Teiskon alueen maasulkusuojauksen vaihtoehtojen selvittäminen
Tyni, Aleksi (2020)
2020
Sähkötekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-11-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010177370
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010177370
Tiivistelmä
Toimitusvarmuuden takaamiseksi jakeluverkonhaltijat ovat kaapeloineet merkittävässä määrin KJ-verkkojaan. Kaapelointi kasvattaa verkon maasulkuvirtaa jopa monikymmenkertaiseksi, jolloin maasulkuvian aikana esiintyy korkeita kosketusjännitteitä. Käytännössä maasulkuvirran kasvu on aiheuttanut paineita muuttaa maasulkusuojausta. Kosketusjännitevaatimuksiin pääsemisen keinot voidaan jakaa kolmeen eri luokkaan: maasulkuvirran pienentämiseen, maasulkusuojauksen nopeuttamiseen sekä maadoitusten parantamiseen.
Maasulkuvirran pienentämisessä on käytettävissä monipuolisin keinovalikoima. Keinoja ovat yhteenkytketyn KJ-verkon pienentäminen eri tavoin sekä kapasitiivisen maasulkuvirran kompensointi. Kapasitiivisen maasulkuvirran kompensointi haja-asutusalueen KJ-maakaapeliverkossa on järkevintä toteuttaa pääasiassa hajautetusti, jolloin johtolähtökohtainen maasulkuvirta sekä jäännösmaasulkuvirran pätökomponentti pienenevät maksimaalisesti. Loppu kompensoinnista toteutetaan keskitetyillä maasulkuvirran kompensointikeloilla.
Maasulkusuojauksen nopeuttaminen suurentaa sallittua kosketusjännitettä kustannustehokkaasti. Mitä nopeampi maasulkusuojauksesta tehdään, sitä huonommin maasulkuviat poistuvat verkosta itsestään ja sitä huonompi sähkön laadusta muodostuu. Nopeampaa suojausta voidaan kuitenkin käyttää ongelmallisten kohtien, kuten KJ-ilmajohtohaarojen tapauksessa. Käytännössä haaran alkuun asennetaan maastokatkaisija.
Maadoitusten parantaminen on kolmas keino päästä kosketusjännitevaatimuksiin. Se on yleisesti ottaen kallis keino parantaa tilannetta, mutta tarpeellinen monessa kohdin myös kohdeyrityksen KJ-verkossa Teiskossa. Tyypillinen esimerkki tästä on KJ-ilmajohtohaara
huonoilla maadoituksilla. KJ-verkon maasulkuvirrat on määritetty työssä verkkotietojärjestelmän avulla. Maasulkuvirta toimii pohjatietona kosketusjännitetarkastelua varten. Verkkotietojärjestelmän maasulkulaskennan tulokset voivat kuitenkin poiketa todellisuudesta huomattavasti erityisesti verkkotietojärjestelmän sisältämien KJ-johtimien virheellisten sähköisten arvojen vuoksi. Lisäksi kelan asentotiedon ja kaukokäyttöjärjestelmän maasulkuvirrat voivat poiketa verkkotietojärjestelmän laskemasta maasulkuvirrasta huomattavasti.
Työssä luotiin työkalu jäännösmaasulkuvirran arviointiin huonoimmassa suunnitellussa käyttötilanteessa. Työkalu ottaa huomioon maasulkuvirran perustaajuisen loiskomponentin sekä pätökomponentin. Työkalun avulla voidaan määrittää suurin ali- tai ylikompensoinnin määrä huonoimmassa käyttötilanteessa sekä tarvittava keskitetyn kompensointikelan vinoviritys korjaamaan tilanne optimaaliseksi kosketusjännitevaatimusten kannalta. Työkalussa on lukuisia epätarkkuustekijöitä muun muassa tarvittavan teorian puutteen vuoksi.
Työssä määritettiin lukuisia käytännön suosituksia maasulkusuojauksen suhteen. Mahdollisesti tärkeimpänä suositeltiin KJ-johtolähtökohtaisten maasulkuvirtojen pienentämistä niin lähelle nollaa kuin mahdollista. Osaa suosituksista voidaan käyttää vasta valmiille tavoiteverkolle. Tuloksia täytyy muutenkin soveltaa kulloisenkin verkon ja esimerkiksi käytössä olevien maasulkureleiden mukaan.
Maasulkuvirran pienentämisessä on käytettävissä monipuolisin keinovalikoima. Keinoja ovat yhteenkytketyn KJ-verkon pienentäminen eri tavoin sekä kapasitiivisen maasulkuvirran kompensointi. Kapasitiivisen maasulkuvirran kompensointi haja-asutusalueen KJ-maakaapeliverkossa on järkevintä toteuttaa pääasiassa hajautetusti, jolloin johtolähtökohtainen maasulkuvirta sekä jäännösmaasulkuvirran pätökomponentti pienenevät maksimaalisesti. Loppu kompensoinnista toteutetaan keskitetyillä maasulkuvirran kompensointikeloilla.
Maasulkusuojauksen nopeuttaminen suurentaa sallittua kosketusjännitettä kustannustehokkaasti. Mitä nopeampi maasulkusuojauksesta tehdään, sitä huonommin maasulkuviat poistuvat verkosta itsestään ja sitä huonompi sähkön laadusta muodostuu. Nopeampaa suojausta voidaan kuitenkin käyttää ongelmallisten kohtien, kuten KJ-ilmajohtohaarojen tapauksessa. Käytännössä haaran alkuun asennetaan maastokatkaisija.
Maadoitusten parantaminen on kolmas keino päästä kosketusjännitevaatimuksiin. Se on yleisesti ottaen kallis keino parantaa tilannetta, mutta tarpeellinen monessa kohdin myös kohdeyrityksen KJ-verkossa Teiskossa. Tyypillinen esimerkki tästä on KJ-ilmajohtohaara
huonoilla maadoituksilla. KJ-verkon maasulkuvirrat on määritetty työssä verkkotietojärjestelmän avulla. Maasulkuvirta toimii pohjatietona kosketusjännitetarkastelua varten. Verkkotietojärjestelmän maasulkulaskennan tulokset voivat kuitenkin poiketa todellisuudesta huomattavasti erityisesti verkkotietojärjestelmän sisältämien KJ-johtimien virheellisten sähköisten arvojen vuoksi. Lisäksi kelan asentotiedon ja kaukokäyttöjärjestelmän maasulkuvirrat voivat poiketa verkkotietojärjestelmän laskemasta maasulkuvirrasta huomattavasti.
Työssä luotiin työkalu jäännösmaasulkuvirran arviointiin huonoimmassa suunnitellussa käyttötilanteessa. Työkalu ottaa huomioon maasulkuvirran perustaajuisen loiskomponentin sekä pätökomponentin. Työkalun avulla voidaan määrittää suurin ali- tai ylikompensoinnin määrä huonoimmassa käyttötilanteessa sekä tarvittava keskitetyn kompensointikelan vinoviritys korjaamaan tilanne optimaaliseksi kosketusjännitevaatimusten kannalta. Työkalussa on lukuisia epätarkkuustekijöitä muun muassa tarvittavan teorian puutteen vuoksi.
Työssä määritettiin lukuisia käytännön suosituksia maasulkusuojauksen suhteen. Mahdollisesti tärkeimpänä suositeltiin KJ-johtolähtökohtaisten maasulkuvirtojen pienentämistä niin lähelle nollaa kuin mahdollista. Osaa suosituksista voidaan käyttää vasta valmiille tavoiteverkolle. Tuloksia täytyy muutenkin soveltaa kulloisenkin verkon ja esimerkiksi käytössä olevien maasulkureleiden mukaan.