Energiatuotanto ja -jakelu (Muuntajat, kytkinlaitokset)
Käyttö ja kunnossapito
Muuntajien ennakoiva huolto turvaa sähkönjakelua
Muuntajat ovat sähkönjakeluverkon kriittisiä solmukohtia. Mitä isommaksi muuntajakoko kasvaa, sitä tärkeämpää on huolehtia muuntajan kunnonvalvonnasta ja tarkastella muuntajan tilaa ennakoivasti, jotta sähkönjakelussa ei satu yllättäviä ennakoimattomia häiriöitä.
SÄHKÖN SIIRTO voimalaitoksilta maan eri osiin valtakunnan tasolla tapahtuu suurjännitteisessä Fingridin 110-400 kilovoltin kantaverkossa. Kantaverkkoon on liitetty suuret voimalaitokset ja tehtaat sekä suurjännitteiset alueverkot, jotka siirtävät sähköä alueellisesti esimerkiksi tietyssä maakunnassa. Jakeluverkot voivat käyttää kantaverkkoa suurjännitteisen jakeluverkon kautta tai liittyä suoraan kantaverkkoon.
Suurjännitteiset jakeluverkot toimivat 110 kV, jakeluverkot 20, 10, 1 tai 0,4 kV jännitteellä. Pienimpiä, enintään 1 kV jännitteitä kutsutaan pienjännitteeksi, suurempia jännitteitä keskijännitteeksi (1-70 kV) tai suurjännitteeksi (110-400 kV).
Erijännitteiset verkon voimajohdot yhtyvät verkon solmukohdissa sähköasemilla. Asemilla voidaan muuntaa, jakaa ja keskittää sähkön siirtoa. Jakelumuuntamot muuntavat sähkön korkeat siirtojännitteet sähkön käyttäjille soveltuvaksi pienjännitteeksi. Teollisuuslaitoksilla on omat laitoksen prosessiin ja laitekantaan sopivat muuntajansa.
Öljy- tai kuivamuuntajia
Alun perin kaikki tehomuuntajat olivat niin sanottuja öljymuuntajia. Siemens on toimittanut ensimmäiset valuhartsitekniikkaan perustuvat GEAFOL-kuivamuuntajat teollisuuden käyttöön vuonna 1965. Tämä tekniikka on yleistynyt varsinkin pienemmällä tehoalueella sekä sähkölaitoksissa että teollisuudessa. Kuivamuuntajan yhtenä tärkeänä etuna on paloturvallisuus.
"Mahdollisen vian syntyessä ja kuivamuuntajan kuumentuessa se sammuu itsekseen, lisäksi kuivamuuntajan palokuorma on hyvin pieni verrattuna öljyeristeiseen muuntajaan", myyntijohtaja Mikko Parkkonen Siemensiltä kertoo.
"Edelleenkin kaikki hyvin suuritehoiset muuntajat tehdään öljyeristeisinä tai öljyä vastaavalla nestemäisellä eristeellä korvattuna. Öljymuuntajassa on olemassa palovaara, jonka vuoksi muuntaja tarvitsee öljynkeräysaltaan, jotta mahdolliset vuodot eivät pääse ympäristöön", Parkkonen sanoo.
Sähköverkon kallein komponentti
"On hyvä muistaa, että muuntaja on sähköverkon kallein yksittäinen komponentti", Parkkonen korostaa.
Suomen muuntajamarkkinan voi jakaa kahteen osaan: energiayhtiöiden sähkönjakelubisnekseen ja toisaalta teollisuuden sovelluksiin.
Energiayhtiöiden sähkönjakelubisnes jakeluverkon kautta kulutukseen ja pienemmille yrityksille on pitkälti standardoitu muuntajien suhteen. EU-direktiivit säätelevät alaa tarkasti.
"Yleisesti puhutaan niin sanotusta ECO-direktiivistä (No. 548/2014 from the commission for implementing the Ecodesign Guideline 2009/125/EG), jossa sähkölaitoksille tulevien muuntajien arvot on standardoitu ja niissä on määritelty häviöarvot hyvin tarkasti, koska muuntajista halutaan mahdollisimman energiatehokkaita. Tällä pyritään parantamaan sähkönjakelun energiatehokkuutta EU:n alueella. Direktiivi on astunut voimaan 7/2015 ja direktiivin seuraavassa vaiheessa vuonna 2021 muuntajiin kohdistuvia vaatimuksia tullaan tiukentamaan."
"EU-direktiivin standardihäviöarvot pätevät aina 3150 kVA:in saakka, eli tätä pienempien muuntajien osalta puhutaan pienestä kokoluokasta. Sitä suurempiin muuntajiin EU-direktiivi antaa enemmän vapausasteita häviöiden ja muiden ominaisuuksien suhteen."
Varaosien saatavuus on energialaitoksillekin tärkeää. Siksi ne haluavat, että muuntajat ovat hyvin selkeistä standardipalikoista tehtyjä, jolloin vialliset laitteet on helppo korvata uusilla.
Yksilölliset teollisuusmuuntajat
Teollisuuden sovelluksissa muuntajat syöttävät jotakin teollisuusprosessia tai prosessilaitteistojen kuormia.
"Teollisuusmuuntajissa standardointi pätee tietyssä määrin pienemmille teholuokille, mutta niissäkin tehdään ihan räätälöityjä tuotteita. Esimerkiksi Siemensillä keskimääräinen sarjakoko saattaa olla alle kaksi kappaletta. Mitä suurempiin muuntajiin mennään, sitä enemmän ne ovat yksilöllisesti valmistettuja."
Suuremmassa kokoluokassa käytetään erikoissovelluksia, jotka rakennetaan täysin teollisuusprosessin vaatimusten pohjalta, ja muuntaja voidaan sovittaa teknisesti täysin räätälöidysti prosessiin sopivaksi.
Parkkosen mukaan käyttäjän kannalta tärkein muuntajan valintaan vaikuttava kriteeri on muuntajan häviöarvo. Tietysti käyttökohde ja muuntajan arvioitu käyttöikäkin vaikuttavat valintaan. Sähkölaitoskäytössä muuntajan oletettu elinikä voi olla peräti 40-50 vuotta, teollisuudessa se on lyhyempi.
"Teollisuusasiakkaan kannattaa ottaa huomioon, että teollisuuden prosesseissa on kaikenlaisia säätöjä vaativia prosesseja, joissa sähköä säädetään taajuusmuuttajien ja tasasuuntaajien avulla. Ne synnyttävät harmonisia yliaaltoja, joiden olemassaolo asiakkaan tulisi tiedostaa", Parkkonen sanoo.
Eli pitää selvittää, onko asiakkaalla laitteita, jotka todennäköisesti synnyttävät näitä harmonisia yliaaltoja. Ne vaikuttavat muuntajamitoitukseen ja niitä pyritään kompensoimaan paikan päällä teollisuuslaitoksessa.
"Tämä ei aina onnistu teollisuudessa, minkä vuoksi teollisuusmuuntajat joutuvat isommille rasituksille, kuin sähkölaitosten jakelumuuntajat. Siksi teollisuusmuuntajat tehdään olosuhteiden mukaan riittävän isoille mitoituksille. Olosuhteet saattavat aiheuttaa lämpörasitusta, ja harmoniset yliaallot synnyttävät lisähäviöitä muuntajalle. Nämä täytyy huomioida muuntajan tilausprosessissa, jotta laitokseen saadaan pitkäikäinen muuntaja", Parkkonen sanoo.
Ennakoiva kunnossapito
"Pienempien suurjännitemuuntajien toimitusaika on yleensä muutamia kuukausia ja isoissa muuntajissa mennään jopa yli vuoden toimitusaikoihin", Parkkonen kertoo.
Pitkien toimitusaikojen vuoksi muuntajien ennakoiva kunnossapito ja seuranta korostuvat. Mitä isommaksi muuntajakoko kasvaa, sitä tärkeämpää on huolehtia muuntajan kunnonvalvonnasta ja tarkastella muuntajan tilaa ennakoivasti, jotta ei satu yllättäviä häiriöitä.
Valvontalaitteet voivat ottaa jatkuvasti näytteitä esimerkiksi muuntajaöljystä ja analysoivat öljyyn kertyviä niin sanottuja vikakaasuja - kuten vetyä, hiilimonoksidia ja asetyleeniä sekä usein myös öljyn kosteutta.
Monet ongelmat voidaan ehkäistä ennakoivalla diagnostiikalla ja huollolla, mutta yli 30 prosenttia muuntajavioista on kuitenkin sellaisia, että niitä ei havaita ennakoivalla diagnostiikallakaan. Muuntajien yhtenä haasteena on se, että havaittu ongelma saattaa muuttua kriittiseksi jopa parissa päivässä. Huollolta vaaditaan nopeata reagointikykyä.
Laitevalmistajilla on tarjolla eritasoisia huoltopalveluita ennakoivista huoltosuunnitelmista ja määräajoin paikan päällä tapahtuvista huoltoarvioinneista reaaliaikaisen 24/7 etävalvontamahdollisuuteen.
Näiden lisäksi tehtaalla täytyy olla käytössä varajärjestelmiä ja toisaalta vioittuneeseen laitteeseen pitää saada mahdollisimman nopeasti korvaavia komponentteja rikkoutuneiden tilalle.
Teksti: Jari Peltoranta
Kuvat: Siemens Osakeyhtiö
