Suositus 5/2023 (8.5.2023)

Kysymys:

Vaatiiko standardin kohdan 415.2.2 soveltaminen kohdan 411.6.4 asemasta standardista poikkeamislausunnon.

Jos vaatii, niin millainen lausunnon pitäisi olla ja kenen toimesta tehty?

Alla taustaa ja yhteenvetoa aiheesta:

Perinteisesti sähköaseman tasasähköjärjestelmän suojakytkimet ja sulakkeet on mitoitettu siten, että ne suojaavat kaapelit (ja laitteet) ylikuormitukselta.

Kun ylivirtasuoja valitaan siten, että se suojaa kaapelin ylikuormittumiselta, toimii suojalaite myös oikosulkusuojana.

Menneinä vuosikymmeninä erillisiä (kaksois)maasulkutarkasteluja ei ole tehty sähköasemien tasasähköjärjestelmille lainkaan, vaan tiedostettiin, että tasasähköjärjestelmän kaksoismaasulut eivät aiheuta kosketusjännitevaaraa sähköasemaympäristössä.

Viime vuosina sähköasemaurakoitsijoilta on kuitenkin alettu vaatia standardin SFS 6000-4-41 kohdan 411.6.4 mukaista laskentaa maasta erotetun järjestelmän kaksoismaasuluille (2IaZs≤U).

Kohdassa 411.6.4 esitetty tarkastelu sopii järjestelmiin, joissa jännitteelle alttiit osat on yhdistetty vain kaapelin suojajohtimella yhteiseen maadoitusjärjestelmään ao. kuvan mukaisesti.

Vikavirtapiiriin lasketaan mukaan siis kaapelin pituus kahteen kertaan.
Koska sähköasemilla kaapelin pituus valvomosta ulkokytkinlaitokselle on luokkaa
100 - 200 m, johtaa tämä laskentatapa väistämättä mitoitusongelmiin ja/tai kaapeleiden poikkipinnan kasvattamiseen. Tällaiselle karkealle ylimitoittamiselle ei lähtökohtaisesti ole perusteita sähköasemaympäristössä.

Sähköasemilla kaapelien suojajohtimet, vaipat, seurantamaat sekä kaikki metalliset osat on yhdistetty aseman maadoitusruudukkoon, jonka kautta kaksoismaasulun virtapiiri sulkeutuu seuraavan kuvan mukaisesti.

Sähköasemien maadoitusruudukko toimii potentiaalintasausjärjestelmänä, jolloin samanaikaisesti kosketeltavissa olevat metalliset osat ovat käytännössä samassa potentiaalissa.

Sähköasemilla onkin mielekkäämpää soveltaa standardin SFS6000-4-41 kohtaa 415.2.2 Lisäsuojaus -Suojaavan lisäpotentiaalinsuojauksen käyttö. (R≤120V/Ia)

Jotkut tahot ovat ilmaisseet, että kohdan 415.2.2 soveltaminen kohdan 411.6.4 sijaan vaatii standardista poikkeamislausunnon.

Toinen vaihtoehto, mikä ei ilmeisesti vaatisi poikkeamalausuntoa, olisi soveltaa kohtaa 411.6.4 siten, että kertoimen kaksi (2) sijasta laskentakaavaan approksimoidaan kaksoismaasulussa syntyvän vikavirtapiirin impedanssi.

Tyypillisin ja suojalaitteen kannalta hankalin (kaksois)maasulku sähköasemalla on kuitenkin normaalikäytön aikana tapahtuva (esim. laitteeseen kerääntyneen kosteuden vaikutuksesta syntyvä) suuriresistanssinen maasulku.

Näissä vikavirta jää niin pieneksi, ettei mikään suojalaite kykene laukaisemaan.
Siksi on tärkeää, että sähköasemilla jo ensimmäisestä maasulkuviasta tuleva hälytys tutkitaan ja vika poistetaan, jotta tällaista kaksoismaasulkua ei pääse syntymään.
Näissä hankalissakin tapauksissa kohdan 415.2 mukainen kosketusjännitetarkastelu kuitenkin osoittaa, ettei sallitut kosketusjännitteet voi ylittyä tasasähköjärjestelmässä tapahtuvan (kaksois)maasulun johdosta.
Kosketusjännitetarkastelun yksinkertaistamisen vuoksi voidaan olettaa, että maadoitus toteutetaan yhdellä Cu25 johtimella. Laskemalla, kuinka pitkällä maadoitusjohtimella kohdan 415.2.2 sallima resistanssi ylittyisi, voidaan todeta, ettei kymmenien tai satojen metrien päässä toisistaan olevat vikapiirin osat ole enää henkilön samanaikaisesti kosketeltavissa.

Vikasuojauksen sallittujen poiskytkentäaikojen tarkasteluun (S6000-4-41 Taulukko 41.2) sähköasemaurakoitsijat ovat tyypillisesti käyttäneet minimi oikosulkuvirtaa seuraavan kaavan mukaisesti:

Ikmin = c*Un/ZL , (ZL= meno-paluu piirin impedanssi, c=jännitekerroin).

Tämä tarkastelu soveltuu sellaisenaan ao. kuvassa esitettyyn samassa virtapiirissä esiintyvään kaksoismaasulkuun, mikä siis vastaa impedanssiltaan oikosulkua kaapelin päässä. Näin ollen kaikki samassa virtapiirissä syntyvät kaksoismaasulut laukaistaan viiveettä suojalaitteen magneettisella laukaisulla. Myös eri virtapiireihin syntyvissä suorissa kaksoismaasuluissa vikavirrat ovat sähköasemalla oikosulkuvirran luokkaa, jolloin viat laukaistaan viiveettä. Lähtökohtaisesti vikasuojaus toimii siis vaaditussa ajassa kaikissa kaksoismaasuluissa, joissa on suora yhteys sähköaseman maadoitusjärjestelmään. Kosketusjännitetarkastelulla voidaan osoittaa turvallisuus myös niissä kaksoismaasuluissa, joissa vikavirta jää alle suojalaitteen toimintarajavirran.

Yhteenvetona voidaan todeta, että eri virtapiireissä tapahtuvan kaksoismaasulun osalta kohdan 415.2 mukainen kosketusjännitetarkastelu on yksinkertaisempi ja kattavampi kuin kohdan 411.6.4 vikavirtapiirin impedanssin approksimointi.

Myös Fingridin vikavirta- ja vaarajännitelaskijat ovat todenneet, että kohdan 415.2.2. mukainen kosketusjännitetarkastelu on turvallisuutta ajatellen oleellisempi kuin vikavirtapiirin approksimointi, koska kohdan 411.6.4 vaatimuksen täyttyminen ei kuitenkaan varmista automaattisen poiskytkennän toimivuutta esim. suuriresistanssisen maasulun tapauksessa.

Pyydämme kannanottoa, vaatiiko tämä henkilöturvallisuuden kannalta oleellisemman tarkastelun soveltaminen poikkeamalausunnon vai riittääkö, että tarkastelu on kuvattu laskelmaraportissa.

Suositus:

Vikasuojauksen osalta IT-järjestelmissä tulee tarkastella myös syötön automaattisen poiskytkennän toiminta (411.6.4), joka ei toteudu pelkästään tarkastelemalla suurinta esiintyvää kosketusjännitettä (415.2.2).

Sähköasemaympäristössä tasasähköjärjestelmien käytettävyys vikatilanteessa on myös tärkeää. Mikäli toisen vian aikana suojalaitteet eivät automaattisesti kytke vikaantuneita piirejä pois, voi seurauksena olla koko järjestelmän vikaantuminen ja akustosähköistyksen menettäminen.

Suojaavan lisäpotentiaalintasausta pidetään vikasuojauksena täydennyksenä ja sen käyttäminen ei poista tarvetta kytkeä syöttö pois muista syistä, esim. palosuojauksen, laitteiden lämpörasitukselta suojaamisen tms. takia. Tällaiseksi muuksi syyksi voidaan katsoa myös laitteiston käytettävyyden vaarantuminen.

Suuriohmisissa maasuluissa koko akuston menettäminen on epätodennäköisempää, mutta maasulkujen havainnointi ja poistaminen toki erittäin tärkeää, jotta vika ei muutu suurivirtaisemmaksi kaksoismaasuluksi.

Standardiviittaukset:

411 Yleistä

…

vikasuojaus on toteutettu suojaavalla potentiaalintasauksella ja syötön automaattisella poiskytkennällä kohtien 411.3 - 411.6 mukaisesti.

415.2 Lisäsuojaus - suojaavan lisäpotentiaalintasauksen käyttö

HUOM. 1 Suojaavaa lisäpotentiaalintasausta pidetään vikasuojauksen täydennyksenä.

HUOM. 2 Suojaava lisäpotentiaalintasaus ei poista tarvetta kytkeä syöttö pois muista syistä, esim. palosuojauksen, laitteiden lämpörasitukselta suojaamisen tms. takia.

6.4.3.7.1 Yleistä

Vikasuojausmenetelmän toimivuus käytettäessä syötön automaattista poiskytkentää tarkastetaan seuraavasti:

…

c) IT-järjestelmä

SFS 6000-4-41 kohdan 411.6.2 vaatimusten mukaisuus on varmistettava laskemalla tai mittaamalla äärijohtimessa sattuvan ensimmäinen vian aiheuttama vikavirta Id.

Mittaus tehdään vain siinä tapauksessa, että asiaa ei voida selvittää laskemalla, koska kaikkia parametreja ei tunneta. Mittauksen aikana on ryhdyttävä varotoimenpiteisiin kaksoisvian aiheuttaman vaaran välttämiseksi.

Sähköturvallisuuslain 34§ mukaan standardeista saa tarvittaessa poiketa, jos vastaava turvallisuustaso voidaan saavuttaa muutoin.

Sähkölaitteiston suunnittelijan tai rakentajan on laadittava kirjallinen selvitys poikkeamisesta ennen sähkölaitteiston rakentamisen tai korjaamisen aloittamista, ja sille on oltava tilaajan antama suostumus. Selvityksen tulee olla siten laadittu, että sen perusteella voidaan todeta vaatimusten täyttyminen. Selvitystä voidaan tarvittaessa täydentää valtuutetun laitoksen tai valtuutetun tarkastajan lausunnolla.