Sähköasemien maakaapeloidut lähestymisjohdot 110 kV verkossa : Maakaapeli osana maadoitusjärjestelmää

Abstract

Energiamurros lisää merkittävästi sähkösiirtokapasiteetin tarvetta tulevina vuosina. Tuo tannon siirtyessä keskitetyistä voimalaitoksista hajautetumpaan tuotantoon ympäri maata kasvaa tarve myös alueverkkoihin tapahtuvalle liitynnälle. Kasvava liityntöjen tarve ilmajohdoilla voi muodostua tilahaasteeksi sähköasemilla ja tähän eräänä ratkaisuna voidaan käyttää maakaapeloituja liityntäjohtoja. Maakaapeli eroaa ilmajohdosta merkittävästi maankäytön kannalta. Siirtoverkon ilmajohdot rakennetaan suomessa puuvapaana, joka johtaa leveisiin johtokatuihin ja suureen lunastettavaan pinta-alaan. Liityttävän sähköaseman tyyppi vaikuttaa myös liittyvän voi malinjan tyyppiin. Kaasueristeiseen GIS-asemaan liittymiseen voi kaapeli olla perusteltu valinta, koska GIS-laitteistoon liitytään tyypillisesti aina kaapelipäätteiden kautta. Sähköverkon maadoittaminen on tärkeä verkon luotettavan ja turvallisen käytön kannalta. Yksi maadoitusten tärkeä tehtävä on rajoittaa mahdollisia kosketusjännitteitä vikatilanteissa. Rajat kosketusjännitteille ja ohjeet maadoitusten mitoittamiseen saadaan standardista SFS 6001:2018 Suurjänniteasennukset. Ilmajohtoverkkojen maadoittamiseen on olemassa vakiintuneita käytäntöjä ja toimintatapoja, mutta 110 kV maakaapelointia on tehty merkittävästi vähemmän, joten vastaavia vakiintuneita tapoja ei ole vastaavasti syntynyt. Maakaapeleissa maadoitustapa vaikuttaa kaapelin kuormitettavuuteen. Mikäli kaapelin vaipassa pääsee kulkemaan kiertävä virta, on tällä virralla myös lämmittävä vaikutus kaapeliin. Perinteisesti maakaapeleiden kosketussuojalle on kolme eri maadoitustapaa. Toisesta päästä maadoitettu kosketussuoja soveltuu lyhyille yhteyksille, joissa vaippaan indusoituva jännite jää pieneksi. Molemmista päistä maadoitettu kosketussuoja sopii pienempitehoisille yhteyksille, joissa vaipassa kiertävät indusoituneet virrat eivät ole merkit tävä ongelma. Pitkille yhteyksille vaihtoehtona on vaippavuorottelu, jossa vaippojen vuorottelulla estetään suuret vaippavirrat. Maadoitusjärjestelmässä tulee huomioida myös maadoitusjohtimien terminen kestoisuus. Termisen kestoisuuden mitoittamiseen tulee tuntea järjestelmässä ilmenevät vikavirrat ja vian katkaisuajat. Sähköasemaan liittymistä suunniteltaessa tulee huomioida käytettävissä oleva tila, järjestelmävaatimukset, joita olemassa olevat laitteet asettavat sekä maankäytölliset vaatimukset. Kaupunkiolosuhteissa voi maakaapeli olla tilankäytöllisesti ainoa vaihtoehto, jotta rakennettava yhteys mahtuu olemassa olevan infran rinnalle. Harvemmin rakennetulla alueella voi kaapeli myös helpottaa sähköaseman lähestymistä tilanteessa, jossa on useita risteäviä ilmajohtoja. Reittisuunnittelussa maakaapeli myös mahdollistaa pienemmällä säteellä tehtävät kaarteet, kuin ilmajohto. Laadukkaaseen suunnitteluun tulee suunnittelijan tuntea voimassa oleva lainsäädäntö, asetukset, standardit ja ohjeet. Näitä sekä ohjaavia, että määrääviä dokumentteja on paljon ja niiden sisällön ja hierarkian tuntemiseen tulee varata resursseja. Kaapelityypin valinnassa tärkein mitoittava arvo on tehokapasiteetti, joka kaapelilta vaaditaan. Kaapelin kuormitettavuuteen vaikuttaa johtimen poikkipinta-ala, sekä kaapelin ja ympäristön lämmönvientiominaisuudet