DC-mikroverkon vikasuojaus

Abstract

Energiankulutuksen yhä kasvaessa ja samalla ilmastonmuutoksen pakottaessa vähentämään fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaa, on tuotantoa kasvatettava ilmastoystävällisillä energialähteillä, missä uusiutuvat tuotantotavat ovat keskiössä osana nykyaikaista energiantuotantoa.

Uusiutuvan energiantuotannon ja tehoelektroniikan kehityttyä tasasähkön käyttö on nostettu esille hyvinkin varteenotettavana vaihtoehtona pienjännitteisessä jakeluverkossa. Vaikka tasasähkönjakelu lisää sähkönjakelun luotettavuutta ja verkossa käytettävä tehoelektroniikka mahdollistaa sähköverkon älykkään käytön, on yhtenä haasteena näiden toteutuksille ollut sähköturvallisuuden varmistaminen erilaisissa käyttötilanteissa. Haasteista huolimatta tasasähkömikroverkoille on suuri määrä kannattavia ja myös turvallisia sovelluskohteita, niin julkisissa jakeluverkoissa kuin myös kiinteistöjen sähköistyksissä.

Tämän opinnäytetyön tavoitteena on selvittää, mitä vaatimuksia liittyy tasasähkömikroverkon vikasuojaukseen ja mitä on huomioitava rakennettaessa määräykset täyttävää ja turvallista tasasähkömikroverkkoa. Lisäksi työssä tarkastellaan erään suunnitellun tasasähkömikroverkon vikasuojauksen toteutusta.

Tässä opinnäytetyössä on tehty soveltavaa tutkimusta, jossa teoriapohjaa on haettu lukemalla soveltuvia tutkimuksia, raportteja, määräyksiä, ohjeita ja suosituksia, joilla voitaisiin taata määräykset täyttävä ja turvallinen vikasuojaus tasasähkömikroverkolle. Työssä käydään ensin läpi tasasähkömikroverkon rakennetta ja laitteita, sitten sähköturvallisuutta, suojausmenetelmiä ja suojalaitteita. Lopuksi tarkastellaan erään suunnitellun tasasähkömikroverkon vikasuojausta.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että tasasähkömikroverkon suojaus poikkeaa vastaavasta vaihtosähköllä toteutetusta ja turvallisuus on oltava aina yksi keskeisimmistä ominaisuuksista. Tasasähköverkolla on omat erityispiirteensä verrattaessa perinteiseen vaihtosähköverkkoon. Esimerkiksi vaihtosähköverkossa, sen taajuuteen perustuvat toiminnot on toteutettava tasasähköverkossa toisin, yleensä jännitteen suuruuteen perustuen. Vaikka poikkeavuuksia on, voidaan silti soveltuvin osin hyödyntää olemassa olevia vaatimuksia ja standardeja myös tasasähköverkossa.

Tasasähkömikroverkossa perusvaatimukset vikasuojaukselle ovat kuten vaihtosähköjärjestelmiin määritetyt vaatimukset. Perusvaatimukset ovat muun muassa vikasuojauksen luotettavuus, nopeus ja selektiivisyys. Vikasuojaukseen erityispiirteitä aiheuttavat verkkoon liitetyt tuotantoyksiköt, koska ne muodostavat perinteisen yhdestä liityntäpisteestä syötettävän verkon haasteellisemmaksi kahden tai useamman teholähteen syöttämäksi järjestelmäksi. Tästä johtuen tasasähkömikroverkon suojaus on monimutkaisempaa ja erilaisia vikasuojauksen kannalta huomioitavia seikkoja on enemmän, kuin perinteisessä vaihtosähköllä toteutetussa jakeluverkossa. Suojauksen keskeiset elementit ovat ylivirtasuojaus, ali- ja ylijännitesuojaus sekä maadoitusrakenne.