Maakaapelin ja ilmajohdon vertailu sähköteknisestä näkökulmasta

Abstract

Suomen sähkömarkkinalaki vaatii Suomen sähkönjakeluyrityksiä rakentamaan alati varmempia ja tehokkaampia sähköverkkoja. Tämä tarkoittaa, että vanha verkko tulee myös saneerata ja varmistaa sen luotettavuus. Euroopassa syntyneet levottomuudetkin ovat nostaneet huolta tärkeän sähköverkon ylläpidosta ja toimivuudesta nyky-yhteiskunnan tarpeissa. Sen lisäksi energiatuotannon ja sähkönjakelun laadun varmistus ja ylläpito ovat olleet avainasemassa energiajakelun varmentamisessa, jossa juuri jakeluverkkojen voimajohtojen sähköinen suorituskyky näkyy. Maakaapelointi on yleistynyt huomattavasti kaupunkien laitamilla, missä ilmajohtoja vaihdetaan jatkuvasti maakaapeleiksi. Muutos on nostanut ilmoille kysymyksen haja-asutusalueen sähkönjakelusta, jossa on yleisesti käytetty ilmajohtoja varsinkin 20 kilovoltin keskijänniteverkossa.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella sähköteknisestä näkökulmasta kolmea Suomessa yleisesti käytettyä 20 kilovoltin keskijännitejohtoa, jotka olivat maakaapeli AHXAMK-W, avojohto ACSR ja PAS-johto SAX-W. Tutkimuksessa laskettiin näiden kolmen johtomallien tasa- ja vaihtovirtaresistanssi, kuormitettavuus ja terminen oikosulkukestoisuus, kapasitanssi kilometriä kohden ja maasulkuvirta sekä induktanssi kilometriä kohden. Arvot haettiin ensisijaisesti suomalaisen kaapelivalmistajan Prysmian Group kaapeliesitteestä, mutta puuttuvat arvot laskettiin yksinkertaistetuilla kaavoilla.

Tutkimuksen perusteella PAS-johto oli verratuista johtotyypeistä paras, sillä se ilmaantui valituista johdoista parhaimmaksi väliinputoajana. Maakaapelin tasa- ja vaihtovirtaresistanssi olivat huomattavasti pienimmät, mutta sen kapasitanssi laskettiin huomattavan suureksi verrattuna molempiin valittuihin ilmajohtoihin. Avojohdon induktanssi laskettiin suurimmaksi valituista johdinlajeista, sillä sen vaihejohtimien pitkä etäisyys toisistaan oikosulkujen varalta lisää induktanssin suuruutta. PAS johdon muovisuoja mahdollistaa kapeamman asennuksen orsilla, mikä vähentää induktanssia ja maakapasitanssin vaikutusta korkeusasennuksen ansiosta. Tutkimusta pystyisi laajentamaan pien- ja suurjänniteverkkoihin, joissa käytetään erilaisia johtotyyppejä, laajentamalla aihetta huomioiden mekaaniset arvot tai vertailemalla johtotyyppien asennuskustannuksia. Varsinkin ilmajohtojen kapasitanssi- ja induktanssikaavat yksinkertaistettiin tässä tutkimuksessa olettamalla vaihejohtimet täysin symmetriseksi vaihteluväleillä, sekä jättämällä huomiotta ukkosenjohtimen ja maan johtavuuden vaikutukset. Tutkielma antaa hyvän idean erilaisten sähköteknisten arvojen vaikutuksen verkon rakenteen suunnittelussa sekä johtolajien vahvuuksista ja heikkouksista eri tilanteissa