Erkki Lakervi & Jarmo Partanen: Sähkönjakelutekniikka

9789516723597Sähkönjakeluverkot ovat tärkeä osa yhteiskunnan infrastruktuuria, jolta edellytetään keskeytymätöntä sähkön toimitusta. Noin kolmannes pienasiakkaan sähkön kokonaishinnasta tulee jakelusta, joten sähköverkkoliiketoiminta vaikuttaa olennaisesti sähkön hintaan. Jakeluverkkojen ominaisuudet määrittävät lähes yksinomaan myös sähkön toimituksen käyttövarmuuden ja jännitteenlaadun. Suomessa sähkönjakeluverkkoihin investoidaan satoja miljoonia euroja vuodessa.

Sähkönjakelutekniikka käsittelee jakeluverkkotoimintaa ja siihen liittyviä liiketoiminnallisia kysymyksiä. Sen pääpaino on verkkojen suunnittelussa ja kehittämisessä. Suuri osa Suomen sähkönjakelussa käytettävistä avojohdoista onkin uusittava seuraavan vuosikymmenen aikana. Oppikirjana teos auttaa hahmottamaan ja käsittelemään sähkönjakeluverkkoihin liittyviä teknisiä ja taloudellisia näkökohtia. Kokeneelle insinöörille se tarjoaa tukea sähkönjakelutekniikan perusteorian kertaamiseen ja antaa virikkeitä sähköverkostojen strategiseen kehittämiseen.

— Sisällys

1. Johdanto

2. Sähkönjakeluverkkoliiketoiminta
2.1 Sähkönjakelujärjestelmä
2.2 Sähkönjakeluverkkojen merkitys
2.3 Sähköverkkoliiketoiminnan toimintaympäristö
2.4 Sähköverkkoliiketoiminnan organisointi

3. Sähkönjakeluverkkojen teknis-taloudellinen laskenta
3.1 Johdot ja muuntajat
3.2 Oikosulkuvirta
3.3 Jännitekuopat
3.4 Teho- ja energiahäviöt
3.5 Lämpeneminen
3.6 Jännitteenalenema
3.7 Taloudellisuuslaskelmat
3.8 Luotettavuuslaskenta
3.9 Verkon kuormitusten mallinnus

4. Sähkönjakeluverkkojen suunnittelun teknis-taloudelliset perusteet
4.1 Suunnittelun tavoitteet ja sisältö
4.2 Johtimen ja muuntajan taloudellinen mitoittaminen
4.3 Suunnittelua ohjaavien periaatteiden ja parametrien määritys
4.4 Verkon kuormitusten ennustaminen
5. Sähkönjakelun kehittämisnäkökohtia
5.1 Ympäristönäkökohtia
5.2 Magneettikentät
5.3 Standardisointi
5.4 Turvallisuuden hallinta

6. Alue- ja keskijänniteverkot
6.1 Sähköasemat
6.2 Keskijänniteverkko
6.3 Kehittämismenetelmien vaikuttavuudet
6.4 110 kV:n johdot ja sähköasemat
6.5 Kapasiteetin lisääminen häiriötilanteiden varalle
6.6 Johtojen rakentaminen ja uusiminen
6.7 Käyttövarmuutta parantavat verkostorakenteet
6.8 Kauko-ohjattavat kytkinlaitteet ja muu automaatio
6.9 Yhteistyö muiden organisaatioiden kanssa
6.10 Toimilaitteiden asettelumuutokset

7. Pienjänniteverkot
7.1 Jakelumuuntamot
7.2 Pienjänniteverkko jakelujärjestelmän osana
7.3 Muuntamo- ja verkkotyypin määräytymisnäkökohtia
7.4 Verkkomuoto ja käyttötekniset näkökohdat
7.5 Suojaus
7.6 Mitoitusperiaatteet
7.7 1000 V:n jakelujärjestelmä

8. Vikavirtasuojaus
8.1 Keskijänniteverkon oikosulkusuojaus
8.2 Keskijänniteverkon maasulkusuojaus
8.3 Pienjänniteverkon suojaus
8.4 Hajautettu sähkön tuotanto
9. Verkosto-omaisuuden hallinta
9.1 Verkoston kehittämisprosessi
9.2 Verkoston kunnossapitoprosessi
9.3 Verkon käyttöprosessi
9.4 Sähkön laadun hallinta
9.5 AMR – automaattinen mittareiden luenta

10. Verkostosuunnittelun apuneuvot
10.1 Suunnitteluohjeet
10.2 Verkkotietojärjestelmä
10.3 Tietojärjestelmien käyttö verkostosuunnittelussa

11. Verkkoyhtiön talous
11.1 Verkkoliiketoiminta
11.2 Jakeluverkkoliiketoiminnan erityispiirteitä
11.3 Yrityksen laskentatoimi
11.4 Kirjanpito ja tilinpäätös
11.5 Verkkotoiminnan tunnusluvut

12. Sähkönjakelualan järjestöt

Lyhenteitä
Appendix: Rural Electrification in Developing Countries
Kirjoittajat

Johdanto

Sähkönjakeluverkot ovat osa yhteiskunnan infrastruktuuria. Sähkönkäyttäjät odottavat lähes keskeytymätöntä sähkön toimitusta. Sähkönjakeluliiketoiminnan vaikutus sähkön hintaan on huomattava, yli 30 % pienasiakkaan sähkön kokonaishinnasta tulee sähkönjakelusta. Sähkön laadun keskeiset tekijät, käyttövarmuus ja jännitteenlaatu, määräytyvät lähes yksinomaan jakeluverkkojen ominaisuuksista. Sähkömarkkinalain myötä sähkönjakelusta on tullut oma muusta sähkö- ja energiatoiminnasta eriytetty liiketoiminta-alue, jolle on tunnusomaista alueellinen monopoli ja siihen liittyvä sähkömarkkinaviranomaisen taloudellinen ja tekninen valvonta.

Huomattava osa sähkönjakelussa käytettävistä avojohdoista on ikääntymisen takia uusittava vuoteen 2020 mennessä. Tämä on suuri haaste, mutta samalla myös mahdollisuus. Sähkönjakelussa käytettävät rakenteet ja komponentit vaativat suuria pääomia. Verkkojen jälleenhankinta-arvo on yli 12 mrd. euroa. Verkkojen käyttöikä on pitkä, avojohtoverkoilla 40–50 vuotta ja maakaapeliverkoilla jopa 100 vuotta. Keskeinen kysymys on, millä tekniikalla ja miten verkkojen kehittäminen ja uusiminen toteutetaan. Onhan ainakin osa verkoista käytössä vielä vuosisadan lopulla. Kuinka hyvin pystymme ennustamaan tulevaisuuden tarpeet ja vaatimukset? Pitkä käyttöikä ja toiminnan pääomavaltaisuus korostavat verkkojen suunnittelun ja komponenttien valinnan tärkeyttä.

Sähkönjakeluverkkoihin investoidaan Suomessa vuosittain noin 250 miljoonaa euroa. Erityispiirteenä on, että summa koostuu lukuisista, yleensä varsin pienistä yksittäisistä investoinneista. Hyvän kokonaistuloksen saavuttamiseksi suunnittelun tulee siten olla osaavaa kaikilla sähköyhtiön organisaatioportailla.

Suppean verkonosan suunnittelu täyttämään tekniset vaatimukset on yleensä melko helppo tehtävä ja mahdollista lyhyelläkin koulutuksella ja kokemuksella. Huomattavasti vaativampaa on laatia joustava ja myös taloudellisesti edullinen suunnitelma, jossa on otettu huomioon muun verkon, ympäristön, sähköntarpeen ja hajautetun tuotannon muutosten asettamat vaatimukset.

Sähkön käytön kasvunopeus on viime vuosina hidastunut. Tämä tekee osaltaan ylimitoitukset taloudellisesti aiempaa raskaammiksi. Toisaalta käyttövarmuuden ja yleensä koko energia-alan painoarvo on viime aikoina kasvanut. Verkonomistajien lisääntyneet tuottovaatimukset sekä Energiamarkkinaviraston aktiivinen valvonta ovat tehneet taloudellisuuden ja joustavuuden entistä tärkeämmäksi. Tämä asettaa lisävaatimuksia suunnittelun tarkkuudelle ja mukaan otettaville tekijöille.

Oppikirjassa käsitellään keskeisiä jakeluverkkotoiminnan kysymyksiä, pääpaino on verkkojen kehittämiseen liittyvillä asioilla. Tavoitteena on, että oppikirja avartaa opiskelijaa huomaamaan sähkönjakeluverkkoliiketoimintaan vaikuttavia teknisiä ja taloudellisia tekijöitä. Rutinoidulle insinöörille se tarjoaa tukea teoreettisten perusteiden kertaamiselle ja toivottavasti antaa virikkeitä verkostojen pitkän aikavälin strategiseen kehittämiseen.

Laita hyvä kiertämään: