Maadoitusten nykytilanne ja parannustarpeet sähköradalla

Abstract

Rautatieliikenne on yksi tärkeimmistä liikkumisen muodoista sisäisen viennin ja ihmisten liikkuvuuden kannalta Suomessa. Perinteisesti rautatieliikenne on toiminut fossiilista polttoainetta käyttävillä vetureilla, mutta nykypäivänä jo noin puolet radasta on sähköistettyä. Tämä on erinomainen suunta kohti tulevaisuutta ilmaston kannalta. Radan sähköistäminen on kuitenkin prosessi, jossa huonolla suunnittelulla voidaan aiheuttaa vaaraa ihmisille, sekä kustannuksia ja käyttökatkoja sidosryhmille. Yksi tärkeimmistä näkökulmista sähköradan turvallisen käytön kannalta on sen toimivat ja eheät maadoitukset. Laadukkaiden maadoitusten avulla kosketusjännitteet saadaan pysymään standardien määrittämissä raja-arvoissa, vikojen suojaus toimii paremmin ja esimerkiksi salamaniskut eivät aiheuta yhtä suurella todennäköisyydellä vaurioita.

Tämän työn tavoitteena on tarkastella sähköradan maadoitusten nykytilaa ja mahdollisia parannustarpeita aiheeseen liittyen. Työn alkupää perustui vahvasti kirjallisuuskatsaukseen sähköradan rakenteeseen, maadoituksen teoriaan ja sähköradan maadoitukseen liittyen. Varsinaista uutta teoriaa ei työn yhteydessä kehitetty, vaan tarkoituksena oli tehdä työn aihepiiri tutuksi lukijalle. Ainoana nostona voidaan pitää resultoivaa maadoitusimpedanssia, jota käytettiin laskennassa tukena ja mukana johtopäätöksissä. Työn loppupäässä taas keskityttiin vahvasti laskentaan ja mittaamiseen. Laskennallinen osuus keskittyi pääosin pylväsperustusten maadoitusratkaisujen parantamiseen. Työssä saatiin selville, kuinka paljon pylväsperustusten yksinkertainen parannus paransi maadoitusresistanssia. Mittausosuudessa tarkasteltiin ja mitattiin sähköradan pylväsperustusten maadoitusreisistanssia ja sitä ympäröivän maaperän resistiivisyyttä, mutta tarkastelun ja mittauksen kohteena olivat myös maadoitusten eheys ja laitetilojen maadoitusparannukset. Laskennasta saatiin havainnoiksi se, että tilanne sähköradalla maadoitusten suhteen on hyvä, mutta tekemällä parannuksia radalle saadaan silti erinomaisia parannustuloksia. Työn lopussa tarkasteltiin sähköradan termistä kestävyyttä ja arvioitiin vuotuisia kustannuksia salamaniskuista.

Työn lopputuloksena saatiin laskennallinen arvio siitä, kuinka paljon maadoitusresistanssi paranee, kun pylväsperustuksen ankkuripultit yhdistetään galvaanisesti muihin perustuksen raudoituksiin. Parannus oli suuri, laskelmien perusteella noin 42 %. Jotta tuloksesta voidaan olla varmoja, tulee se testata mittaamalla. Erilaisia mittauksia suoritettiin kolme. Maadoitusresistanssin ja maan resistiivisyyden mittaustulokset olivat suuntaa antavia mittauksen ollessa varsin suppea. Lisämittauksia vaaditaan tarkan suhdeluvun määrittämiseksi näiden kahden tuloksen välille. Tehdyt mittaukset antavat kuitenkin työkalut ja raamit mahdollisille jatkomittauksille, jolloin niiden suorittaminen on helppoa. Maadoitusjärjestelmän eheysmittaukset antoivat tulokseksi sen, että ainakin mitatulla rataosuudella maadoitusjärjestelmä on eheä standardien mukaan. Parannettavaa kuitenkin jäi. Laitetilojen maadoitusparannusten mittaustulokset olivat erittäin positiiviset, ja suurtakin parannusta saatiin aikaan. Työn lopussa käydyn termisen kestävyyden laskujen tulokset olivat positiiviset. Radalla ei ainakaan salamaniskuista aiheutuvien virtojen takia tarvitse tehdä parannuksia termistä kestävyyttä ajatellen. Lopuksi työssä tehdyn laiterikoista aiheutuvien kustannusten skenaario osoitti, että vaikka kustannus ei ollutkaan koko kunnossapitobudjettiin nähden suuri, oli se silti varteenotettava.