Maasulkusuojauksen kehittäminen Alva Sähköverkko Oy:ssä: kosketusjänniteperustaisen maasulkuvirtasuojauksen toiminnan varmistaminen kenttäkokein

Abstract

Sähkömarkkinalakiin kirjattujen sähkönjakeluverkkojen toiminnan laatuvaatimusten vuoksi Suomessa on kaapeloitu keskijänniteverkkoa runsaasti viimeisen kymmenen vuoden aikana. Kaapelointiasteen lisääntyessä on kasvanut myös sähköverkon tuottama maasulkuvirta, joka tulee huomioida sähkönjakeluverkon suojausten suunnittelussa. Merkittävänä turvallisuustekijänä on keskijännitejakeluverkon maasulkusuojauksen toiminnan varmistaminen kaikissa verkon käyttötilanteissa. Perinteisellä suojauksella varustettu suojarele ei osaa tulkita riittävän hyvin jakeluverkossa tapahtuvia muutostilanteita, jotka vaikuttavat vikatapahtumasta johtuvien kosketusjännitteiden muodostumiseen.

Tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia maasulkuilmiöitä ja niiden aikana ilmeneviä vaarajännitteitä todellisissa verkon käyttö- ja vikatilanteissa sekä verrata saatuja tuloksia teoreettiseen viitekehykseen. Kenttäkokeiden mittausdatan avulla varmennettiin myös uuden kosketusjännitteeseen perustuvan maasulkusuojauksen toiminta. Tutkimuksen tavoitteena oli saada selville ne tekijät, joiden avulla sähköverkkojen maasulkuvirtasuojaus on mahdollista toteuttaa sähköturvallisuuslain edellyttämien vaateiden mukaisesti huomioiden myös sähköverkkojen poikkeavat vika- ja käyttötilanteet. Tutkimus toteutettiin määrällistä tutkimusotetta ja kokeellista tutkimusasetelmaa hyödyntäen. Tutkimusaineisto, joka muodostui testiympäristön mittausdatasta ja sähköaseman häiriötallenteista, kerättiin maasulkukokeilla. Tutkimusaineistoa analysoitiin tilastollisen päättelyn ja teoreettisen selittämisen avulla.

Tulosten mukaan maasulkuvian aikaiset kosketusjännitteet olivat riippuvaisia vikavirrasta ja sähkönjakeluverkon maadoitusolosuhteista. Kosketusjänniteriski kasvoi suurilla vikavirroilla ja huonoilla maadoitusolosuhteilla. Vikavirran suuruuteen vaikuttivat esimerkiksi verkon rakennustapa, valittu tähtipisteen maadoitusratkaisu sekä verkon käyttö-, kuormitus- ja vikatilanne.

Johtopäätökseksi saatiin, että sähkönjakeluverkot voidaan rakentaa SFS 6001-standardin vaateiden mukaisesti, mutta sähköverkkojen suojauksessa tulee minimoida henkilövahinkojen riskit. Uuden kosketusjänniteperustaisen maasulkusuojauksen avulla sähköverkkoyhtiöt voivat määritellä riittävän turvallisuustason oman jakeluverkkonsa rakenteen sekä käyttö- ja maadoitusolosuhteiden mukaisesti. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää tulevaisuudessa sekä kansallisesti että kansainvälisesti sähkönjakeluverkkojen suojausten suunnittelussa.