Kaapeloidun 20 kV jakeluverkon maadoitukset

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