Ylijännitesuojaus sähköverkossa

Abstract

Eräs keino vähentää sähköverkossa esiintyviä häiriöitä ja keskeytyksiä on käyttää erilaisia ylijännitesuojia, jotka suojaavat verkon ja verkossa kiinni olevien laitteiden eristysrakenteita erityyppisiltä ylijännitteiltä. Ylijännitesuojat mitoitetaan niin, että ne alentavat verkkoon muodostuneen ylijännitteen riittävällä marginaalilla suojattavan kohteen kestotason alapuolelle. Ylijännitesuojia käyttämällä saadaankin parannettua verkon luotettavuutta ja toimitusvarmuutta. Tämä on hyödyllistä, sillä yhteiskunnan toimiminen vaatii luotettavaa ja häiriötöntä sähköenergian saantia, ja lisäksi sähkömarkkinalaki velvoittaa verkkoyhtiöitä kehittämään säävarmaa sähköverkkoa.

Työn tarkoituksena on käsitellä sähköverkon ylijännitesuojausta ja yleisimmin käytössä olevia suojalaitteita. Työn alussa käsitellään verkossa esiintyviä ylijännitteitä, joita ovat ilmastolliset ylijännitteet, kytkentäylijännitteet ja käyttötaajuiset ylijännitteet. Ylijännitesuojausta käsittelevä osa on rajattu koskemaan vain ilmastollisia ylijännitteitä vastaan käytettäviä ylijännitesuojia.

Hyvin lyhytkestoiset, mutta suuren energiasisällön omaavat ilmastolliset ylijännitteet voivat aiheuttaa suuria vaurioita verkkoon kytketyille laitteille. Tämän vuoksi erityisesti verkon toiminnan kannalta kriittisimmät ja arvokkaimmat laitteet suojataan ylijännitesuojilla. Ylijännitesuojista työssä käsitellään ukkosjohtimia, joiden tarkoituksena on estää suorat salamaniskut vaihejohtimiin, ja kipinävälejä, joita käytetään Suomessa alle 200 kVA:n pylväsmuuntamoiden suojaukseen. Syvällisimmin työssä käsitellään metallioksidisuojia, jotka ovat yleisimpiä markkinoilla olevia ylijännitesuojia. Työssä havaitaan, että metallioksidisuojien yksinkertainen rakenne ja vastusmateriaalin epälineaarinen käyttäytyminen sopivat hyvin ilmastollisten ylijännitteiden rajoittamiseen. Työn lopussa perehdytään myös johtosuojiin, jotka vähentävät verkossa esiintyviä häiriöitä ja parantavat sähkön laatua.

Kasvanut häiriöttömän sähkönsaannin tarve vaatii sähköverkolta luotettavaa ja häiriötöntä toimintaa. Lyhyetkin keskeytykset voivat olla hyvin haitallisia esimerkiksi joillekin teollisuuden prosesseille. Keskeytykset aiheuttavat lisäksi taloudellisia tappioita. Näitä taloudellisia tappioita voidaan pienentää hyvin optimoidulla ylijännitesuojauksella.