Advanced Energy Solutions
Sähkönjakeluverkon kunnon hallinnan parantaminen kunnossapitomallin ja IoT- teknologian avulla
Terhi Säynätjoki
Diplomityö 2021
Copyright ©2021 Terhi Säynätjoki
Tekijä Terhi Säynätjoki
Työn nimi Sähkönjakeluverkon kunnon hallinnan parantaminen kunnossapitomallin ja IoT-teknologian avulla
Koulutusohjelma Advanced Energy Solutions Pääaine Sustainable Energy Systems and Markets Vastuuopettaja/valvoja Prof. Matti Lehtonen Työn ohjaaja DI Petteri Palmumaa
Yhteistyötaho Caruna Networks Oy
Päivämäärä 31.03.2021 Sivumäärä 54 Kieli suomi Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tarkasteltiin sähkönjakeluverkon kunnossapitokierron optimointia ja Internet of Thingsin sovellusten kehitystä verkon ylläpitoa parantavaan ja tukevaan suun- taan. Työssä tutkittiin olemassa olevien IoT-ratkaisujen soveltuvuutta ja käyttöä jakeluver- kossa sekä näiden taloudellista kannattavuutta.
Työssä koostettiin kokonaiskuva kunnossapitokierron nykyisestä mallista ja sen peri- aatteista sekä verrattiin sitä aiemmin käytössä olleen mallin toimintaan. Tässä työssä käsi- tellyt vaihtoehdot ovat kohdekohtainen malli, jossa valitaan kunnossapidon kohteet yksit- täin, ja huoltoaluemalli, jossa käydään läpi kaikki kohteet yhdeltä huoltoalueelta kerral- laan. Huoltoaluemalliin siirtymiselle löytyi useita hyviä syitä, muun muassa ympäristö- ja kustannushyötyjen sekä asiakas- ja urakoitsijatyytyväisyyden positiivisena kehityksenä.
Huoltoaluemallin pitkän aikavälin hyödyt osoittautuivat tämän työn teoreettisessa tarkas- telussa niin merkittäviksi, että mallin käyttöön kannattaisi palata. On kuitenkin huomioi- tava, ettei huoltoaluemalli pysty täysin korvaamaan kohdekohtaista kunnossapitomallia, vaan kunnossapitoa joudutaan kohdistamaan jatkossakin sitä vaativille kohteille.
Diplomityössä tutkittiin myös IoT-teknologian käyttöä ja siihen liittyviä haasteita jake- luverkon kunnossapidossa. IoT-teknologian kehittyessä esiin nousee uusia käyttökohteita myös sähköverkkojen hyödynnettäviksi. IoT:n avulla verkon etäkäytön mahdollisuudet kasvavat, mikä auttaa vikapaikkojen löytämisessä ja kehittyvien vikojen havaitsemisessa.
Tykkylumianturien pilotointia ja käyttöä erityisesti pohjoisissa verkonosissa sekä muu- alla erityiskohteissa, esimerkiksi vesistöjä ylittävillä linjoilla, kannattaa laajentaa ja jatkaa.
Muuntamoiden ja jakokaappien turvallisuutta ja toimintaa valvovien anturien asennuk- selle on tunnistettu tarve. Tällaisten anturien pilotointi on aloitettu verkkokohteissa.
Työssä tehtiin laskelma PAS-linjojen anturiasennukselle, jolla korvataan myrskyjen jäl- keistä partiointia. Tarkastelun tuloksena voidaan todeta, että myrskyherkkien alueiden PAS-linjoille tulisi asentaa tykkylumianturit, sillä niillä saavutetut taloudelliset hyödyt ovat merkittävät.
IoT tuo mukanaan kohdistetun, tarkemmin ajoitetun kunnossapidon, jota työssä käsi- telty kohdekohtainen kunnossapitomalli tukee paremmin kuin huoltoaluemalli. Tulevai- suudessa sopivimmaksi malliksi muodostuukin näiden yhdistelmä, joka perustuu alueelli- selle kunnossapidolle, mutta joustaa sitä vaativissa tilanteissa.
Author Terhi Säynätjoki
Title of thesis Improving the Condition Control of an Electricity Distribution Network with Maintenance Managing Models and IoT technology
Programme Advanced Energy Solutions
Major Sustainable Energy Systems and Markets Thesis supervisor Prof. Matti Lehtonen Thesis advisor Petteri Palmumaa, MSc.
Collaborative partner Caruna Networks Oy
Date 31.03.2021 Number of pages 54 Language Finnish
Abstract
In this Master’s thesis, the optimisation of the maintenance cycle of an electricity distribu- tion network, and the development of Internet of Things applications for supporting and improving network maintenance was studied. In the thesis, the feasibility, use and profita- bility of existing IoT applications was examined.
A general view of the current maintenance model and its principles was composed and compared to the operation of a previously used maintenance model. The models examined in this thesis were the targeted model, where the maintenance is targeted at specific com- ponents around the network, while in the zonal model all components in the chosen maintenance zones are the targets. Many arguments were made for returning to the use of the zonal model. Among other things, the environmental and financial advantages and the customer and contractor satisfaction were shown to improve by switching back to it. In the theoretical analysis of this thesis, the long-term benefits of the zonal model proved signifi- cant enough to recommend returning to the use of the model. The zonal model can not wholly replace the targeted model, as maintenance must be targeted to components need- ing it, which has to be taken into consideration when choosing the model in use.
In this thesis, the uses and challenges of IoT technology in electricity distribution net- work maintenance was researched. With the advancements in IoT technology, more IoT uses are surfacing for electricity networks. With the help of IoT applications, the varieties for remote use of the network expand, which helps in locating faults and other problems.
The pilot projects for sensors measuring the weight of snow and ice accumulation on the wires in the northernmost parts of the network and in special situations, such as above large bodies of water, are recommended to continue and expand. The installation of sensors monitoring the safety and operation of secondary substations and distribution cabinets has started and the need for them is apparent. The calculations for the sensoring of the covered conductor lines (PAS lines) prove that the sensors are a prominent economical alternative for after-storm patrolling of the lines.
IoT provides a targeted, well-timed maintenance, which supports the targeted mainte- nance model better than the zonal model introduced in this thesis. In the future, the most suitable model will most likely be a hybrid of the two models, based on the zones but flexi- ble, when needed.
Keywords electricity distribution, distribution network, maintenance, electricity net- work maintenance, Internet of Things
Sisällys
1 Johdanto ... 9
2 Kunnossapidon periaatteet ja toimintamallit ...10
2.1 Lait...10
2.1.1 Sähköturvallisuuslaki ...10
2.1.2 Sähkömarkkinalaki... 11
2.2 Standardit ...13
2.3 Verkostosuositukset ...14
2.4 Carunan sisäiset säädökset ... 15
2.5 Kunnossapidettävä verkko ...16
2.6 Vaihtoehtoiset kunnossapitomallit ... 20
2.6.1 Kohdekohtainen kunnossapitomalli ... 20
2.6.2 Huoltoaluemalli...21
3 Internet of Things kunnossapidossa ... 23
3.1 IoT Carunalla... 23
3.2 IoT jakeluverkon kunnossapidossa... 24
3.3 IoT:n haasteet... 24
3.3.1 Teknologia... 24
3.3.2 Hyödynnettävyys ...25
3.3.3 Tietoturva...25
3.3.4 Säädökset ... 26
3.4 Tiedonsiirtoverkko ... 26
3.4.1 5G...27
3.4.2 4G ja 3G ... 28
3.4.3 LoRaWAN... 29
3.5 Digitan tarjoamat IoT-ratkaisut jakeluverkkoon... 30
3.5.1 Carunan verkon IoT-pilotit ... 32
4 Kunnossapitomallien vertailu ...33
4.1 Turvallisuus ja tehokkuus ...33
4.2 Vikojen ehkäisy... 34
4.3 Ympäristö ... 34
4.4 Kustannukset... 34
4.7 Kunnossapitomallin vaihtaminen... 36
4.8 IoT ja kunnossapitomallit ...37
4.8.1 Asutustiheys ja IoT ...37
4.8.2 Tarkastuskierto... 38
4.9 IoT-esimerkkitapauksia ... 38
4.9.1 Tykkylumianturit... 38
4.9.2 Muuntamot ja jakokaapit ...41
4.9.3 PAS-linjat... 42
4.9.4 Saaristo ... 42
4.9.5 Rymättylä-Naantali 110 kV -vika... 43
4.9.6 Tulevaisuus ...45
4.10 Laskelmat ... 46
4.10.1 PAS-linjan tarkastus helikopterilla ... 46
4.10.2 PAS-linjan IoT-anturointi...47
4.10.3 PAS-linjan anturoinnin kustannushyödyt...47
5 Johtopäätökset... 50
Esipuhe
Haluan kiittää työn ohjaajana toiminutta diplomi-insinööri Petteri Palmumaata osaavasta ohjauksesta ja hyvistä neuvoista diplomityöprosessin eri vaiheissa. Kiitos myös valvojana toimineelle professori Matti Lehtoselle asiantuntevista neuvoista diplomityön tekoon.
Lisäksi haluan kiittää perhettäni ja ystäviäni sekä Carunan kunnossapitotiimin kollegoitani kannustuksesta ja tuesta.
Espoossa 31.3.2021 Terhi Säynätjoki
Symbolit ja lyhenteet Symbolit
at asennettavia IoT-antureja kilometriä kohti ha IoT-anturin kuukausihinta
he IoT-anturin elinikäiset kustannukset hh helikopterilennon tuntihinta
hheko helikopterilla vuosittain tehdyn PAS-linjan myrskytarkastuksen hinta kilometriä kohti
hIoT IoT-anturien vuosittaiset kustannukset kilometriä kohti hm myrskyn jälkeisen helikopteritarkastuksen hinta
hv helikopteritarkastuksen hinta vuodessa
hs IoT-anturin hankinta- ja asennuskustannukset ia anturin elinikä
lm tarkastettavan linjan pituus
pm pylväiden määrä linjakilometriä kohti
t takaisinmaksuaika
U jännite
vk helikopterilla tehtävän tarkastuksen nopeus x myrskyjen määrä vuodessa
Lyhenteet
3G ”kolmannen sukupolven” matkapuhelinteknologia 4G “neljännen sukupolven” matkapuhelinteknologia 5G ”viidennen sukupolven” matkapuhelinteknologia bit/s bittiä sekunnissa, tiedonsiirtonopeuden yksikkö dB desibeli, tehosuhteen yksikkö
dBmW desibelimilliwatti, lähetystehon yksikkö
Gbit/s gigabittiä sekunnissa, tiedonsiirtonopeuden yksikkö IoT Internet of Things, esineiden internet
kbit/s kilobittiä sekunnissa, tiedonsiirtonopeuden yksikkö KJ keskijännite, nimellinen tehollisjännite 1 kV < U ≤36 kV kV kilovoltti, jännitteen yksikkö
LoRaWAN Long Range Wide Area Network LPWAN Low Power Wide Area Network mA milliampeeri, sähkövirran yksikkö
Mbit/s megabittiä sekunnissa, tiedonsiirtonopeuden yksikkö MHz megahertsi, taajuuden yksikkö
PAS päällystetty avojohto
PJ pienjännite, nimellinen tehollisjännite U≤ 1 kV
SF6 rikkiheksafluoridi, sähköverkossa käytettävä eristekaasu SJ suurjännite, nimellinen tehollisjännite U > 36 kV
1 Johdanto
Sähkö on yksi nykyajan suomalaisen yhteiskunnan perushyödykkeistä, välttämättömyy- deksi luettavissa oleva komponentti, joka pitää yhteiskunnan pyörimässä. Sähköä tarvitaan yhä useammalla elämän osa-alueella tietoliikenneyhteyksistä vesihuoltoon. Liikenteen säh- köistyessä myös ihmisten mahdollisuudet matkustaa ja liikkua erilaisissa ympäristöissä riippuvat yhä enemmän sähkönsaannista. Näin ollen yhteiskuntaa palvelemaan täytyy ke- hittää ja ylläpitää luotettavaa ja alati muuttuviin tarpeisiin vastaavaa sähköverkkoa.
Sähkönjakeluyhtiöt toimivat verkonhaltijoina Suomen kantaverkon ja asiakkaiden vä- lissä. Suurin osa sähkönkuluttajista on liittynyt jakeluverkkoon, jonka kautta heille toimite- taan sähköä, ja johon he voivat halutessaan syöttää itse tuottamaansa sähköä. Tämä diplo- mityö tehdään Caruna-konsernille, jonka kaksi verkkoyhtiötä muodostavat Suomen suurim- man sähkönjakeluyhtiökokonaisuuden. Caruna toimittaa sähköä asiakkailleen Etelä-, Lou- nais- ja Länsi-Suomessa, Satakunnassa, Koillismaalla ja Joensuussa.
Suomalaisen sähkönkulutuksen odotetaan kasvavan merkittävästi tulevina vuosina (SKM Market Predictor AS, 2019), jolloin sähköverkon osalta tulee varautua kasvavaan kuormitukseen erilaisilla toimenpiteillä. Sähköntuotannon painottuminen yhä enemmän uusiutuvien energialähteiden, kuten tuuli- ja aurinkoenergian, tuotantoon aiheuttaa sähkö- verkkojärjestelmän tasapainottamiseen ja tuotannon ja kulutuksen kohtaamiseen liittyviä haasteita, joita sähköverkkoalalla pyritään ratkaisemaan jokapäiväisen verkon eheyden ja asiakkaiden tarpeiden täyttämisen varmistamiseksi.
Verkon uudistaminen lakien ja määräysten osoittamalla tavalla tulee vaatimaan suuria investointeja myös tulevaisuudessa. Verkon toiminnan varmistamiseksi myös kunnossapi- toon, sen suunnitteluun ja ohjaukseen tulee panostaa. Kunnossapidon avulla verkon kom- ponenteista tulee pitkäikäisempiä, ne toimivat paremmin ja verkon turvallisuus pystytään varmistamaan. Kunnossapidon tavoitteena on estää verkossa tapahtuvia vikoja ja pienentää niistä syntyvää asiakashaittaa.
Tässä työssä pohditaan Carunan jakeluverkossa tehtävän kunnossapidon tehokkuutta, sen kehittämistä ja uusien teknologioiden integroimista kunnossapitotoiminnan paranta- miseksi tulevaisuudessa. Työssä vertaillaan kahta erilaista kunnossapidon toteuttamista- paa, kohdekohtaista kunnossapitomallia ja huoltoaluemallia pyrkien määrittelemään, kum- man avulla kunnossapidon periaatteet saadaan toteutettua ja samalla parannettua työn te- hokkuutta, verkon turvallisuutta ja kustannustehokkuutta.
Lisäksi työssä pohditaan, miten käsiteltäviin kunnossapitomalleihin olisi mahdollista so- veltaa uusien teknologioiden, erityisesti Internet of Thingsin, luomia mahdollisuuksia nyky- aikana ja tulevaisuudessa.
2 Kunnossapidon periaatteet ja toimintamallit
Carunan nykyinen kunnossapitokierto perustuu voimassa oleviin lakeihin, standardeihin ja verkostosuosituksiin. Kunnossapidon tavoitteena on pitää verkko turvallisena ja ennaltaeh- käistä vikojen ja keskeytysten syntymistä.
2.1 Lait
Lait määräävät ylimmällä tasolla jakeluverkon kunnossapitotoiminnasta ja sen velvollisuuk- sista. Ne toimivat ohjenuorana kaikelle sähköverkkotoiminnalle ja siihen tehdylle säännös- telylle.
2.1.1 Sähköturvallisuuslaki
Voimassa oleva sähköturvallisuuslaki 1135/2016 määrittelee sähkölaitteiden ja -laitteisto- jen, tämän työn tapauksessa Carunan sähköverkon, turvallisuuden vaatimukset ja määräyk- set yleisellä tasolla. Sähköturvallisuuslaki vaatii, että sähkölaitteistot suunnitellaan, raken- netaan, valmistetaan ja korjataan niin, ettei niistä aiheudu vaaraa kenenkään hengelle, ter- veydelle tai omaisuudelle. Lain mukaan sähkölaitteisto ei saa aiheuttaa kohtuutonta häiriötä sähköisesti tai sähkömagneettisesti, eikä laitteistojen toiminta saa häiriintyä helposti säh- köisesti tai sähkömagneettisesti.
Sähkölaitteiston on täytettävä lain määräämät olennaiset turvallisuusvaatimukset, joihin kuuluu suojaus sähköiskuilta, tulipaloilta ja kuumuudelta. Turvallisuusvaatimuksiin kuulu- vat myös erityisolosuhteiden huomiointi, suojaus muilta mahdollisilta haittavaikutuksilta, yhteensovitusvaatimukset, Suomessa käytetyt asennustavat sekä muut olennaiset rakenne- vaatimukset. Sähkölaitteiston käytön muuttuvat olosuhteet on otettava huomioon ja niiden muuttuessa ratkaisevasti on tarvittaviin toimenpiteisiin ryhdyttävä. Turvallisuusvaatimuk- sista erilaisten sähkölaitteistojen käytössä säädetään tarkemmin sähköturvallisuusviran- omaisen julkaiseman standardiluettelon julkaisuissa.
Verkonhaltijan jakelu- ja siirtoverkot määritellään Suomen laissa luokan 3 sähkölaitteis- toiksi, joka tarkoittaa, että laitteiston haltijan, tässä tapauksessa jakeluverkkoyhtiön, vas- tuulla on huolehtia laitteiston turvallisuudesta, laitteiston kunnossapidosta ja siitä, että se täyttää lain vaatimukset. Lisäksi laitteiston haltijan on huolehdittava, että laitteiston kuntoa ja turvallisuutta tarkkaillaan ja että havaitut puutteet ja viat poistetaan riittävän nopeasti.
Laitteiston kuntoa valvotaan myös varmennustarkastuksella, joissa valtuutettu tarkastaja tai laitos tarkastaa ennen käyttöönottoa tai tietyn ajan kuluessa käyttöönotosta, että lait- teisto täyttää sähköturvallisuudelle ja sähkömagneettiselle yhteensopivuudelle asetetut sää- dökset, ja että varsinainen käyttöönottotarkastus on tehty.
Sähkölaitteiston haltija on vastuussa laitteiden turvallisuudesta, ylläpidosta ja siitä, että laitteisto täyttää lain vaatimukset turvallisuutensa osalta. Laki vaatii luokan 3 sähkölaitteis- ton haltijan laativan laitteistolleen kunnossapito-ohjelman, jolla ylläpidetään sähköturvalli- suutta. Haltija vastaa ohjelman toteutumisesta ja sen noudattamisesta. Lain mukaan kun- nossapito-ohjelmassa tulee ottaa huomioon myös laitteiston käyttöympäristö ja siitä aiheu- tuvat tarpeet.
Kunnossapito-ohjelman tavoitteiden toteutumista ja sähköverkon turvallisuutta valvo- taan ulkopuolisen suorittamilla määräaikaistarkastuksilla. Määräaikaistarkastukset
suoritetaan sähkönjakeluverkon tapauksessa pistokokein, joilla valtuutettu tarkastaja var- mistaa lain vaatimusten täyttymisen kyseisessä verkossa.
Määräaikaistarkastuksessa tulee varmistua riittävässä laajuudessa siitä, että sähkölait- teiston käyttö on turvallista, verkonhaltijan laatimaa kunnossapito-ohjelmaa on noudatettu ja että kunnossapito-ohjelma sekä sen toteutus ovat riittäviä laitteiston turvallisuuden yllä- pitämiseksi. Määräaikaistarkastuksella varmistetaan myös, että laitteiston käytön välineet, piirustukset, kaaviot ja ohjeet ovat saatavilla ja käytettävissä tarvittaessa. Myös mahdolliset uudet asennukset tarkastetaan, ja niistä tehtyjen tarkastuspöytäkirjojen asianmukaisuus varmistetaan.
Jakeluverkonhaltija velvoitetaan pitämään rekisteriä oman jakelualueensa liittymien sähkölaitteistoista. Näiden tietojen avulla pystytään valvomaan sähköturvallisuutta ja mah- dollistetaan potentiaalisten vaurioiden selvitys vahinkotilanteessa.
2.1.2 Sähkömarkkinalaki
Sähkömarkkinalaki 588/2013 pyrkii varmistamaan suomalaisten ja Euroopan unionin si- säisten sähkömarkkinoiden tehokkuutta, varmuutta ja kestävää kehitystä. Lailla pyritään varmistamaan sähkön loppukäyttäjille hyvä toimitusvarmuus, hyvät palveluperiaatteet ja kohtuullinen sähkön hinta. Sähkömarkkinalailla pyritään turvaamaan tervettä kilpailua sähkön tuotannossa ja toimituksessa. Tavoitteena on myös varmistaa, että sähköverkkotoi- minnassa säilyvät kohtuulliset ja tasapuoliset palveluperiaatteet.
Sähkömarkkinalaki velvoittaa sähköalan yritykset huolehtimaan verkkonsa käyttäjien sähkönhankinnan palveluista ja edistää toiminnassaan sähkön tehokasta käyttöä ja sähkön säästämistä.
Sähköverkonhaltija saa harjoittaa sähköverkkotoimintaa Suomessa sijaitsevassa sähkö- verkossa Energiaviraston myöntämällä luvalla, sähköverkkoluvalla. Sähköverkkolupa myönnetään, jos sitä hakenut organisaatio täyttää laissa määritellyt tekniset, taloudelliset ja organisatoriset vaatimukset. Näihin kuuluu muun muassa toimintaan vaadittavan pääoman hallinta, pätevä henkilöstö sekä riittävät selvitykset toiminnasta.
Energiavirasto määrää jakeluverkonhaltijan maantieteellisen vastuualueen jakeluverkon osalta. Vastuualuetta voidaan muuttaa painavasta syystä luvan myöntämisen jälkeen Ener- giaviraston aloitteesta, tai sähköverkkoluvan haltijat voivat sopia vastuualueiden muutok- sesta. Tässä tapauksessa muutoksesta on ilmoitettava alueen jakeluverkkoon liittyneille asi- akkaille ja Energiavirastolle.
Sähkömarkkinalain mukaan jakeluverkonhaltijalla on yksinoikeus rakentaa jakeluverk- koa vastuualueellaan, muodostaen alueelle jakeluverkon luonnollisen monopolin. Muut toi- mijat saavat rakentaa jakeluverkonhaltijan alueelle jakeluverkkoa, jos verkolla liitetään säh- könkäyttöpaikka tai voimalaitos jakeluverkonhaltijan tai muun verkonhaltijan (usein kan- taverkkoyhtiö) sähköverkkoon. Kiinteistöjen sisäiset verkot eivät kuulu jakeluverkonhalti- jan määräysvaltaan. Edellä mainituista poikkeavissa tapauksissa verkon rakentamiselle vaa- ditaan alueen jakeluverkonhaltijan suostumus.
Verkonhaltijalla on useita lain asettamia velvollisuuksia verkkonsa kehittämisessä, käy- tössä ja ylläpidossa. Verkon tulee täyttää verkkotoiminnan laatuvaatimukset ja siirto- ja ja- kelutoiminnan teknisen laadun tulee olla hyvä, verkon ja verkkopalvelujen tulee toimia luo-
sähköntuotantoa että -kulutusta, jakeluverkon tapauksessa voimalaitoksista pientuotan- toon ja sähkönkäyttöpaikkoihin pien- ja keskijänniteverkossa. Verkonhaltijan velvollisuus on tarjota sähköverkkopalveluita markkinaosapuolille tasapuolisesti.
Jakeluverkonhaltijan velvollisuudeksi on laissa kirjattu myös liittämisvelvollisuus. Tämä tarkoittaa, että verkonhaltijan täytyy pyynnöstä liittää verkkoonsa tekniset vaatimukset täyttävät sähkönkäyttöpaikat ja -tuotantolaitokset kohtuullista korvausta vastaan silloin, kun ne sijaitsevat haltijalle määrätyllä toiminta-alueella. Liittymisprosessin tulee olla tasa- puolinen ja syrjimätön.
Verkonhaltijan siirtovelvollisuus tarkoittaa, että jakeluverkonhaltijan on myytävä sähkön jakelupalveluja kohtuullista korvausta vastaan oman verkkonsa siirtokyvyn rajoissa. Ver- konhaltijan on järjestettävä verkossaan sähköntoimituksen mittauspalvelut, kuten mittaus- tietojen rekisteröinti ja näiden tietojen jakaminen sähkömarkkinoiden osapuolille.
Verkonhaltijan on hankittava oman verkkonsa häviösähköenergia ja verkon käyttöön vaadittu varavoima avoimella menettelyllä.
Sähkönjakeluyhtiöiden verkkopalvelujen hintojen ja niiden perusteiden on oltava tasa- puolisia ja syrjimättömiä kaikille verkon käyttäjille. Hintojen tulee lain mukaan olla koh- tuullisia, eikä hinnoittelussa saa olla perusteettomia tai kilpailua rajoittavia ehtoja ja esi- merkiksi säätösähkön tarjoamista ei saa rajoittaa.
Verkonhaltija saa korottaa sähkönjakelun maksujaan enintään 15 prosenttia verrattuna edellisen 12 kuukauden aikana kerättyihin sähkönjakelun maksuihin. Verkonhaltijan on jul- kaistava toimintansa tehokkuutta, laatua ja kannattavuutta kuvaavia tunnuslukuja. Sähkö- verkon kehittämisestä ja sähkömarkkinoiden toiminnasta tulee viestiä kattavasti.
Sähkömarkkinalaki velvoittaa sähköverkkoyhtiöt varautumaan verkkoon kohdistuviin normaaliolojen häiriötilanteisiin, sähkönsaannin häiriöihin ja niiden aiheuttamiin säännös- telyihin sekä valmiuslain poikkeusoloihin. Sähkönsaannin vaarantuessa jakeluverkkoyhtiön tulee olla varautunut sähkönjakelun sääntelyyn. Verkonhaltijoiden on laadittava varautu- missuunnitelmat, sekä osallistuttava valmiussuunnitteluun huoltovarmuuden turvaa- miseksi. Sähkönjakelijat osallistuvat varautumissuunnitteluun takaamalla sähkönsaannin yhteiskunnan kaikkiin toimintoihin myös poikkeusoloissa.
Häiriötilanteissa verkonhaltijan velvollisuus on toimia häiriöiden poistamiseksi ja niiden haittavaikutusten minimoimiseksi yhteistyössä muiden sähköverkkoyhtiöiden ja alueensa viranomaisten kanssa. Verkonhaltijan on huolehdittava käyttämiensä viestintäverkkojen ja tietojärjestelmien riskien hallinnasta.
Sähkön myynti- ja verkkotoiminnan tulee olla eriytettynä, vaikka yhtiöt toimisivatkin sa- man konsernin alla. Jakeluverkkoyhtiö saa kuitenkin hankkia ja toimittaa sähköä, jos tar- koituksena on verkon häviöenergian hankinta, varavoimakoneen käyttö rakentamis- tai kunnossapitotöiden yhteydessä, omakäyttösähkön hankinta, järjestelmävastuun tehtävien hoito, siirtorajoitusten hallinta tai sähköntoimitus loppukäyttäjälle, kun sähkönmyyjän toi- mitus on estynyt.
Sähkömarkkinalakiin kirjattiin vuonna 2013 toimitusvarmuusvaatimus, jonka mukaan vuoden 2028 loppuun mennessä jakeluverkossa ei saa esiintyä asemakaava-alueella yli kuu- den tunnin sähkökatkoja. Asemakaava-alueen ulkopuolella yli 36 tunnin sähkönjakelun kes- keytyksiä ei saisi syntyä. Lakiin kirjattiin myös vaatimus näiden ehtojen täyttämisestä 50 prosentilla käyttöpaikoista, pois lukien vapaa-ajan asunnot, vuoden 2019 loppuun men- nessä ja 75 prosentilla käyttöpaikoista vuoden 2023 loppuun mennessä. Säädös on johtanut sähköverkkoalalla suuriin uudistuksiin verkon säävarmuuden parantamiseksi ja näiden uu-
Sähkön loppukäyttäjä on tällä hetkellä oikeus korvauksiin verkkoyhtiöltään, kun yhtäjak- soisen sähkökatkon kesto on ylittänyt 12 tuntia. Korvauksen suuruus riippuu katkon kes- tosta.
Sähkömarkkinalain mukaan jakeluverkonhaltijalla on oikeus raivata verkkoaan uhkaavia puita, jos se on tarpeen verkon vian poistamiseksi tai ennaltaehkäisee niitä. Jakeluverkon- haltijan on kuitenkin kiireettömissä tapauksissa annettava kiinteistön omistajalle tai halti- jalle mahdollisuus suorittaa tarvittavat toimenpiteet itse.
2.2 Standardit
Standardi SFS 6000-6:2017 (2017) määrittää tarkemmin pienjännitteisen (alle 1 kV) sähkö- laitteiston kunnossapitotarkastuksien tekemisen tapaa ja kierron pituutta, määrittelemättä sitä kuitenkaan tarkemmin. Standardissa viitataan sähköturvallisuuslakiin ja sen asettamiin velvollisuuksiin.
Standardissa määritellään myös kunnossapitotarkastuksen tavoitteet. Tarkastuksilla var- mistetaan, että ihmiset ja kotieläimet on suojattu sähköiskuilta, omaisuus on suojattu viko- jen aiheuttamalta palolta, suoja- ja valvontalaitteet on oikein mitoitettu ja aseteltu, sekä vioittuneiden tai kuluneiden asennusten tunnistus ja poikkeamien havainnointi.
Standardissa määritellään myös, että kunnossapitotarkastusten väleihin vaikuttaa asen- nusten ja laitteiden tyypit, laitteiston käyttö, muun kunnossapitotoiminnan tiheys ja laatu sekä ulkoiset olosuhteet, joissa laite on. Näitä voivat Carunan jakeluverkon tapauksessa olla maantieteellinen sijainti, erilaiset poikkeukselliset sääolosuhteet, esimerkiksi myrskyt tai tulvat, laitteiston ikä ja erilaiset tunnistetut tyyppiviat verkon komponenteissa.
Standardi SFS 6001:2018 (2018) käsittelee suurjännitteisten, eli yli 1 kV:n sähkölaitteis- tojen asennusta ja määrittelee niiden kunnossapidon vaatimuksia. Suurjännitteiselle kom- ponentille tulee laatia käyttöohjeet eurooppalaisen standardin SFS-EN IEC/IEEE 82079- 1:2020 (2020) mukaisesti, ja suurjännitteisen laitteiston käyttäjän tulee tunnistaa ja määri- tellä käytettävien laitteistojen erityispiirteet ja -tarpeet varmistaakseen turvallisen käytön ja riittävän kunnossapidon.
Suomalaisessa standardissa SFS 6001:2018 (2018) määritetään myös vaatimukset lait- teiden ja tukirakenteiden mekaanisen kuorman kestolle. Muun muassa lämpölaajenemi- sesta, jään ja tuulen synnyttämästä painosta, asentajan aiheuttamasta ylimääräisestä jänni- tyksestä, kytkennöistä, kiristysten muutoksista, oikosuluista ja maaperän seismisistä liik- keistä syntyvät rasitukset on otettava huomioon verkon suunnittelussa ja kunnossapidossa.
Esimerkiksi jään aiheuttamaan kuormaan varaudutaan alueellisen tilastoinnin ja kokemus- ten pohjalta, jotta verkko kestää ympäristönsä aiheuttaman paineen usein havaituissa tilan- teissa.
Sähkötyöturvallisuutta käsittelevä standardi SFS 6002 (2015) määrittelee tarkastuksen tarkoitukseksi varmistuksen siitä, että laitteisto on turvallisuussääntöjen ja teknisten vaati- musten mukainen. Tarkastuksessa voidaan todeta laitteiston toimivan normaalisti, ja tar- kastukset tulee suorittaa ”sopivin määrävälein”. Tarkastuksessa todetaan käyttöönoton jäl- keen ilmenneet viat. Sähkötyöturvallisuusstandardissa mainitaan myös kunnossapitotoi- mintaan osallistuvien henkilöiden suojavarusteiden riittävyydestä ja heidän tarvittavasta pätevyydestään tarkastus- ja korjaustöiden suorittamiseen.
2.3 Verkostosuositukset
Verkostosuositukset määrittävät tarkemmin muun muassa verkossa tehtävien toimenpitei- den tekemistavat ja näiden suoritusvälit. Verkostosuositukset ovat suosituksia, mikä antaa verkonhaltijalle mahdollisuuden soveltaa niissä annettuja tarkennuksia oman verkkonsa tarpeisiin.
Verkon kuntotarkastuksien tiheyden tulee perustua verkossa olevaan tarpeeseen. Todel- linen tarve voidaan määritellä historiatietojen perusteella. Esimerkiksi aiemmat tarkastus- tulokset, verkon viat ja havainnot, laitteen valmistajan vaatimukset, laitteiston ikä, asennus- paikka ja sen olosuhteet voidaan ottaa huomioon tarkastustarvetta määritellessä. Jos näitä tietoja ei jostain syystä ole kuitenkaan saatavilla, määritellään suoritustaajuus verkostosuo- situksen mainitseman taajuuden mukaiseksi. (Sähköenergialiitto ry, 1997)
Verkkolaitteen kuntotarkastustiheyteen vaikuttaa myös laitteen vikaherkkyys ja mahdol- lisen vian laajuus. Erilaisten merkittävien rakenteiden, kuten liikenneväylien ja rakennus- ten, läheisyydessä sijaitsevat verkon osat voivat potentiaalisesti aiheuttaa suurempaa vaaraa ihmisille kuin metsän keskellä olevat. Myös johdot, joiden toiminnasta riippuu suuren asia- kasmäärän sähkönsaanti, eli ns. runkolinjat, tulisi kuntotarkastaa useammin ja perusteelli- semmin. Päällystetyt keskijännitejohdot, eli PAS-johdot, suositellaan tarkastettaviksi aina kovan tuulen jälkeen, kun alueella on esiintynyt puiden aiheuttamia vikoja.
Tarkastuksessa on pyrittävä kiinnittämään huomiota laitteiston osiin, joiden ollessa puutteellisia tai vikaantuneita mahdollisuus henkilöiden tai omaisuuden joutumiselle vaa- raan on suuri. Myös yleisen siisteyden tarkastus kuuluu kuntotarkastukseen. Jos tarkastuk- sessa havaitaan puutteita, tulee verkonhaltijan ryhtyä tilanteen vaatimiin toimenpiteisiin.
Vaaran aiheuttajat on poistettava tai korjattava viipymättä.
Tarkastajan tulee tuntea tarkastuksen kohteena olevat laitteet ja määräykset, jotta hän voi luotettavasti arvioida laitteen käytön turvallisuutta ja arvioimaan vikojen ja puutteiden lisäksi laitteen tulevaa kuntoa ja turvallisuusominaisuuksia.
Sekä kunnossapito- että viankorjausten yhteydessä suositellaan katselmoimaan ympäröi- vän laitteiston kuntoa. Tämä tapahtuu jossain määrin luonnollisesti korjausten yhteydessä, kun kohteessa tehdään riskienarviointi.
Tarkastusten tuloksista on pidettävä kirjaa vaadittuja lomakkeita ja järjestelmärapor- tointia käyttäen. Kohteesta ja toimenpiteestä riippuen tarkastuksesta voidaan vaatia pöytä- kirjaa tai tarkkojen mittaustulosten kirjaamista sähköisiin järjestelmiin. Tarkastustulosten tulee olla toimitettavissa viranomaisille, määräaikaistarkastajille ja vastaaville toimijoille pyydettäessä.
Keskijänniteverkon kohteille on verkostosuosituksessa määritetty kuuden (6) vuoden tarkastuskierto. Ilmajohdot, muuntamot ja maadoitusjohtimet tulee kuntotarkastaa silmä- määräisesti ja varmistaa, että laitteet on huollettu ohjelman mukaisesti.
Ilmajohtoverkkoa voidaan tarkastaa harkinnan mukaan joko ilmasta tai maasta, ja pien- jänniteverkon ylivirta- ja maasulkusuojausten tarkastuskierron suositus on kuusi vuotta.
Vuoden 1997 verkostosuositus määrittää, että maadoitusmittaukset on tehtävä 6 vuoden välein, kun maadoitus on yhden johtimen varassa ja 12 vuoden välein, kun maadoitus on useamman kuin yhden johtimen varassa.
Puupylväiden lahoisuuden tarkastuksen suosituksena on lahotarkastusten aloittaminen ympäristön olosuhteista riippuen pylvään ollessa 25-30 vuoden ikäinen. Tämän jälkeen tar- kastuksia suositellaan tehtävän noin 5-10 vuoden välein. (Sähköenergialiitto ry, 1997)
2.4 Carunan sisäiset säädökset
Lakien, standardien ja verkostosuositusten lisäksi Carunan kunnossapidon toimintaan vai- kuttaa Carunan oma verkko-omaisuudenhallintapolitiikka, ja siitä juontuva kunnossapito- käsikirja.
Omaisuudenhallintapolitiikalla määrätään yhtiön sisäisesti periaatteet ja reunaehdot, joiden puitteissa verkkoa kehitetään pitkän aikavälin suunnittelulla. Carunan omaisuuden- hallintapolitiikka pyrkii toteuttamaan yrityksen strategiaa ja arvoja ohjaamalla verkon ke- hitystä nykyistä tehokkaammaksi, turvallisemmaksi ja älykkäämmäksi. Caruna pyrkii ole- maan toiminnassaan hyvä yrityskansalainen, asiakaslähtöinen ja tehokas tulevaisuuden sähkönjakelija. (Karttunen, 2019)
Carunan kunnossapitokäsikirja perustuu omaisuuden- ja riskienhallintapolitiikkaan, in- vestointikäsikirjaan sekä lakeihin, standardeihin ja muihin säädöksiin. Kunnossapitokäsi- kirjassa asetetaan reunaehdot ja yleiset periaatteet Carunan koko sähköverkon kunnossapi- dolle. Kunnossapitokäsikirjan avulla varmistetaan turvallinen ja luotettava sähkönjakelu Carunan asiakkaille. Kunnossapitokäsikirjassa on määritelty verkkokomponenteittain niille suositellut tarkastuskierrot ja muut pakolliset kunnossapitotoimenpiteet. (Palmumaa et al., 2020)
Kaiken edellä mainitun lisäksi Carunan sähköverkon kunnossapidossa noudatetaan komponenttikohtaisia asennus-, huolto- ja käyttöohjeita, jotka riippuvat komponentin val- mistajan suosituksista ja ohjeista.
Kuvassa 1 esitetään Carunan kunnossapidon suunnitteluun vaikuttavat säädökset, koko sähköalaa koskevista laeista ja standardeista komponenttikohtaisiin käyttöohjeisiin.
Kuva 1: Carunan kunnossapito-ohjelmaan vaikuttavat säädökset.
2.5 Kunnossapidettävä verkko
Caruna-konserniin kuuluu kaksi sähköä jakelevaa yhtiötä, Caruna Oy ja Caruna Espoo Oy.
Caruna Oy on vastuussa sähkönjakelusta Uudenmaan, Lounais-Suomen, Satakunnan, Poh- janmaan ja Koillismaan alueilla. Caruna Espoo Oy jakelee sähköä Espoossa, Kirkkonum- mella, Kauniaisissa ja Joensuussa. Carunan asiakkaisiin kuuluu 78 kuntaa, noin 90 000 yri- tystä ja noin 600 000 kotitaloutta. Caruna vastaa noin 20 prosentin osuudesta koko Suomen sähkönjakelusta. (Caruna, 2020a) Yhtiöiden verkkoalueet on kuvattu kartalla kuvassa 2, Ca- runa Oy:n alueet violettina, Caruna Espoo Oy:n alueet keltaisena.
Kuva 2: Carunan verkkoalueet kartalla (Caruna, 2020b).
Vuonna 2019 Caruna Oy:llä oli 474 000 asiakasta ja heitä palveli 79 470 sähköverkkokilo- metriä. Caruna Espoo Oy:llä oli 218 000 asiakasta ja 7 900 kilometriä sähköverkkoa. (Ca- runa, 2020b)
Caruna Oy:n ja Caruna Espoo Oy:n jakelualueet eroavat toisistaan merkittävästi usealla tavalla: merkittävä osa Caruna Espoon alueesta on kaupunki- ja taajamaverkkoa, kun Ca- runa Oy:n alue on yleisesti harvemmin asuttua. Caruna Espoo Oy on 76-prosenttisesti maa- kaapeloitu, kun Caruna Oy:n jakelualueen kaapelointiaste on 54 prosenttia. (Caruna, 2020b) Tämä johtuu pääosin Caruna Espoon alueen kaupunkimaisuudesta ja tiheämmästä asutuksesta Caruna Oy:n alueeseen verrattuna. Verkon pituus asiakasta kohti on Caruna Es- poossa 36 metriä, kun se Caruna Oy:n alueella on 168 metriä (Caruna, 2020b). Caruna Oy:n verkkoalueella on merkittävästi enemmän kunnossapidettävää verkkoa asiakasta kohti, mistä johtuen töitä on enemmän ja kunnossapitokustannukset ovat korkeammat. Molem- pien yhtiöiden verkosta osa on ilma- ja osa maakaapeliverkkoa, mikä tuo kunnossapitoon haasteita nyt ja tulevaisuudessa. Kuvassa 3 on vertailtu Carunan verkkoyhtiöiden merkittä- vimpiä numeroita.
Kuva 3: Carunan verkkoyhtiöt numeroina vuonna 2019 (Caruna, 2020b).
Carunan verkko on monen muun suomalaisen sähkönjakeluyhtiön verkkojen tavoin ollut suurten uudistusten ja investointien kohteena viimeisten vuosien aikana. Sähkömarkkina- lakiin vuonna 2013 kirjattu 6 tunnin enimmäispituus taajaman ja 36 tunnin enimmäispituus haja-asutusalueen sähkökatkoille vuoteen 2028 mennessä on aiheuttanut koko alaa koske- van myllerryksen. Suomalaiset sähköverkot on suurelta osin rakennettu 1950-, 1960- ja 1970-luvuilla (Satuli, 2020). Yli 50-vuotiaat sähköverkot ovat ikänsäkin puolesta jo vanhoja, ja niitä olisi ilman lainsäädäntöäkin jouduttu korjaamaan ja investoimaan uudemmiksi lä- hiaikoina, mutta sähkömarkkinalain uudistus asetti kyseiselle prosessille takarajan. Ener- giavirasto mahdollistaa omalla valvontamallillaan sähköyhtiöille rahoituksen tarvittaviin suuriin investointeihin, jotka täytyy lain määrääminä tehdä, ja yhtiöiden asiakkaille koh- tuullisina pysyvät siirtohinnat (Energiavirasto, 2018). Kuvassa 4 on esitetty Carunan verk- koyhtiöiden kaapelointiasteet vuonna 2019 ja kuvassa 5 on lueteltu Carunan sähköverkon avainlukuja vuosilta 2017-2019.
Kuva 4: Carunan verkkoyhtiöiden kaapelointiasteet vuonna 2019 (Caruna, 2020a).
Kuva 5: Carunan sähköverkon avainlukuja (Caruna, 2020a).
Carunan verkkoon oli vuonna 2019 asennettuna 3 600 etäohjattavaa eli kaukokäytettävää kohdetta (Caruna, 2020b), mikä helpottaa merkittävästi laajan verkkoalueen sähkönjakelun hallintaa. Kaukokäyttöisten katkaisijoiden ja erottimien avulla kytkentätilojen muuttami- nen ja vikatilanteiden rajaaminen voidaan tehdä verkonhaltijan käyttökeskuksesta, vaikka etäisyys käyttökeskuksesta vikakohteeseen olisi satoja kilometrejä. Erityisesti vikatapausten aikana vikapaikan paikantaminen ja sähköjen palauttaminen mahdollisimman monelle asi- akkaalle mahdollisimman nopeasti on tärkeää. Näissä tilanteissa kaukokäyttöisistä kom- ponenteista on merkittävää hyötyä, kun vikapaikka pystytään paikantamaan pidemmältäkin linjalta, ja korjaajat voidaan lähettää suoraan oikeaan paikkaan.
Kuvassa 6 on esitetty Carunan verkon vikaantumiseen liittyvät avainluvut. Näistä voi- daan havaita, että sekä vikojen määrä että häiriöiden kesto on pienentynyt vuosien 2017- 2019 välillä. Tavoitteena on pienentää vikojen esiintymistiheyttä ja vaikutuksia entisestään myös tulevaisuudessa.
Kuva 6: Carunan sähköverkon toimitusvarmuuden avainlukuja (Caruna, 2020a).
2.6 Vaihtoehtoiset kunnossapitomallit
Tässä työssä tarkastellaan kahta eri vaihtoehtoa Carunan kunnossapidon toteuttamiselle, tällä hetkellä käytössä olevaa kohdekohtaista kunnossapitomallia ja huoltoaluemallia, joka on ollut käytössä ennen nykymallia.
2.6.1 Kohdekohtainen kunnossapitomalli
Carunan kunnossapidon päätarkoitus on huolehtia sähköverkon turvallisuudesta sen kai- kille käyttäjille: asiakkaille, rakentajille, ylläpitäjille ja muille sähköverkon kanssa tekemi- sissä oleville. Kunnossapidolla pyritään varmistamaan luotettava sähkönjakelu verkkoyh- tiön kaikille asiakkaille. Kaikki kunnossapitoon liittyvät toimet pyritään tekemään säilyttäen hyvä asiakaskokemus ja välttäen turhia sähkönjakelun keskeytyksiä. (Caruna, 2021a)
Carunan käyttämä kunnossapitomalli pohjautuu kohdistetun kunnossapidon periaattee- seen. Jakeluverkon komponentit tarkastetaan kuuden vuoden välein, ja yksittäisten vuosien tarkastustoimenpiteet määrittyvät verkkotietojärjestelmästä löytyvien kunnossapitotietojen perusteella. Suuri osa kunnossapitotarkastuksista määrittyy edellisen tarkastusajankohdan perusteella, sillä samat komponentit tarkastetaan kuuden vuoden välein. Poikkeuksia tähän tuovat kuitenkin erilaiset vikatilanteet ja verkon investointiohjelmat, joiden pohjalta vikaan- tuneet komponentit uusitaan tai korjataan jo ennen kuuden vuoden täyttymistä, mikä voi siirtää kohteen tarkastuskierron uusille vuosiluvuille.
Tarkastusta tehdään Carunan verkossa kahdella tavalla: kävelytarkastuksena, eli paikan päällä tarkastaen, sekä valokuvatarkastuksena. Paikan päällä tehtävän tarkastuksen etuna on kohteen havainnointi kaikista halutuista suunnista sekä erilaisten ympäristöseikkojen ja komponenttien mahdollisesti pitämän äänen havaitseminen. Valokuvatarkastuksella pysty- tään tarkastamaan kohde nopeammin, kun tarkastajan ei tarvitse matkustaa kaikkiin koh- teisiin ja työ on näin tehokkaampaa. Kuvien ottajan ei tässä tarkastustavassa välttämättä tarvitse olla sähköalan ammattilainen tai pätevä tarkastaja, mikä voi laskea matkustustun- tien kustannuksia. Kuvistatarkastaja on kuitenkin tehtäväänsä koulutettu, tarvittavan koke- muksen omaava ja laitteistot tunteva henkilö. Tarkastukseen käytettävien kuvien täytyy olla
riittävän hyvälaatuisia ja sisältää tarpeellinen tieto kohteesta, jotta pätevä tarkastaja pystyy varmistumaan kohteen kunnosta.
Kunnossapito-ohjelman mukaiset korjaukset toteutetaan tarkastuksilla tehtyjen havain- tojen pohjalta. Tarkastajien verkkotietojärjestelmään kirjaamien vikahavaintojen pohjalta luodaan järjestelmään korjaustoimenpiteet vikahavainnon kiireellisyyden määrittämänä ajankohtana. Kiireellisyydelle on kolme astetta: mahdollisimman pian - 1 vuotta tarkoittaa vian korjausta seuraavan vuoden korjausprojektilla, 1-3 vuotta johtaa korjaukseen seuraa- van neljän vuoden aikana, ja 4-8 vuotta sitä, että vian kehittymistä seurataan myös seuraa- van tarkastuskierron määrittämän tarkastuksen yhteydessä.
Carunan kunnossapitoon liittyy olennaisesti myös verkon raivaus. Carunan ilmajohto- verkkoa raivataan tilanteen niin vaatiessa, metsäisissä ja nopeasti kasvavaa puustoa sisältä- vissä kohdissa kierto on noin kuusi vuotta. Esimerkiksi pellolla sijaitsevalla linjalla on kui- tenkin harvinaista, että linjaa ympäröivä kasvusto yltäisi koskaan linjaa uhkaavaksi, joten näitä pystytään analyysin avulla rajaamaan pois kuuden vuoden raivauskierrosta. Verkon tarkastuksen yhteydessä tarkastajat havainnoivat myös ympäröivän kasvuston tilaa ja ar- vioivat sen kehittymistä. Tarvittaessa tarkastaja tekee verkkotietojärjestelmään kunnossa- pitohavainnon raivaustarpeesta ja määrittelee sille tärkeyden samalla asteikolla muiden tar- kastuksilla tehtävien havaintojen kanssa. Näin tarkastuskierron puitteissa saadaan ennen huomioimattomia kohtia lisättyä raivattaviksi.
2.6.2 Huoltoaluemalli
Yksi Carunan jakeluverkon kunnossapidon nykymallin mahdollisista korvaavista malleista on niin sanottu huoltoaluemalli.
Carunan verkko on jaettu 179 huoltoalueeseen, jotka ovat maantieteellisesti yhtenäisiä alueita Carunan neljän verkkoalueen sisällä. Huoltoaluemalli perustuu siihen, että yhtenä kunnossapitovuotena tarkastetaan yhden huoltoalueen koko verkko komponentteineen.
Tarkastuksen jälkeen suunnitellaan seuraavalle vuodelle kyseisen huoltoalueen havaittujen vikojen korjaukset. Huoltoaluemallin toiminta on kuvattu kuvassa 7.
Mallia voisi soveltaa myös raivauskierrossa. Kaikki yhden huoltoalueen ilmajohdot ja sitä vaativat maakaapeliverkon kohteet, esimerkiksi pensaikoissa sijaitsevat kaapelitaulut, rai- vattaisiin yhden vuoden aikana. Tämä mahdollistaisi suoraviivaisemman tekemisen kun- nossapitourakoitsijoille.
Huoltoaluemallia on aiemmin käytetty Carunan ja sitä edeltäneiden yhtiöiden verkon kunnossapidossa, ja tämän vaikutuksia on edelleen havaittavissa kunnossapidon vuosikier- rossa toimenpiteiden keskittyessä eri vuosina eri alueille. Ajan kuluessa kierto on sekoittu- nut kuitenkin sen verran, että vuosittain jokaiselle huoltoalueelle kohdistuu toimenpiteitä.
Huoltoaluemallisesta kunnossapidosta luovuttiin Carunalla noin vuonna 2014, kun kunnos- sapitotarkastusta päätettiin tehdä merkittävästi laajemmin verrattuna huoltoaluemallisen ohjelman ehdottamaan laajuuteen. Vuonna 2015 valokuvien avulla tehdyt laajamittaiset komponenttitarkastukset siirsivät kiertoa entistä kauemmas huoltoaluemallisesta.
Kuva 7: Huoltoaluemallin toimintaperiaate.
3 Internet of Things kunnossapidossa
Kunnossapidon toimenpiteiden aikataulun optimointi vaatii kunnossapitodatan muuttu- mista ja uusien seurantakeinojen kehittämistä. Tässä voidaan hyödyntää erilaisia Internet of Things - eli esineiden internet -ratkaisuja. Jakeluverkon kunnon seurannassa hyödynnet- tävissä olevat anturit kehittyvät jatkuvasti tarkemmiksi, kestävämmiksi ja pitkäikäisem- miksi, mikä madaltaa kynnystä niiden käyttöönottoon erilaisten kohteiden seurannasta ja vikojen ehkäisyssä.
Internet of Things (IoT) mahdollistaa jakeluverkon kunnon ja verkon eri osien käyttötilan jatkuvan seurannan verkon käytön yhteydessä. Carunan jakeluverkko ulottuu laajalle maan- tieteelliselle alueelle, sisältäen sekä tiheämmin asuttuja kaupunki- ja taajama-alueita sekä haja-asutusta. Molempien asutustyyppien alueilla on mahdollista hyödyntää IoT-ratkaisuja jakeluverkossa, vikatilanteiden ennakoinnissa ja kunnon seurannassa.
IoT:n toiminta perustuu laitteeseen, joka mittaa suunniteltua suuretta. Tämän datan laite siirtää valitun tiedonsiirtoyhteyden kautta haluttuun järjestelmään halutussa sijainnissa.
Järjestelmä käsittelee saadun tiedon, muuntaa sen toivottuun muotoon ja tallentaa sen. Jär- jestelmän tallentamaa tietoa voidaan muuntaa paremmin hyödynnettävään muotoon ana- lyysin ja datan jatkojalostuksen kautta. Tuloksia voidaan esittää erilaisten käyttöliittymien ja järjestelmien avulla. Havainnollistettujen tulosten perusteella voidaan käydä läpi mit- taustulokset ja suunnitella tarvittavat jatkotoimenpiteet. (Rauhalammi, 2020)
3.1 IoT Carunalla
Internet of Thingsiä sovelletaan sähköverkossa laajasti etäluettavien mittarien muodossa.
Carunan verkossa kaikki mittarit ovat etäluettavia, eli sähkönkulutusta seuraavat mittarit lähettävät mittausdatansa sähköisesti suoraan Carunan järjestelmään, jossa se analysoidaan ja tämän datan avulla pystytään suorittamaan asiakaslaskutusta sekä tuottamaan muita pal- veluja.
Mittaroinnin lisäksi sähköverkon käyttötoimintaa ja ylläpitoa sekä verkon investoinnin projekteja on mahdollista seurata antureilla, jotka parantavat materiaalien seurantaa, kont- rollointia ja turvallisuutta. IoT-ratkaisuja on olemassa muun muassa kaapelikelojen, muun- tamokoppien ja muiden komponenttien sijaintien seurantaan. Ratkaisuilla voidaan seurata materiaalien liikettä työmailla, työn edistymistä sekä havaita mahdollista ilkivaltaa ja var- kauksia.
IoT:ta voidaan soveltaa myös työmaiden ja sähköasemarakennusten valvonnassa erilais- ten videokameroiden ja liiketunnistimien avulla. Myös Carunan sähköasemilla on käytössä muun muassa oven avauksen havaitsevia antureita sekä valvontakameroita. Videokameroi- den avulla voidaan mahdollisesti havaita myös vikaantuneita komponentteja sekä tarkas- tella kaukokäytöllä ohjattujen komponenttien toimintaa. Esimerkiksi kaukokäyttöisten erottimien ohjauksen onnistumista pystyy tarkastelemaan kameroista toimenpidettä teh- dessä, jos kamera on suunnattu erotinta kohti. Myös komponentin joissain tapauksissa sel- västi näkyvän vikaantumisen pystyy havaitsemaan sähköaseman kamerasta, jolloin vika- paikka tiedetään jo asentajia paikalle lähetettäessä.
IoT:ta käytetään myös erilaisten sähköverkkojen komponenttien, kuten katkaisinten ti-
3.2 IoT jakeluverkon kunnossapidossa
Erilaisten IoT-ratkaisujen kehityksen myötä on tunnistettu, että mahdollisuudet sähköver- kon kunnossapidon parantamiseen kyseisten uusien teknologioiden avulla ovat olemassa.
Erityisesti ennakoivan kunnossapidon osalta IoT:n avulla on mahdollista parantaa kuvaa sähköverkon ajantasaisesta kunnosta, vaikka fyysisestä kuntotarkastuksesta olisikin aikaa.
Komponenttia tarkkailevan anturin lähettämästä datasta voidaan potentiaalisesti määritellä paras mahdollinen aika kunnossapidon toimenpiteille, kuten tunnistaa tarkastustarve, mahdollinen kehittyvä vika tai muu mahdollinen ongelmakohta verkossa. Lisääntyvän tie- don pohjalta alueellisen sähköverkon kuntoa on mahdollista seurata tarkemmin myös var- sinaisen kunnossapitoaikataulun ulkopuolella, mikä tuo sekä käyttövarmuutta että mahdol- lisuuden tarkastella verkon olosuhteita, jotka johtavat vikaantumiseen tai ongelmatilantee- seen.
Yksi mahdollinen IoT:n soveltamiskohde on myös vikatilanteiden tunnistaminen ja mah- dollisten kehittyvien vikojen rajaaminen sekä suurempien ongelmien syntymisen estäminen saatavilla olevan tiedon avulla. Koska antureista saatuja tietoja on paljon enemmän nykyi- seen kunnossapitodataan verrattuna, voidaan verkosta tunnistaa ennakoivasti seuraavat vi- kaan reagoivat komponentit ja estää niiden särkyminen, jos mahdollisuus tähän on ole- massa. Anturien lähettämän datan avulla on mahdollista tarkastella vikaan johtaneita tilan- teita myös jälkeenpäin, mikä mahdollistaa vaaratilanteita tunnistavan analyysin kehitystä ja vie IoT:n toimintaa ja jakeluverkon hyödyntämistä eteenpäin.
Anturien kehittyessä niiden käyttöikä ja ominaisuudet muuttuvat. Yksi tulevaisuuden haasteista onkin keksiä, miten anturien lähettämää dataa voidaan hyödyntää parhaiten ja monipuolisimmin. Anturien ostajat haluavat investoinnistaan mahdollisimman suuren hyö- dyn, mikä tarkoittaa monien käyttökohteiden kehittämistä ja erilaisten analyysien ja niistä saatavien päätelmien ja tulosten työstämistä. IoT:sta saadaan sitä kannattavampaa, mitä enemmän tietoa yhden asennetun anturin avulla saadaan. Tällä hetkellä suuri osa jo asen- netuista antureista on ollut paikallaan vasta lyhyen ajan, joten niiden pidemmän aikavälin hyötyjä ei ole vielä pystytty arvioimaan, vaan olemassa on vain teoria ja ennusteita siitä, mihin ne pystyvät. Paremman ja ajankohtaisemman tiedon saaminen sähköverkon osista on kuitenkin suuri etu, jonka hyödyt nähdään jo nyt.
3.3 IoT:n haasteet
IoT-teknologia kehittyy jatkuvasti, mikä tuo mukanaan sekä suuria mahdollisuuksia että haasteita. Jotta IoT:sta saadaan merkittävä osa jakeluverkkotoimintaa ja aktiivinen osa muutakin yhteiskuntaa, on näihin löydettävä ratkaisu tai niiden aiheuttamaa riskiä saatava merkittävästi pienennettyä.
3.3.1 Teknologia
IoT-ratkaisujen laajempi käyttöönotto vaatii teknologiaa käyttävien laitteistojen hintojen laskun jatkumista. Jotta IoT:n saa sähkönjakeluverkossa toimivaksi ratkaisuksi, täytyy an- tureita olla paljon verkon eri osissa. Tämä tarkoittaa, että teknologiaa käyttäviä laitteita pi- tää hankkia verkkoon suuria määriä, joten hankintakustannusten tulee yhtä yksikköä kohti olla pieniä. Tämä vaatii anturien ja muiden IoT-laitteiden valmistuskustannusten laskua, eli
teknologian kehittymistä ja yleistymistä. Myös kestävien, ympäristöystävällisten akkujen kehityksen ja valmistuksen pitää jatkua edullisena. (Manyika, 2015)
IoT:n käyttämien tietoliikenneverkkojen kehitys ja laajeneminen ovat myös olennaisia, jotta teknologiaa voidaan käyttää yhä laajemmalla alueella sekä Suomessa että muualla maailmassa.
Yhteensopivuus muiden valmistajien IoT-laitteiden kanssa on olennaista IoT-teknolo- gian leviämisessä. Jos yhteensovitusta ei toteuteta, IoT:n koko potentiaalisesta arvosta voi jäädä Manyikan raportin (2015) mukaan toteutumatta jopa 40 prosenttia.
3.3.2 Hyödynnettävyys
Suurta osaa kerätystä IoT-datasta ei hyödynnetä lainkaan. Tehokkuuden parantaminen ja uusien näkökulmien löytäminen anturien antamaan dataan kohottaisi IoT-ratkaisujen ar- voa potentiaalisten käyttäjien silmissä, nopeuttaen integraatiota ja yhä kiihdyttäen kehi- tystä.
IoT on samalla lailla hyödynnettävissä kehittyvien maiden tarpeisiin, mikä kasvattaa po- tentiaalia. Jos tietoliikenneyhteydet on rakennettu tai rakennettavissa järkevin kustannuk- sin, IoT voi auttaa kehittämään näiden alueiden taloutta yhä nopeammin. Koska näissä koh- teissa ei välttämättä ole valmista infrastruktuuria, jota IoT korvaisi, teknologian käyttöön- otto voi olla jopa helpompaa kuin kehittyneissä maissa.
Yritystoiminnassa tapahtuvan IoT-muutoksen potentiaali on näillä näkymin suurempaa kuin loppuasiakkaan käyttämän laitteiston. Sekä kuluttajan että yrityksen yhteiskäyttöön tarkoitetulla teknologialla on myös omat markkinansa, joilla IoT:n tuottama arvon nousu on mahdollista. (Manyika, 2015)
3.3.3 Tietoturva
Tietoturva on olennainen osa IoT:n tulevaisuuden haasteita. Muun tietotekniikan tavoin in- ternetissä tapahtuva tiedonsiirto on suojattava sekä nykyisiä että tulevaisuuden uhkia vas- taan. Kyberturvallisuus on olennaista, kun yhteiskunnan välttämättömän infrastruktuurin, kuten sähköverkkojen, kunnon ja heikkouksien tietoja siirretään. Myös ihmisten henkilö- kohtaiset tiedot, esimerkiksi terveyteen ja liikkumiseen liittyvä data, ovat erilaisten älykel- lojen ja varashälyttimien myötä saatavilla internetissä, jos erityistä suojausta ei ole tai sitä ei ylläpidetä. Yksityisyydensuoja ja luottamuksellisuus on turvattava IoT:ta käytettäessä.
(Manyika, 2015)
IoT-ratkaisun valinnassa on olennaista kiinnittää huomiota tietoturvan tasoon. Tietotur- vaa on vaikeaa rakentaa jo olemassa olevaan ratkaisuun jälkikäteen, joten sellainen on ol- tava järjestelmässä valmiina. (Rauhalammi, 2020)
Kun IoT:n kautta ohjataan sähköverkon komponentteja, esimerkiksi erottimia, tai hen- kilöautoja, vesivarastoja, tai muita fyysisiä hyödykkeitä, on tiedonsiirtoverkon turvallisuus ensiarvoisen tärkeää. Anturien datan tai komponenttien ohjausmahdollisuuksien joutuessa vääriin käsiin voi seurauksena olla yhteiskunnan toimivuuden riskeeraavia tietoturvahyök- käyksiä tai kiristystä. IoT:n uudet teknologiat ja laitteet tuovat mukanaan uusia haavoittu- vuuksia järjestelmiin, jotka ohjaavat merkittäviä yhteiskunnallisia toimintoja. Näin ollen on
3.3.4 Säädökset
Tulevaisuutta varten on hyvä myös selvittää aineettoman omaisuuden omistuspolitiikka.
Varsinaisen anturin omistajuus voi vaihtua, kun henkilö tai yritys sen ostaa, mutta kuka omistaa anturin tuottaman datan? Esimerkiksi jos anturi asennetaan Carunan verkkoon, onko siitä saatava data Carunan, anturin valmistajan, tai anturin toimittajan? Omistaako datan säilyttäjä tai analyysin kehittäjä kaiken datasta saadun tiedon? Asian selkeyttäminen on olennaista IoT:n tulevaisuuden kannalta. (Manyika, 2015)
Julkiset linjaukset, esimerkiksi valtioiden ja kuntien asettamat tukitoimet uusien tekno- logioiden soveltamiseen kiihdyttävät usein niiden käyttöönottoa. Myös sääntelystä ja rajoi- tuksista joustamalla voidaan auttaa IoT-sovellusten käyttöönottoa. Viime aikoina esimer- kiksi kuljettajattomien autojen tapauksessa on monissa maissa otettu lainsäädännöllisesti askeleita kohti niiden liikennekäytön mahdollistamista. Viranomaisten joustavuus on olen- naista myös jakeluverkkotoiminnan IoT-ratkaisujen soveltamisessa käytäntöön, sillä ilman viranomaisten lupaa ei paikan päällä tehtyjä tarkastuksia pystytä korvaamaan IoT-ratkai- suilla, vaikka teknologia toimisikin.
3.4 Tiedonsiirtoverkko
IoT tarvitsee luotettavan tiedonsiirtoyhteyden ollakseen toimiva ratkaisu sähköverkon jat- kuvassa tarkkailussa. Erilaisten sääilmiöiden ja yllättävien sähköverkon vikatilanteiden seu- rauksena tietoa tarvitaan myös optimiolosuhteiden ja normaalien työaikojen ulkopuolella, mikä vaatii tiedonsiirtoyhteyksiltä luotettavuutta, turvallisuutta ja nopeutta.
Tiedonsiirtoyhteydet voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan, langallisiin ja langattomiin yhteyksiin. Langallisissa yhteyksissä tietoa vaihtavien pisteiden välille rakennetaan tiedon- siirtokaapeli, joka yhdistää ne. Langalliset verkot ovat nopeita ja luotettavia, ja niiden vika- herkkyys on pieni. Langallisten verkkojen huonona puolena ovat korkeat rakentamiskustan- nukset, jotka kasvavat välimatkan pidentyessä, sekä vian sattuessa korjauksen pitkäkestoi- suus ja korkeat kustannukset. (Rauhalammi, 2020)
Langattomissa yhteyksissä kaapelia ei ole, vaan tieto siirtyy radioliikenteen, satelliitin, infrapunan tai laserin välityksellä. Langattomat yhteydet ovat langallisiin verrattuna hi- taampia, pienempitehoisia ja herkempiä kyberhyökkäyksille. Pitkien tiedonsiirtoetäisyyk- sien järjestelmissä, kuten maantieteellisesti toisistaan etäällä sijaitsevien sähköverkon osien välisessä kommunikoinnissa, langattomat yhteydet ovat lähes välttämättömiä, sillä langal- lisen verkon rakentamis- ja ylläpitokustannukset ovat merkittävästi korkeammat.
Matkapuhelinten tiedonsiirtoverkot, erityisesti 5G ja 4G, harvimmin asutuilla alueilla myös 3G, ovat yksi IoT-teknologian mahdollisista tiedonsiirtoyhteyksistä. Matkapuhelin- verkkojen yhtenä suurimmista eduista voidaan pitää sitä, että niitä rakennetaan ja ylläpide- tään suuren käyttäjämäärän takia aktiivisesti. Tämä tarkoittaa, että tiedonsiirtoverkkoa ei tarvitse erikseen rakentaa vain IoT:n käyttöön.
3.4.1 5G
5G-verkko on yleisen näkemyksen mukaan tulossa IoT-ratkaisujen pääasialliseksi tiedon- siirtoyhteydeksi. 5G:n ennustetaan olevan tähän joustava ratkaisu, joka nopeuttaa tiedon- siirtoa näillä näkymin vähintään 10-kertaiseksi, jopa 10 Gbit/s, verrattuna 4G:n tarjoamaan nopeuteen (Thales Group, 2021). Nopeuden kasvun myötä tiedonsiirron viive, ”lag”, piene- nee ja laitteiden kommunikointi nopeutuu. Verkon luvataan olevan vakaampi ja luotetta- vampi kuin aiempien sukupolvien verkot. 5G:n kaista on leveämpi kuin edeltäjiensä, joten suurempi määrä erilaisia laitteita voi olla verkkoon liittyneinä yhtä aikaa. (Violino, 2020)
Suurimpana ongelmana 5G:n laaja-alaiseen käyttöönottoon IoT:ssa on verkon heikko kuuluvuus Suomessa. 5G-verkkoa otetaan käyttöön nopeasti, mutta kuuluvuus rajoittuu kaupunkeihin sekä suosittuihin lomakohteisiin. 5G-verkon vaatima antennitiheys on kor- kea, mikä tarkoittaa, ettei 5G-verkkoa todennäköisesti tulla rakentamaan koko Suomea kat- tavaksi ratkaisuksi. Haja-asutusalueilla 5G-verkon kuuluvuus tulee olemaan heikko, mikä johtaa siihen, ettei se ole Carunan verkkotoiminnassa paras ratkaisu.
Kuvassa 8 on kartalle piirrettynä Suomen laajimmalle levinneen, Elisa Oyj:n omistaman 5G-verkon kattavuus helmikuussa 2021. Kuvasta voidaan havaita, ettei verkko vielä ulotu tarpeeksi laajalle kattamaan esimerkiksi Carunan verkkoaluetta, mikä tekee 5G:stä mahdol- lisesti tulevaisuuden IoT-yhteyden, mutta sitä ei voida käyttää laajasti Carunan ratkaisuissa.
Kuva 8: Elisa Oyj:n 5G-verkon kattavuus 12.2.2021 (Elisa, 2021).
3.4.2 4G ja 3G
Sähkönsiirtoverkon käyttöön voisi nykyisen näkemyksen mukaan riittää myös 4G- tai 3G- verkko, sillä siirrettävän datan määrä ei vaikuta kasvavan 5G:n nopeutta vaativiin mittoihin.
Jakeluverkon käyttöön riittää myös hieman heikompi luotettavuus, sillä ilmenevien vikati- lanteiden ja kehittyvien vikojen havainnointia ja seurantaa harvoin täytyy tehdä minuuttien tarkkuudella. Vikaa korjaamaan täytyy lähes aina lähettää ammattilainen paikalle, mikä tar- koittaa, että poikkeamista riittää usein suurpiirteisemmät tiedot. Tilanne voi kuitenkin tek- nologian kehityksen ja analyysien paranemisen myötä muuttua.
On hyvin mahdollista, että laajemmin käytössä olevat 4G- ja 3G-verkot olisivat potenti- aalisia Carunan IoT-tiedonsiirtoverkkoja. Kuvasta 9 voidaan havaita, että esimerkiksi Elisan 4G-verkko kattaa laajasti Carunan verkkoalueita ja koko asuttua Suomea, mikä parantaa hyödyntämismahdollisuuksia merkittävästi.
Kuva 9: Elisa Oyj:n 4G-verkon kattavuus 17.2.2021 (Elisa, 2021).
3.4.3 LoRaWAN
LoRaWAN on langaton LPWAN-, eli Low Power Wide Area Network -verkkoteknologia.
LoRa, eli Long Range, on modulaatioratkaisu, jota päätelaitteet ja reitittimet käyttävät, kun ne kommunikoivat toistensa kanssa. LoRaWAN-tekniikkaa hallinnoi ja kehittää LoRa Alli- ance™, joka on voittoa tavoittelematon yhdistys. Yhdistys pyrkii toiminnallaan edistämään LoRaWANia käyttävien osapuolten kommunikaatiota ja tukemaan tekniikan yleistymistä ympäri maailmaa.
LoRaWANin käyttötarkoitus on olla pitkän kantaman sovellus, joka käyttää hyvin vähän virtaa. LoRaWANia käyttävä anturi lähettää dataa reitittimeen, joka toimittaa sen Interne- tiin ja sitä kautta käsiteltäväksi. LoRaWAN toimii kahteen suuntaan, eli dataa pystytään siir- tämään myös reitittimeltä anturille, mikä mahdollistaa anturin ominaisuuksien ja mittauk- sen säädön etäyhteyden kautta. (LoRa Alliance, 2021)
Suomessa LoRaWAN-verkko toimii vapaasti hyödynnettävissä olevilla ISM-taajuusalu- eilla EU 433, jonka taajuusalue on 433,05-434,79 megahertsiä (MHz), ja EU 863-870, jonka taajuusalue on 863-873 MHz (Seneviratne, 2019).
teknologialla on saavutettu jopa 1000 Mbit/s siirtonopeus, joka kuitenkin käytännössä on lähempänä 10-100 Mbit/s nopeutta (Paloheimo, 2021). (Mohan, 2018)
Virrankulutuksella on suuri merkitys verkkoon liitettävän laitteen elinikään, jos laite toi- mii akulla. LoRaWAN-tekniikan ollessa käytössä lähetysteholla 10 desibelimilliwattia (dBmW) lähettävän laitteen virrankulutus on 18 milliampeeria (mA), ja 20 dBmW:n lähe- tysteholla kulutus on 84 mA. Luvut ovat merkittävästi pienempiä kuin mobiiliverkkoja hyö- dyntävän NB-IoT-tekniikan, jossa anturit kuluttavat virtaa noin 100 mA, kun lähetysteho on 13 dBmW, ja 220 mA, kun lähetysteho on 23 dBmW. LoRaWANin niin sanottu linkkibud- jetti, eli kuinka suuria tietomääriä yksi linkkiasema pystyy välittämään, on parhaimmillaan 155-170 dB. (Mohan, 2018)
Datan vastaanotto kuluttaa LoRaWAN-tekniikalla noin 5 mA virtaa, joka on merkittävästi vähemmän kuin matkapuhelinverkon NB-IoT:n noin 40 mA. Matkapuhelinverkon käytössä yhteyden täytyy olla toiminnassa useita kymmeniä sekunteja kerrallaan, mikä pitkittää vir- rankulutusta. Näin ollen LoRaWAN-tekniikka vaatii toimiakseen keskimäärin 3-5-kertaa vähemmän tehoa matkapuhelinverkkoon verrattuna, mikä tarkoittaa käytännössä pidempi- kestoisia tai pienempiä akkuja. Tämä taas parantaa LoRaWANin kustannustehokkuutta matkapuhelinverkkoon verrattuna. (Mohan, 2018)
Yhden LoRaWAN-reitittimen kantama voi olla jopa 40 kilometriä, mikä tekee siitä toimi- van ratkaisun myös haja-asutusalueiden tiedonsiirtoon. LoRaWANia hyödyntäviä laitteita voidaan asentaa sekä sisälle että ulos. Sisälle asennettaessa reitittimiä tulee kuitenkin olla tiuhemmassa, jotta signaali pysyy tarpeeksi vahvana kommunikointiin verkkolaitteiden vä- lillä. (Mohan, 2018)
3.5 Digitan tarjoamat IoT-ratkaisut jakeluverkkoon
Digita Oy on Suomen suurin LoRaWAN-verkon omistaja, ja Digitan tarjoamissa IoT-ratkai- suissa käytetään useimmiten LoRaWAN-teknologiaa. LoRaWAN on tiedonsiirtoverkko, jolla siirretään tietoa vähätehoisesti, mutta langattomasti ja nopeasti. Verkko on parhaim- millaan siirrettäessä pieniä datamääriä. LoRaWAN-verkon tärkeimpiä ominaisuuksia ovat kaksisuuntainen tiedonsiirto, liikuteltavuus, paikannus ja verkon käyttöönoton helppous.
(Digita, 2021)
Digitan ratkaisuissa sähköyhtiöille käytetään useimmin Yabby- ja Guppy-antureita. Lo- RaWAN-antureissa käytettävät akut ja paristot ovat pitkäikäisiä, pariston eliniäksi luvataan jopa 10 vuotta. Tämä tarkoittaa, että antureiden huoltoväli on hyvin pitkä. Kuvassa 10 on Guppy-kaltevuusanturi.
Kuva 10: Guppy-kaltevuusanturi (Petari, 2021).
Kuvassa 11 näkyy Digitan arvio yrityksen LoRaWAN-verkon kattavuudesta. Kuvassa sini- sellä kuvataan verkon peittoa, kun päätelaite on sisätilassa, vihreä puolestaan laitteen ol- lessa ulkotilassa. Kyseessä on tietokonemallinnus, ja verkon kuuluvuuteen vaikuttaa myös useita paikallisesti vaikuttavia tekijöitä. Näin ollen verkon kuuluvuutta ei voi taata kaikissa kartan osoittamissa pisteissä. (Digita, 2021b)
Kuva 11: Digitan arviot LoRaWAN-verkon kattavuudesta (Digita, 2021b).
Carunalla on käytössä joitakin Digitan tarjoamia IoT-sovelluksia. Digitan esitteen (Digita, 2019) mukaan Digitan tarjoamia esineiden internetin ratkaisuja voidaan käyttää muun mu- assa säästämään aikaa, pienentämään korjauskustannuksia, alentamaan turvallisuusris- kejä, lisäämään ennustettavuutta ja vähentämään hävikkiä. Digita tarjoaa ratkaisuja vähin- tään viiteen erilaiseen sähköyhtiöille tyypilliseen ongelmaan:
1. Tykkylumi ilmajohdoilla
Ilmassa kulkevilla johdoilla, erityisesti keski- ja suurjänniteverkossa, esiintyy talvisin tykky- lumi- ja jääkertymiä, joiden seurauksena johdin voi rikkoutua. Tämä voi aiheuttaa laajoja sähkökatkoja ja pahimmillaan nollavian, joka vaarantaa sähkönkäyttäjien henkeä ja turval- lisuutta.
2. Erottimen asennon tarkistus
3. Pylvään kallistuminen
Voimakkaat myrskytuulet voivat kallistaa ja kaataa pylväitä. Vaarallisimmissa tapauksissa pylväs jännitteisine johtoineen voi kaatua tien päälle aiheuttaen vaaraa ohikulkijoille. Antu- rin avulla pystytään havaitsemaan pylvään kallistuminen, ja riskikohteita päästään korjaa- maan ennakoidusti.
4. Muuntamon tai jakokaapin ovi on auki tai rikki
Puistomuuntamoiden ja jakokaappien ovet voivat jäädä auki inhimillisen virheen tai ulko- puolisen tahallisen rikkomisen takia. Valoisuutta mittaavalla anturilla avonaisen kaapin ti- lanteen pystyy havaitsemaan anturin lähettämästä datasta valoisuuden, lämpötilan ja il- mankosteuden lukemien perusteella, ja viankorjaaja pystytään lähettämään paikalle mah- dollisimman nopeasti. Näin voidaan välttyä myös ylimääräisiltä tarkastuskäynneiltä kriitti- siin kohteisiin.
5. Kaapelikela on hukassa
Arvokkaita kaapelikeloja voi unohtua maastoon niin, ettei niiden olinpaikasta ole tietoa.
GPS-anturilla kelojen sijainti on jatkuvasti tiedossa. Anturin avulla voidaan myös seurata, että kela pysyy paikoillaan eikä sen asento muutu. Näin varmistetaan, että kela ei liiku itsek- seen aiheuttaen vaaraa ympäristölle. (Digita, 2019)
3.5.1 Carunan verkon IoT-pilotit
Carunan verkossa on pilotoitu vuodesta 2019 alkaen useita IoT-ratkaisuja yhteistyössä Di- gitan kanssa. LoRaWAN-verkossa toimivat anturit on asennettu erilaisiin olosuhteisiin, huomioon ottaen tunnetut ongelmakohdat, maasto-olosuhteet ja saavutettavuus. Piloteista saadut tulokset ovat kuitenkin vielä epäluotettavia.
4 Kunnossapitomallien vertailu
Tässä luvussa vertaillaan kohdekohtaisen kunnossapitomallin ja huoltoaluemallin eroja muun muassa turvallisuuden ja talouden näkökulmista. Tällä hetkellä käytössä olevan koh- dekohtaisen mallin merkittävin ero huoltoaluemalliin on töiden alueellinen jakautuminen.
Kun kohdekohtaisessa mallissa työt kohdistetaan yksittäisiin verkon komponentteihin tai kokonaisuuksiin, kuten muuntamoihin tai erottimiin, huoltoaluemallissa työt jaetaan maantieteellisesti alueittain.
4.1 Turvallisuus ja tehokkuus
Verrattuna tällä hetkellä käytössä olevaan kohdistettuun kunnossapitoon, huoltoaluemalli tarjoaa erilaisen näkökulman kunnossapidon suunnitteluun. Huoltoaluemallissa urakoitsi- jan asentajilla on mahdollisuus tehdä tarkastustyötä pidempiä verkko-osuuksia kerralla il- man tarvetta pitkille siirtymille, mikä säästää aikaa ja ajokilometrejä. Tämä tekee työstä te- hokkaampaa ja ympäristöystävällisempää.
Kun koko lähialueen verkko on tarkastuksen kohteena, yksittäisen pylväsvälin tai muun komponentin jääminen epähuomiossa tarkastamatta on epätodennäköisempää. Töiden suoraviivaisuus maastossa tuo työhön järjestelmällisyyttä ja potentiaalisesti vähentäisi kul- kureittien etsimistä yksittäisille kohteille, kun verkko johdattaa tarkastajaa työn lomassa seuraavaa katselmoitavaa komponenttia kohti.
Toisaalta ilmiö voi olla myös vastakkainen: tarkastaja voi koko verkkoa tarkastaessaan jättää sähköverkon haaran tarkastamatta edetessään linjan mukaisesti eteenpäin. Johtoläh- döittäin tarkastettaessa on samalla tavalla kiinnitettävä huomiota verkkotietojärjestelmään ja ympäröivään maastoon kuin yksittäistä komponenttia tarkastettaessakin, jotta kaikki kohteet tulevat varmasti tarkastetuiksi ja mikään haara ei jää väliin, jos tarkastustuloksia ajetaan tietojärjestelmiin jälkikäteen. Carunalla käytössä oleva verkkotietojärjestelmän maastosovellus auttaa kuitenkin tähän. Tarkastaja voi kirjata kohteessa tekemänsä havain- not mobiililaitteensa kautta suoraan järjestelmään, eikä työhön tarvita erikseen dokumen- toijaa. Kun maastossa joka tapauksessa on verkkotietojärjestelmä helposti saatavilla, myös epähuomiossa tarkastamatta jääneiden kohteiden määrän voi olettaa pysyvän pienenä.
Aluekohtaisten laajempien ongelmien tunnistaminen helpottuu, kun ajankohtainen ti- lannetieto saadaan tarkastustuloksena koko lähialueen verkolle. Huoltoaluemallin hyödyksi voidaan laskea paremman kokonaiskuvan luominen kohdistetulle alueelle (huoltoalueelle), kun taas kohdekohtaisella tarkastuksella saadaan tilannekuva maantieteellisesti laajem- milta alueilta.
Sähkönjakeluverkko on usein rakennettu alueellisissa kokonaisuuksissa, kun taajama- alueita on alettu kehittää ja alueen infrastruktuuri on rakennettu kerralla. Alkuperäiset asennukset ovat usein samojen verkonrakentajien tekemiä, mikä voi tarkoittaa alueen tar- kastuskohteissa samantyyppisiä turvallisuuspuutteita, tyyppivikoja ja toisaalta myös hyviä asennustapoja. Tämä voi tehostaa tarkastustyön tekemistä huoltoaluemallissa, kun edelli- sissä kohteissa ilmenneet ongelmat toistuvat. Toisaalta ilmiö voi johtaa myös negatiiviseen lopputulokseen: tarkastustulosten laatu voi kärsiä, jos tarkastaja rutinoituu näkemään sa- moja virheitä kohteesta riippumatta, tai ei alun perinkään osaa tunnistaa virhettä. Laajem-
