Ilmajohtoverkossa pylväitä tarvitaan johtimien ripustamiseen ilmaan. Pylväitä voidaan valmistaa monista erilaisista materiaaleista ja pylväsrakenteita on olemassa muodoltaan monia erilaisia tyyppejä. Käyttötarkoituksesta riippuen pylväsrakenteet voivat muodostua yhden pylvään lisäksi useammasta pylväästä.
Pylväsrakenteiden tukemiseen on olemassa monia erilaisia tapoja. (19, s. 264 - 265; 22, s. 242.)
3.7.1 Pylväsmateriaalit
Suomessa ilmajohtoverkossa käytetään yleensä pylväsaineena puuta 110 kV:n jännitetasoon asti. Teräspylväitä käytetään suuremmilla jännitetasoilla sekä tilan-teissa, joissa puupylväiden pituus ja kestävyys eivät riitä, kuten esimerkiksi vesistöalueilla. (11, s. 32.)
Suomessa pylväspuuna käytetään mäntyä. Pylväät valmistetaan mielellään puun tyviosasta. Pylväspuut kuoritaan ja sorvataan puhtaaksi ennen kyllästystä mahdollisimman vähän puuainetta poistaen. Pylväät painekyllästetään käyttäen nykyisin suolakyllästystä (kuparikyllästys) tai kreosoottikyllästystä. Kreosoottipyl-väiden käyttö on vähäistä sen myrkyllisyyden ja terveyshaittojen takia. Puupyl-väät jaetaan eri luokkiin niiden latva- ja tyvihalkaisijan sekä pituuden perusteella.
Pylväisiin tehdään merkinnät niiden kyllästyksestä, pylväsluokasta sekä pituu-desta. (26, s. 3 - 5).
3.7.2 Pylväsrakenteiden asentaminen
Ilmajohtoverkossa käytetyt pylväät valitaan vaaditun pylväsluokan ja pituuden perusteella. Tähän vaikuttavat käytetty pylväsrakenne, johdintyyppi, jännevälit, johtokulma sekä maaston korkeuserot. (11, s. 34.)
Pylväät pystytetään nykyisin koneellisesti käyttämällä kaivinkoneita, jotka on varustettu pylväskouralla. Normaalisti pylväälle saadaan riittävä tuenta upotta-malla se maahan. Pylvään minimi upotussyvyyteen vaikuttaa maaperän laatu ja kovuus sekä upotettavan pylvään pituus. (11, s. 113 - 116.)
Pehmeässä maaperässä joudutaan käyttämään erilaisia lisäperustuksia pylvään riittävän tuennan takaamiseksi. Lisätukina käytetään pylväspuusta valmistettuja vaakatukia ja ristikoita sekä teräksestä valmistettuja perustustukia. Lisätuet kiin-nitetään pylvään tyvestä sekä tuetaan pylvääseen haruksin tai vinotuin. Joskus pylväitä ei saada kaivettua riittävään syvyyteen vastaantulevan kallion vuoksi.
Pylväskuopan syvyydestä ja upotettavan pylvään pituudesta riippuen pelkkien ty-vitukien käyttö voi riittää. Tyvituet kiinnitetään kallioon ennen pylvään pystytystä,
jonka jälkeen ne kiinnitetään pylvään tyveen. Jos pylväskuoppa jää liian mata-laksi pylvään pituuteen nähden tai kallio on heti maan tasassa, pylväät tuetaan tyvitukien lisäksi haruksin tai vinotuin kallioon. (11, s. 128 - 129.)
3.7.3 Erilaisia pylväsrakenteita
Suomen 20 kV:n ilmajohtoverkossa käytetyt pylväsrakenteet ovat valtaosin niin sanottuja I-pylväitä. Tilanteesta riippuen I-pylväisiin voidaan asentaa sivutukia ja haruksia. Kovaan rasitukseen joutuvat pylväsrakenteet rakennetaan II-pylväinä.
II-pylväiden lisätuentaan käytetään tarvittaessa haruksia. (19, s. 265; 22, s. 242;
27, s. 4; 28, s. 41 - 42.)
Kannatuspylväät ovat kannatusorrella varustettuja pylväitä, jotka sijoitetaan suorille johto-osuuksille. Kannatuspylväisiin ei kohdistu suuria johdon suuntaisia eikä sivuttaissuuntaisia voimia, joten ne eivät vaadi harusta tai tukipylvästä. (11, s. 34.) Kulmapylväät ovat kulmaorrella varustettuja pylväitä, jotka sijoitetaan jyr-kille yli 30°:n johto-osuuksille. Kulmapylväisiin vaikuttavien johdon suuntaisten sekä sivuttaissuuntaisten voimien vuoksi ne tuetaan yleensä haruksin tai tukipyl-väin. (11, s. 166 - 168.) Päätepylväät ovat pääteorrella varustettuja pylväitä, joihin johto-osuudet päättyvät. Päätepylväisiin vaikuttavat johdonsuuntaiset voimat kumotaan yleensä haruksin. Kiristyspylväät ovat kiristysorrella varustettuja pylväitä, jotka sijoitetaan suorilla johto-osuuksilla kahden peräkkäisen ilmajohdon kiristyskohdan rajalle. Kiristyspylväisiin vaikuttavien suurien johdonsuuntaisten voimien vuoksi pylväät harustetaan johdonsuuntaisesti pylvään molemmin puo-lin. (11, s. 34 - 35.)
A-pylväitä käytetään lisätuentaa vaativissa kohteissa, joissa ei ole tilaa haruksille tai niitä ei haluta käyttää esimerkiksi tien sisäkaarteissa. A-pylväissä pysty- ja tukipuun latvat leikataan muotoon ja kiinnitetään toisiinsa kierretangoilla läpipult-taamalla. Pysty- ja tukipuiden tyvien väliin kiinnitetään sidepuut pylvään molem-min puolin. (11, s. 127.) Kuvassa 11 on esitetty A-pylvään rakenne.
KUVA 11. A-pylvään rakenne (muokattu 28, s. 50)
Lisätuentaa vaativilla pylväillä voidaan pylvästä kallistava voima kumota vaihto-ehtoisesti niveltukipylväsrakenteella. Tukipuu asennetaan pystypuuhun kulman sisäpuolelle A-pylvään tavoin, mutta tukipuu kiinnitetään erillisellä siihen tarkoite-tulla metallinivelellä. Niveltukipylvään latva muodostuu yksinomaan pystypuun latvasta. Pysty- ja tukipuiden tyvien väliin kiinnitetään sidepuut A-pylvään tavoin.
(11, s. 128.) Niveltukipylvään latvan rakenne on esitetty kuvassa 12.
KUVA 12. Niveltukipylvään latvarakenne (muokattu 25, s. 81)
3.8 Harusrakenteet
Pylväisiin kiinnitetyt johdot aiheuttavat pylvästä kallistavia voimia, jotka kumotaan haruksilla. Tällöin pylvästä kallistavat voimat muuttuvat pylvästä puristaviksi ja haruksia vetäviksi voimiksi. Harukset sijoitetaan siten, että niillä saavutetaan tehokas tilankäyttö mahdollisimman pienellä rasituksella. Jyrkän haruskaltevuu-den käyttö nostaa sekä pylvään että haruksen rasitusta. Pääte- ja kiristyspylväillä harukset suunnataan suoraan johdon suuntaisesti. Kulmapylväillä haruksien suunta määräytyy johtokulmien ja johtopoikkipinta-alojen mukaan. Erotinasemilla ja pylväsmuuntamoilla harusten asennus tehdään ilmajohtoja koskevien standar-dien ja määräysten mukaisesti. (11, s. 117; 29, s. 4; 30, s. 60.)
3.8.1 Harusköysi
20 kV:n ilmajohtoverkossa harusköytenä käytetään kuumasinkittyä teräsköyttä, jonka käytetyin poikkipinta-ala on 25 mm2. Tarvittaessa voidaan käyttää suurem-pia poikkipinta-aloja. Suurin sallittu kuormitettavuus yksittäiselle 25 mm2 harus-köydelle on 17,5 kN. Vetorasituksen ollessa suurempi käytetään yleensä yhtäai-kaisesti kahta harusköyttä. (11, s. 120.)
3.8.2 Harusankkurirakenteet
Harusankkureina käytetään pääsääntöisesti maa- (haruslaatta), puu- tai kal-lioankkureita. Luotettavan maa-ankkuroinnin saavuttamiseksi on huomioitava maan ominaisuudet, kaivettavan kuopan muoto sekä kuopan huolellinen täyttä-minen. Normaalisti maa-ankkuroinnissa käytetään haruslaattoja, joihin harus kiin-nitetään laattasilmuksia käyttäen. Pehmeässä maassa ja tarvittaessa muulloinkin voidaan käyttää pylväspuuankkureita. Haruskuoppa kaivetaan niin, että pylvään puoleinen reuna sortuu mahdollisimman vähän. Harusankkuri asetetaan kuop-paan haruksen suuntaisesti siten, että silmuksen pää ja haruskiristin jäävät maan pinnalle. Haruskuoppa täytetään kuopasta kaivetulla maalla. Jos pelkällä maa-täytöllä ei saavuteta riittävää lujuutta, sitä voidaan parantaa louhoskivimaa-täytöllä.
Kiviä käytettäessä haruskuoppa on kaivettava siten, että tarpeellinen määrä kiviä sopii harusankkurin ja pylvään puoleisen seinämän väliin. (11, s. 120 - 121.)
Haruksia kallioankkuroitaessa käytetään kalliosilmuksia. Kallioon tai kiveen porataan reikä, johon kalliosilmus kiilataan. Kalliosilmus asennetaan 15 - 45°:n kulmaan harukseen nähden. Kalliosilmuksen joutuessa maan alle tulee varmis-tua siitä, että haruskiristin jää maan yläpuolelle. Tämä voidaan toteuttaa käyttä-mällä riittävän pitkää jatkosilmusta. (11, s. 121 - 122.)
3.8.3 Haruksen suojamaadoitus ja eristys
Yleisperiaatteena on, että harus ei saa olla jännitteelle altis. Harus ei myöskään sen löystyttyä tai irrottua saa tulla jännitteelle alttiiksi tai koskettaa jännitteisiä osia. Tämän toteuttamiseksi haruksille on laadittu vähimmäisetäisyydet jännittei-siin ojännittei-siin. Jos etäisyysvaatimukset eivät toteudu, harukset pitää suojamaadoittaa tai varustaa haruseristimellä. (20, s. 24.)
Harus pitää suojamaadoittaa siitä päästä, joka ei voi tulla jännitteiseksi haruksen pään irrottua. Jos haruksen molemmat päät ovat irtoamisen jälkeen vaarassa tulla jännitteiseksi, harus maadoitetaan molemmista päistä. Harus maadoitetaan maadoituselektrodin avulla käyttäen siihen tarkoitukseen hyväksyttyjä liittimiä.
Harus voidaan suojamaadoittaa myös toisen haruksen välityksellä. Harus tode-taan maadoitetuksi silloin, kun se on yhteyksissä toiseen suojamaadoitettuun osaan. (20, s. 24; 31, s. 90.)
Jos harusta ei suojamaadoiteta, harus pitää varustaa haruseristimellä. Haruseris-timinä käytetään posliinisia eristimiä, joiden mekaaninen lujuus on 35 kN. Tämä mahdollistaa kahden 25 mm2 harusköyden käyttämisen. Harusköydet pujotetaan eristimen läpi siten, että köysien silmukat tulevat toistensa läpi. Tällä estetään haruksen katkeaminen eristimen rikkoontuessa. Haruseristin pitää asentaa tar-peeksi korkealle maanpinnan tasosta. Eristimille on laadittu eri vähimmäisetäi-syydet maan pinnasta haruksen normaalille asennolle sekä löystyneelle tai irron-neelle harukselle. (11, s. 124 - 125; 20, s. 25.)
3.8.4 Haruksen kiinnittäminen
Harus pyritään kiinnittämään pylvääseen sellaiseen kohtaan, jossa pylvästä taivuttava voima jää mahdollisimman pieneksi. Haruksen yläpää kiinnitetään pyl-vään latvaan käyttämällä haruslukkoa, -rautaa tai -kiinnikettä. Haruslukollisessa
kiinnityksessä harusköysi kierretään kaksi kertaa pylvään ympäri ja se lukitaan haruslukolla silmukaksi. Haruksen ja puun väliin asennetaan harussinkilöitä estämään harusköyden painumista puuhun. Harusköysi voidaan kiinnittää pylvääseen myös suoralla tai taivutetulla harusraudalla. Harusrauta kiinnitetään pylvääseen sopivan pylvään läpi menevän tai muun pultin alle. Haruskiinnikettä käytetään vetorasituksen ollessa suurempi kuin 17,5 kN, jolloin käytetään kahta harusköyttä. Haruskiinnikkeen on oltava mekaanisesti kestävä 35 kN:n asti. (11, s. 123.)
Viimeisenä työvaiheena harusköysi kiinnitetään harusankkuriin haruskiristimellä.
Kiristimen avulla harusköyttä kiristetään siten, että pylvääseen kohdistuvat veto-voimat tasaantuvat. Pylväs kiristetään kallistumaan hieman haruksen suuntai-sesti ilman, että se jää silmin nähtävästi takakenoon. (11, s. 123.)
3.8.5 Haruksen merkintä
Haruksen näkyvyyden parantamiseksi harusköyden alapäähän asennetaan huo-miota herättäviä harusmerkkejä. Harukseen asennetaan keltaisia sekä mustia säänkestäviä muoviputkia värejä vuorotellen. Harusköyttä merkitään pituudel-taan vähintään 2,5 m ja merkinnän tulee ulottua maan pinnasta vähintään 2 m:n korkeuteen. (11, s. 124; 20, s. 29.)
3.8.6 Harusvirta
Hyvin johtavalla maaperällä harusankkurin ja pylvääseen asennetun maadoitus-elektrodin välille muodostuu virtapiiri. Teräksisen ankkurin ja kuparisen maadoi-tusköyden välille syntyy jännite-erosta johtuva harusvirta, joka ajan kuluessa voi syövyttää ankkurin terästangon poikki. Tämän estämiseksi harukseen asenne-taan eristetty haruskiristin tai vaihtoehtoisesti harus varusteasenne-taan haruseristimellä.
(11, s. 124.)
3.9 Erotinrakenteet
Erotinrakenteet ovat tärkeä osa 20 kV:n ilmajohtoverkon kokonaisuutta. Erotti-milla johtolähdöt jaetaan sopivan kokoisiin osuuksiin sähkönjakelun sekä käytön
perusteella. Erottimilla voidaan huolto- ja vikatilanteissa muuttaa sähkönsiirtoreit-tejä tai rajata vika-alueita pienemmäksi muuttamalla sähköverkon kytkentätilaa.
Erottimien pääsääntöinen tehtävä on muodostaa lukittavissa oleva turvallinen ja selkeä avausväli virtapiiriin huollon ja korjauksien ajaksi. Erottimia ei ole tarkoi-tettu kuormitarkoi-tettujen virtapiirien avaamiseen tai sulkemiseen, mutta käytännössä ilmajohtoverkossa käytetyillä johtoerottimilla voidaan kuitenkin katkaista ja kytkeä pieniä kuormitusvirtoja. 20 kV:n ilmajohtoverkossa käytetyt erotinrakenteet voi-daan jakaa JT-erotuskohtiin, käsiohjattuihin pylväserottimiin ja kauko-ohjattuihin pylväserottimiin. (11, s. 225; 19, s. 190.)
3.9.1 JT-erotuskohdat
Jännitetyönä ohjattavat erotuspaikat eli JT-erotuskohdat muodostuvat yksinapai-sista JT-erottimista, jotka asennetaan orren läheisyyteen suoraan ilmajohtoon.
JT-erotuskohdat voidaan tehdä kokonaan jännitetyönä, mutta niiden asentami-nen sekä käyttämiasentami-nen vaativat henkilöiltä JT-koulutuksen lisäksi tarvittavat erikoistyökalut. JT-erotuskohtien käyttö on mahdollista jännitteisenä ilman kuor-mavirtaa. Esimerkki yksinapaisesta JT-erottimesta on esitetty kuvassa 13. (11, s.
225.)
KUVA 11. Yksivaiheinen erotin SZ24 (muokattu 32)
3.9.2 Käsiohjatut pylväserottimet
Käsiohjatut pylväserotinasemat muodostuvat kolminapaisista johtoerottimista, jotka asennetaan kiinni pylvään latvaan. Johtoerottimet voivat sijaita missä tahansa johtoreitin varrella erilaisilla I- ja II-pylväsrakenteilla. Johtoerottimia ohja-taan maasta käsin ilman erillisiä ohjaustyökaluja. Johtoerotin asenneohja-taan pylvää-seen yleensä ennen pylvään pystytystä. Pystyttämisen helpottamiseksi erottimen ohjain asennetaan pystytyksen jälkeen. (11, s. 225 - 228.)
Johtoerottimet jaetaan katkaisukyvyn mukaan katkaisupiiskallisiin ja katkaisu-kammiollisiin erottimiin. Katkaisupiiskalliset erottimet on varustettu piiskan muo-toisilla apukoskettimilla, jotka avautuvat veitsien muotoisten pääkoskettimien avautumisen jälkeen. Apukoskettimien jousitoiminen nopea avausliike sammut-taa syntyneen valokaaren. Tämä mahdollissammut-taa erottimelle 15 - 25 A:n kuormavir-rankatkaisukyvyn tavallisen erottimen 1 - 2 A:n sijasta. Vieläkin suurempi kuor-mavirrankatkaisukyky saavutetaan, kun apukoskettimien avauksesta johtuva valokaari sammutetaan siihen tarkoitetun katkaisukammion sisällä. Tällöin erotti-men katkaisukyky saadaan jopa sen mitoitusvirran eli 400 – 630 A:n suuruiseksi.
Liitteen 1 sivulla 5 on esitetty esimerkki käsiohjatusta erottimesta. (19, s. 193 - 194.)
3.9.3 Kauko-ohjatut pylväserottimet
Nykyään teknologian kehityttyä on mahdollista rakentaa ilmajohtoverkkoon kauko-ohjattavia pylväserotinasemia. Kauko-ohjaus mahdollistaa tehokkaam-man sähköverkon hallinnan ja ohjaamisen esimerkiksi huolto- ja vikatilanteissa.
Kauko-ohjatut erotinasemat ovat yleensä sähköverkon solmupisteisiin rakennet-tuja kolmen tai neljän pylvään erotinasemia, jotka sisältävät tyypillisesti 2 - 4 joh-toerotinta. Johtoerottimia ohjataan käsiohjaimen sijasta kaukokäyttöjärjestel-mään liitetyillä moottoriohjaimilla. Ohjaamiseen vaadittu pienjännitteinen sähkö-energia tuotetaan joko erotinaseman yhteyteen rakennetulla omakäyttömuunta-jalla tai se tuodaan muualta toisesta muuntopiiristä. Suurien pylväserotinasemien rakentaminen aloitetaan yleensä pylväiden pystyttämisellä. Pystyttämisen jäl-keen asennetaan johtoerottimet, ohjauslaitteet sekä maadoitukset. (11, s. 232 -
3.9.4 Pylväserottimien maadoitukset
Kaikki pylväisiin asennettavat kytkinlaitteet on Suomessa maadoitettava. Tämän lisäksi kytkinlaitteiden ohjausmekanismi on varustettava kosketusetäisyyden ulkopuolelle sijoitettavalla eristimellä. Puupylväisiin asennettujen kytkinlaitteiden maadoitusjärjestelmä muodostetaan vähintään pylvään perustukseen sijoitetulla elektrodilla ja potentiaalinohjausrenkaalla. Potentiaalinohjausrengas asennetaan maahan pylvään ympärille 0,5 m:n syvyyteen ja 1,0 m:n etäisyydelle pylväästä muodostamalla halkaisijaltaan 2,0 m:n kokoinen rengas. Potentiaalinohjauksen tehtävä on rajoittaa pylvään luona maasulusta saatavien askel- ja kosketusjän-nitteiden arvoa turvalliseksi ihmiselle. Potentiaalinohjausta ei tarvitse tehdä, käyt-töpaikan ympäristö voidaan luokitella kokonaan eristetyksi esimerkiksi kalliolla.
Pylvään juurella maadoitusjohtimet tulee suojata kosketuksilta ja mekaanisilta vaurioilta. Maadoitus suojataan eristävällä suojalla vähintään 2,3 m:n korkeudelta maan päällä ja 0,2 m:n syvyydeltä maan alla. (19, s. 435; 24, s. 143 - 144.) Käsiohjatun erotinaseman maadoitus luokitellaan normaalisti erilliseksi maadoi-tusjärjestelmäksi. Erillisessä maadoitusjärjestelmässä suur- ja pienjännitejärjes-telmien maadoitukset on erotettu toisistaan. Tämä on otettava huomioon, jos käyttökohteen maaperässä on pienjännitejärjestelmään kuuluvia osia. Erillistä maadoitusta käytettäessä maadoitusresistanssin arvolle ei ole asetettu vaatimuk-sia. Jos erotinasema sijaitsee alueella, jossa oleskelee tai liikkuu paljon ihmisiä tai kotieläimiä, maadoitusjärjestelmään on lisättävä toinen potentiaalintasausren-gas. Toinen potentiaalinohjausrengas asennetaan pylvään ympärille enintään 0,7 m:n syvyyteen maahan ja 1,0 m:n etäisyydelle ensimmäisestä renkaasta. (24, s.
144.)
Kauko-ohjattavilla pylväserotinasemilla suur- ja pienjännitejärjestelmien maadoi-tukset pyritään aina yhdistämään. Yhteistä maadoitusta käytettäessä maadoitus-resistanssille on asetettu tapauskohtaiset vaatimukset. Jos erotinaseman ohjauk-selle tuodaan sähköenergia toiselta muuntopiiriltä, yleensä riittävä maadoitus-resistanssi saavutetaan toisen muuntopiirin maadoituksien avulla. Omakäyttö-muuntajalla varustetuille erotinasemille rakennetaan oma maadoitusjärjestelmä.
Maadoitusjärjestelmä rakennetaan ottaen huomioon pylväsmuuntamoiden maa-doituksille asetetut vaatimukset. (11, s. 233 - 235, 24, s. 144.)
3.9.5 Pylväserottimien merkinnät
Varoituskilpien ja -merkkien lisäksi erotinasemat ja erotuspaikat tulee merkitä yksilöllisesti jakeluverkon hallinnan ja käytön takia. Merkinnät tehdään jakelu-verkkoyhtiöiden ohjeiden ja vaatimuksien mukaan. Koko erotinaseman tunnus merkitään lähestymissuuntaan päin. Erottimen ja erotuskohdan yksilöivä tunnus, varoitusmerkki sekä tarvittaessa työskentelyetäisyyksistä kertova varoitusnauha asennetaan lähimmälle pylväälle. Jos erottimen ohjaimesta puuttuu selkeät asen-non osoittavat merkit, ne tulee asentaa pylvääseen ohjaimen välittömään lähei-syyteen. JT-erotuskohdille pätevät samat ohjeet ja säännöt. Kauko-ohjattujen pylväserottimien tunnukset merkitään ohjauskotelon ulkopintaan. Ohjauskaapin sisälle tehdään merkinnät erottimen kauko- ja paikalliskäytön ja erottimen asen-non osoituksista. (11, s. 236; 24, s. 78 - 79.)