Kaapeloidun 20 kV jakeluverkon maadoitukset
verkot Kaapeloidun 20 kV jakeluverkon maadoitukset Maakaapeloinnin voimakas lisääntyminen Suomessa aiheuttaa merkittäviä investointitarpeita paikallisille verkkoyhtiöille. Tyypillisesti näiden kustannusten hillitsemiseksi on pyritty valitsemaan tarpeeseen nähden mahdollisimman kustannustehokkaat kaapelityypit ja käytettävät poikkipinnat. Teksti: Antti Pirttilä/Reka Kaapeli Oy Kuvat: Reka Kaapeli Oy K oska suurin osa uusista kaapeloinneista tehdään nykyisin haja-asutusalueilla, joilla etäisyydet ovat suuria ja tehotiheydet pieniä, kaapeliyhteyden mitoittavaksi tekijäksi nousee tyy- pillisesti jännitteen laatu termisen kuormitettavuuden sijasta. Itse asennettavan kaapelin lisäksi merkittäviä kustannuksia yhteyttä rakennettaessa aiheuttaa vaatimusten mukaisen ja riittävän maadoituksen asentaminen. Käytettävän kaapeli- tyypin oikean valinnan lisäksi merkittäviä säästöjä voidaan saavuttaa järjestelmän maadoitusten tarkoituksenmukaisella mitoittamisella. Seuraavassa on tarkoitus tarkastella verkon maadoituksia kaapeliyhteyksien rakentamisen näkökulmasta. Keskijännitteisen jakeluverkon runkojohtojen kaapelointia kustannustehokkaalla AHXAMK-WP kaapelilla. 20 SÄHKÖ & TELE 2/2014 Kevyt perusratkaisu Ensimmäinen vaihe haja-asutusalueen verkon maadoitusten optimoinnissa on valita käytettävät kaapelityypit niin, että itse kaapelin mukana ei tule maadoitus-elektrodia. Käytännössä tämä tapahtuu valitsemalla perusratkaisuksi AHXAMK-WP kaupunkiverkkoihin tarkoitetun AHXAMK-W:n sijasta. Mainitut kaapelit erottaa ainoastaan laajan maadoitusverkon tarvitsema kuparinen keskusköysi, jota ei löydy WP-kaapelista. Kyseisen köyden tehtävä kaapelissa on kytkeä ja ketjuttaa linjan molemmat päät yhtenäiseen maadoitusverkkoon. Tällaisen laajan maadoitusjärjestelmän rakentaminen haja-asutusalueille ei ole yleensä tarkoituksenmukaista. Sen sijaan varsinaiseen maadoitukseen kuparinen keskusköysi ei juurikaan osallistu, sillä se on ”piilossa” vaiheiden välissä keskellä kaapelia. Karkeana vertailulukuna voidaan todeta, että paljas kupariköysi maadoittaa yli kaksi kertaa paremmin, kuin vastaava kaapelissa oleva keskusköysi. Jätettäessä siis kuparinen keskusköysi pois, voidaan tarvittavat maadoitukset mitoittaa helpommin vastaamaan kunkin järjestelmän vaatimuksia ilman turhaa ja kallista ylimitoittamista. Kosketusjännitteet mitoitusperusteena Jakeluverkon maadoituksen tärkeimmät tehtävät ovat järjestelmän suojauksen luotettavan toiminnan mahdollistaminen sekä vaarallisten kosketusjännitteiden syntymisen estäminen. Käytännössä maadoitusta suunniteltaessa mitoittavaksi tekijäksi nousee kosketus- ja askeljännitteiden hallinta. Kosketus ja askeljännitteillä tarkoitetaan jännitteitä, joille ihminen voi altistua sähköverkon vian aikana oleskellessaan lähellä vikapaikkaa tai vikapaikkaan liittyvällä sähköasemalla. Tehokkaimmat keinot pienentää esiintyviä kosketus- ja askeljännitteitä ovat vikapaikan maadoitusresistanssin pienentäminen sekä erillisen potentiaalinohjauksen käyttäminen. Lisäksi suurinta sallittua kosketusjännitteen arvoa voidaan kasvattaa nopeuttamalla järjestelmän suojausta siten että mahdollisen vian kestoaika pienenee. Maadoitusresistanssia pienennetään asentamalla uusia maadoituselektrodeja, jotka ovat tyypillisesti maahan kaivettuja kupariköysiä. Uutta kaapelilinjaa asennettaessa tarvittava lisämaadoitus saadaan aikaan helpoiten laskemalla kaapelin kanssa samaan kaivantoon riittävä määrä kupariköyttä ja kytkemällä se kaapelipään maadoituksiin. Huomionarvoista on, että kyseistä saattokuparia ei tällöin ole välttämätöntä vetää koko kaapelivedon matkalta, vaan tarvittava pituus yhteyden molemmista päistä voidaan määrittää tapauskohtaisesti. ”Oikeilla kaapelivalinnoilla, yhdistettynä koko järjestelmän optimointiin, verkkoyhtiö voi saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä pienempinä investointikustannuksina.” Toinen vaihtoehto kosketus- ja askeljännitteiden pienentämiselle on erillisen potentiaalinohjauksen käyttäminen. Yleisimmillään tämä tarkoittaa yhden tai useamman potentiaalinohjausrenkaan asentamista sähköaseman ympärille. Käyttämällä potentiaalinohjausta sähköasemalla saadaan suurimman sallitun kosketusjännitteen ja maadoitusjännitteen suhdelu- ku kaksinkertaistettua (CENELEC). Tällöin voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä kupariköysissä, sillä tarvittavan lisämaadoituksen määrä pienenee. Maadoitusjännitteellä tarkoitetaan tässä yhteydessä maadoitusjärjestelmän ja referenssimaan välistä jännitettä. Maadoituselektrodin koko Valitsemalla kaapelikaivantoon laskettavan saattokuparin poikkipinta oikein voidaan saavuttaa huomattavaa kustannussäästöä kuitenkaan tinkimättä järjestelmän suorituskyvystä. Oikean poikkipinnan valintaan vaikuttaa köyden terminen kuormitettavuus vikatilanteessa, asennuksen mekaaninen kestävyys sekä riittävä korroosionkestävyys asennusolosuhteissa. Lisäksi tulee huolehtia, että köysi on mekaanisesti riittävän kestävä myös vikatilanteessa tapahtuvan lämpenemisen aikana. Erittäin yleisesti kaapelikaivannon saattokuparin on käytetty 35 mm2 kupariköyttä. Huomioitavaa on kuitenkin, että haja-asutusalueen verkkojen oikosulkutehot eivät ole erityisen suuria, jolloin vikavirratkin säilyvät kohtuullisina. Tällöin termisen kestävyyden kannalta pienempikin kupari yleensä riittää. Mikäli maadoituselektrodin virtakestoisuus ei ole mitoittava tekijä, kannattaa maadoitukseen käyttää 25 mm2 kupariköyttä. Paikoitellen jopa 16 mm2 on riittävä poikkipinta, mikäli korroosion tai mekaanisen vaurion vaaraa ei ole (SFS 6001). Oikeilla kaapelivalinnoilla, yhdistettynä koko järjestelmän optimointiin, verkkoyhtiö voi saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä pienempinä investointikustannuksina. Lisäksi hyötyä syntyy myös asiakkaalle, sillä järkevästi suunniteltu jakeluverkko pienentää painetta nostaa muutenkin kasvavia sähkönsiirtomaksuja. w Perinteinen kaupunkiverkoissa käytetty kaapeli AHXAMK-W, joka on varustettu laajan maadoitusverkon vaatimalla kuparisella keskusköydellä. SÄHKÖ & TELE 2/2014 21
© Copyright 2024