Sähköaseman maadoitusverkon suunnittelu

Abstract

Tämän opinnäytetyön toimeksiantaja on Sähkölandia Oy, joka on valtakunnallisesti toimiva sähköasemaurakointiin erikoistunut yritys. Työn tavoitteena oli rakentaa sähköaseman maadoitusverkon suunnittelutyökalu tukemaan suunnittelua vähentämällä suunnitteluun käytettävää työkuormitusta ja edistämällä sen toimintaa. Maadoitusverkon merkitystä ei tule aliarvioida, koska sillä on suuri vaikutus sähköaseman käyttövarmuuteen ja vikatilanteessa asemalla esiintyviin vaarajännitteisiin, sekä alueella työskentelevien ja liikkuvien henkilöiden turvallisuuteen mahdollistaen vikavirtojen johtamisen maahan hallitusti.

Työssä kerättiin mahdollisimman uutta saatavilla olevaa teoria-aineistoa yleisellä tasolla maadoittamisesta, sekä maadoitusten suunnittelusta, mitoittamisesta ja niihin liittyvistä mittauksista suurjännitemaadoituksien osalta. Lähdeaineistona käytettiin ensisijaisesti standardia SFS 6001, sekä alaan liittyvää kirjallisuutta, määräyksiä ja käytännön kokemusta. Lähteistä saaduilla tiedoilla kerättiin maadoitusverkon suunnitteluun keskittyvä teoria-aineisto sähköasemasuunnittelun näkökulmasta.

Työn tuloksena rakennettiin sähköaseman maadoitusverkon mitoitustyökalu Sähkölandia Oy:lle perustuen aiemmin kerättyyn aineistoon. Työkalu mitoittaa sähköaseman maadoitusverkossa käytettävän johtimen minimipoikkipinnan, maadoitusimpedanssin ja maadoitusjännitteen nyky- ja ennustetilanteissa annettuihin lähtötietoihin perustuen huomioimalla myös rinnakkaiset maadoitusverkot ja ukkosjohtimien reduktiokertoimet. Työkaluun rakennettiin lisäksi tulosten vertailu standardin ja määräysten raja-arvoihin. Työkalulle ei ole suoritettu mitoitustestausta todellisella sähköasemalla vaan sen rakentaminen perustui aikaisempiin toteutuksiin. Tässä työssä rakennettu mitoitustyökalu määritettiin toimeksiantajan toimesta luottamukselliseksi ja on näin ollen jätetty työn julkisen version kokonaisuuden ulkopuolelle.

The thesis was commissioned by Sähkölandia Oy, which is a nationwide company specialising in substation contracting. The objective of the work was to develop a grounding grid design tool for substations to support the design process by reducing the workload required for planning and by improving its efficiency. The importance of the grounding grid should not be underestimated, as it has a significant impact on the reliability of substation operation and on the hazardous voltages that may occur at the substation during fault conditions, as well as on the safety of personnel working and moving in the area by enabling controlled dissipation of fault currents into the ground.

This study was based on recent theoretical material on a general level on grounding, as well as on the design, dimensioning, and related measurements of grounding systems for high voltage applications. The primary reference source was the SFS 6001 -standard, supplemented by relevant literature, regulations and practical experience in the field. Based on the sources, theoretical material focused on grounding grid design was compiled from the perspective of substation design.

As a result of the work, a dimensioning tool for substation grounding grids was developed for Sähkölandia Oy based on the previously collected material. The dimensioning tool calculates the minimum conductor cross-sectional area used in the grounding grid, the grounding impedance and the grounding voltage under both current and forecasted conditions based on the given input data, while also taking into account parallel grounding grids and the reduction factors of lightning conductors. The tool has not been tested through dimensioning on a real substation. Instead, its development was based on previous implementations. The dimensioning tool developed in this work has been designated confidential by the commissioning party and is therefore excluded from the public version of the thesis.