Tässä alaluvussa esitellään yleisempiä käytettyjä toimitusvarmuutta lisääviä mene-telmiä. Menetelmien avulla on pyritty jo pitkään parantamaan sähköverkon toimitus-varmuutta. Alaluvuissa esitellään vierimetsän hoitoa, johtojen sijainnin muuttamista, päällystetyn ilmajohdon käyttämistä, kaapelointia, silmukoidun verkon rakentamista, kaukokäyttöä sekä verkostoautomaatiota. Käytetyt menetelmät ovat pohjaa verkos-toautomaation lisäämiselle, joten työn kannalta on tärkeää esitellä keskeisimmät toimitusvarmuutta parantavat menetelmät.
2.3.1 Vierimetsän hoito ja raivaus
Toimitusvarmuuden lisääminen voidaan toteuttaa metsässä kulkevalle ilmalinjalle vierimetsän hoidon avulla. Taulukossa 2 on esitetty keskijännitteisen sähkönjake-luverkon jakautuminen eri maastotyyppeihin. Tuloksista huomataan, että suurin osa sähkölinjoista eli 59,9 % kulkee metsätalouden maalla. Vierimetsä tarkoittaa metsää, joka on ilmajohdon välittömässä läheisyydessä. Vierimetsä reunustaa ilma-linjan johtokatua. Johtokatu on alue ilmajohdon alla, joka on raivattu ilmalinjaa varten. Johtokadun tyypillinen leveys riippuu valitusta johdintyypistä. Esimerkiksi avojohtojen johtokatu on noin 6–10m leveä [18]. Vierimetsän aiheuttamat riskit voi-daan luokitella puustoon, maastoon ja säähän liittyviin tekijöihin. Puustoon liittyvät tekijät koostuvat puun ominaisuuksista esimerkiksi puulajista sekä puun kunnosta.
Maastoon liittyvät tekijät liittyvät maan muotoihin ja laatuun. Säähän liittyvät teki-jät koostuvat tuulen voimakkuudesta, roudasta ja lumen määrästä. Näiden tekijöiden aiheuttamien riskien todennäköisyyttä voidaan kuitenkin laskea vierimetsän hoidon avulla. [19]
Taulukko 2: Keskijännitteisten sähkölinjojen sijoittuminen maakäyttöluokittain. [19]
Maatyyppi Pituus (km) Osuus
Metsämaa 67511 56,4 %
Kitumaa 2590 2,2 %
Joutomaa 1522 1,3 %
Turvetuotanto 72 0,1 %
Rakennettu maa 5887 4,9 %
Tiet 9380 7,8 %
Vesistö 1921 1,6 %
Maatalousmaa 30776 25,7 %
Yhteensä 119661 100,0 %
Vierimetsän tilaa selvitetään yleensä maastopartioimalla tai käyttämällä kauko-kartoitusmenetelmiä. Kaukokartoitusmenetelmiin kuuluu esimerkiksi johtokatujen kunnon tarkistaminen helikopterilla tai radio-ohjattavalla nelikopterilla eli dronella.
Helikopterikuvaukseen voidaan yhdistää laserkeilaus, jonka avulla johtokatua voidaan tutkia 3D-mallin kautta. 3D-mallin avulla voidaan tunnistaa maastosta johtokadun varsilta riskipuita, joita ei muuten olisi huomattu. Esimerkiksi Kymenlaakson Sähkö-verkko hyödyntää laserkeilauksen tuloksia raivauksen onnistumisen tarkastukseen sekä raivauksen tarpeen määrittelyyn [20].
Tehokas tapa hoitaa vierimetsää on esiharvennus ja taimikon hoito. Edellä maini-tuilla hoidolla pyritään vahvistamaan puita niin, että puilla on tarpeeksi tilaa kasvaa.
Mikäli taimien tiheys on liian suuri, maan ravintoa ei riitä kaikille puille, joka johtaa puiden riukuuntumiseen. Toisin sanottuna, puut kilpailevat keskenään ravinnosta.
Riukuuntuneet puut tulee poistaa ensiharvennuksen yhteydessä, mikä tehdään puus-ton ollessa noin 12–16m pituinen. Etelä-Suomessa ensiharvennus tehdään tyypillisesti noin 25–30 vuoden kuluttua metsänuudistamisesta [21]. Ensiharvennus tehdään joh-tokadun reunasta 20m metsään päin. Ensiharvennuksen jälkeen tehdään varttuneen
puuston harvennus, jossa poistetaan pitkät, kapealatvaiset sekä kallistuneet puut ilmajohdon läheisyydestä. Lopulta, kun päätehakkuut suoritetaan, on tärkeää, että päätehakkuut ulotetaan johtokatuun asti, jotta rajalle ei jää puita, joille ei ole ke-hittynyt tuuliolosuhteisiin sopivaa juurakkoa. Mikäli kyseisiä puuyksilöitä jätetään ilmalinjan läheisyyteen ne saattavat kaatua linjan päälle kovan tuulen takia. [19]
Tutkimuksen mukaan suurin osa sähköverkolle aiheutuneista vaurioista johtuu 7–11 cm läpimittaisista ja 11–12 m korkeista puista. Näiden puiden pituuden suhde läpimittaan on suuri, joten ne ovat alttiita taipumaan sähkölinjoille lumikuorman takia. [19] Jakeluverkkoyhtiön toimitusvarmuuden takaamiseksi sähkömarkkinalaissa 111 §:ssä on määritelty, että jakeluverkkoyhtiöllä on oikeus kaataa ja poistaa jakelu-verkon läheisyydessä sijaitsevia puita, mikäli nämä vaarantavat toimitusvarmuutta.
Puiden poistamisella ei kuitenkaan saa aiheuttaa metsänomistajalle kohtuutonta haittaa verrattuna puun poiston tuomiin hyötyihin. [2]
2.3.2 Sähkölinjojen siirtäminen tienvarsiin
Toinen ilmajohdon toimitusvarmuutta parantava menetelmä on ilmajohdon siirtämi-nen tienvarsiin. Kuten alaluvussa2.1 kerrottiin, ilmalinjat rakennettiin mahdollisim-man suoraan minimoiden materiaalikustannuksia. Kyseisten linjojen saneerauksien yhteydessä on mietitty, miten toimitusvarmuutta voidaan lisätä sekä pienentää kes-keytysaikoja. Päällimmäinen ratkaisu tähän kysymykseen on linjojen siirtäminen tien varsiin. Siirtämisellä on monia etuja. Kun ilmalinja rakennetaan kulkemaan tien vieressä, sen kuntoa voidaan tarkkailla helpommin. Tämä johtaa suoraan myös pie-nempiin viankorjausaikoihin, sillä asentajat pääsevät helposti autollansa vikapaikan välittömään läheisyyteen. Myös vierimetsän hoitaminen helpottuu, sillä parhaimmas-sa tapauksesparhaimmas-sa vierimetsää on vain tien toisella puolella, mikä säästää vierimetsän hoitokuluissa. Tietenkin ilmajohtojen sijoittaminen teiden varsille saattaa vaikeuttaa tienhoitoa sekä lisätä verkonrakentamisen materiaalikustannuksia. [10]
2.3.3 Päällystetyt ilmajohdot
Johtokadun laajentaminen saattaa olla ongelmallinen kysymys, mikäli maanomistaja ei suostu uuteen maankäyttösopimukseen, joka takaisi sähköverkkoyhtiölle leveämmän johtokadun ja sitä kautta paremman toimitusvarmuuden. Tällaisissa tilanteissa voidaan harkita päällystetyn ilmajohdon käyttöä eli PAS-johdon käyttöä. Päällystetty ilmajohto koostuu johtimesta sekä ohuesta eristekerroksesta. Eristeen ansiosta johdot voidaan asettaa pylväisiin lähemmäksi kuin avojohdot, joiden eristeenä käytetään pelkästään ilmaa. Eriste antaa myös lisää suojaa hetkellisistä oksien tai lintujen aiheuttamilta vioilta vähentäen lyhyiden vikojen määrää. Päällystetty avojohto on noin 30 % kalliimpaa kuin vastaava avojohto. [10]
Huonoja puolia päällystetyssä ilmajohdossa on johdon poikkipalaminen. Jos johdon päälle jää oksa makaamaan, se aiheuttaa vuotovirran, joka ajan kuluessa rikkoo eristeen. Koska eristeen takia valokaari ei pääse liikkumaan, se keskittyy yhteen paikkaan mahdollisesti polttaen johtimen poikki. Tästä syystä päällystetyt ilmajohtimet tulisi tarkastaa myrskyn jälkeen, jotta voidaan olla varmoja, että kaikki viat ovat tunnistettu eikä verkkoon nojaa esimerkiksi oksa, joka saattaa aiheuttaa
uuden vian. Mahdollisen ylijännitteen aiheuttaman valokaaren takia päällystetyille ilmajohdoille on rakennettava valokaarisuojauksia pylväisiin, jotta poikkipalamisilta voitaisiin välttyä. [10]
2.3.4 Maakaapeloiminen
Kun suunnitellaan täysin säävarmaa jakeluverkkoa, maakaapeloinnin tärkeyttä ei voida unohtaa. Kaapelin tärkeimpänä ominaisuutena on sen säävarmuus. Maakaapelin vikaantumistaajuus on 10-50 % pienempi kuin ilmajohdolla. Kaapelointi on yleisin säävarman verkon rakentamismuoto. Esimerkiksi sähköverkkoyhtiö Elenia teki, jo vuonna 2009, periaatepäätöksen, jossa päätettiin rakentaa kaikki saneerattava ja uusi verkko maakaapelina [22]. Säävarmuuden ohella maakaapeleiden etuina ovat niiden näkymättömyys kaupunkikuvassa sekä vähäinen tilantarve verrattuna ilmajohtoon.
[10]
Maakaapeli tuo kuitenkin mukanaan huonoja puolia. Kuten edellä mainittiin, kaapelit ovat maan alla piilossa säältä, mutta tämä rajoittaa kaapeleiden termisiä ominaisuuksia. Kun verkossa tapahtuu oikosulku, kaapeli lämpenee ja jäähtyy hi-taammin kuin ilmajohto eli kaapelin terminen aikavakio on huomattavasti suurempi kuin vastaavan ilmajohdon. Hitauden etuna on se, että kaapeli kestää hetkellisiä ylikuormituksia paremmin, koska kaapelin ympäröivän maan lämmittämiseen kuluu aikaa [23]. Termisten ominaisuuksien vuoksi kaapeleiden kuormitettavuus on heikom-pi kuin vastaavan avojohdon. Maakaapeliverkon rakentaminen on keskimääräisesti huomattavasti kalliimpaa kuin ilmajohtoverkon rakentaminen. Verkon kaapelointias-teen kasvaessa kapasitiivinen varausvirta virta kasvaa ja verkko tuottaa enemmän loistehoa. Kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj määrittää loistehoikkunan, jonka ylittyessä verkkoyhtiöltä peritään loistehomaksua. Tämä ohjaa verkkoyhtiöitä sijoittamaan omiin loistehon kompensointilaitteisiin [24]. Viimeisenä huonona puolena on kaapeli-verkon vikojen vaikea paikallistaminen sekä korjaaminen.
2.3.5 Silmukoitu verkko ja kaukokäyttö
Edellä mainitut menetelmät vaikuttavat kukin omalla tavallaan enemmän tai vä-hemmän verkon vikaantumistaajuuden pienentämiseen. Tämä ei kuitenkaan riitä lyhyiden keskeytysaikojen takaamiseksi, sillä vikoja sattuu silti mutta vain harvem-min. Kun vika sattuu, ensimmäisenä tehtävänä on löytää vikaantunut komponentti tai verkonosa. Tämän jälkeen vika pyritään erottamaan verkosta niin, että terveelle verkolle saadaan palautettua sähköt. Jotta sähköt voidaan palauttaa mahdollisimman monille asiakkaille, on tärkeää, että käytössä on varasyöttöyhteyksiä muista muunto-piireistä. Jakeluverkkoa hallinnoidaan yleensä säteittäin, sillä rengasmaisen verkon suojaus on monimutkaisempi toteuttaa ja hallinnoida. Monimutkaisuus perustuu viansijaintiin, koska vikavirtaa syötetään kahdesta suunnasta. [4] Vikatapauksissa varasyöttö voidaan ottaa toiselta muuntopiiriltä sulkemalla normaalisti auki ole-va jakorajaerotin kiinni. Tällä taole-valla syöttö voidaan tuoda toisesta johtolähdöstä terveelle verkolle olettaen, että varasyöttö on teknisesti mitoitettu oikein.
Verkon topologian muuttaminen vie oman aikansa. Erottimia pitää kääntää ma-nuaalisesti, ellei käytössä ole kaukokäyttöerottimia. Kaukokäyttöerottimien etu on
niiden nopeus sekä etäohjattavuus. Kun vika havaitaan, voidaan verkon topologiaa muuttaa nopeasti kaukokäyttöisten erottimien avulla käytönvalvontajärjestelmästä.
Mikäli käytössä olisi vain manuaalisesti operoitavia erottimia, käyttöhenkilön tulisi ajaa erottimen luo vaihtaakseen erottimen tilaa, mikä vie huomattavasti aikaa. Kun keskeytysaika saadaan minimoitua, myös keskeytyskustannukset laskevat merkittäväs-ti. Kaukokäyttöiset erottimet vaativat kuitenkin tietoliikenneyhteyden erotinaseman sekä käytönvalvontajärjestelmän välille. Erotinasemalle tarvitaan erottimen mootto-riohjaus, ala-asema, radio sekä antenni etäohjausta varten. Nämä edellä mainitut komponentit nostavat investoinnin hintaa.
2.3.6 Verkostoautomaatio
Sähköverkon verkostoautomaatiolla on monta tasoa. Tasot jakautuvat verkon ra-kenteen mukaan suurimmasta pienimpään. Automaation tasot voidaan esimerkiksi jakaa valvomo-, verkko- sekä ala-asema-automaatioon, mutta ne voidaan myös ja-kaa toiminnollisuuden muja-kaan. Tässä työssä keskitytään keskijännitejakeluverkon automaatioon. Tärkeimmät verkostoautomaation toiminnot ovat verkon käyttö, ver-koston hallinnan tukitoiminnot, sähköaseman kauko- ja paikalliskäyttö, verkon tilan seuranta sekä verkoston häiriötilanteiden hallinta. [25]
Tehokkaan verkon hallinnan ja käytön kannalta on tärkeää, että laitteita voi-daan hallinnoida etänä. Hallinnointiin liittyy verkon tilan monitorointi ja käyttö.
Etäkäyttö mahdollistaa verkon käyttötilanteen muuttamisen helpommin, sillä käy-töstä vastaavan henkilön ei tarvitse matkustaa kaikkien erottimien tai sähköasemien luokse. Lisäksi käytön automaatiolla voidaan optimoida verkon toimintaa esimerkiksi automaattisella loistehon ja maasulun kompensoinnilla. Sähköasemilla voidaan auto-maattisesti säätää kiskoston jännitettä, mikäli päämuuntajassa on jatkuvasääteinen käämikytkin [23]. Automaation avulla voidaan kerätä tietoa verkosta tietokantoihin, jotta niitä voidaan tarkastella tarvittaessa.
Johtolähtöjen suojaus sähköasemalla on toteutettu suojareleillä. Nämä releet ovat suunniteltu sekä aseteltu niin, että ne katkaisevat johtolähdön syötön, mikäli ne havaitsevat asetteluarvoa ylittävää tai alittavaa suuretta. Suure voi olla esimerkiksi jännite tai virta. Tärkeimmät suojattavat vikatilanteet ovat oikosulut sekä maasu-lut. Vikahavainnon jälkeen kokeillaan tyypillisesti pikajälleenkytkentää (PJK), joka tapahtuu automaattisesti asetetun ajan jälkeen. Pikajälleenkytkennällä pyritään pa-lauttamaan sähkö, mikäli se aiheutui ohimenevästä viasta esimerkiksi oksasta. Mikäli vika ei poistu verkosta, suoritetaan aikajälleenkytkentä (AJK) pitemmällä aikaviiveel-lä. Maakaapeliverkossa PJK:ta ja AJK:ta ei yleensä käytetä, sillä yleensä maakaape-liverkon viat eivät ole ohimeneviä [10]. Sen lisäksi PJK ja AJK rasittavat kaapelia huomattavasti, sillä kaapeli jäähtyy huonommin kuin ilmajohto, koska maakaapelin ympärillä oleva maa-aines johtaa huonosti lämpöä, joka aiheutuu vikavirrasta. Ilma-johtolinjan tapauksessa ilmavirta jäähdyttää johtimia tehokkaammin. Mikäli vika ei ole poistunut verkosta PJK:n ja AJK:n jälkeen, verkon päivystäjälle lähetetään hälytys pysyvästä viasta. Tilanteen selvittely jää kuitenkin verkon käytönpäivys-täjälle. Nykyaikaisella vianrajausautomaatiolla pystytään auttamaan päivystäjää enemmän, sillä ideaalitapauksessa automaatio pystyy tunnistamaan, eristämään vian
sekä palauttamaan sähköt alueelle, jossa vikaa ei ole. Tällä tavalla voidaan laskea keskeytyksistä aiheutuvia kustannuksia. Lisää vianrajausautomaatiosta luvussa 3.
[25]