Keskeytyksistä aiheutuneet elinkaarikustannukset ovat riippuvaisia vianhoidon tehok-kuudesta. Vianrajausautomaatiolla pyritään parantamaan tätä tehokkuutta ja siten lyhentämään keskeytyksien aikoja, joten elinkaarikustannuksissa säästetään rahaa verrattuna alkuperäiseen tilanteeseen. Keskeytyskustannukset määritellään luvussa 2.4 mainitun laskennallisen KAH-arvon avulla. Virallinen vuosittainen KAH-arvo lasketaan kaavan 4mukaan, mutta tämän työn kannalta kyseistä kaavaa voidaan yksinkertaistaa. Vianrajausautomaation toiminta perustuu yksinomaan keskeytysten pituuden lyhentämiseen pysyvien KJ-vikojen tapauksessa. Suunniteltuihin keskey-tyksiin FLIR-järjestelmä ei vaikuta, sillä voidaan olettaa, että suunniteltuja töitä tehdään samalla tasolla kuin ennen FLIR-järjestelmää. Lisäksi FLIR-järjestelmä ei vaikuta jälleenkytkentöjen määrään (PJK, AJK). Tämän takia jälleenkytkentöjen vaikutukset voidaan jättää huomioimatta.
Elinkaaren aikaisia keskeytyskustannuksia voidaan arvioida kaavan 18 avulla.
Kaava koostuu viidestä summalausekkeesta. Kaavan avulla jokaisen johto-osan vi-kaantuminen ja siitä aiheutuvat keskeytyskustannukset voidaan laskea. Neljä si-simmäistä summalauseketta kuvaavat johtolähdön johto-osien,s, vikaantumisesta aiheutuvia keskeytyskustannuksia. Keskeytyskustannukset koostuvat katkaistun te-hon kustannuksesta sekä toimittamattoman energian aiheuttamista kustannuksista.
Toimittamattoman energian kustannus voidaan jakaa kolmeen eri summalausekkee-seen, jotka riippuvat sähkönjakelun palauttamiseen kuluvasta ajasta. Ensimmäisessä tapauksessa sähköt palautuvat esimerkiksi kaukokäyttöisten erottimien avulla. Toises-sa tapauksesToises-sa sähköt palautuvat vasta, kun käyttöhenkilökunta pääsee aukaisemaan käsikäyttöisen erottimen. Viimeisessä tapauksessa asiakas joutuu odottamaan, kun-nes vika on korjattu, esimerkiksi puu on poistettu syrjäiseltä sähkölinjalta. Kun kaikkien johto-osien keskeytyskustannukset summataan yhteen ja kerrotaan kapitali-sointikertoimella κteho, saadaan laskettua tarkasteluajan sähkönjakelusta aiheutuvat elinkaarikustannukset. Kapitalisointikerroin on esitetty kaavassa 19. Kapitalisointi-kerroin mallintaa tehonkasvua niin, että teho kasvaa aluksi r prosenttia vuodessa, kunnes saavutetaan aikat’. Tämän jälkeen teho ei kasva eli voidaan ajatella, että
esimerkiksi alue on rakennettu jo valmiiksi. Mikäli halutaan tarkastella jatkuvalla kasvulla niin, silloin voidaan merkitäT = t’, jonka avulla kaava19 yksinkertaistuu.
[10]
κteho on kapitalisointikerroin, jonka avulla kustannukset saadaan laskettua elinkaarikustannus nykypäivän rahanarvoon, S on johtolähdön johto-osien lukumäärä,
λs on johtolähdön johto-osan vikaantumistaajuus (vikaa/vuosi), Px on keskeytyksessä katkaistu teho (kW),
G on keskeytyksen kokeneiden jakelumuuntamoiden lukumäärä, J on jakelumuuntamoiden lukumäärä, joiden sähköt palautuvat
nopeasti kaukokäyttöisten erottimien avulla,
L on jakelumuuntamoiden lukumäärä, joiden sähköt palautuvat käsikäyttöisten erottimien operoinnista kuluvan ajan jälkeen, R on jakelumuuntamoiden lukumäärä, joiden sähköt palautuvat vasta
viankorjauksen jälkeen,
t′ on aika, jolloin tehonkasvu pysähtyy eli tehonkasvu muuttuu 0%:ksi vuodessa,
TKK on aika, joka kuluu kaukokäyttöisten erottimien operointiin (h), TMAN on aika, joka kuluu käsikäyttöisten erottimien operointiin (h), Tkorjaus on aika, joka kuluu vian korjaamiseen (h). [71]
Yllä esitetty kaava18 ei kuvaa kokeilukytkennöistä syntyviä kuluja vaan kaavassa oletetaan, että sähköt palautuvat heti esitettyjen aikamääreiden jälkeen. Kuvassa 17on kuvattu yksittäisen vian aiheuttamaa keskeytyskustannusta, kun kokeilukyt-kentöjä tehdään vikapaikan rajaamista varten. Jakeluverkon vika alkaa verkossa ajanhetkellä t0. Ajan hetkellä t20 aloitetaan tekemään kokeilukytkentöjä vikapai-kan paikallistamiseksi. Ensimmäiset kolme vianrajausta onnistuu eli vika rajautuu pienempään osaan verkkoon onnistuneesti. Ajanhetkellä t23 tehdään kuitenkin kokei-lukytkentä, joka epäonnistuu. Epäonnistunut kokeilukytkentä laukaisee johtolähdön katkaisijan, joten KAH-kustannukset nousevat. Käytönpäivystäjä huomaa epäon-nistuneen kytkennän ja täten paikallistaa erotinvälin, jolla vika on. Ajanhetkellät24 käytönpäivystäjä palauttaa verkon tilaan ennen epäonnistunutta kokeilukytkentää.
Ajanhetkellä t25 vika saadaan rajattua pienimpään mahdolliseen kokoon ja vian korjaus aloitetaan. Koska kuvaajassa KAH-kustannus on määritelty yksikössä €/h, keskeytyksen kokonaiskustannus saadaan summaamalla kaikkien suorakulmioiden pinta-alat yhteen. Nurmijärven Sähköverkko Oy:ssä vuonna 2020 tehtiin keskimäärin 1 epäonnistunut kokeilukytkentä per KJ-vika. Tämä johtuu osin siitä, että vianra-jauksen aloittamisen jälkeen päivystäjä joutuu manuaalisesti kytkemään jälleenkyt-kennät pois päältä. Mikäli näin ei tehdä, katkaisijan lauetessa se yrittää PJK:ta ja AJK:ta, mikä nostaa epäonnistuneiden kytkentöjen määrää. Ideaalisessa tapauk-sessa tällaisia jälleenkytkentöjä ei tehtäisi enää sen jälkeen, kun ensimmäinen AJK epäonnistuu eli vika määritellään pysyväksi viaksi. Vianrajausautomaation avulla tällaiset toiminnallisuudet voidaan automatisoida, joten turhilta jälleenkytkennöiltä vältytään.
Aika
t0 t1 t3 t4
Vian korjaus
KAH-kustannus (€/h)
t20t21 t22 t23 t24 Kokeilukytkennät
vianrajauksessa
Sähköjen palautus Johtolähtö vikaantuu
Normaali käyttötilanne Vikaan havahtuminen,
vianetsintä ja erottaminen
t25
Kuva 17: Kokeilukytkentöjen vaikutus vian keskeytyskustannuksiin.
Keskeytyskustannusten tarkka arviointi on vaikeaa monesta syystä. Ensimmäisenä mainittakoon komponenttien pitkät pito-ajat sekä keskijänniteverkon muuttuminen vuosien varrella. Keskeytyskustannuksia voidaan tarkkailla vain sen hetkisellä
ver-kon rakenteella. Tästä johtuen on vaikea ottaa huomioon tulevaisuudessa tehtävät saneeraukset, maakaapeloinnit ja muut laajennusrakentamiset. Toisena tärkeänä kohtana on laitteiden ja johto-osien vikaantuminen. Vikaantumistaajuuksia voidaan approksimoida sattuneiden vikakeskeytyksien kautta siltä määrin, miten ne ovat dokumentoitu. Nurmijärven Sähköverkon jakeluverkon vikaantumistaajuuksia käsitel-lään enemmän luvussa5.2. Myös kokeilukytkentöjen vaikutuksia voitaisiin mallintaa, mikäli olisi saatavissa enemmän dataa epäonnistuneista kokeilukytkennöistä.
5 Tarkasteltava sähkönjakeluverkko
Tässä luvussa tarkastellaan diplomityön toimeksiantajan eli Nurmijärven Sähkö-verkko Oy:n keskijänniteSähkö-verkkoa ja sen tunnuslukuja vianrajausautomaation näkö-kulmasta. Nurmijärven Sähköverkko on Keski-Uudellamaalla sijaitseva verkkoyhtiö, jonka jakeluverkkoalue kattaa 450 neliökilometrin alueen. Vuonna 2019 NSV:llä oli noin 26 000 asiakasta [62]. Nurmijärven Sähköverkko on osa Nurmijärven Sähkö Oy -konsernia, joka on täysin Nurmijärven kunnan omistama. Nurmijärven Sähkö -emoyhtiöön kuuluu kaukolämpötoiminta sekä sähkön myyntitoiminta. Kuntaomis-teisuus näkyy NSV:n toiminnassa. Jakeluverkkotoiminnalla ei pyritä maksimoimaan tuottoja, vaan kuntalaisille tarjotaan edullista sähkönsiirtoa luotettavasti ympäri-vuoden. Siirtohintojen edullisuudesta kertoo esimerkiksi se, että Energiaviraston tilastojen mukaan vuonna 2019 Nurmijärven Sähköverkon siirtohinnat olivat Suomen 6. alhaisimmat, kun tarkastellaan 18 000kWh vuodessa kuluttavaa pientaloa vuoden 2019 marraskuussa, kun pientalon sulakekoko on 3x25A [72].
Tässä luvussa tarkastellaan lyhyesti NSV:n KJ-jakeluverkon rakennetta, jonka jälkeen analysoidaan verkon vikaantumistaajuuksia sekä menetelmiä vikaantumis-taajuuksien määrittämiseen. Luvun lopussa käsitellään vianhoitoon kuluvaa aikaa NSV:ssä.