MINNA NIITTYMÄKI SÄHKÖLINJAN TYÖMAADOITTAMINEN PUUNPOISTOTILANTEESSA

Transkriptio

1 MINNA NIITTYMÄKI SÄHKÖLINJAN TYÖMAADOITTAMINEN PUUNPOISTOTILANTEESSA Diplomityö Tarkastaja: Tutkimuspäällikkö Kari Lahti Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tieto- ja sähkötekniikan tiedekuntaneuvoston kokouksessa

2 II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma NIITTYMÄKI, MINNA: Sähkölinjan työmaadoittaminen puunpoistotilanteessa Diplomityö, 72 sivua, 20 liitesivua Tammikuu 2012 Pääaine: Sähköverkot ja -markkinat Tarkastaja: Tutkimuspäällikkö Kari Lahti Avainsanat: Maadoittaminen, työmaadoittaminen, jakeluverkko, puunpoisto, sähkötyöturvallisuus Puut kaatuvat avojohtojen päälle yleensä myrskyjen ja lumikuormien seurauksena. Kaatunut puu aiheuttaa suuriohmisen maasulun. Linjalle kaatuneet puut on tähän asti poistettu siten, että sähkölinja on tehty jännitteettömäksi ja työkohde on työmaadoitettu standardin SFS 6002 Sähkötyöturvallisuus mukaisesti. Näiden toimenpiteiden jälkeen puu voidaan poistaa linjasta normaalina metsurityönä. Tässä diplomityössä tutkittiin puunpoiston todellista sähkötyöturvallisuusriskiä kosketus- ja askeljännitemittauksilla 20 kv avojohtoverkossa. Mittaukset osoittivat, että puuta ei voida poistaa turvallisesti ilman työmaadoitusta tai jännitetyömenetelmiä. Kosketus- ja askeljännitemittauksissa tutkittiin myös mahdollisuutta käyttää heittomaadoitusta työmaadoitusvälineenä puunpoistotilanteessa. Mittaukset osoittivat, että heittomaadoitus on mahdollinen työmaadoitustapa puunpoistotilanteessa. Mittauksissa tutkittiin myös puun maadoittamista pihdeillä tai kuparirenkaalla, mutta kumpikaan tavoista ei takaa riittävää sähkötyöturvallisuutta puunpoistajalle. Työssä tarkasteltiin edellä esitettyjen menetelmien lisäksi myös maadoituserottimien laajennetun käytön mahdollisuuksia avojohtoverkoissa, jolloin vika-alue saadaan rajattua mahdollisimman pieneksi ja samalla maadoitettua. Työmaadoituksen teon helpottamiseksi puupylväisiin voidaan lisätä valmiita työmaadoituspistetä jo rakentamisvaiheessa. Jotta valmiita pisteitä osataan hyödyntää työn teossa, pisteet tulee dokumentoida verkkoyhtiön verkkotietojärjestelmään. Lisäksi työssä tutkittiin eristävän maton käytön mahdollisuutta sähkötyöturvallisuuden lisääjänä, mutta tämä todettiin epäkäytännölliseksi työvälineeksi puunpoistossa. Jännitteettömänä työskentelylle vaihtoehtoinen tapa on jännitetyö, jossa työ tehdään jännitetyökelpoisilla työvälineillä. Tällöin sähkölinjan jännitteettömyyttä ei todeta eikä linjaa työmaadoiteta. Puunpoistoon sopivia jännitetyökelpoisia välineitä ovat heittosaha ja eristävävartinen oksasaha. Työssä tehtiin työmenetelmäohjeet sekä heittomaadoitusvälineillä työmaadoitettuun puunpoistoon että ilman työmaadoitusta jännitetyökelpoisilla työvälineillä tehtävään puunpoistoon. Työmenetelmäohjeet voidaan ottaa verkkoyhtiössä käyttöön vasta, kun yhtiön käytön johtaja on hyväksynyt ne yrityksen käyttöön. Käytön johtajaa varten on työssä tehty myös oma ohje, jotta hän osaa valita turvallisen puunpoistotavan yhtiössään.

3 III ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Master s Degree Programme in Electrical Engineering NIITTYMÄKI, MINNA:Temporary earthing of power line in tree removal situation Master of Science Thesis, 72 pages, 20 Appendix pages January 2012 Major: Power systems and market Examiner: Research Manager Kari Lahti Keywords: Earthing, temporary earthing, distribution network, tree removal, electrical work safety Storms and heavy snowfall cause trees to fall on power lines. Fallen trees cause an earth fault which usually has a high fault impedance. Currently the fallen trees has been removed from the power lines by first switching off the voltage from the overhead line and after that the work site is earthed according to SFS 6002 Electrical work safety standard. After these procedures, the trees can be safely removed from the power lines. The goal of this thesis was to study the current safety regulations and create instructions on how to safely remove trees from power lines by examining the actual electrical risks in different tree removal procedures. The possible risks of three different tree removal procedures were studied by measuring the touch and step voltage for a worker in 24 kv (U m ) overhead line network. The measurements indicated that a tree can not be removed from the overhead line without temporary earthing or live working methods. The possibility of using throwable earthing device for temporary earthing was studied, and the method was found suitable for tree removal situation. Measurements were also made to study whether it would be possible to earth the tree itself either with clamps or with a copper ring, but neither option was good enough to ensure a necessary standard of safety for the workers removing trees. This thesis also examines the extended use of earthing switches in distribution network in order to limit the fault area as well as earthing it at the same time. Wooden poles can be equipped with earthing points during their erection in order to make the temporary earthing easier in the future. These earthing points should be documented into the network information system of the company responsible of the network. The thesis also studied the possibility to make the working environment more safe by using an insulating mat under the workers who are operating on tree removal site, but the mat was evaluated to be impractical in use. An alternative method for removing tree in de-energized network is live working, in which the work is done by using equipment suitable for live working. In a tree removal process those suitable tools are throw saws and branch saws with insulating arm. Based on the studies made in this thesis, the procedures recommended for a tree removal process with temporary earthing are to use the throwable earthing

4 IV device. Tree removal process without earthing must be done with the equipment suitable for live working mentioned in this thesis. The working method instructions presented in this thesis can be used as the standard operating procedure in a tree removal process only after the person in charge of the network maitenance has approved them. There are also separate instructions included in the thesis for the manager to choose the most suitable way to operate in a tree removal situation.

5 V ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty Sähkötutkimuspoolin rahoittamassa projektissa Head- Power Oy:ssä. Työn ohjaajana toimivat Ari Uotila sekä Timo Mutila HeadPower Oy:n puolesta. Työtä ohjasi myös johtoryhmä, jonka jäseninä olivat Jukka Ahonen ST-poolista/PKS Sähkönsiirrosta, Markku Tervo E.ON Kainuun Sähköverkosta, Jouko Vanhatalo Leppäkosken Sähköltä, Jarmo Ström Fortum Sähkönsiirrolta. Työn tarkastajana toimi Kari Lahti Tampereen teknilliseltä yliopistolta. Haluan kiittää ohjaajiani Aria ja Timoa hyvästä ohjauksesta sekä suuresta kiinnostuksesta projektiin. Haluan kiittää kaikkia johtoryhmän jäseniä hyvistä kommenteista ja ohjauksesta tämän projektin aikana. Erityisesti haluan kiittää Joukoa, jonka avulla sain tehtyä mittaukset todellisessa mittausympäristössä. Haluan kiittää diplomityöni tarkastajaa Karia, joka auttoi mittausten järjestelyissä ja antoi erinomaisia vinkkejä diplomityöni sisältöön. Haluan kiittää Kari Halista Suur-Savon Sähköltä heittomaadoitukseen ja heittosahan käyttöön liittyen. Haluan kiittää ABB:ltä Risto Karlssonia, joka kertoi maadoituserottimien erilaisista ratkaisuista. Haluan kiittää Ren As:n Stig Freitheimia mielenkiintoisesta keskustelusta liittyen norjalaiseen puunpoistotapaan. Lisäksi haluan kiittää kaikkia tässä projektissa minua auttaneita. Viimeisenä haluan kiittää kotiväkeäni tukemisesta opiskelujeni ajan. Erityisen suuri kiitos kuuluu ystävilleni, jotka toivat tarvittavaa vaihtelua tähän projektiin. Haluan myös kiittää kaikkia opiskelukavereitani, jotka ovat tuoneet iloa opiskeluvuosiini. Suurin kiitos kuuluu kuitenkin mummulleni, joka kannusti opiskelemaan ja uskomaan itseensä, mutta joka ei ole enää täällä tukemassa. Tampereella Minna Niittymäki

6 VI SISÄLLYS 1. Johdanto Suomen sähkönjakeluverkko Sähkönjakelun rakenne Verkossa esiintyvät viat Keskijänniteverkon oikosulku Keskijänniteverkon maasulku Verkossa esiintyvien vikatilanteiden hallinta Suojareleet Jälleenkytkennät Katkaisija Erotin Välikatkaisijat Verkon suojaus Keskijänniteverkon oikosulkusuojaus Keskijänniteverkon maasulkusuojaus Sähkötyöturvallisuus Lainsäädäntö ja standardit Sähkötyöturvallisuusstandardi SFS Työtä tekevät henkilöt Sähkölaitteistossa tehtävät työt Standardista poikkeaminen Maadoittaminen Maadoitusolosuhteet Suomessa Maadoitusten suunnittelu Kosketus-, askel- ja maadoitusjännite Työmaadoittaminen Työmaadoitusvälineet Turvallisuusriskien hallinta ja turvallisuuden varmistaminen Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskit Puun sähköinen mallinnus Sähkölinjalle kaatuneen puun poistaminen Pahin mahdollinen sähkötyöturvallisuusriski Puunpoisto ja työmaadoittaminen Nykyinen työmaadoituskäytäntö Tarkasteltavat puunpoisto- ja työmaadoitusmenetelmät Heittosaha ja eristävä matto Heittomaadoitus Puun maadoitus Työmaadoituspisteet verkossa

7 VII Maadoituserottimen laajennettu käyttö verkossa Meclimb-robotin käyttö puunpoistossa Mittaukset Kosketus- ja askeljännitemittausten toteutus Tutkitut puunpoistomenetelmät Työmaadoittamaton tilanne Heittomaadoitus Puun maadoittaminen Mittausten yhteenveto Työmenetelmäohjeet Yhteenveto Lähteet Liite1: Verkkoon lisätty työmaadoituspiste Liite2: Käytön johtajan ohje puunpoistoon Liite3: Heittomaadoituksen työmenetelmäohje Liite4: Työmenetelmäohje puunpoistoon ilman työmaadoituksen tekoa

8 VIII KÄYTETYT MERKINNÄT Lyhenteet AJK EN IEC IEEE KTM PJK SF 6 SFS STUL TEM TUKES VTT Aikajälleenkytkentä European Standard, eurooppalainen standardi International Electrotechnical Commission, kansainvälinen standardisoimisliitto The Institute of Electrical and Electronics Engineerings Kauppa- ja teollisuusministeriö Pikajälleenkytkentä Rikkiheksafluoridi Suomen Standardisoimisliitto SFS ry Sähkö- ja teleurakoitsijaliitto ry Työ- ja elinkeinoministeriö Turvatekniikan keskus Valtion teknillinen tutkimuskeskus

9 IX Symbolit C E I f I C I L I R L L1 L2 L3 R R juuret R f R m U 0 U kosk U m U maad U v U pot ρ ω Kapasitanssi Jännitelähde Vikavirta Kapasiitivinen virta Induktiivinen virta Resistiivinen virta Induktanssi Vaihe1 Vaihe2 Vaihe3 Resistanssi Puun juurien resistanssi Vikaresistanssi Maadoitusresistanssi Tähtipistejännite Kosketusjännite Verkon suurin käyttöjännite Maadoitusjännite Vaihejännite Maaperän potentiaali Ominaisresistanssi Kulmataajuus

10 1. JOHDANTO Nykypäivänä yhteiskunta on yhä riippuvaisempi sähköstä ja kuluttajien pitää saada häiriötöntä sähköä. Kuluttajille sähkökatkoja aiheuttavat häiriöt pitää poistaa mahdollisimman nopeasti, jotta kuluttajan kokema katko olisi mahdollisimman lyhyt. Katkoja aiheuttavat esimerkiksi sähkölinjalle kaatuvat puut. Sähköverkkoyhtiöiden tavoitteena on poistaa puut nopeasti, jotta asiakkaiden kokemat keskeytysajat pysyvät mahdollisimman lyhyinä. Suomessakin on viime vuosina koettu suuria myrskyjä, jotka ovat aiheuttaneet pitkäaikaisia katkoja verkkoyhtiöiden asiakkaille. Katkot ovat voineet kestää montakin vuorokautta haja-asutusalueiden avojohtoverkkoalueilla. Luonnonilmiöt kaatavat yleensä runsaasti puita sähkölinjoille, varsinkin keskijänniteverkkoon. Yli 90 % kuluttajien kokemista keskeytyksistä on juuri keskijänniteverkon vikoja (Lohjala 2005). Suomessa sähkötyöturvallisuus on hyvää luokkaa, mutta silti onnettomuuksia tapahtuu sähköalan ammattilaistenkin keskuudessa. Sähkölinjalle kaatuneen puun poistossa ei ole tapahtunut vakavia onnettomuuksia, jotka olisivat johtaneet puunpoistajan kuolemaan. Puunpoiston todellista turvallisuusriskiä ei ole tutkittu aiemmin. Puut on tähän asti poistettu siten, että sähkölinja on jännitteetön ja työkohde on työmaadoitettu SFS 6002 Sähkötyöturvallisuusstandardin mukaisesti. Valitettavasti välillä puita poistetaan käytännössä myös ilman työmaadoitusta luottaen siihen, että jännitteetön linja takaa riittävän työturvallisuuden. Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia puunpoiston todellinen sähkötyöturvallisuusriski sekä tarkastella erilaisia tapoja poistaa puu keskijännitelinjan päältä. Työssä määritetään puunpoistoon soveltuvat turvalliset työmenetelmät ja työmenetelmään soveltuvat turvalliset työvälineet. Työssä tutkitaan erilaisia menetelmiä, joiden avulla puu voidaan poistaa ilman, että se aiheuttaa sähkötyöturvallisuusriskiä poistajalleen tai lähistöllä oleville ihmisille. Tarkastelu rajoittuu maksimissaan 20 kv jännitetasolle. Työn päätavoitteena on laatia turvalliseen puunpoistoon työmenetelmäohje. Luvussa 2 käsitellään Suomen sähkönjakelua keskittyen keskijänniteverkon vikoihin ja verkon suojaukseen. Luvussa 3 käsitellään sähkötyöturvallisuutta, jota käsitellään lainsäädännön ja standardien, maadoittamisen ja sähkötyöturvallisuusriskien hallinnan näkökulmista. Luvussa 4 käsitellään puun sähköisiä ominaisuuksia ja sähkölinjalle kaatuneen puun poistamisen haasteita. Luvussa 5 käsitellään nykyistä työmaadoitustapaa sekä johtoryhmän kanssa tutkittavaksi valittuja työmenetelmiä

11 1. Johdanto 2 puunpoistoon. Luvussa 6 tarkastellaan kosketus- ja askeljännitemittausten toteuttamista, mittaustuloksia sekä tehtyjä työmenetelmäohjeita, jotka ovat kokonaisuudessaan liitteinä.

12 2. SUOMEN SÄHKÖNJAKELUVERKKO Jakeluverkko on sähköverkko, jonka nimellisjännite on alle 110 kilovolttia (Energiateollisuus ry 2011). Tässä luvussa tarkastellaan Suomen sähkönjakeluverkon rakennetta, jakeluverkon komponentteja, verkossa esiintyviä vikoja sekä verkon suojausta. Koska sähkölinjalle kaatunut puu aiheuttaa yleensä vian keskijänniteverkkoon, on tämä luvun tarkastelun pääpaino juuri keskijänniteverkon vioissa. Puu voi kaatua sähkölinjan päälle aiheuttaen joko yksivaiheisen maasulun tai kolmivaiheisen oikosulun maakosketuksella riippuen siitä, miten puu on kaatunut linjan päälle. 2.1 Sähkönjakelun rakenne Sähkösiirtoon käytetään Suomessa pääsääntöisesti seuraavia jännitetasoja: 400 kv, 110 kv ja 20 kv. Näiden jännitetasojen lisäksi on olemassa vielä 220 kv verkkoa sähkön siirtoon kantaverkon tasolla, mutta näitä linjoja ollaan korvaamassa joko 400 kv linjoilla tai 110 kv linjoilla riippuen verkon kuormituksesta. Jakeluverkossa käytetään yleisimmin 20 kv jännitetasoa, jossa suurin sallittu käyttöjännite on 24 kv. Tätä jakeluverkkoa kutsutaan yleisesti keskijänniteverkoksi. Lisäksi edelleen on käytössä lähinnä haja-asutusalueilla 45 kv jännitetasoja. Kaupunkialueilla voi esiintyä vielä 10 tai 30 kv verkkoja, jotka ovat yleensä sellaisia verkon osia, joita edelleen ylläpidetään ja käytetään, mutta näitä ei enää aktiivisesti uudisteta. (Elovaara & Haarla 2011a) Kantaverkkoon kuuluvat Suomessa 400 ja 220 kv jännitteiset johdot ja muuntajat sekä se osa 110 kv verkosta, joka on silmukoitu tai pystyy toimimaan 400 kv kantaverkon johdon korvaajana, kun yksittäinen 400 kv johto laukeaa pois verkosta. Suomessa kantaverkon omistaa ja sähkönsiirrosta huolehtii Fingrid Oyj, joka omistaa noin puolet Suomen 110 kv verkosta. Loput 110 kv verkosta omistaa voimayhtiöiden omistamat, kunnalliset tai yksityisten omistamat alueverkkoyhtiöt sekä yksittäiset suuret sähkönkuluttajat. (Elovaara & Haarla 2011a) Noin 90 verkonhaltijaa omistaa Suomen alue- ja jakeluverkon toisin kuin monissa muissa maissa, joissa on valtiollinen yksi verkkoyhtiö jakeluverkon omistajana. Ero alue- ja jakeluverkon välillä on jännitetaso ja se, liittyykö verkonhaltijan verkkolupaan maantieteellinen vastuualue. Jakeluverkkoyhtiöiden verkkolupaan kuuluu maantieteellinen vastuualue, jossa luvan haltijalla on verkkomonopoli ja siihen liittyen liittämis-, siirto- ja sähköverkon kehittämisvelvoite. Jakeluverkkoyhtiöllä voi olla keski- ja pienjänniteverkon lisäksi myös 110 kv verkkoa. Alueverkkoyhtiöillä ei puolestaan ole varsinaisia jakeluverkkoja (yleensä 20 kv), vaan ne siirtävät säh-

13 2. Suomen sähkönjakeluverkko 4 köä vain 110 kv jännitteellä omistajiensa muuntoasemille. Alueverkkoyhtiön verkko kattaa yleensä suuremman maantieteellisen alueen kuin jakeluverkkoyhtiön verkko. (Elovaara & Haarla 2011a) Siirtoverkon johdot (400 kv ja 110 kv) on rakennettu silmukoiduksi verkoksi. Tällä tavalla parannetaan sähkön käyttövarmuutta, sillä syöttöasemat voivat saada sähköä useampaa eri reittiä. Silmukoitu verkko pienentää myös verkon häviöitä verrattuna säteittäiseen verkon syöttötapaan. Toisaalta rengaskäyttö vaatii kallimpia suojausratkaisuja kuin säteittäisverkko. (Elovaara & Haarla 2011a) Keskijänniteverkkoja käytetään Suomessa yleensä säteittäisenä, jolloin verkon häiriöiden rajoittaminen on helpompaa, oikosulkuvirrat ovat pienemmät sekä jännitteensäätö ja suojauksen toteuttaminen on yksinkertaisempaa ja edullisempaa kuin silmukoidussa verkossa. Toisaalta rengaskäytöllä saataisiin jännitteenalenema ja energiahäviöt pienemmäksi myös keskijänniteverkossa. (Lakervi & Partanen 2008) Säteittäisessä verkossa sähkönjakelu toimii vain yhteen suuntaan. Jos kulutuskohteen rinnalle on kytketty omaa tuotantoa, esimerkiksi aurinkopaneeli, on tuotettu energia kulutettava kulutuskohteessa. Säteittäisesti käytetty jakeluverkko ei kykene vanhoilla suojausratkaisulla huolehtimaan selektiivisestä ylivirtasuojauksesta, kun vikavirta voi tulla kahdesta eri suunnasta. Tämä puolestaan aiheuttaa sen, että hajautetun tuotannon kytkeminen verkkoon aiheuttaa järjestelmätason muutoksia verkossa, jotta verkkoa voidaan turvallisesti käyttää. (Elovaara & Haarla 2011a) 2.2 Verkossa esiintyvät viat Sähköverkkoyhtiöiden tavoitteena on toimittaa asiakkailleen laadukasta sähköä ilman keskeytyksiä. Sähköverkkoa ei saada suunniteltua siten, että vioista päästäisiin kokonaan eroon. Suomessa asiakkaiden kokemista keskeytyksistä melkein kaksikolmasosaa aiheutuu erilaisisista sääolosuhteista (Järventausta 2010a). Erityisesti myrskyt, ukkoset ja lumikuormat aiheuttavat puiden kaatumisia sähkölinjoille, jolloin johto-osuus vikaantuu. Vikaantunut johtolähtö kytketään irti verkosta, jolloin asiakkaalle tulee keskeytys. Taajamissa suurin osa jakeluverkosta on kaapeloitu maan alle, jolloin vikatiheys on pienempi kuin avojohtoverkossa. Yli 80 % sähkönjakelun keskeytyksistä tapahtuu keskijänniteverkossa (Järventausta 2010a). Keskijänniteverkossa esiintyy erilaisia vikoja. Vika voi olla tyypiltään yksi- tai kaksivaiheinen maasulku tai kolmi- tai kaksivaiheinen oikosulku. Vika voi olla myös näiden erilaisia yhdistelmiä. Kaksoismaasulussa on samassa muuntopiirissä kaksi maasulkua eri vaiheissa. Kuvassa 2.1 on esitetty erilaisia oiko- ja maasulkutilanteita. Johdin voi myös katkea ja näin aiheuttaa vian. Johdinkatkeama voi tapahtua joko maakosketuksella tai ilman. (Järventausta 2010a) Puita voi kaatua sähkölinjalle ilman, että johdin on poikki, jolloin puu nojaa linjaan aiheuttaen maasulun.

14 2. Suomen sähkönjakeluverkko 5 L1 L2 L3 L1 L2 L3 a) b) L1 L2 L3 L1 L2 L3 c) d) L1 L2 L3 e) Kuva 2.1. Oiko- ja maasulkuviat: a) kolmivaiheinen oikosulku, b) yksivaiheinen oikosulku, c) kaksivaiheinen maasulku, d) yksivaiheinen maasulku, e) kaksoismaasulku (Järventausta 2010a) Keskijänniteverkon oikosulku Oikosulku on suhteellisen yleinen vika missä tahansa jänniteportaassa. Oikosulku voi tapahtua jakeluverkossa, kun eritysvian tai ulkoisen vian johdosta jakeluverkon virtapiiri sulkeutuu joko suoraan, valokaaren tai vikaimpedanssin kautta. Oikosulku voi tapahtua joko kahden tai kolmen vaihejohtimen välillä. Oikosulkuvirta on suurempi kuin kuormitusvirta. Viat voivat aiheuttaa henkilövahinkoja, johtojen ja laitteiden liiallista kuumenemista sekä häiriöitä ja keskeytyksiä sähkönjakeluun. Vikaantunut virtapiirin osa kytketään irti sähkönsyötöstä rele- ja sulakesuojauksen avulla. (Lakervi & Partanen 2008) Onkin tärkeää varmistaa laitteiden oikosulkukestoisuus eli laitteiden kestävyys, suojaus ja turvallisuus, kun suunnitellaan ja mitoitetaan sähkövoimajärjestelmiä (Elovaara & Haarla 2011a). Oikosulkuvirta on muodoltaan epäsymmetrinen ja se sisältää vaimenevan tasavirtakomponentin sekä vaimenevan vaihtovirtakomponentin. Oikosululla on eri vaiheet, jotka ovat sysäysoikosulkuvirta, alkuoikosulkuvirta, muutosoikosulkuvirta ja jatkuvan tilan oikosulkuvirta. Sysäysoikosulkuvirta on noin 2,5-kertainen alkuoikosulkuun nähden ja tämä määrittää verkon komponenttien mekaanisen kestoisuuden. Alkuoikosulkuvirta kestää kaksi tai kolme siniaallon jaksoa eli noin 50 ms. Alkuoikosulku on nopeasti vaimeneva, joten se vaikuttaa lähinnä mekaaniseen mitoitukseen. Tämä

15 2. Suomen sähkönjakeluverkko 6 on merkittävän suuri, jos vikapaikan lähellä on suuria generaattoreita tai moottoreita. Muutosoikosulkuvirta kuvaa oikosulun lyhyttä kestoa ja se lasketaan käyttäen jatkuvan tilan reaktansseja. Tämän avulla mitoitetaan johtojen oikosulkukestoisuus, asetellaan vikavirtasuojien toiminta ja katkaisijan toiminta. Jatkuvan tilan oikosulkuvirta on se virta, kun oikosulun kesto on pitkä eli yli 1 sekunnin. Oikosulkuvirta on suurin sähköaseman kistossa ja pienenee, mitä pidemmälle verkossa mennään. Tyypillinen oikosulkuvirta on A. (Järventausta 2010a) Keskijänniteverkon maasulku Verkon maadoitustapa vaikuttaa maasulussa syntyvän vikavirran suuruuteen. Suomen keskijänniteverkossa maadoitustapana käytetään tähtipisteestään maasta erotettua verkkoa tai sen erityismuotoa sammutettua verkkoa. Sammutetussa verkossa verkon tähtipisteeseen kytketään induktanssi, jonka reaktanssi on suurin piirtein sama kuin verkon johtojen maakapasitanssien muodostama reaktanssi. (Lakervi & Partanen 2008) Maasta erotetussa ja sammutetussa verkossa yksivaiheiselle maasulun vikavirralle ei ole pieni-impedanssista kulkureittiä, joka oikosulkisi virtapiirin. Vikavirralle on kulkureitti vain johtojen maakapasitanssien kautta. Vikavirta on tällöin erittäin pieni (1-200 A). Tästä johtuen maasta erotetun verkon oikosulku ja maasulku ovat erilaisia ilmiöitä, joten nämä viat vaativat erilaiset suojausalgoritmit. (Järventausta 2010b) Vikavirran suuruus riippuu päämuuntajan perään galvaanisesti kytketyn yhtenäisen verkon laajuudesta. 20 kv verkon avojohtojen synnyttämä maasulkuvirta on keskimäärin 0,067 A/km. Maakaapeleilla maakapasitanssit ovat suuremmat, joten myös maasulkuvirrat ovat suuremmat. Kaapelityypistä riippuen maasulkuvirrat ovat 2,7 4 A/km. Kaapeleiden maakapasitanssien arvot saadaan suoraan valmistajalta, mutta ilmajohtoverkossa voidaan maakapasitanssin arvona käyttää keskimääräistä kapasitanssiarvoa, joka on 6 nf/km/vaihe. (Lakervi & Partanen 2008) Maasta erotettua keskijänniteverkkoa käytetään yleisesti Suomessa, koska maadoitusolosuhteet ovat huonot, jolloin kosketusjännite voi aiheuttaa vaaratilanteita. Maasulku aiheutuu yleensä vaihejohtimen valokaaresta tai kosketuksesta suojamaadoitettuun osaan. Suojamaadoitettu osa on erityisesti tehty maadoitus, esimerkiksi ihmisen tekemä maadoitus. (Lakervi & Partanen 2008) Kosketusjännitteen suuruus riippuu maasulkuvirrasta ja suojamaadoituksen resistanssista (Lakervi & Partanen 2008). Sallitut kosketusjännitteiden arvot määritetään standardissa SFS 6001 Suurjännitesähköasennukset. Sallituissa arvoissa pyritään siihen, että hengenvaarallinen sydämen kammiovärinä vältetään sähköiskutilanteessa. Sallittua kosketusjännitteen arvoa määritettäessä huomioidaan kehon kautta kulkeva virta, vian kestoaika ja kehon kokonaisimpedanssiin vaikuttava virran kulkutie kehossa (SFS ). Standardin mukaisiin kosketusjännitevaatimuksiin päästään parantamalla maadoituksia, lyhentämällä laukaisun hidastusaikaa

16 2. Suomen sähkönjakeluverkko 7 tai pienentämällä maasulkuvirtaa. Maasulkuvirran pienentäminen voidaan toteuttaa jakamalla verkko galvaanisesti erillisiin osiin tai käyttämällä sammutuskuristinta. (Lakervi & Partanen 2008) Maasta erotetun verkon maasulussa verkon kaikkien vaiheiden jännitteet ja verkon tähtipisteen jännitteet muuttuvat. Verkon eri osissa esiintyy myös johtojen maakapasitanssien kautta kulkevia kapasitiivisia vikavirtoja. Jos verkko on tähtipisteestään maasta erotettu, on maasulkuvirralla kulkureitti vikapaikasta maahan joko vikaresistanssin kautta tai ilman, johtojen maakapasitanssien ja vaiheimpedanssien kautta 110/20 kv päämuuntajan käämityksiin ja sieltä viallisen vaiheen impedanssin kautta takaisin vikapaikkaan. Maasta erotetun kolmivaihejärjestelmän yksivaiheinen maasulku on kuvattu kuvassa 2.2. (Lakervi & Partanen 2008) I L1 L2 L3 110 / 20 kv C 1 U0 II L1 L2 L3 a C 2 R f b Kuva 2.2. Maasta erotetun kolmivaihejärjestelmän yksivaiheinen maasulku (Lakervi & Partanen 2008). Johtimien ja muuntajakäämien impedanssit ovat muutaman ohmin luokkaa, kun taas vaihejohtimien maakapasitanssien arvot ovat satoja tai tuhansia ohmeja, joten johtimien ja muuntajakäämien impedanssit voidaan olettaa maasulkulaskelmissa nollaksi. Verkon Theveninin sijaiskytkentä on esitetty kuvassa 2.3, jossa Thevininin jännitelähde on sijoitettu maasulkupaikkaan. Theveninin lähdejännitteen suuruus on viallisen vaiheen vaihejännite ennen vikaa. Tällöin virtapiiri muodostuu verkon maakapasitansseista, joiden summaa voidaan kuvata kondensaattorilla 3C. Maakapasitanssit kytkeytyvät rinnan tähtipisteen ja maan välillä. Kuvassa 2.3 piste c kuvaa

17 2. Suomen sähkönjakeluverkko 8 verkon tähtipistettä ja kondensaattorin 3C yli vaikuttava jännite kuvaa tähtipistejännitettä. Sijaiskytkennässä R f on vikaresistanssi. (Lakervi & Partanen 2008) a I f U v E c R f 3C U 0 b Kuva 2.3. Maasta erotetun kolmivaihejärjestelmän yksivaiheisen maasulun Theveninin sijaiskytkentä (Lakervi & Partanen 2008). Maasulkuvirta riippuu päämuuntajan perässä olevan verkon kokonaispituudesta ja johtojen maakapasitansseista (Järventausta 2010b). Maasulkuvirralle I f saadaan lauseke sijaiskytkennän avulla kaavan 2.1 mukaisesti. Tähtipistejännitteelle eli nollajännitteelle saadaan lauseke kaavalla 2.2. Näillä laskentaakaavoilla saadaan riittävän tarkat tulokset, mutta kyseiset kaavat eivät riitä kuvaamaan maasulun aikaisia fysikaalisia tapahtumia yksityiskohtaisesti. (Lakervi & Partanen 2008) I f = E R f + 1 (j3ωc) = U 0 = 1 j3ωc ( I f) = jωc 1 + j3ωcr f U v (2.1) j3ωcr f U v (2.2) Sammutetussa verkossa verkon tähtipisteeseen kytketään maakapasitanssit kompeisova reaktori, jota kutsutaan myös sammutuskuristimeksi. Tällöin saadaan maasulkuvirtaa pienennettyä ja vikapaikan palaavaa jännitettä loivennettua. Verkon sijaiskytkentä eroaa maasta erotetun verkon maasulusta. Kuvassa 2.4 on esitetty yksivaiheinen maasulku kolmivaihejärjestelmässä ja kuvassa 2.5 on esitetty sijaiskytkentä tästä. Verkon sijaiskytkentä saadaan, kun verkon tähtipisteen ja maan välille lisätään maasta erotetun verkon sijaiskytkentään sammutuskuristin L ja kuristimen resistanssia sekä lisävastuksia kuvaava resistiivinen osa R. (Lakervi & Partanen 2008) Sammutuskuristin mitoitetaan siten, että johtojen maakapasitanssien kautta kulkeva summavirta on suurinpiirtein yhtä suuri kuin kuristimen kautta kulkeva virta. Tällöin vikavirta I f jää pieneksi, koska kuvassa 2.4 esiintyvät virrat I L ja I C ovat vastakkaissuuntaisia. Kun kuvassa 2.4 oleva lähtö II on vikaantunut, niin lähdön alussa oleva summavirtamuuntaja havaitsee virran I R, joka määräytyy sijaiskytkennän lähellä resonanssia olevasta tähtipistejännitteestä U 0 ja sammutuskuristimen

18 2. Suomen sähkönjakeluverkko 9 sijaiskytkennän resistiivisestä osasta R. Tällöin jännite U 0 ja virta I R ovat suurinpiirtein samansuuntaiset. Sammutuskuristimen ja lisävastuksen lisäksi virran pätökomponentin suuruuteen vaikuttavat verkon johtimien resistanssit ja verkon resistiiviset vuotovirrat. Kuvan 2.5 mukaisen sijaiskytkennän avulla voidaan johtaa lauseke maasulkuvirralle, joka on esitetty kaavalla 2.3. Kuvassa 2.5 oleva C kuvaa verkon maakapasitanssia ja C j johdon maakapasitanssia. Lausekkeella 2.4 saadaan tähtipistejännite sammutetussa verkossa. (Lakervi & Partanen 2008) I L1 L2 L3 110 / 20 kv C1 II U0 L IL R IR L1 L2 L3 a C2 Rf b Ic Kuva 2.4. Sammutetun verkon yksivaiheinen maasulku. (Lakervi & Partanen 2008). U 0 = I f = R f + U v R 1+jR(3ωC 0 1 ωl ) (2.3) R R f + R + jrr f (3ωC 0 1 ωl )U v (2.4)

19 2. Suomen sähkönjakeluverkko 10 U v E a c I f I r R f L R 3(C-C j ) U 0 3C j b Kuva 2.5. Sammutetun verkon yksivaiheisen maasulun Theveninin sijaiskytkentä (Lakervi & Partanen 2008). Jos maasulussa vikaresistanssi, R f, on nolla, niin vian aikana viallisen vaiheen jännite nousee pääjännitteen suuruiseksi. Tähtipisteen jännite nousee puolestaan vaihejännitteen suuruiseksi. Jos taas vikaresistanssi kasvaa, maasulkuvirta ja tähtipistejännite pienenevät. Nämä pienet arvot ovat hankalia maasulkusuojauksen toteuttamiselle tilanteissa, joissa vikaresistanssi on lähellä verkon normaalitilan vuotoresistanssia. Tämä on mahdollista esimerkiksi silloin, kun päällystetyn avojohdon vaihejohdin putoaa maahan tai kuiva puu nojaa joko päällystettyyn avojohtoon tai avojohtoon. Vikaresistanssi vaihtelee silloin tilanteesta riippuen jopa kω välillä. (Lakervi & Partanen 2008) Kun verkon pituus kasvaa, kasvaa myös maasulkuvirran suuruus. Tähtipistejännite pienenee vikaresistanssin kautta tapahtuvissa maasuluissa, kun verkon pituus kasvaa. (Lakervi & Partanen 2008) 2.3 Verkossa esiintyvien vikatilanteiden hallinta Sähköverkon suunnittelussa ja käytössä pitää varautua verkon tyypillisimpiin vikoihin, jotka on esitelty luvussa 2.2. Vikoihin pitää varautua siten, että viat eivät vaaranna turvallisuutta tai vaurioita kohtuuttomasti verkon laitteita. Vikoja vastaan suojautumisessa tärkeässä roolissa ovat suojareleet ja niiden ohjaamat kytkinlaitteet. Releitä käytetään jakelu-, alue- ja siirtoverkoissa. Verkon käyttötoiminnalla pyritään estämään vikojen syntyminen tai minimoimaan vikojen vaikutukset sekä alueellisesti että ajallisesti mahdollisimman pieneksi. (Nousiainen 2011) Suojareleet Suojareleet sijaitsevat yleensä sähköasemalla. Releet tarkkailevat verkon sähköisiä suureita, kuten jännitettä ja virtaa, yleensä mittamuuntajien avulla. Sopivien asetteluiden avulla releet pystyvät havaitsemaan verkon epänormaalit tilat. Kun rele

20 2. Suomen sähkönjakeluverkko 11 tulkitsee epänormaalin tilan viaksi, antaa se koskettimiensa välityksellä ohjauskäskyn katkaisijalle viallisen osan irrottamiseksi verkosta. (Nousiainen 2011) Jotta relesuojauksesta saadaan toimiva, pitää suojauksen toimia selektiivisesti, jolloin vian tapahtuessa mahdollisimman pieni osa verkkoa kytketään jännitteettömäksi. Releiden pitää myös toimia riittävän nopeasti ja herkästi, jotta vaarat, vauriot, häiriöt ja haitat ovat kohtuullisia ja verkko pysyy stabiilina kaikissa tilanteissa. Relesuojauksen tulee olla myös aukoton ja kattaa koko suojattava järjestelmä. Releiden pitää toimia varmasti, ja suojaus pitää olla toteutettu riittävän yksinkertaisesti. Käyttöpaikalla pitää olla mahdollista testata releiden toimivuus. Nämä edellä esitetyt vaatimukset ovat keskenään osittain ristiriitaisia, koska on erittäin vaativaa suunnitella ja toteuttaa nämä kaikki ehdot relesuojauksen suunnittelussa. (Nousiainen 2011) Suojareleet ja niiden ohjaamat katkaisijat muodostavat suojausalueita. Jos vierekkäiset suojat peittävät osaksi toisensa, suojaus toimii aukottomasti. Suojaus saadaan absoluuttisesti selektiiviseksi, kun rele toimii vain omalla suojausalueella tapahtuvissa vioissa. Releen toimintaa ohjataaan tietyillä asetteluarvoilla, joiden avulla määritetään releen havahtumisarvo ja toiminta-aika. Selektiivinen suojaus voi perustua aseteltuihin toiminta-aikoihin tai virtoihin. Selektiivinen suojaus saadaan toteutettua verkossa siten, että mahdollisimman pieni osa verkkoa jää jännitteettömäksi vian tapahtuessa ja että suojaus toimii riittävän nopeasti, jotta vian aiheuttamat vahingot jäävät mahdollisimman pieneksi. (Nousiainen 2011) Suojaukset ovat rakenteellisesti järjestelmiä, joissa jokainen suojausyksikkö sisältää tarkkailtavan mittatiedon muuntajat, releen ja toimilaitteen, kuten katkaisijan. Sähköasemalla olevat suojaukset voidaan jakaa neljään eri ryhmään: johtolähtöjen oiko- ja maasulkusuojaukset, päämuuntajan suojaus, kiskoston suojaus, apusähköjärjestelmän suojaus. Seuraavaksi keskitytään johtolähtöjen suojaukseen, joka on keskitetty sähköasemalle. Yhden johtolähdön oikosulku- ja maasulkusuojaustoiminnot on integroitu samaan kennoterminaaliin. Kullakin johtolähdöllä on sähköasemalla omat mittamuuntajat, mittarinäytöt, ohjauspainikkeet, katkaisijat, maadoituserottimet ja releen sisältävä koteloitu tila eli kenno. Kennoterminaali sisältää suojaustoimintojen lisäksi mittaus- ja ohjaustoimintoja, pika- ja aikajälleenkytkentöjen automatiikan, vikatietojen rekisteröinnin sekä tiedonsiirtoyhteydet. (Nousiainen 2011) Johtolähtöjen suojaus toteutetaan johtolähtökohtaisilla relesuojapaketeilla, jotka sisältävät maasulku- ja oikosulkusuojauksen sekä jälleenkytkennät. Johtolähdön selektiivinen suojaus toteutetaan kaksiportaisella virta-asettelulla ja peräkkäisten releiden toiminta-aikojen porrastuksella. Ylivirtareleen pikalaukaisuraja suojaa lähellä sähköasemaa olevissa oikosuluissa, joissa oikosulkuvirta on erittäin suuri. Ylivirtareleen alemman portaan virta asetellaan siten, että se havahtuu johtolähdön loppupäässä tapahtuvissa vioissa. Johtolähtöjen varasuojauksena toimii useimmiten kiskostoa syöttävän katkaisijan suojaukset. (Nousiainen 2011)

21 2. Suomen sähkönjakeluverkko Jälleenkytkennät Asiakkaan kokemaan keskeytysaikaan vaikuttaa se, että poistuuko vika pika- ja aikajälleenkytkennän avulla. Jälleenkytkentöjä käytetään keskijänniteverkon johtolähtöjen suojauksessa. Jälleenkytkennän avulla sähköverkko tehdään hetkeksi jännitteettömäksi. Suurin osa keskijänniteverkon vioista on ilmastollisista ylijännitteistä aiheutuvia ohimeneviä valokaarivikoja, jotka poistuvat jälleenkytkennän avulla. (Nousiainen 2011) Vuonna 2010 keskijänniteverkon vioista 55 % poistui pikajälleenkytkennän avulla, 19 % aikajälleenkytkennän avulla ja 26 % vioista oli pitkiä keskeytyksiä (Energiateollisuus ry 2010). Mikäli johtolähtö vikaantuu, suoritetaan ensin pikajälleenkytkentä. Tällöin johtolähtöä pidetään jännitteettömänä sekunnin kymmenesosia, minkä jälkeen jännite kytketään johdolle. Keskijänniteverkon tyypillinen jännitteetön aika on 0,3 sekuntia. Jos vika ei ole poistunut tänä aikana, tehdään aikajälleenkytkentä, jonka jännitteetön aika vaihtelee sekunnin välillä. Kuvassa 2.6 on esitetty tyypilliset releeseen ohjelmoidut jälleenkytkentöjen aikatoiminnot. Mikäli aikajälleenkytkentä ei poista vikaa, on kyseessä pysyvä vika, jolloin johtolähtö tehdään jännitteettömäksi ja paikalle lähetetään viankorjauspartio. Jälleenkytkentöjä ei käytetä maakaapeliverkossa, koska kaapeliverkon viat ovat pysyviä eikä jälleenkytkennät poista vikaa tällöin. Myöskin johdinlämpeämät tulevat liian suuriksi, jos jälleenkytkentöjä käytettäisiin kaapeliverkossa. (Nousiainen 2011) I f 0,1 s 0,2 s t+0,1 s 120 s t+0,1 s t t on releeseen aseteltu laukaisun aikahidastus Kuva 2.6. Pika- ja aikajälleenkytkennän toiminta-ajat. (Nousiainen 2011).

22 2. Suomen sähkönjakeluverkko Katkaisija Katkaisija on tärkeä laite sähköverkon turvallisuuden kannalta, sillä sitä käytetään virtapiirin avaamiseen ja sulkemiseen. Katkaisijan pitää pystyä vaurioitumatta sekä sulkemaan että avaamaan verkon oikosulkupiiri, jossa oikosulkuvirta on monta kertaluokkaa suurempi kuin katkaisijan nimellisvirta. Katkaisija toimii laajalla alueella, joka ulottuu muutaman ampeerin virrasta useamman kiloampeerin virtaan. Katkaisijaa voidaan ohjata joko käsin tai automaattisesti ja sen pitää toimia erilaisissa vikatilanteissa. (Elovaara & Haarla 2011b) Tavallisin automaattinen katkaisijatoiminto on avautuminen ylivirran vaikutuksesta, esimerkiksi maasulkuvirran tai oikosulkuvirran vaikutuksesta. Tällöin ylivirtarele antaa avautumiskäskyn mittamuuntajien avulla katkaisijalle. Kun vika on saatu poistettua, jälleenkytkentäautomatiikka ohjaa yleensä virtapiirin uudelleen sulkemisen myös automaattisesti. Katkaisijan ominaisuuksiin kuuluu, että sen on pystyttävä johtamaan lävitseen normaalit kuormitusvirrat ilman liitosten ja kontaktien ylikuumenemista. (Elovaara & Haarla 2011b) Katkaisijoita on toteutettu erilaisin rakentein ja materiaalein, mutta katkaisijan perustoimintaperiaate on kaikissa samanlainen. Suurjännitekatkaisijassa virran katkaisu tapahtuu aina metallikoskettimien välisen sähköä johtamattoman eristysvälin avulla. Virran kulku saadaan katkaistua, kun metallikoskettimet erotetaan toisistaan mekaanisesti ja muodostunut eristysväli täytetään eristävällä aineella, joka voi olla ilmaa, kaasua tai nestettä. Katkaisuvälin eristysmateriaalien perusteella voidaan luokitella erilaisia katkaisijoita, kuten paineilmakatkaisija, SF 6 -katkaisija, tyhjökatkaisija tai öljykatkaisija. (Nousiainen 2011) Käytännössä virran katkaisu ei tapahdu välittömästi koskettimien avauduttua katkaisijassa, vaan virtapiiri pysyy suljettuna valokaaren avulla. Valokaari syttyy katkaisijan koskettimien avautuessa, kun kosketinpaineen pienentyessä kosketusvastus kasvaa ja kosketinpinnat lämpenevät. Viimeiset kosketuspinnat alkavat sulaa, ja koskettimien irtautuessa toisistaan niiden välillä syntyy sula metallinen silta. Metallisilta alkaa höyrystyä ja sen johtavuus pienenee, jolloin tapahtuu läpilyönti. Metallihöyry ja sitä ympäröivä väliaine ionisoituvat, ja tämä synnyttää johtavaa kaasuplasmaa. Näiden vaiheiden avulla syntyy valokaarikanava, jossa virta kulkee. (Elovaara & Haarla 2011b) Valokaarella on olennainen osa virran katkaisussa. Suuren virran aikana valokaaren johtavuus on hyvä, mikä sallii koskettimien avautumisen niin etäälle toisistaan, että syntynyt avausväli kestää täyden jännitteen valokaaren sammuttua. Virran pienetessä valokaaren vastus suurenee. Erityisesti virran nollakohdassa valokaaren resistanssi kasvaa hyvin nopeasti, jos valokaarta jäähdytetään sopivasti. Valokaari toimii siis kytkimen tavoin. Muutos johteesta eristeeksi tapahtuu vaihtovirralla virran nollakohdassa. (Elovaara & Haarla 2011b) Tyypillisen katkaisijarakenteen virran katkaisu perustuu siihen, että voimakkaalla

23 2. Suomen sähkönjakeluverkko 14 kaasuvirtauksella pyritään poistamaan nopeasti valokaaren lämpöä. Samanaikaisesti valokaaren sammumista edistetään venyttämällä valokaarta joko mekaanisen liikkeen avulla tai jakamalla valokaari osiin. Kun katkaisijan koskettimet muotoillaan sopivasti, valokaaren venyttämiseen voidaan käyttää hyväksi myös katkaistavan virran aiheuttamaa magneettikenttää. Valokaaren sammumista edistetään myös valitsemalla ympäröivä väliaine siten, että se edistää valokaaren sammumista. Näiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta valokaari muuttuu virran nollakohdassa erittäin lyhyessä ajassa johteesta eristeeksi. Tämä olotilan muutos pyritään saamaan aikaan riittävän pehmeästi, jotta se ei aiheutettaisi ylijännitevaaraa. (Elovaara & Haarla 2011b) Erotin Erottimella saadaan muodostettua turvallinen avausväli erotettavan virtapiirin ja muun verkon välille. Erotinta voidaan ohjata vain jännitteetttömänä, koska sitä ei ole tarkoitettu katkaisemaan kuormitus- tai vikavirtaa. Poikkeuksena on kuitenkin kuormanerotin, joka pystyy katkaisemaan erotettavan laitteen tai verkonosan kuormitusvirran ja kykenee kytkemään myös oikosulkuvirran. Erottimia käytetään erilaisissa käyttötilanteissa yhdistämään toisiinsa sellaisia verkon osia, jotka normaalitilassa ovat erillään. Esimerkiksi vikatilanteessa erottimien avulla voidaan turvata sähkön toimitus sellaisiin verkon osiin, jotka vian vuoksi jäisivät muuten ilman sähköä. (Nousiainen 2011) Turvallisuuden varmistumiseksi erottimen on pystyttävä muodostamaan näkyvä avausväli ja erotin pitää voida lukita auki- tai kiinniasentoon. Erottimen avausvälin on kestettävä ilman läpilyöntiä suurempi jännite kuin mitä muut ympärillä olevat eristimet kestävät. Kiinniasennossa erottimen pitää pystyä johtamaan kuormitus- ja vikavirrat. (Nousiainen 2011) Kauko-ohjattavat erottimet helpottavat käyttötoimintoja, sillä erottimet saadaan ohjattua valvomosta eikä käyttöhenkilökunnan tarvitse ajaa maastoon suorittamaan erottimen avaamista ja sulkemista käsin. Tällöin asiakkaiden kokemat keskeytysajat jäävät lyhyemmiksi. Kauko-ohjattava erotinasema koostuu yhdestä tai useammasta erottimesta, ohjausyksiköstä ja tietoliikenneyksiköstä. Erotinta ohjaa sähköinen koneisto, jolle ohjauskomennot annetaan kaukokäytöllä valvomosta. (Nousiainen 2011) Välikatkaisijat Kaikki keskijänniteverkkoa syöttävälla sähköasemalla olevat kennot sisältävät releet, mutta keskijänniteverkossa on melko vähän välikatkaisijoita tai välikytkemöitä (Lakervi & Partanen 2008). Välikatkaisijoiden avulla voidaan pienentää suojausvyöhykkeitä johdolla. Tällöin johdolähdön loppupäässä oleva vika saadaan erotettua siten, että koko johtolähtöä ei tarvitse erottaa verkosta. Välikatkaisijoiden käyttöä kutsutaan vyöhykekonseptiksi, joka lisää verkon käyttövarmuutta ja vähentää jakeluhäiriöitä. (ABB 2009) Välikatkaisijat ovat hyvä ratkaisu pitkille johtolähdöille, joi-

24 2. Suomen sähkönjakeluverkko 15 den loppuosat vikaantuvat helposti. Välikatkaisijan takana olevissa vioissa katkaisija asetellaan toimimaan ylivirtareleiden aikaselektiiviisyydelle eli välikatkaisijalle asetetaan lyhyempi laukaisuaika kuin kennon katkaisijaan (Lakervi & Partanen 2008). Esimerkiksi Leppäkosken Sähköllä vyöhykekonsepti on ollut käytössä jo muutaman vuoden, ja käyttökokemukset ovat olleet positiivisia. Asiakkaiden kokemat keskeytysajat ovat lyhentyneet välikatkaisijoiden ansiosta. Leppäkoskella on paljon haja-asutusalueella olevaa avojohtoverkkoa, jossa on pitkiä johtolähtöjä ja vikaantuvia johdon loppuosia. Leppäkosken välikatkaisijat on varustettu maadoituserottimilla, jolloin vikatilanteessa jännitteettömän johdon maadoitus voidaan hoitaa välikatkaisija-asemalla. (Vanhatalo 2011) 2.4 Verkon suojaus Suomen sähköturvallisuusstandardit sisältävät yleisiä suojaukselle asetettuja vaatimuksia, jotka sähköverkkoyhtiön on täytettävä. Sähkönjakelun luotettavuutta voidaan parantaa suurestikin tekemällä suojausasetukset minimivaatimuksia tehokkaimmiksi ja paremmilla automaatioasetuksilla. Suomen keskijänniteverkon erikoispiirteitä ovat säteittäinen syöttötapa sekä nollajohtimen ja tähtipistemaadoituksen puuttuminen. Säteittäinen syöttötapa yksinkertaistaa selektiivisen suojauksen asettelua. Nollajohtimen ja tähtipistemaadoituksen puuttuminen tekevät maasulusta erilaisen vian kuin oikosulku, jolloin molempien vikatyyppien paikantaminen ja tunnistaminen vaativat oman tekniikkansa. (Lakervi & Partanen 2008) Verkossa esiintyvät viat on kyettävä erottamaan verkosta nopeasti, jotta vikavirta ei aiheuta vaaraa ihmisille ja eläimille. Nopea erotus on tärkeää myös siksi, ettei vikavirta ehdi lämmittämään verkon johtoja ja komponentteja liikaa aiheuttaen näin vaaratilanteita. Vaaratilanteita voi aiheutua esimerkiksi maasulun aikana, kun maassa kulkee virta. Maasulun aikana vaaratilanteita voi aiheutua myös sähköaseman potentiaalin nousu liian korkeaksi. Oiko- ja maasulun aikana vikaantuneen lähdön viereiset lähdöt kokevat jännitekuoppia (jakelujännite laskee äkillisesti välille % ja palautuu lyhyen ajan kuluttua), jolloin esimerkiksi tehdasprosessit voivat häiriintyä. Maasulkuvirta voi myös indusoitua muihin virtapiireihin aiheuttaen vaaratilanteita näihin. (Elovaara & Haarla 2011b) Keskijänniteverkon oikosulkusuojaus Oikosulkusuojauksen tavoitteena on varmistaa järjestelmän turvallisuus vikatilanteessa käyttäjille ja ulkopuolisille, mutta ennen kaikkea tavoitteena on ehkäistä oikosulkuvirran johdolle ja laitteille aiheuttamat lämpenemisvauriot sekä erottaa vikaantunut johto-osa verkosta. Tähän suojaukseen käytetään Suomessa vakioaikaylivirtarelettä, joka sisältää usein isolla virralla hetkellislaukaisun aikaansaavan toiminnon. Samoja releitä käytetään myös ylivirtasuojina. (Lakervi & Partanen 2008)

25 2. Suomen sähkönjakeluverkko 16 Avojohtoverkon johtimet luovuttavat hyvin lämpöä, joten avojohtoverkossa ylikuormitus on erittäin harvinaista. Tällöin havahtumisvirran arvo asetellaan siten, että rele toimii sekä noin kaksinkertaisella kuormitusvirran arvolla että johtoverkon loppupäässä tapahtuvassa kaksivaiheisessa oikosulussa. Maakaapeliverkossa releen havahtuminen pitää puolestaan tapahtua viimeistään kuormitettavuuden tullessa vastaan. Jos verkon kuormitusta seurataan kaukoluettavalla mittauksella, voidaan virran havahtumisarvo asettaa kuorimitusvirtaa suuremmaksi, mutta oikosulkuvirralla suojauksen pitää tällöin toimia. (Lakervi & Partanen 2008) Sähköaseman läheisten johto-osien oikosulkukestoisuuden ylittyminen voidaan estää käyttämällä hetkellislaukaisua, jolloin myös syvien jännitekuoppien kestoajat ovat lyhyitä. Hetkellislaukaisun asetteluarvo on yleensä muutaman kiloampeerin luokkaa. Hetkellislaukaisua käytetään myös sähköaseman pääkatkaisijassa suojaamaan kiskostoa mahdollisessa kiskosto-oikosulussa. Pääkatkaisijan hetkellislaukaisu toimisi myös keskijännitelähdöllä tapahtuvissa vioissa, ellei lähdön suojareleen havahtuminen estäisi pääkatkaisijan hetkellislaukaisua. Tällaisella lukituksella saadaan suojaus toimimaan selektiivisesti myös kaikissa nopeissa laukaisuissa. (Lakervi & Partanen 2008) Kun tarkastellaan verkon osien oikosulkukestoisuutta, on huomioitava myös mahdollisten pikajälleenkytkentöjen (PJK) vaikutus. Johtimia lämmittävä aika koostuu pikajälleenkytkentää edeltävän ja sen jälkeisten oikosulkujen kestojen summasta. Tämä on sama kuin mitä on releen aseteltujen hidastusaikojen summa lisättynä kunkin katkaisutoiminnon releen havahtumisajalla ja katkaisijan toiminta-ajoilla. Jos johtimen poikkipinta-ala on suuri tai johdin on maakaapeli, aikajälleenkytkennän aikana johdin lämpeää myös huomattavasti. Kauko-ohjauksella voidaan myös aiheuttaa lämpenemävaurioita, jos kytketään oikosulussa oleva johto lyhyen jäähtymisajan jälkeen. Aikajälleenkytkentöjä ei yleensä käytetä maakapeliverkossa. (Lakervi & Partanen 2008) Keskijänniteverkon maasulkusuojaus Kun maasulkuvirta on suuri, relesuojaus on helppo toteuttaa ja suojaustoiminnot on helppo saada nopeiksi. Toisaalta suuri maasulkuvirta on vaaratekijä maassa, jonka ominaisvastus on suuri. Tällöin aiheutuu vaarallisia kosketus- ja askeljännitteitä ihmisille ja eläimille tai muunlaisia häiriöitä muille laitteille. Näistä syistä johtuen maasulkuvirtaa halutaan pienentää keskijänniteverkoissa. (Elovaara & Haarla 2011b) Kun verkko on maasta erotettu, maasulkusuojaus ei voi perustua oikosulkusuojauksen tavoin ylivirtasuojien käyttöön. Maasulkuvirta on pienempi kuin oikosulkuvirta. Maasulun indikaattoreina voidaan käyttää esimerkiksi perustaajuisen tähtipistejännitteen muutosta, perustajuuisen vaihejännitteen muutosta, perustaajuista summavirtaa, virran ja jännitteen yliaaltoja tai suurtaajuisia muutosvirtoja. Maa-

26 2. Suomen sähkönjakeluverkko 17 sulun aikana virrassa esiintyy viisi yliaaltoa. Maasulun alkuhetkinä syntyy muutosvirtoja, kun viallisen vaiheen maakapasitanssit purkautuvat ja terveiden vaiheiden maakapasitanssit varautuvat. (Lakervi & Partanen 2008) Käytännössä maasulkusuojaus toteutetaan maasulun suuntareleillä, jotka sijaitsevat yleensä sähköasemilla. Suojaus perustuu maasulun aikaisiin vaihevirtojen epäsymmetriaan ja tähtipistejännitteen nousemiseen. Nollavirta kuvaa virtaepäsymmetriaa. Nollavirta saadaan johtolähdön vaihevirtojen osoitinsummasta, jonka muodostaa kolmen vaiheen virtamuuntajien summakytkentä tai kaapelivirtamuuntaja. (Lakervi & Partanen 2008) Tähtipistejännite mitataan puolestaan vaihejännitteisiin kytkettyjen jännitemuuntajien toisiokäämien avokolmiokytkennästä. Tämä jännite mitataan yleensä sähköasemalla. Maasulkurele asetellaan siten, että se havahtuu vain, jos maasulku on kyseisen releen suojaamalla lähdöllä. Vikaantuneen lähdön alkupäässä sijaitsevan summavirtamuuntajan mittaama nollavirta on pienempi kuin vikapaikan maasulkuvirta (I f ). Maasulun suuntareleen toimintaehtona on, että summavirta sekä tähtipistejännite ylittävät tietyt asetteluarvot. Tämä ehto on voimassa sekä maasta erotetussa että sammutetussa verkossa. (Lakervi & Partanen 2008) Maasta erotetussa verkossa maasulkuvalokaarien poistoon käytetään yleensä pikajälleenkytkentää, joiden haittana on niiden aiheuttamat lyhyet katkot asiakkaille. Pikajälleenkytkentöjen määrää voidaan pienentää tehostamalla johtokatujen raivausta ja viivästämällä laukaisua, jotta laukaisu ei tapahtuisi niin herkästi. (Lakervi & Partanen 2008) Jotta maasulkusuojauksesta saadaan toimiva, on huomioita kolme erilaista näkökulmaa. Toimivuuden kannalta kiinnostavampia suureita ovat pienimmät esiintyvät nollavirrat (suuri vikaresistanssi ja vähän verkkoa) sekä pienimmät esiintyvät tähtipistejännitteet (suuri vikaresistanssi ja paljon verkkoa). Maadoitusjännitevaatimuksien kannalta tärkempiä tarkasteltavia suureita ovat suurin maasulkuvirta ja maasulun kestoaika. Jotta maasulku saadaan itsestään sammuvaksi ja vika paikannettua, tulisi maasulun kestoajan olla mahdollisimman suuri. (Lakervi & Partanen 2008) Suojaussuunnittelun haasteita ovat verkon erilaiset käyttötilanteet. Verkko voi olla mahdollisimman laaja esimerkiksi varasyöttötilanteissa tai verkko voi olla mahdollisimman pieni esimerkiksi, kun tarkastelussa on kaksi lähtöä, joista toinen on lyhyt. Maasulun kestoaika on mahdollista asetella porrastusta käyttäen. Nopeasti saadaan poistettua suurivirtaiset ilman vikaresistanssia olevat viat. Jos maasulkuvirta on pieni, voidaan käyttää hitampaa laukaisuaikaa, jolloin maasulku joko sammuu itsestään tai muuttuu valokaaren leviämisen takia oikosuluksi. Kun maasulku muuttuu oikosuluksi, on vika huomattavasti helpompi paikantaa automaattisesti. Maasulun automaattiseen vianpaikannukseen ei ole vielä olemassa kaupallista sovellusta, joka toimisi yhtä tarkasti kuin markkinoilla olevat oikosulkuvikojen vianpaikannussovellukset. Maasulun automaattista paikannusta kehitetään aktiivisesti koko ajan. (Lakervi & Partanen 2008)

27 3. SÄHKÖTYÖTURVALLISUUS Sähkötyöturvallisuustoimien tarkoituksena on ennen kaikkea sähkön käyttäjien turvallisuuden varmistaminen sekä sähkötöiden turvallinen tekeminen. Sähkötyöturvallisuuden kannalta on tärkeää varmistaa, että työntekijät ovat koulutuksen ja kohdekohtaisen perehdytyksen kautta saaneet hyvän ammattitaidon. Sähköturvallisuuden varmistamisen kannalta on myös tärkeää, että käytetään oikeanlaisia työ- ja suojavälineitä ja kulloiseenkin työkohteeseen ja -menetelmään sopivia välineitä. Säännöt tai turvalliset toimintatavat eivät pysty takaamaan turvallista työskentelyä, elleivät kaikki työntekijät, jotka työskentelevät sähkölaitteistoissa tai niiden läheisyydessä, ole perehtyneet niihin ja noudata niitä ehdottomasti. Ennen työn aloittamista työn aikaisen turvallisuustoimien valvojan on varmistettava, että työssä noudatetaan asiaankuuluvia säännöksiä, vaatimuksia ja ohjeita. Tässä luvussa tarkastellaan sähkötyöturvallisuuteen liittyvää lainsäädäntöä ja standardeja. Lisäksi tässä luvussa käsitellään turvallista työskentelyä sähkölaitteistossa sekä niiden läheisyydessä. Tarkastelun kohteena on myös keskijänniteverkon maadoittaminen ja työmaadoittaminen sähkötyöturvallisuustoimenpiteenä. Luvun lopuksi käsitellään sähkötyöturvallisuusriskejä sekä niiden hallintaa. 3.1 Lainsäädäntö ja standardit Euroopan Unioniin liittymisen myötä Suomessa turvallisuuden varmistamisen lainsäädäntö, valvonta ja sääntely tapahtuu EU:n antamien ohjeiden mukaan. EU:n direktiivit sisältävät olennaiset vaatimukset, mutta direktiivit eivät määritä teknisiä yksityiskohtia. Direktiivin sisältö on saatettava sellaisenaan kunkin maan lainsäädäntöön. Kunkin maan asianomainen ministeriö tarkentaa määräyksiä ja määrittelee toimintatavat. Suomessa kyseinen ministeriö on aiemmin ollut Kauppa- ja teollisuusministeriö (KTM) ja nykyisin Työ- ja elinkeinoministeriö (TEM). (Lahti 2010) Suomalaiset sähkötuotteita koskevat sähköturvallisuussäädökset on johdettu asianomaisista EU-direktiiveistä, mutta sähkölaitteistoja, sähkötöiden tekemistä tai sähkötyöturvallisuutta koskevia EU:n erityisdirektiivejä ei ole olemassa. (Nurmi & Simonen 2003) Sähköturvallisuuden perusperiaatteet kuvataan säädöksissä. Sähköturvallisuus pyritään varmistamaan antamalla sähkölaitteille ja -laitteistoille perusvaatimukset, joissa on turvallisuustaso sekä vaadittu häiriönsietotaso ja sallittu häiriönsietotaso. Sähköturvallisuutta varmistetaan myös asettamalla sähkölaitteistoja koskevia tarkastusvelvoitteita, valvomalla alalla työtä johtavien ja työtä tekevien ammatti-

28 3. Sähkötyöturvallisuus 19 pätevyyttä sekä asettamalla heille kelpoisuusvaatimuksia. Säädökset sisältävät sähkölaitteiden ja -laitteistojen koko elinkaaren alkaen niiden suunnittelusta ja kestäen käytöstä poistoon asti. (Nurmi & Simonen 2003) Velvoittavien säädösten lisäksi on olemassa vapaaehtoisesti noudatettavia normeja, jotka ohjaavat turvallisiin ja taloudellisiin ratkaisuihin. Kuvassa 3.1 on esitetty sähköturvallisuuden normihierarkia. Yleensä elinkeinoelämä tekee normeja, joita ovat esimerkiksi kansainväliset standardit ja muut yleiset ohjeet, kuten Sähköenergialiiton verkostosuositukset tai Sähkötietokortit. Nykyään verkostosuosituksia tekee Energiateollisuus ry. Näitä täydentävät vielä yrityskohtaiset menettelytavat ja turvallisuusohjeet. (Nurmi & Simonen 2003) Velvoittavat Sähköturvallisuuslaki Valtioneuvoston ja ministeriön asetukset Standardit Ohjaavat Muut yleiset ohjeet Yksityiskohtaiset ohjeet Kuva 3.1. Sähköturvallisuuden normihierarkia Suomessa. (Nurmi & Simonen 2003). Suomessa mikään viranomainen ei määrittele teknisiä yksityiskohtia, miten erilaisissa tapauksessa toimitaan, vaan yksityiskohtien osalta viitataan yhdenmukaisiin eurooppalaisiin standardeihin. Standardit ovat aina ohjeellisia eivätkä ehdottomia. Standardista voidaan poiketa, jos noudatetaan Kauppa- ja teollisuusministeriön säädöksiä poikkeamisessa. Yhdenmukaistettujen standardien avulla on helpointa varmistua, että asennukset ja työtavat täyttävät asetetut turvallisuusvaatimukset. Suomessa standardoinnista vastaa SESKO ry. Suomalaiset standardit noudattavat pääosin eurooppalaisia esikuviaan. Kansallisiin standardeihin voidaan tehdä kansallisia poikkeuksia tai lisäyksiä, jotka huomioivat maan erikoisolosuhteet. (Lahti 2010) Työ- ja elinkeinoministeriö (TEM) valmistelee kaikki sähköalaa koskevat sitovat

29 3. Sähkötyöturvallisuus 20 määräykset. Sähköturvallisuuden toteutumista ja sähköalan toimintaa valvoo puolestaan Turvatekniikan keskus (TUKES), joka voi antaa myös määräyksiä selventäviä hallinnollisia ohjeita. Teknisistä ohjeista ja teknisiin yksityiskohtiin liittyvästä neuvonnasta puolestaan huolehtii sähköala itse standardointi- ja yhteistyöorganisaation kautta. (Nurmi & Simonen 2003) Turvallisuuden valvonta ei ole siis viranomaisten tehtävä, mitä on esitetty kuvassa 3.2 (Lakervi & Partanen 2008). Kuva 3.2. Sähköturvallisuuden valvonta Suomessa (Lakervi & Partanen 2008). 3.2 Sähkötyöturvallisuusstandardi SFS 6002 SFS 6002 Sähkötyöturvallisuusstandardi antaa yksityiskohtaiset turvallisuusohjeet sähköturvallisuuden varmistamiseksi erilaisissa tilanteissa: jännitteetön työ, jännitteen uudelleen kytkeytymisen esto, varmistus, että kohde on jännitteetön, maadoituksen teko ja jännitteisten osien koskettamisen estäminen. (SFS ) Standardia sovelletaan kaikkeen sähkölaitteistojen käyttö- ja ohjaustoimintaan sekä työntekoon sähkölaitteistoissa ja niiden läheisyydessä. Sähkölaitteistolla tarkoitetaan esimerkiksi voimalaitoksia, suurjännitesiirtolinjoja, muuntamoita ja suurjännitejakeluverkkoja (SFS ) Sähkötyöturvallisuuden perusta on turvallinen ja rauhallinen toiminta kaikissa eri tilanteissa. Ennen sähkölaitteiston käyttöä, sähkötöiden aloittamista tai muiden töiden aloittamista, on arvioitava laitteistosta mahdollisesti aiheutuvat sähköiset riskit. Riskinä pidetään vahingon todennäköisyyden ja henkilöön kohdistuvien vammojen vakavuuden yhdistelmää (STUL 2010). Turvallisen toiminnan perustana on myös se, että suurjännitelaitteistojen kytkennöistä tehdään aina kirjallinen kytkentäohjelma. Hätätilassa tai häiriötilassa näitä

30 3. Sähkötyöturvallisuus 21 kirjallisia suunnitelmia ei yleensä tehdä. Tehdyn kytkentäohjelman tarkistaa tarvittaessa laatijan lisäksi joku toinen asiantunteva henkilö. (STUL 2010) Työtä tekevät henkilöt Turvalliseen toimintaan kuuluu myös se, että sähkötöitä ja muita töitä tekevät ovat töihin hyvin perehdytetty. Hyvä opastaminen sähkölaitteiston lähellä tehtäviin töihin on tärkeää, jotta niitä voidaan tehdä turvallisesti. Opastuksen tekee aina sähköalan ammattihenkilö, joka tuntee parhaiten kyseisen sähkötyön tai -laitteiston, jossa työskennellään. (STUL 2010) Tehtävän työn vaativuudesta riippuen sähkötöitä saavat tehdä joko maallikot, opastetut henkilöt tai sähköalan ammattihenkilöt. Työn vaativuus arvioidaan aina ennen töiden aloittamista. Arvionnista vastaa sähkötöiden johtaja tai hänen valtuuttamansa henkilö, joka voi olla esimerkiksi työnjohtaja tai projektijohtaja. (STUL 2010) Maallikko, opastettu henkilö ja sähköalan ammattihenkilö määritellään standardissa. Näiden henkilöiden tekemien sähkötöiden pätevyysvaatimukset on kirjattu hyvin yksityiskohtaisesti KTM:n päätöksiin 516/96 ja 1194/1999 sekä päätökseen TEMa 351/2010. (Lahti 2011a) Tehtäväkohtaisen opastamisen lisäksi työnantajan pitää huolehtia kaikkien sähkötöitä tekevien yleisestä sähköturvallisuuskoulutuksesta sekä ensiapukoulutuksesta. Koulutus on uusittava viiden vuoden välein, jotta työntekijöiden tiedot pysyvät ajan tasalla. Jos työntekijän tehtävissä tai sähköturvallisuuteen liittyvissä vaatimuksissa tapahtuu olennaisia muutoksia, on suositeltavaa uusia työntekijän koulutus. Koulutuksen aikana pitää kuulustelun tai vastaavan avulla varmistua siitä, että osallistujat tuntevat ja ymmärtävät koulutuksen sisällön. Sähköturvallisuuteen liittyvässä yleisessä koulutuksessa työntekijät tulee perehdyttää sähkön vaaroista ja tapaturmavaaroista. Lisäksi koulutuksessa tulee käsitellä sähkötyöturvallisuutta koskevia keskeisiä säädöksiä ja sähkötyöturvallisuusstandardia SFS (Nurmi & Simonen 2003) Työtehtävät on aina suunniteltava ennen työn aloittamista. Joko sähkölaitteiston käytöstä vastaava henkilö tai työstä vastaava henkilö varmistaa, että työtä tekeville henkilöille annetaan riittävän yksityiskohtaiset ja täsmälliset ohjeet ennen kuin työ aloitetaan. Ennen työn aloittamista työstä vastaava henkilö antaa käytöstä vastaavalle henkilölle tiedot työn luonteesta ja paikasta sekä siitä, miten työ vaikuttaa sähkölaitteistossa. Sähkölaitteiston käytöstä vastaava henkilö voi ainoastaan antaa luvan työn aloittamiseen, keskeyttämiseen tai lopettamiseen. (Nurmi & Simonen 2003) Sähkölaitteistossa tehtävät työt Sähkötyö on sähkölaitteen korjaus- ja huoltotyötä sekä sähkölaitteiston rakennus-, korjaus- ja huoltotyön tekemistä. Näihin tehtäviin luetaan testaus, mittaus, korjaus, vaihtaminen, muuttaminen, laajentaminen ja tarkastaminen. Tehtävät työt kohdistuvat itse sähkölaitteistoon tai tehdään sen välittömässä läheisyydessä. Muu

31 3. Sähkötyöturvallisuus 22 työ tarkoittaa puolestaan sähkölaitteiston läheisyydessä tapahtuvaa työtä, jota ovat esimerkiksi rakentaminen, nostotyö, kaivuutyö, kuljetus, mekaaninen kunnossapito, siivoustyö ja maalaustyö. (STUL 2010) Sähkötyöt voidaan jakaa kolmeen erilaiseen työskentelykäytäntöön: työskentely jännitteettömänä, jännitetyö ja työ jännitteisten osien läheisyydessä. Kauppa- ja teollisuusministeriö ohjeistaa päätöksessään siihen, että sähkötyöt pitää suorittaa jännitteettömänä aina, kun se on mahdollista. Mikäli tämä ei ole mahdollista voidaan työ tehdä jännitetyönä, jota voidaan tehdä turvallisesti, mikäli noudatetaan standardin SFS 6002 mukaisia jännitetyöohjeita. Puun kaatuessa sähkölinjan päälle puunpoisto kohdistuu osittain sähkölaitteistoon. Itse työtä ei kuitenkaan tehdä sähkölaitteistossa, mutta tuore juuri kaadettu puu on johtavaa materiaalia. Työskentely tapahtuu joko jännitteisenä tai jännitteettömänä riippuen siitä, miten työn tekeminen ohjeistetaan. Sähkölaitteisto katsotaan jännitteetömäksi vasta, kun jännitteettömyys on todettu ja työmaadoitus on tehty. Muissa tapauksissa työ on jännitetyötä. Suomessa olevien suositusten mukaisesti sähkötyö tulee tehdä jännitteettömänä, mikäli mahdollista. Työkohde tehdään jännitteettömäksi seuraavilla toimenpiteillä: 1. Työkohde erotetaan ensin joka suunnalta jännitteestä ottaen huomioon kaikki takasyöttömahdollisuudet. 2. Estetään jännitteen työnaikainen takaisinkytkeytyminen. 3. Todetaan työkohteen jännitteettömyys tarkoitukseen sopivalla jännitteenkoettimella. 4. Tehdään tarvittavat työmaadoitukset siten, että ne todella suojaavat työkohdetta, jos jännite kytkeytyy takaisin työn aikana. 5. Merkitään jännitteiset osat niin, että työn aikana jännitteiseksi jäävät osat on helppo havaita. 6. Asennetaan työnaikaiset suojukset kohteeseen, jos joudutaan työskentelemään jännitteisten osien läheisyydessä. 7. Lopuksi varmistutaan vielä siitä, että kaikki edelle mainitut toimenpiteet on tehty, ennen kuin aloitetaan työskentely. (SFS ) Jännitetyöt puolestaan ovat sallittuja vain erityiskoulutetulle henkilöstölle, jolla on käytössä turvalliseen työskentelyyn sopivat välineet. Jännitetyössä työntekijä koskettaa paljaita jännitteisiä osia tai joutuu jännitetyöalueelle joko itse tai käsittelemillään työvälineillä tai laitteilla. Jännitetöissä on tärkeää, että työskentelypaikka

32 3. Sähkötyöturvallisuus 23 on vakaa, jotta työntekijällä on molemmat kädet vapaana. Jännitetyöt ovat yleistymässä, koska verkonhaltijalla on paine toimittaa sähköä asiakkaille ilman katkoa. (Nurmi & Simonen 2003) Sähkötyöturvallisuusstandardi SFS 6002 ohjeistaa, miten jännitetyötä pitää tehdä. Kauppa- ja teollisuusministeriö on puolestaan antanut päätöksen, jonka mukaan voidaan laatia jännitetyömenetelmäohje, jotta tarvittavat turvallisuusmääräykset täyttyvät. Verkonhaltijan käytön johtajan pitää hyväksyä kaikki työmenetelmäohjeet käyttöön omassa yhtiössään, koska ei ole mitään viranomaistahoa, joka vahvistaisi tai hyväksyisi työohjeita eri yhtiöiden käyttöön. Turvallisen työskentelyn edellytyksenä on myös hyvä yhteydenpito työryhmien ja käyttökeskuksen välillä työn aikana. Yhteydenpidon on oltava luotettava. Suullisessa tiedonvälityksessä esiintyvät virheet voidaan estää sillä, että vastaanottaja toistaa kaikki lähettäjän viestit lähettäjälle. Lähettäjän pitää vielä vahvistaa niiden olevan oikein ja ymmärretty. Tiedonvaihdon tulee tapahtua täsmällisinä ilmoituksina. Erityisesti verkossa tehtävät kytkentätyöt on suoritettava rauhallisesti ja hätäilemättä. (STUL 2010) Esimerkiksi ennen kaatuneen puun poistoa sähkölinjalta pitää kyseinen johtoosuus erottaa jännitteisestä verkosta. Sähkölaitteiston käytöstä vastaavan henkilön pitää antaa tiedot suoritettavasta tehtävästä ennen työn aloittamista (STUL 2010). Linjalla olevaa puuta ei saa aloittaa poistamaan ilman ilmoitusta verkonhaltijan käyttökeskukseen. Yhteydenpitotavat ovat yrityskohtaisia, mutta milloinkaan työtä ei saa aloittaa eikä verkkoa saa kytkeä jännitteiseksi pelkästään kellonajan tai jonkinlaisen merkin perusteella (STUL 2010). Kun verkossa työskennellään, on siellä käytössä olevien työkalujen, varusteiden ja laitteiden täytettävä soveltuvien eurooppalaisten (EN), kansallisten (SFS) tai kansainvälisten (IEC) standardien vaatimukset, mikäli soveltuvia standardeja on olemassa. Työvälineitä tulee säilyttää, käyttää ja huoltaa valmistajan antamien ohjeiden mukaisesti. Ohjeet on annettava maassa käytettävällä kielellä eli Suomessa suomeksi. Sähkölaitteistossa käytettävät työkalut, varusteet ja laitteet on oltava sopivia juuri tähän tarkoitukseen. (STUL 2010) Standardista poikkeaminen Helpoin tapa noudattaa ministeriön asettamia turvallisuusvaatimuksia on noudattaa voimassa olevaa sähkötyöturvallisuusstandardia, joka on tällä hetkellä SFS Joissakin töissä voidaan joutua poikkeamaan sähkötyöturvallisuusstandardista ja sen antamasta ohjeistuksesta, jolloin pitää laatia etukäteen selvitys, miten työn toteutustapa täyttää ministeriön edellyttämät olennaiset turvallisuusvaatimukset. (STUL 2010) Eräs tapa standardista poikkeamiseen on arvioida tehtävää työtä ministeriön asettamien turvallisuusvaatimusten pohjalta. Tällöin oma työsuunnitelma käydään

33 3. Sähkötyöturvallisuus 24 läpi kohta kohdalta, jotta työ voidaan tehdä omalla tavalla turvallisuusvaatimusten mukaisesti. Tämän selvityksen laadinnasta vastaa työtä tekevän yrityksen sähkötöiden johtaja tai käyttötöistä vastaava johtaja. Turvallista työskentelyä on hyvä arvioida eri sähköalan ammattilaisten kanssa, kuten suunnittelijoiden, asentajien, kollegoiden ja työturvallisuuskouluttajien kanssa. (STUL 2010) Turvallisuusvaatimukset perustuvat KTM:n päätökseen (516/1996) sähköalan töistä ja erityisesti sen alalukuun 4a Sähkötyöturvallisuus. Turvallisuusvaatimusten mukaan työ on suunniteltava etukäteen huolellisesti arvioiden, miten sähkötyö, käyttötyö tai muu työ voidaan suorittaa mahdollisimman turvallisella tavalla. Arvioinnissa huomioidaan, millainen ammattitaito tekijöiltä vaaditaan sekä minkälaisilla työvälineillä se suoritetaan turvallisesti. (KTMp ) Turvallisuusvaatimuksena on myös, että työtä varten nimitetään työnaikainen sähköturvallisuuden valvoja. Valvoja on oltava nimettynä kaikissa työkohteissa, joissa tehdään sähkötöitä. Valvojan on aina oltava sähköalan ammattihenkilö, joka tekee työn itse tai osallistuu siihen. Sähkötöiden johtaja tai käytön johtaja nimittää valvojan. (KTMp ) Vaatimuksiin kuuluu myös, että standardit ja ohjeet on oltava työn tekijöiden käytettävissä. Työn tekijöille on annettava opastusta ja koulutusta tehtävään työhön. Tarvittaessa vaikeat ja vaaralliset työt on ohjeistettava, jotta ne voidaan tehdä turvallisesti. Työohjeet voivat olla joko työkohtaisia tai työmenetelmäkohtaisia. Työhön opastuksen ja säännöllisen sähköturvallisuuskoulutuksen avulla pidetään yllä työn tekijöiden turvallista ammattitaitoa. Työohjeiden lisäksi pitää työn tekijöiden työvälineiden olla turvallisia. (KTMp ) Ministeriön vaatimusten mukaisesti työ tulisi tehdä jännitteettömänä aina, kun se on mahdollista. Työ jännitteettömässä laitteistossa on turvallisin tapa tehdä sähkötöitä. Käyttötöitä tehdään myös jännitteisenä, kun noudatetaan riittävää huolellisuutta. Käyttötöitä voi tehdä maallikko, opastettu henkilö tai sähköalan ammattihenkilö riippuen siitä, mikä on kohteen kosketussuojaus (kosketussuojattu, osittain kosketussuojattu vai täysin suojaamaton). (KTMp ) Sähkötöitä voidaan tehdä myös jännitteisenä erityisehdoin. Työ on tehtävä jännitteisenä (jännitetyönä) silloin, kun sähkökatkoja ei sallita työn ajaksi, esimerkiksi tuotantolaitoksen toiminnan takia. Jännitetöitä voidaan tehdä vain, jos erityisehdot (koulutus, työkalut, henkilösuojaimet, luvat) täyttyvät. (KTMp ) Turvallisuusvaatimuksiin kuuluu myös, että tehtäessä töitä suojaamattomien jännitteisten osien läheisyydessä on jännitteiset osat suojattava tai merkittävä. Työolosuhteet pitää järjestää niin, ettei työntekijä voi tahattomasti osua jännitteisiin osiin tai joutua liian lähelle niitä eli jännitetyöalueelle. Lähitöissä jännitteiset osat pyritään suojaamaan aina tilapäisillä eristeainesuojilla työnaikaisen unohtamisvaaran vuoksi. Jos suojausta ei voi tehdä, on jännitteiset osat merkittävä riittävän selkeästi. Tarvittaessa on järjestettävä etäisyyden valvonta, koska turvallinen lähityö edellyttää riittävän etäisyyden säilymistä jännitteisiin osiin koko työskentelyn ajan.

34 3. Sähkötyöturvallisuus 25 (KTMp ) Turvallisuusvaatimuksena on myös, että työ tehdään joko noudattamalla Turvatekniikan keskuksen (TUKES) vahvistamaa sähkötyöturvallisuusstandardia, tai jos standardista poiketaan, on pystyttävä osoittamaan kirjallisesti, että standardista poikkeava työtapa täyttää olennaiset turvallisuusvaatimukset. Helpoin tapa noudattaa turvallisuusvaatimuksia on tehdä työt sähköturvallisuusstandardin (SFS 6002) mukaisesti. Tämä ei ole kuitenkaan ainoa tapa tehdä töitä turvallisesti, vaan standardista voi poiketa toimimalla KTM:n päätöksen (516/1996) mukaisesti. 3.3 Maadoittaminen Maadoituksen tarkoituksena on yhdistää jokin laite tai virtapiirin osa maan potentiaaliin mahdollisimman tehokkaasti maassa olevan metallisen kappaleen eli maadoituselektrodin avulla. Maadoituksen tehokkuuden mittana käytetään yleensä elektrodin maadoitusresistanssia, joka on elektrodin potentiaalin ja elektrodin kautta maahan kulkevan virran osamäärä. (Elovaara & Haarla 2011b) Maadoitus on sähköturvallisuustoimenpide, jonka tehtävä on suojata ihmisiä ja eläimiä mahdollisissa verkon vikatilanteissa. Maadoituksen ensisijainen tehtävä on varmistaa, että vaaralliset kosketus- ja askeljännitteet jäävät riittävän pieniksi. (Lahti 2011a) Standardissa SFS 6001 todetaan, että yli 1000 V järjestelmien jännitteille alttiit osat on maadoitettava. Jännitteelle alttiita osia ovat esimerkiksi peruseristetyt osat, joihin voi jännite voi päästä suoran ylilyönnin kautta toisen jännitteiseksi tulleen osan kautta eristimen rikkoutuessa tai johtimen katketessa samalla pylväällä olevasta suurjännitejohdosta Lisäksi muut johtavat osat on maadoitettava, jos se on tarkoituksenmukaista esimerkiksi valokaaren tai joko kapasitiivisen tai induktiivisen kytkennän vuoksi. (Lahti 2011b) Sähköasemilla pitää maadoittaa esimerkiksi aidat ja aitojen sisällä olevat metalliputket. Kaikki pylväsmuuntajat ja muuntajien kytkinlaitteet on maadoitettava standardin SFS 6001 mukaan. Maadoitusten tekemisen yksityiskohdat on esitetty standardin SFS 6001 velvoittavassa liitteessä F. (SFS ) Yli 1000 V järjestelmissä maasulkuvirrat ovat varsin suuria, jolloin vaaralliset kosketusjännitteet muodostuvat suuriksi. Maadoituselektrodien läheisyydessä esiintyvä askeljännite voi myös muodostua liian suureksi, mikäli maasulkuvirran maaresistanssissa aiheuttama jännite on liian suuri. (Lahti 2011b)

35 3. Sähkötyöturvallisuus Maadoitusolosuhteet Suomessa Maadoituksen suunnittelun perustana on maan ominaisresistanssi ρ, johon maadoitusresistanssi on suoraan verrannollinen. Suomessa maadoitusolosuhteet ovat vaikeat, sillä maan ominaisresistanssi on erittäin suuri. Tämä johtuu siitä, että lähelle maan pintaa ulottuu graniittinen kallioperä, jonka ominaisresistanssi on erittäin suuri. Maan pinnalla oleva ohut irtomaakerroskin on yleensä hiekkaa tai soraa, jotka johtavat huonosti sähköä. Taulukossa 3.1 on esitetty tavallisimpien maalajien ominaisresistanssien arvoja. (Elovaara & Haarla 2011b) Taulukko 3.1. Maalajien ja veden ominaisresistanssit jäätymättöminä (Elovaara & Haarla 2011b). Aine Keskimäärin (Ωm) Tavallisin vaihtelu(ωm) Savi Savensekainen hiekka Lieju, turve, multa Hiekka, hieta Moreenisora Harjusora Graniittikallio Järvi- ja jokivesi Pohja-, kaivo- ja lähdevesi Merivesi (Suomenlahti) 2,5 1-5 Maan ominaisresistanssi riippuu maaperätyypistä, lämpötilasta ja suolapitoisuudesta (IEEE 1983). Taulukosta 3.1 voidaan havaita eri maalajien ominaisresistanssien vaihtelu (Elovaara & Haarla 2011b). Maan resistanssi kasvaa hitaasti, kun lämpötila laskee lämpötilasta 25 C lämpötilaan 0 C. Kun lämpötila laskee alle 0 C, maan resistanssi kasvaa erittäin nopeasti. Talvella jäätyneen maan ominaisresistanssi voi olla erittäin korkea. (IEEE 1983) Vaikka maan resistanssi on korkea talvella, ei voida olettaa, että lumi muodostaisi tarpeeksi hyvän eristävän kerroksen maan pinnalla, jotta esimerkiksi työmaadoitus voitaisiin jättää tekemättä. Kostea maaperä johtaa paremmin kuin kuiva maaperä (Insinöörijärjestöjen koulutuskeskus ry 1979). Maa koostuu erilaisista kerroksista, joilla on jokaisella oma resistiivisyytensä, joten maadoitusolosuhteiden tarkka mallintaminen on vaikeaa. Maaperän ominaisuudet vaihtelevat paikallisesti ja vuodenajan mukaan. Maan pinnan resistiivisyys voi vaihdella tunneittain riippuen muun muassa sääolosuhteista, jolloin eri vuorokauden aikana samassa paikassa maadoitusolosuhteet voivat vaihdella suurestikin. (Insinöörijärjestöjen koulutuskeskus ry 1979) Maadoitusten suunnittelu Sähköverkon asennusten suunnittelun perusvaatimuksena on, että asennukset ja laitteet kestävät ennakoitavissa olevat paikalliset sähköiset, mekaaniset ja ilmastolliset

36 3. Sähkötyöturvallisuus 27 vaikutukset. Asennukset tulee suunnitella, rakentaa ja koota siten, että ne kestävät turvallisesti verkossa esiintyvien oikosulkuvirtojen mekaaniset ja termiset rasitukset. (Lahti 2011b) Standardi SFS 6001 on hyvin käsikirjamainen ja opastaa esimerkiksi maadoitusten suunnitteluun hyvin tarkasti. Standardi SFS 6001 määrittää, että asennukset on suojattava automaattisesti toimivilla laitteilla, jotka kytkevät pois vaiheiden väliset oikosulut. Standardin mukainen oikosulun kestoaika on 1 s ja muita suositeltavia arvoja ovat 0,5 s ja 0,3 s. Standardin mukaan maasulussa asennukset on suojattava automaattisesti toimivilla laitteilla, jotka kytkevät maasulun pois tai ilmaisevat maasulun. Mikäli maasulku aiheuttaa vaaraa, se on aina kytkettävä automaattisesti pois. Jos maasulkua ei kytketä automaattisesti pois, siitä on tultava hälytys. Standardin mukaan vian selvitykseen on tällöin ryhdyttävä välittömästi ja maasulku pitää kytkeä pois kahden tunnin kuluessa. Pitkäaikaisen maasulun aikana maadoitusjännite ei saa ylittää arvoa 150 V. (SFS ) Standardi SFS 6001 käsittelee myös vikasuojausta, jonka suunnittelu on vaativa tehtävä, jossa on tunnettava verkon maadoitukset sekä releistyksen toiminta. Suomessa muuntamoilla on yleensä yhteinen maadoitus sekä suur- että pienjänniteverkolla. Tällöin on kuitenkin varmistettava, ettei suurjänniverkossa tapahtuva maasulku aiheuta pienjänniteverkon puolella vaarallista kosketusjännitettä. (Lahti 2011b) Standardi SFS 6001 määrittää maadoitusjärjestelmien mitoitustekijöitä. Jotta järjestelmä toimii luotettavasti, on sen mekaanisen kestävyyden oltava riittävä. Kestävyyden varmistamiseksi maadoitusjohtimille on annettu vähimmäispoikkipinnat, jotka on esitetty taulukossa 3.2. Suoraan maan kanssa kosketuksissa olevat maadoituselektrodit on lisäksi suojattava korroosiolta. (SFS ) Suomessa tosin korroosio ei yleensä aiheuta merkittäviä ongelmia maadoitusjärjestelmissä (Lahti 2011b). Taulukko 3.2. Standardin SFS 6001 mukaiset vähimmäispoikkipinta-alat maadoitusjohtimille. Materiaali Poikkipinta-ala (mm 2 ) Kupari 16 Alumiini 35 Teräs 50 Maadoituselektrodien tehokkuus riippuu maaperän paikallisista ominaisuuksista. On valittava siis yksi tai useampi maadoituselektrodi, jonka ominaisuudet soveltuvat maaperän ominaisuuksiin ja vaadittavaan maadoitusresistanssin arvoon. Sähköverkon kiinteitä maadoituksia suunniteltaessa on hyvä muistaa se, että maadoituselektrodien korroosion vaikutuksesta maadoitusresistanssin arvo kasvaa. Maadoituselektrodien rakenne ja upotussyvyys valitaan siten, että maan kuivuminen tai jäätyminen eivät suurenna maadoitusresistanssia vaadittua arvoa suuremmaksi. Jotta routavauriot voidaan välttää, köydestä tai langasta tehty johdin on jätettävä löysälle erityisesti maan pinnan läheisyydessä. Jotta maadoitusresistanssi ei vaihtelisi eri

37 3. Sähkötyöturvallisuus 28 vuodenaikoina, maadoituselektrodi pitää asentaa asennuspaikkansa keskimääräisen routarajan alapuolelle. (STUL 2007) Maadoitusjärjestelmän elektrodit ovat yleensä vaaka-, pysty- tai vinoelektrodeja, jotka on kaivettu tai lyöty maahan kiinni. Standardi SFS 6001 ei suosittele maaperän resistanssin pienentämistä kemikaalien avulla. Vaakasuorat elektrodit asennetaan 0,5-1,0 metrin syvyyteen riittävän mekaanisen lujuuden saavuttamiseksi ja lisäksi maadoituselektrodi suositellaan asennettavaksi routarajan alapuolelle. Pystysuorat elektrodit lyödään maahan siten, että elektrodin yläosa on maanpinnan tason alapuolella. Standardi SFS 6001 suosittelee pystysuorien elektrodien käyttöä silloin, kun maaperän ominaisresistanssi pienenee syvyyden kasvaessa. (SFS ) Maadoitusjärjestelmän suunnittelun perusteena ovat vaatimukset riittävästä mekaanisesta lujuudesta, suurimman vikavirran mukaisesta termisestä kestävyydestä sekä omaisuus- ja laitevaurioiden estämisestä. Näiden vaatimusten lisäksi maadoitussuunnitelman tulee täyttää suurimman sallitun kosketusjännitteen vaatimukset. Kun tarkastellaan kosketusjännite-ehtoja, on tiedettävä myös järjestelmän maadoitusresistanssi. Uuden järjestelmän käyttöönotossa maadoitusresistanssi mitataan aina. (Lahti 2011b) Kosketus-, askel- ja maadoitusjännite Henkilöturvallisuuden kannalta kiinnostava jännite on kosketusjännite, jolla tarkoitetaan kosketustilanteessa ihmiskehon kosketuskohdan ja maan välillä tietyllä hetkellä vaikuttavaa jännitettä (Elovaara & Haarla 2011b). Standardi SFS 6001 määrittää sallitut kosketusjännitearvot erilaisille asennuksille. Sallittu kosketusjännite riippuu maasulun kestoajasta. Standardi SFS 6001 määrittää sallituille kosketusjännitteille arvot virran kestoajan funktiona. Jos maasulkuvirran kestoaika on 0,4 s, on sallittu kosketusjännite 290 V. Jos maasulkuvirran kestoaika on puolestaan 0,5 s, sallittu kosketusjännite on 215 V. Taulukossa 3.3 on esitetty sallitun kosketusjännitteen arvoja eri vian laukaisuajoille. Jos vikavirran kestoaika on pidempi kuin taulukossa on esitetty, voidaan kosketusjännitteelle käyttää arvoa 75 V. (SFS ) Maasulkuvirta aiheuttaa vikapaikkaan kosketusjännitteen lisäksi askeljännitteen. Sähkövirta voi johtua pylväsrakennetta tai sähkölinjaan kaatunutta puuta pitkin maahan, jolloin vikapaikan lähistöllä seisovan ihmisen jalkojen väliin muodostuu potentiaaliero eli askeljännite. Maaperään kulkeva maasulkuvirta muodostaa kaatuneen puun ympärille potentiaalikaivon, jota on kuvattu kuvassa 3.3. Maasulussa jännite jakautuu puun resistanssien mukaisesti. Kosketuskohdan puun resistanssi sekä juurien resistanssit yhdessä muodostavat kosketusjännitteen. Kuvassa 3.3 on esitetty myös kosketus- ja askeljännitteen muodostuminen.

38 3. Sähkötyöturvallisuus 29 Laukaisuaika (s) Kosketusjännite (V) 0, , , , , , , , ,0 85 5, ,0 80 Kaatunut puu Puun resistansseja I Taulukko 3.3. Standardin SFS 6001 mukaiset sallittujen kosketusjännitteiden arvot kosketusjännite askeljännite 1,5 m Maaperän potentiaali I*R 2 +maaperän potentiaali R 2 askeljännite maa R juuret Kuva 3.3. Kosketus- ja askeljännitteen muodostuminen maasulkutilanteessa. Aiemmin voimassa olleissa sähköturvallisuusmääräyksissä A1-93 henkilöturvallisuusvaatimukset annettiin maadoitusjännitteille, mutta nykyiset standardit käsittelevät vain kosketusjännitteitä. Maadoitusjännitteen sallitut arvot ovat suurempia kuin kosketusjännitteen sallitut arvot, koska vain osa maadoitusjännitteestä vaikuttaa kosketusjännitteenä. Taulukossa 3.3 olevista standardin SFS 6001 mukaisista sallituista kosketusjännitteistä saadaan maadoitusjännite kertomalla se kyseiseen kohteeseen sopivalla kertoimella. Standardin mukaan useimmiten sopiva kerroin on 2, mutta erilaisissa tapauksissa voidaan käyttää muitakin arvoja aina arvoon 5 saakka.

39 3. Sähkötyöturvallisuus 30 Standardin opastavassa liitteessä M on esitetty erityistoimenpiteet, joita noudattamalla suurempia kertoimia voidaan käyttää. Toimenpiteet ovat esimerkiksi erilaisia eristyksiä tai potentiaalinohjauksia. (Lahti 2011b) Maasulkupaikassa maasulkuvirta aiheuttaa maadoitusjännitteen, joka on maadoituselektrodissa tapahtuva jännitehäviö (Elovaara & Haarla 2011b). Kuvassa 3.4 on esitetty maadoitusjännitteen muodostuminen. Tyypillisin maasulkutilanne tapahtuu, kun jakelumuuntajan ylijännitesuoja toimii salamaniskun aiheuttaman ylijännitteen seurauksena. Tällöin maasulkuvirta kulkee ylijännitesuojan läpi muuntamon maadoitukseen. Sähkölinjalle kaatunut puu aiheuttaa myös maasulun, jolloin maasulkuvirta menee puuta pitkin maahan. (Lakervi & Partanen 2008) U pot (maa) kosketusjännite, U kosk maadoitusjännite, U maad maadoituselektrodi etäisyys Kuva 3.4. Maadoitus- ja kosketusjännitteen muodostuminen maasulkutilanteessa. Maasulkuvirta aiheuttaa siis maadoitusresistanssista riippuvan maadoitusjännitteeen, joka saadaan lausekkeen 3.1 avulla (Lakervi & Partanen 2008). Maadoitusresistanssin arvo voidaan määrittää maasulkuvirran ja maadoitusjännitteen avulla. Sallittua arvoa määrittävät näiden lisäksi maasulun kestoajalle asetetut raja-arvot. Maadoitusresistanssit ovat yleisesti talvella huonompia kuin kesällä johtuen maaperän erilaisesta resistiivisyydestä eri vuodenaikoina. (STUL 2007) U maad = I f R m (3.1) Maadoitusjännitevaatimukset voidaan saavuttaa parantamalla verkon maadoituksia, lyhentämällä maasulkusuojauksen toiminta-aikaa tai pienentämällä maasulkuvirtaa. Maasulkuvirtaa voidaan pienentää maasta erotetuissa keskijänniteverkoissa jakamalla verkkoa pienempiin osiin lisäämällä esimerkiksi päämuuntajia tai käyt-

40 3. Sähkötyöturvallisuus 31 tämällä verkossa niin sanottua sammutusta. Verkon sammutuksen avulla voidaan pienentää maasulkuvirran lisäksi maadoitusjännitteitä. Kun maasulkuvirta pienenee, voi valokaarimaasulku sammua itsestään. Pienet maasulkuvirran arvot mahdollistavat myös pidemmät laukaisuajat ilman, että sallittuja kosketusjänniterajoja rikotaan. Itsestään sammuva maasulku vähentää pikajälleenkytkentöjen määrää verkossa ja näin ollen niistä aiheutuvat haitat asiakkailla vähenevät. (Lakervi & Partanen 2008) Työmaadoittaminen Työmaadoittaminen on tärkeä turvallisuustoimenpide, koska työpisteeseen voi päästä tai syntyä vaarallinen jännite erilaisista syistä: ihmisen virheellisen toiminnan vuoksi, laitteen virhetoiminnan vuoksi, eristyksen pettämisen vuoksi, johtimien keskinäisen koskettamisen vuoksi tai indusoitumalla. Normaaliolosuhteissa työmaadoittamisessa jännitteelliset virtapiirin johtimet maadoitetaan ja oikosuljetaan sähkötyön ajaksi. Sähkönjakelulaitosten käyttämissä kirjallisissa kytkentäsuunnitelmissa esitetään työmaadoitusten lukumäärä, sijainti sekä asennus- ja poistojärjestys. (STUL 2010) Ennen työmaadoitusta on aina luotettavalla tavalla varmistettava maadoitettavan kohteen jännitteettömyys. Kun työmaadoitus tehdään erillisen maadoituskytkimen avulla, joka on mekaanisessa tai sähköisessä yhteydessä pääkytkimen kanssa, ei jännitteettömyyttä välttämättä tarvitse todeta. Aina se on kuitenkin suositeltavaa. Ennen työskentelyn aloittamista kaikki suurjännitelaitteistot, yli 1000 A pienjännitelaitteistot ja pienjänniteavojohtojen kaikki ne osat, joissa tehdään töitä, pitää työmaadoittaa. (STUL 2010) Standardin SFS-EN mukainen irrallinen työmaadoitusväline kytketään ensin maadoituspisteeseen (PE) ja sen jälkeen maadoitettaviin osiin. Aina kun on mahdollista, pitää työmaadoituskohteen olla nähtävissä. Työmaadoitus tulee asentaa niin lähelle työkohdetta kuin mahdollista. Työmaadoituksen näkymistä työalueelle ei edellytetä, kun johtoja ei ole poikki tai niitä ei katkaista työn aikana. Kyseessä on oltava tällöin yksittäinen haarajohto tai kahdesta suunnasta syötetty johto, jonka johdot ovat helposti tunnistettavissa siten, ettei erehtymisen vaaraa ole. Tällöin siis riittää, että oikosulun kestävä työmaadoitus tehdään erotuskohdan tai -kohtien läheisyydessä. Jos työalue on yli kolmen kilometrin päässä työmaadoituksesta, on lisätyömaadoituksia asennettava siten, ettei kolmen kilometrin etäisyyttä ylitetä. (SFS )

41 3. Sähkötyöturvallisuus Työmaadoitusvälineet Siirrettäviä työmaadoitusvälineitä varten on laadittu oma standardi SFS-EN Tämä standardi koskee työntekijöiden suojaksi tarkoitettuja siirrettäviä työmaadoitusvälineitä, jotka ovat tarkoitettu sähköisesti erotettujen vaihtosähkölaitteistojen työmaadoittamiseen ja oikosulkemiseen. Siirrettävää työmaadoitusvälinettä käsitellään käsin. Siihen kuuluu liittimiä, johtimia ja yksi tai useampi eristyssauva. Standardissa ei määritellä tarkasti työmaadoitusvälineiden malleja, vaan annetaan ohjeita työmaadoituslaitteiden valinnalle, käytölle sekä huollolle. Välineiden pitää kuitenkin täyttää standardissa annetut sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet. Standardi koskee välineitä, joissa työmaadoittaminen ja oikosulkeminen tehdään kuparijohtimilla tai kupari- ja alumiinikiskoilla. Standardin liitteet A, B, C ja D ovat velvoittavia osia standardista. (SFS-EN ) Standardin SFS-EN velvoittava liite A ohjeistaa työmaadoitusvälineiden valinnassa siten, että työmaadoitusvälineiden ja -johtimien on kestettävä verkossa esiintyvät suurimmat oikosulku- ja maasulkuvirrat niiden kestoajan. Tällöin valittavien välineiden mitoitusarvojen pitää olla siis vähintään yhtä suuria kuin käyttökohteen suurimmat arvot. On myös huomioitava jälleenkytkennöistä aiheutuva lisäys oikosulkuvirran kestoon, mikäli jälleenkytkennät ovat käytössä verkossa. Työmaadoitusväline on asennettava siten, että jäännösjännitteen vaara on mahdollisimman pieni. Tämä tehdään siten, että ensimmäiseksi kiinnitetään maadoitusliitin maadoitusjärjestelmään ja seuraavaksi kiinnitetään vaiheliittimet työmaadoitussauvan avulla, kunnes kaikki liitokset on tehty ja kiristetty. (SFS-EN ) Oikosulkuvirran seurauksena työmaadoituslaitteisto saattaa heilahtaa vaarallisesti. Maadoitusjohtimen termiset ominaisuudet on painon vähentämiseksi käytetty tarkkaan hyväksi, joten laite kuumenee oikosulun aikana nopeasti. Tästä johtuen välinettä ei pidä asentaa henkilöstön työskentelypaikkojen tai poistumispaikkojen lähelle. Jos yhdysjohtimet ovat pitkät, ne voidaan sitoa rakenteisiin tai suojata järkevällä tavalla. Toisaalta suuri etäisyys tai suuri resistanssi maadoitusvälineen kiinnityspaikan ja työskentelypaikan välillä voi aiheuttaa vaarallisen kosketusjännitteen. (SFS-EN ) Turvallisen työskentelyn takaamiseksi työmaadoitusvälineitä on käsiteltävä erittäin huolellisesti. Välineet on tarkistettava huolellisesti ennen jokaista käyttöä ja huonokuntoiset välineet on poistettava käytöstä välittömästi. Erityisesti johtimien paljastuminen kosketusalttiiksi on vika, jonka seurauksena väline pitää poistaa käytöstä. (SFS-EN ) Standardin SFS-EN mukaisten väsymystestien läpikäymien siirrettävien työmaadoitusvälineiden pitäisi kestää käytössä noin viisi vuotta, mikäli välineitä on hoidettu ja käsitelty hyvin. Tätä aikaa voidaan muuttaa käyttökokemusten mukaan, mutta standardin liitteen C mukaan tämän ajanjakson jälkeen välineet olisi suositeltavaa testata esimerkiksi väsymyskokeilla turvallisen käytön jatkamiseksi. Väli-

42 3. Sähkötyöturvallisuus 33 neiden korjaustoimenpiteet on tehtävä valmistajan ohjeiden mukaisesti ja korjatun välineen käyttöikä määritetään kaapelin perusteella. (SFS-EN ) Jos työväline on ollut oikosulkuvirran vaikutuksen alainen, se on hävitettävä. Välinettä voidaan käyttää, mikäli perustellusti voidaan osoittaa, ettei väline ole mekaanisesti tai lämmön vaikutuksesta vaurioitunut. Jos välineen epäkunnosta on pieninkään epäilys, on se hävitettävä. (SFS-EN ) 3.4 Turvallisuusriskien hallinta ja turvallisuuden varmistaminen Tehokas riskien hallinta pitää sisällään riskin hyväksyttävyyden arvioinnin ja hallintatoimien määrittämisen sekä priorisoinnin. Riskin hyväksyttävyyden arviointi muodostuu riskin suuruuden arvioinnista, joka on riskitekijöiden tunnistamista ja seurausten arviointia sekä riskin merkittävyyden arviointia. (Nurmi & Simonen 2003) Riskienhallinta on jatkuvaa toimintaa, joka pitää sisällään projektimaisesti toteutetut riskien hyväksyttävyyden arvioinnit. Hallintatyön perusta on riskien tunnistaminen, sillä tunnistamatonta riskiä ei voida hallita. Kvantitaviinen riskianalyysi voidaan tiivistetysti tehdä seuraavilla kysymyksillä: Mikä voi mennä vikaan? Miten todennäköisesti näin käy? Mitä seurauksia tapahtuneella voisi olla? Suunnitelmallisella työllä riskit voidaan tunnistaa ja edetä niistä hallintatoimien määrittämiseen ja toteuttamiseen, jolloin riskit voidaan pitää hyväksyttävällä tasolla. (Nurmi & Simonen 2003) Vaikka riskienhallinta olisikin tehty, voi silti tapahtua onnettomuuksia. Onnettomuudet voidaan jakaa kahteen pääryhmään: yksilölle tapahtuviin onnettomuuksiin ja organisaatioille tai järjestelmille tapahtuviin onnettomuuksiin. Yksilöonnettomuuksia on lukumääräisesti paljon enemmän kuin järjestelmäonnettomuuksia. Suurin osa onnettomuuksista tapahtuu pienistä asioista koostuvan tapahtumaketjun seurauksena, missä osassa tapauksista on mukana tietoinen riskinotto ja osassa tapauksista päätökseen liittyviä riskejä ei ole riittävän hyvin tunnistettu. (Nurmi & Simonen 2003) Koska ihmiset suunnittelevat, valmistavat, käyttävät, huoltavat ja johtavat monimutkaisia teknisiä järjestelmiä, ihmisten päätökset ja toimet vaikuttavat melkein kaikkien onnettomuuksien syntymiseen. Ihmiset vaikuttavat onnettomuuksiin kahdella tavalla: tekemällä aktiivisia virheitä ja tekemällä piileviä virheitä. Aktiivisten virheiden vaikutukset alkavat näkyä miltei välittömästi, mutta piilevien virheiden vaikutukset voivat näkyä vasta pitkänkin ajan kuluttua. Virhemahdollisuuksien tunnistaminen onkin ensimmäinen askel virheidenhallinnassa. Virheidenhallinta voi perustua joko virheiden estämiseen tai siihen, että suunnitellaan tekniset järjestelmät ottamaan huomioon virheet. (Nurmi & Simonen 2003) Sähköalan ammattilaisille tapahtuvat tapaturmat johtuvat yleensä siitä, että sähköverkon jännitteettömyyden varmistaminen on jätetty tekemättä, kun se olisi pitänyt olla tehtynä (Nousiainen et al. 2006). Tällainen virhe voi vaikuttaa välittömästi

43 3. Sähkötyöturvallisuus 34 tai vasta hetken päästä, mutta vaikutukset johtavat aina jonkinlaiseen tapaturmaan. Tapahtuneiden onnettomuuksien kautta on saatu melko hyvin selville, että onnettomuuksiin johtavat piilevät olosuhdetekijät koskevat organisaation perusprosesseja, joita on suunnittelu, valmistus, käyttö, kunnossapito, tiedonvälitys, henkilövalinnat, perehdytys, koulutus, ohjaus ja johtaminen. Piilevät virheet voivat olla osa kaikkia prosesseja ja päivittäistä toimintaa. Voidaan siis yleistää, että turvallisuus ei ole erillinen asia tai toiminto. Piileviin tekijöihin voidaan puuttua vain siten, että ne tehdään näkyviksi järjestelmien johtamisesta tai käyttäytymisestä vastaaville henkilöille, jotta pahimpiin ongelmiin voidaan puuttua ajoissa. (Nurmi & Sulonen 2003) Nousiainen, Pulkkinen ja Tulonen (2006) tutkivat sähköalan ammattilaisten tapaturmien syitä haastattelemalla alalla työtä tekeviä sähköasentajia. Yleensä kiire, asiakkaiden vaatimus häiriöttömästä sähköstä tai ihmisen käytös kuten väliinpitämättömyys turvallisuutta kohtaan aiheuttavat sen, että sähköturvallisuudesta tingitään. Alan ammattilaisten mukaan kiire johtuu usein puolestaan liian kireistä aikatauluista, painostamisesta sekä ongelmista työn suunnittelussa, organisoinnissa ja työnjaossa. (Nousiainen et al. 2006) Turvallisuuskulttuuria muuttamalla voidaan vaikuttaa siihen, että sähkötyöturvallisuus on kaikille työtä tekeville yhtä tärkeää. Perinteisesti turvallisuutta on mitattu vasta jälkikäteen ei-toivottujen tapahtumien avulla, mutta kannattavampaa on käyttää ennakoivia mittareita turvallisuustason heikkenemisen havaitsemiseen ennen kuin vahinko on tapahtunut. Kun turvallisuus jäsennetään ei-toivotuiksi tapahtumiksi, teknisiksi turvallisuudeksi, johtamisjärjestelmäksi ja turvallisuuskulttuuriksi, saadaan vihjeitä erilaisista turvallisuusmittareista. (Nurmi & Simonen 2003) Onnettomuuden kohde ja vaaratekijä voivat olla olemassa ilman onnettomuuden mahdollisuuttakin. Vaarantuminen tapahtuu vasta, kun kohde ja vaaratekijä ovat ajallisesti ja paikallisesti vuorovaikutuksessa keskenään. Tämän ajatusmallin mukaan onnettomuudet voidaan välttää estämällä vaarantuminen joko poistamalla vaaratekijä, estämällä vaaratekijän vaikutus tai lieventämällä sen vaikutusta. (Nurmi & Simonen 2003) Erään teorian mukaan onnettomuudet johtuvat onnettomuusalttiiden ihmisten toiminnasta. Tämän teorian mukaan kaikki onnettomuudet olisi mahdollista ehkäistä motivoimalla paremmin ihmisiä ja eristämällä muita alttiimmat henkilöt. Tämänkaltaista teoriaa on voimakkaasti arvosteltu, sillä yleisesti uskotaan, ettei ihmisiä valitsemalla voida vaikuttaa turvallisuuteen. Onnettomuusalttiusteoriasta on enemminkin esitetty teorioita, joissa tarkastellaan ihmisyksilöiden sijaan organisaatioita, jolloin voidaan huomata eroja organisaatioiden onnettomuusalttiudessa ja etsiä eroihin vaikuttavia tekijöitä, esimerkiksi turvallisuuskulttuurista. (Nurmi & Simonen 2003) Tehokas riskienhallinta kattaa hyvin suunnitellut ja toteutetut varautumistoimenpiteet ennen onnettomuutta, onnettomuuden aikana (pelastautuminen, ensiapu ja alkusammutus sekä pelastus ja sammutus) sekä onnettomuuden jälkeen (jälkiva-

44 3. Sähkötyöturvallisuus 35 hinkojen torjunta ja toiminnan palauttamistoimenpiteet). Onnettomuustilanteiden varalle on organisaatioiden laadittava turvallisuussuunnitelma, jonka toteutumista kannattaa myös harjoitella etukäteen. Suunnitelma sisältää jokaisen organisaation omat varautumisohjeet jokapäivisiin häiriö-, vaara- ja onnettomuustilanteisiin. (Nurmi & Simonen 2003) Kun organisaatiossa päätetään riskiä pienentävistä toimenpiteistä, onnettomuuksien ehkäisyyn käytettäviä kustannuksia on hyvä verrata onnettomuuksista aiheutuvien kustannusten pienemiseen. Riskien ja kustannusten välillä on hyvä löytää optimi, jossa kokonaiskustannukset ovat minimissään. Optimitilaan pääsy ei välttämättä ole yksiselitteista, mutta siihen on aina pyrittävä. (Nurmi & Simonen 2003) Kustannuksia on hyvä pohtia, kun tehdään tarjouksia verkostotöistä, jotta työt voidaan tehdä turvallisesti sovitulla hinnalla ja sovitussa ajassa. Onnettomuuksia on pyritty ehkäisemään erilaisin keinoin ja keinot ovat muuttuneet sen mukaan, miten onnettomuuksien syiden tunnistaminen on kehittynyt. Turvallisuusajattelu on kehittynyt suojalaitteista ja suojauksista enemmänkin onnettomuuksa ennaltaehkäisevään suuntaan. Nykyään pyritään korostamaan turvallisuuden edistämisen merkitystä ennaltaehkäisyn sijaan. Suuntauksena on kehittää turvallisuustyötä turvallisuuden hallinnasta turvallisuusjohtamisen suuntaan. Yhteistyö turvallisuusalan ammattilaisten ja eri intressiryhmien välillä on tärkeää turvallisuustavoitteiden määrittämisessä ja edistämisstrategioiden suunnittelussa sekä toimeenpanossa. Tehokas turvallisuuden edistäminen lähtee siitä, että se on tunnistettu strategiseksi päämääräksi ja ylin johto on sitotunut tämän päämäärän tavoittelemiseen. (Nurmi & Simonen 2003) Turvallisuustyötä tehdään Suomessa erilaisten keskusteluryhmien kautta, mistä esimerkkkinä on HeadPower Oy:n Verkostoalan vertaisryhmä, jossa eri verkkoyhtiöiden ja urakoitsijoiden edustajat kokoontuvat noin kaksi kertaa vuodessa keskustelemaan. Turvallisuuden parantamisessa pitää kuitenkin muistaa, että ihmisiä ei voi muuttaa. Olosuhteisiin, joissa ihmiset työskentelevät, voidaan kuitenkin vaikuttaa. Tällä tavoin voidaan vaikuttaa myös ihmisten toimintaan. Käytännössä useimmat ratkaisut ihmisten toiminnassa havattuihin ongelmiin löytyvät ennemminkin tekniikasta kuin psykologiasta. (Nurmi & Simonen 2003) On tärkeää tarjota ihmisille turvallisia ja hyviä työvälineitä, joita on yksinkertaista käyttää, jotta turvalliset välineet saadaan todella käyttöön. Tällä tavoin saadaan olosuhteita muutettua. Vakavien onnettomuuksien syntymiseen ei tarvita välttämättä suuria laiminlyöntejä. Piilevien olosuhdetekijöiden seurauksena tehtävät aktiiviset virheet voivat päästä livahtamaan läpi turvajärjestelmien. Yksittäinen syy tai tapahtuma johtaa erittäin harvoin suuronnettomuuteen. Jotta vakavat onnettomuudet voidaan ennakoida ja torjuntatoimissa onnistutaan, on pyrittävä selvittämään ne mekanismit, joilla estetään pienten tapahtumien kasvu valtaviksi seurauksiksi. (Nurmi & Simonen 2003) Valtavat seuraukset voivat olla esimerkiksi työn tekijän pitkä sairasloma tai jopa kuolema.

45 4. PUUNPOISTON SÄHKÖTYÖTURVALLISUUSRISKIT Tässä luvussa tarkastellaan puunpoiston pahinta mahdollista sähkötyöturvallisuusriskiä. Asiaa tarkastellaan puun sähköisten ominaisuuksien avulla. Kaatuessaan linjalle puu aiheuttaa yleensä yksivaiheisen maasulun, jossa puu muodostaa suuriohmisen vikaimpedanssin. Verkon suojauksen kannalta suuriohminen vika on vaikea havaita ja katkaista. Lisäksi tässä luvussa tarkastellaan sähkölinjalle kaatuneen puun poistamisessa huomioitavia seikkoja. 4.1 Puun sähköinen mallinnus Suomessa yleisimmät puulajit ovat mänty, kuusi ja koivu, joista männyllä on yleensä paksut ja vahvat juuret sekä koivuilla ja kuusilla heikommat juuret. Sähköverkon kannalta kuuset ja koivut ovatkin ongelmallisia, koska ne taipuvat helposti sähkölinjalle aiheuttaen vikoja. Erityisesti nuoret koivut kaatuvat tai taipuvat myrkyissä ja lumen vaikutuksesta helposti sähkölinjan päälle. Tästä johtuen Pakonen on väitöstyössään keskittynyt tutkimaan, puuvikoihin liittyen, lähinnä kuusen ja koivun sähköisiä ominaisuuksia eri vuodenaikoina. (Pakonen 2007) Puun rungon rakenne on esitetty kuvassa 4.1, jossa sydänpuu on täysin kuollutta solukkoa ja pintapuu eli manto kuljettaa sekä varastoi vettä (Saranpää 2011). Mannon paksuus on yleisesti Etelä-Suomessa noin 10 cm, kun se Pohjois-Suomessa on noin 2 3 cm. Manto sisältää suurimman osan puussa olevasta kosteudesta. Amerikkalaisten tutkimusten mukaan havupuun sydänpuun keskimääräinen kosteus on 55 %, kun taas mannolla se on 143 %. Samaisten tutkimusten mukaan lehtipuilla vastaavat arvot ovat puolestaan 81 % ja 83 %. Suomalaisen männyn kosteusapproksimaatio sydänpuussa on % ja mannossa kosteus on %. Suurimmat approksimaatioarvot on tehty Pohjois-Suomessa. Mikäli puun kosteus suurenee, puun resistiivisyys pienenee. (Pakonen 2007) Kuiva puu on eriste, mutta orgaanisena aineena se on huokoinen aine, joka imee kosteutta itseensä hyvin (Aro et al. 2003). Metsässä kasvava puu ei ole eriste, vaan enemminkin puolijohde, koska se on kostea sisältä. Puun kosteus vaihtelee vuodenajan, lämpötilan ja kasvupaikan mukaan. Tämä vaihtelu vaikuttaa puun resistanssiin, joka vaihtelee myös lämpötilan vaikutuksesta. Puun resistanssi vaihtelee eri puulajeilla ja myös kasvupaikalla on vaikutusta puun resistanssiin. (Pakonen 2007)

46 4. Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskit 37 Kuva 4.1. Puun rakenne (Saranpää 2011). Pakosen tutkimuksen mukaan eri puulajien kosteuden vaihtelut on huomionarvoisampi asia kuin eri vuodenaikojen vaihtelu, sillä vuodenaikaiset vaihtelut ovat suhteellisen pieniä ja syyt tälle vaihtelulle eivät ole selkeitä. Puun kostein osa on juuret. Puun ikä ja laatu voivat vakuttaa kosteuden vaihteluun. Havupuilla vuodenaikainen kosteuden vaihtelu sydänpuussa ei ole merkittävää, mutta mannossa kosteus vaihtelee suuresti eri vuodenaikoina. Koivulla ja muilla lehtipuilla taas vuodenaikaiset vaihteluvat kosteudessa ovat havaittavissa sekä sydänpuussa että mannossa. Pohjoismaissa lehtipuiden kosteus on keskimäärin alhaisin kasvukaudella. Esimerkiksi koivulla kosteus on alhaisin kasvukauden aikana, mutta suurin kasvukauden alussa juuri ennen lehtien puhkeamista. (Pakonen 2007) Pakosen tutkimuksen mukaan lämpötilan vaihtelu vaikuttaa enemmän puun resistanssiin kuin maadoitusresistanssiin. Koska maan lämpötila muuttuu hitaammin kuin puun, maa pysyy jäässä toisin kuin puu, vaikka ilman lämpötila nousee yli 0 C. Näin tapahtuu esimerkiksi syksyisin ja keväisin, kun yöllä on pakkasta ja päivällä lämpimämpää. Syyskuun ja maaliskuun välillä puun resistanssi muuttuu enemmän latvassa kuin juurissa. (Pakonen 2007) Puun resistanssi vaihtelee muutamasta kilo-ohmista satoihin kilo-ohmeihin. Puun resistanssi on pienimmillään syksyllä, kun maa on vielä sula. Puun resistanssi on suurimmillaan keväällä, kun ilman lämpötila on alle 0 C ja maa on jäässä. Keväällä puun resistanssi on satojen kilo-ohmien luokkaa, vaikka ilman lämpötila olisi yli 0 C. Lämpötilan lasku aiheuttaa puun resistiivisyyden kasvua. (Pakonen 2007) Ihmiselle vaarallisin tilanne muodostuu syksyllä, kun puun resistanssi on pienimmillään eli puun johtavuus on suurimmillaan. 4.2 Sähkölinjalle kaatuneen puun poistaminen Sähkölinjalle kaatunut puu poistetaan nykyisen ohjeistuksen mukaan siten, että linja on jännitteetön ja työmaadoitettu standardin SFS 6002 ohjeistuksen mukaisesti. Vain sähköalan ammattilainen saa todeta jännitteettömyyden ja työmaadoittaa työkohteen. Suositeltavaa on, että työmaadoitus on nähtävissä työkohteesta. Kun nämä toimenpiteet on tehty, puu voidaan poistaa linjalta. Puunpoiston suorittaa puolestaan yleensä hyvin työhön opastettu metsuri. Sähkölinjalle kaatuneiden pui-

47 4. Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskit 38 den poisto on eräs vaikemmista töistä, joita metsurit tekevät. Valtioneuvosto on antanut asetuksen 749/2001 puunkorjuutyön turvallisuuteen, jota sovelletaan myös sähkölinjoille kaatuneiden puiden poistossa. Sähkötyöturvallisuuden suhteen noudatetaan standardin SFS 6002 mukaisia turvallisuusohjeita ellei työskentelyä tehdä jollakin muulla sähkötyöturvallisella tavalla. Metsuri ei yleensä ole sähköalan ammattihenkilö, mutta hänet pitää kouluttaa huomioimaan turvalliset etäisyydet sähkölinjaan työskentelyn aikana. Puun luontainen kasvusuunta on sähkölinjalle päin, koska oksisto kehittyy valoa kohden (Työsuojeluhallinto 2006). Kaatunut puu voidaan poistaa erilaisilla menetelmillä. Menetelmän valintaan vaikuttaa se, miten puu on kaatunut linjalle ja millainen juuripaakku puulla on. Menetelmän valintaan vaikuttaa myös kaatuneiden puiden määrä linjalla, sillä myrskyssä ryhmään kaatuneet puut käyttäytyvä eri tavalla kuin yksittäinen kaatunut puu. (HeadPower perehdytystuki 2011) Mikäli juuripaakku on kovin suuri ja painava, puu voi olla sähkölinjan päällä erittäin kevyesti eikä näin ollen rasita johdinta juuri lainkaan. Painava juuripaakku voi myös lisätä puun rungon painoa siten, että runko rasittaa johdinta suuresti. Ennen kuin juuripaakku poistetaan puun rungosta, tulee tyvipaakun katkaisun vaikutukset puunpoistoon arvioida huolellisesti. Koska vaihejohdin voi katketa tyvipaakun poistossa, on arviointi syytä suorittaa huolella. Johdin voi katketa, jos tyvipaakku lisää puun rungon painoa. (HeadPower perehdytystuki 2011) Puun juuripaakku on erilainen riippuen kasvupaikasta ja puulajista. Esimerkiksi kuusella tyvipaakku on hyvinkin ohut, koska kuusen juuret ovat lähellä maan pintaa sekä ne ovat usein ohuet ja laajat. Männyllä ja koivulla puolestaan juuret kasvavat syvemmällä kuin kuusella, joten juuripaakussa on enemmän maa-ainesta eli painoa mukana, kun puu kaatuu linjalle. Kosteassa maaperässä koivun ja männyn juuret ovat maan pinnalla, joten juuripaakku riippuu myös kasvupaikasta. (HeadPower perehdytystyki 2011) Juuripaakun lisäksi puunpoistossa pitää huomioida puun lahoisuus tai jäätyminen, ennen kuin aloitetaan poistamaan puuta. Lahopuu voi murtua aivan yllättäen poikki aiheuttaen poistajalle suuren vaaran. Jäinen puu on myös erittäin herkkä lohkeamaan poikki eri tavalla kuin, mitä lämpimänä vuodenaikana poistettu puu. (HeadPower perehdytystuki 2011) Eri puulajien latvojen oksat takertuvat eri tavoin vaihejohtimiin kiinni. Puunpoistossa pitää huomioda mahdollisuus, että puun latva jää kiinni vaihejohtimiin aiheuttaen johdinvaurioita tai -katkemia. Hidaskasvuisen kuusen latvus tarttuu melko helposti kiinni johtimiin, jolloin on työlästä poistaa latva vaihejohtimista. Koivu puolestaan jää harvoin kiinni vaihejohtimiin. (HeadPower perehdytystuki 2011) Yleensä puut kaatuvat sähkölinjan päälle myrskyssä, jolloin hakkuukoneen saanti monille hajanaisille kohteille on hankalaa (Työsuojeluhallinto 2006). Tällöin puu poistetaan yleensä moottorisahalla. Yleensä puusta katkaistaan ensin latva oksasahan avulla, jolloin tärkeää on oksasahan oikea asento sahauksen ajan. Latvan kat-

48 4. Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskit 39 kaisun jälkeen puu voidaan vetää pystyyn viputaljan avulla, jotta se saadaan pois sähkölinjasta. Tärkeintä puunpoistossa on työturvallisuus ja vasta toissijaisena asiana on kustannustehokkuus. Ikävä kyllä, taloudelliset seikat ja kiire voivat aiheuttaa sen, että työturvallisuudesta tingitään. 4.3 Pahin mahdollinen sähkötyöturvallisuusriski Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskejä mallinnetaan pahimman mahdollisen tilanteen mukaan. Pahin mahdollinen tilanne syntyy, kun linja ei olekaan jännitteetön ennen kuin puunpoisto aloitetaan. Pahimmassa tilanteessa ei ole myöskään tehty työmaadoitusta, jolloin vikavirta menee suurimmaksi osaksi puuta pitkin maihin. Kun puunpoistaja koskettaa puuta seisten puun vierellä, muodostuu kosketusjännite puunpoistajan ja maan välille. Puu voidaan mallintaa yksivaiheisessa maasulussa kuvalla 4.2, jossa on esitetty sähkölinjaan kaatunut puu, ja se miten resistanssit muodostuvat puussa. Jos ihminen koskettaa puuta, ihminen kytkeytyy puun rinnalle eli kuvassa 4.2 olevan resistanssien R 2 ja R maa rinnalle. Puun resistanssi vaihtelee muutamasta kilo-ohmista satoihin kilo-ohmeihin (Pakonen 2007). Ihmisen resistanssi on keskimäärin noin 1 kω, joten ihminen on melko hyvä johde verrattuna puuhun. Ihmisen resistanssiin vaikuttaa ihmisen kosteus, jännite ja se kuinka suuri vaikutuspinta-ala syntyy kosketeltavaan jännitteiseen esineeseen. (Elovaara & Haarla 2011b) Mikäli työmaadoitusta ei ole tehty, suurin osa vikavirrasta kulkee puuta pitkin maahan. Kosketusjännite muodostuu kuvassa 4.2 esitettyjen resistanssien R 2 ja R maa yli, jos ihminen koskettaa puuta 1,5 metrin korkeudella. Luvussa 6 esitettävissä mittauksissa tullaan puun resistanssit mittamaan kuvassa 4.2 esitettyjen korkeudella 0,2 m ja 1,5 m olevien pisteiden avullla. Kosketus- ja askeljännitettä voidaan pienentää esimerkiksi käyttämällä sopivia kenkiä. Näin ollen ihmisen resistanssin lisäksi kosketusjännitepiiriin vaikuttaa kenkien resistanssi, jolloin kosketusjännitevaatimukset pienenevät. Standardi SFS 6001 määrittää kosketusjännitearvoja, joissa on huomioitu kenkien ja erilaisten maaperien vaikutus suurimman sallitun jännitteeen arvoon. (SFS ) Näin ollen maaperällä ja ihmisen kengillä on vaikutusta siihen, miten suureksi kaatuneen puun ihmiselle aiheuttama kosketusjännite muodostuu. Pahinta mahdollista tilannetta tutkitaan kosketus- ja askeljännitemittauksilla, jotta puunpoiston todelliset sähkötyöturvallisuusriskit saadaan todennettua. Mittauksia ja niiden tuloksia tarkastellaan tarkemmin luvussa 6.

49 4. Puunpoiston sähkötyöturvallisuusriskit 40 Kuva 4.2. Kaatunut puu toimii jännitteenjakajana.