Tuulivoimapuiston sisäverkon keskijännitekaapelit siirtävät tuulivoimaloiden tuotannon sähköasemalle, josta se siirretään edelleen kantaverkkoon. Keskeytyksettömän tuotannon kannalta toimiva kaapelijärjestelmä on puistonhaltijalle elintärkeä, sillä järjestelmän vikaantuminen aiheuttaa yleensä useamman päivän katkon tuulivoimaloiden tuotantoon. Pelkästään vianpaikannus ja -korjauskustannuksilla usein kattaisi asianmukaiset käyttöönotto- ja kunnossapitomittaukset. Lisäksi seisovat tuulivoimalat tuottavat niin kutsuttuja tuotantotappioita tuhansia euroja päivässä ja useamman voimalan ollessa seisakissa puhutaan jo kymmenistä tuhansista euroista jokaista seisakkipäivää kohden. Olisi siis perusteltua, että kaapelijärjestelmälle tehtäisiin parhaat mahdolliset laadunvarmistustoimenpiteet ennen niiden käyttöönottoa, takuuajan tullessa päätökseen sekä säännöllisin väliajoin sen jälkeen.

Kaapelivarusteet ovat yleisin syy kaapelijärjestelmien vikaantumiseen. Kaapelit valmistetaan ja rutiinikoestetaan tehtaalla puhtaissa olosuhteissa. Kaapelivarusteet, kuten jatkokset ja päätteet, taas asennetaan työmaalla usein hyvin epäpuhtaissa olosuhteissa ja varusteiden toiminnan kannalta asentajan ammattitaidolla on myös suuri merkitys. Asianmukaisilla kaapeliverkon mittauksilla voidaan varmistua asennuksen laadusta ja tarvittaessa korjata asennusvirheet jo ennen kaapelijärjestelmän käyttöönottoa.  

Mittauksia tehdään rakennuttajan vaatimusten mukaan

Juttua varten haastateltu rakennuttajan edustaja kertoo, että kaapelijärjestelmän laadunvarmistusvaatimukset ovat pääosin verkostosuosituksen mukaisia. “Etenkin osittaispurkausmittaukset ovat hyvä lisä, sillä niiden perusteella nähdään missä kunnossa kaapeli on ennen käyttöönottoa ja kuntoa voidaan seurata myös esimerkiksi takuuajan päättyessä”, hän kertoo, “alkavat viat saadaan paikannettua tehokkaasti”.

Sähköurakoitsijana toimivan PAV:in Nicklas Nordströmin mukaan mittaukset tehdään yleensä rakennuttajan määrittelyjen mukaisesti. “Kaikille kaapeleille tehdään eristysvastus- ja vaipaneheysmittaukset, lisäksi rakennuttajan toiveiden mukaisesti lähes aina teetetään osittaispurkausmittaus”, Nicklas sanoo.

Verkostosuositus RK1:16 (maakaapeliverkon rakentamisen vaatimukset 0,4 kV-45 kV) mukaisesti keskijännitekaapeliasennus suositellaan tarkastettavan vaipaneheysmittauksella ja joko 24 tunnin käyttöjännitetestillä tai 15 minuutin VLF-jännitetestillä, jonka yhteydessä voidaan suorittaa osittaispurkausmittaus. Lisäksi maadoitusjohtimien jatkuvuus tulisi todeta. Kyseessä olevan verkostosuosituksen jälkeen etenkin tuulivoiman parissa on otettu kehitysaskeleita kaapelijärjestelmien testauksessa.

Nykypäivän mittaussuositukset

Suositeltavat kaapelijärjestelmän mittaukset ovat:

  • Vaipaneheysmittaus
  • Osittaispurkausmittaus
  • Häviökerroinmittaus
  • Maadoituksien jatkuvuuden mittaus

Näillä mittauksilla varmistetaan järjestelmän toimivuus ja saadaan selville mahdolliset kaapelin kaivuun ja asennuksen aikana tulleet mekaaniset vauriot sekä jatkosten, päätteiden ja muiden varusteiden materiaali- tai asennusvirheet. Usein tehtyä eristysvastusmittausta ei standardeissa vaadita, eikä se anna tietoa kaapelin kunnosta.

Vaipaneheysmittaus

Vaipaneheyden mittauksessa mitataan kaapelin kosketussuojan ja ympäröivän maan välistä eristelujuutta. Tällä mittauksella havaitaan kaapelin ulkovaipan vauriot, kuten kaapelin asennuksen ja kaivuun aikana tulleet mekaaniset vauriot tai terävien kivien aiheuttamat reiät.

IEC 60229 mukaisesti mittausjännitteen tulisi olla ulkovaipan paksuuden mukaan 4 kV DC/ ulkovaipan paksuus millimetreinä, kuitenkin enintään 10 kV DC. Käytännössä Suomessa käytetyille 33 kV kaapeleille mittausjännite tulisi olla 10 kV DC. Vaadittu mittausaika on 1 minuutti.  Mittaukselle ei ole olemassa standardin määrittämiä raja-arvoja, mutta yleisesti käytetty raja-arvo vuotovirralle on <10µA/km, joka vastaa >500MΩ/km eristysresistanssia.

Vaipaneheyden luotettava mittaus vaatii ulkoisen elektrodin, kuten kaapelia ympäröivän kostean maaperän. Kuivassa maaperässä luotettava mittaus vaatisi kaapelilta johtavan pinnoitteen, jota Suomessa pääosin käytetyssä AHXAMK-W-kaapelissa ei ole. Esimerkiksi Ruotsissa kaapeleissa taas käytetään puolijohtavaa pinnoitetta edellä mainitusta syystä.

Osittaispurkausmittaus

Osittaispurkausmittausta kutsutaan myös PD-mittaukseksi (Partial Discharge). Osittaispurkaukset ovat heikentyneen eristeen osan yli syntyviä purkauksia, joita mittaamalla saadaan selville kaapelin mahdolliset materiaali- ja asennusvirheet.

PD-mittauksessa kaapelin vaihejohtimen ja kosketussuojan välille syötetään vaiheittain kasvava ja maksimissaan 2xUo (vaihejännitteen) suuruinen mittausjännite. Mittalaite tallentaa mittauksen aikana havaitut purkaukset, joiden suuruusluokka on usein pikocoulombi. Mittaustuloksista nähdään purkausten tarkka sijainti kaapelijärjestelmässä, jolloin korjattavat kohdat saadaan samalla paikallistettua. Mittaustuloksien tulkintaa hankaloittaa standardoinnin puute, yleisesti käytettyjä PD-mittausten raja-arvoja on esitetty taulukossa.

 

Häviökerroinmittaus

Häviökerroinmittaus tunnetaan myös nimellä TD-mittaus (Tan delta). Häviökerroin kuvastaa kaapelijärjestelmän eristeen yleiskuntoa. Häviökerroinmittauksella havaitaan kaapelin ikääntyminen, kosteus kaapelissa tai sen varusteissa sekä mahdolliset osittaispurkaukset. Myös uusi kaapelijärjestelmä voi olla ikääntynyt, mikäli siihen ovat vaikuttaneet esimerkiksi liian korkeat mittausjännitteet, haitalliset DC-jännitteet, kosteus, asennusvirheet tai mekaaniset vauriot.

TD-mittauksessa kaapelin vaihejohtimen ja kosketussuojan välille syötetään vaiheittain 0.5x, 1x, 1.5x ja 2xU0 mittausjännitteet. Mittaustuloksista lasketaan tunnusluvut keskiarvo (MTD), keskiarvon ero (DTD) ja keskihajonta (SDTD). Mittaustulokset tulkitaan IEEE 400.2 standardin mukaisesti.

Maadoituksien jatkuvuuden mittaus

Tuulivoimalaitos on hyvä esimerkki yhteen liittyneestä maadoitusjärjestelmästä. Standardin SFS 6001 mukaan käyttöönottovaiheessa ja kunnossapitotarkastusten yhteydessä yhteen liittyneiden maadoitusjärjestelmien eheys ja yhteys toisiinsa on varmistettava. Näin varmistutaan maadoitusjärjestelmän turvallisuudesta, olettaen, että järjestelmä on suunniteltu asianmukaisesti.

Verkostosuosituksessa RJ22:22 (sähkönjakeluverkon maadoitusten suunnittelu, toteutus ja varmistaminen) tarkennetaan mittausten toteutustapaa. Mittalaitteeksi suositellaan suurivirtaista (esim. 100 A) DC-resistanssimittaria, jonka minimitarkkuus on 1 milliohmi. Kaikkien maadoitusjohtimien jatkuvuudet mitataan, eli kaapeleiden kosketussuojien ja seurantamaadoituksien jatkuvuus sekä kokonaisjatkuvuus (sisältäen kaikki edellä mainitut). Mittaustulosten tulisi olla linjassa laskennallisten arvojen kanssa, jotta voidaan varmistua maadoitusjohtimien ja kaapelijatkosten kosketussuojan liitosten laadusta.

VLF-jännitetesti

VLF tulee sanoista Very Low Frequency (hyvin matala taajuus), jolla tarkoitetaan 0,01-1 Hz mittaustaajuutta. VLF-jännitettä käytetään myös PD- ja TD-mittauksissa, sillä se mahdollistaa kompaktit kenttäkäyttöön soveltuvat mittauslaitteistot.

VLF-jännitetestissä kaapelin vaihejohtimen ja kosketussuojan välille syötetään maksimissaan 3xUo mittausjännite 15–60 minuutin ajaksi. Mittaustulos on joko hyväksytty tai hylätty, mikäli kaapelijärjestelmässä tapahtuu läpilyönti. Hyväksytty tulos ei kerro mahdollisista alkavista vioista ja pahimmassa tapauksessa niitä saattaa kehittyä VLF-jännitetestin korkean jännitteen seurauksena. Mikäli kaapelijärjestelmälle halutaan tehdä VLF-jännitetesti, on suositeltavampaa tehdä MWT (Monitored withstand test), jossa VLF-jännitetestin lisäksi järjestelmän kuntoa seurataan osittaispurkaus- ja häviökerroinmittauksella.