR – automaattinen mittareiden luenta

10. Verkostosuunnittelun apuneuvot
10.1 Suunnitteluohjeet
10.2 Verkkotietojärjestelmä
10.3 Tietojärjestelmien käyttö verkostosuunnittelussa

11. Verkkoyhtiön talous
11.1 Verkkoliiketoiminta
11.2 Jakeluverkkoliiketoiminnan erityispiirteitä
11.3 Yrityksen laskentatoimi
11.4 Kirjanpito ja tilinpäätös
11.5 Verkkotoiminnan tunnusluvut

12. Sähkönjakelualan järjestöt

Lyhenteitä
Appendix: Rural Electrification in Developing Countries
Kirjoittajat

***

Johdanto

Sähkönjakeluverkot ovat osa yhteiskunnan infrastruktuuria. Sähkönkäyttäjät odottavat lähes keskeytymätöntä sähkön toimitusta. Sähkönjakeluliiketoiminnan vaikutus sähkön hintaan on huomattava, yli 30 % pienasiakkaan sähkön kokonaishinnasta tulee sähkönjakelusta. Sähkön laadun keskeiset tekijät, käyttövarmuus ja jännitteenlaatu, määräytyvät lähes yksinomaan jakeluverkkojen ominaisuuksista. Sähkömarkkinalain myötä sähkönjakelusta on tullut oma muusta sähkö- ja energiatoiminnasta eriytetty liiketoiminta-alue, jolle on tunnusomaista alueellinen monopoli ja siihen liittyvä sähkömarkkinaviranomaisen taloudellinen ja tekninen valvonta.

Huomattava osa sähkönjakelussa käytettävistä avojohdoista on ikääntymisen takia uusittava vuoteen 2020 mennessä. Tämä on suuri haaste, mutta samalla myös mahdollisuus. Sähkönjakelussa käytettävät rakenteet ja komponentit vaativat suuria pääomia. Verkkojen jälleenhankinta-arvo on yli 12 mrd. euroa. Verkkojen käyttöikä on pitkä, avojohtoverkoilla 40–50 vuotta ja maakaapeliverkoilla jopa 100 vuotta. Keskeinen kysymys on, millä tekniikalla ja miten verkkojen kehittäminen ja uusiminen toteutetaan. Onhan ainakin osa verkoista käytössä vielä vuosisadan lopulla. Kuinka hyvin pystymme ennustamaan tulevaisuuden tarpeet ja vaatimukset? Pitkä käyttöikä ja toiminnan pääomavaltaisuus korostavat verkkojen suunnittelun ja komponenttien valinnan tärkeyttä.

Sähkönjakeluverkkoihin investoidaan Suomessa vuosittain noin 250 miljoonaa euroa. Erityispiirteenä on, että summa koostuu lukuisista, yleensä varsin pienistä yksittäisistä investoinneista. Hyvän kokonaistuloksen saavuttamiseksi suunnittelun tulee siten olla osaavaa kaikilla sähköyhtiön organisaatioportailla.

Suppean verkonosan suunnittelu täyttämään tekniset vaatimukset on yleensä melko helppo tehtävä ja mahdollista lyhyelläkin koulutuksella ja kokemuksella. Huomattavasti vaativampaa on laatia joustava ja myös taloudellisesti edullinen suunnitelma, jossa on otettu huomioon muun verkon, ympäristön, sähköntarpeen ja hajautetun tuotannon muutosten asettamat vaatimukset.

Sähkön käytön kasvunopeus on viime vuosina hidastunut. Tämä tekee osaltaan ylimitoitukset taloudellisesti aiempaa raskaammiksi. Toisaalta käyttövarmuuden ja yleensä koko energia-alan painoarvo on viime aikoina kasvanut. Verkonomistajien lisääntyneet tuottovaatimukset sekä Energiamarkkinaviraston aktiivinen valvonta ovat tehneet taloudellisuuden ja joustavuuden entistä tärkeämmäksi. Tämä asettaa lisävaatimuksia suunnittelun tarkkuudelle ja mukaan otettaville tekijöille.

Oppikirjassa käsitellään keskeisiä jakeluverkkotoiminnan kysymyksiä, pääpaino on verkkojen kehittämiseen liittyvillä asioilla. Tavoitteena on, että oppikirja avartaa opiskelijaa huomaamaan sähkönjakeluverkkoliiketoimintaan vaikuttavia teknisiä ja taloudellisia tekijöitä. Rutinoidulle insinöörille se tarjoaa tukea teoreettisten perusteiden kertaamiselle ja toivottavasti antaa virikkeitä verkostojen pitkän aikavälin strategiseen kehittämiseen.

Tämä kirja käsittelee työn luonnetta sellaisena kuin se nyt ja todennäköisessä tulevaisuudessa on. Kirjan keskeisiä käsitteitä ovat “hajautunut”, “mobiili” ja “monipaikkainen” työ. Kirjassa kuvataan niitä tarpeita ja toimintatapoja, joita syntyy näiden joustavien työskentelytapojen pohjalta. Myös työntekijöille syntyviä haasteita ja heidän tarpeitaan kuvataan työn kehittämisen lähtökohtana. Kirja on tehty yhteistyössä MIT:n tutkijoiden kanssa kolmessa huippuyrityksessä: Nokia, Nordea ja Senaatti.– Teos

Vartiainen Matti, Hakonen Marko, Koivisto Satu, Mannonen Petri, Nieminen Mika P., Ruohomäki Virpi, Vartola Anni
Distributed and mobile work. Places, people and technology
Nidottu, 205 sivua. Gaudeamus 2007,Otatieto-sarja.
Suositushinta 33  €
» Tarkasta saatavuus ja tilaa teos verkkokaupasta