PAULA HEIKKILÄ SÄHKÖVERKON KUNNOSSAPITOJÄRJESTELMÄN KEHITYS

PAULA HEIKKILÄ SÄHKÖVERKON KUNNOSSAPITOJÄRJESTELMÄN KEHITYS Diplomityö Tarkastaja: professori Pekka Verho Tarkastaja ja aihe hyväksytty Tieto- ja sähkötekniikan tiedekuntaneuvoston kokouksessa 9. joulukuuta 2009

II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma HEIKKILÄ, PAULA: Sähköverkon kunnossapitojärjestelmän kehitys Diplomityö, 61 sivua, 3 liitesivua Kesäkuu 2010 Pääaine: Sähkövoimatekniikka Tarkastaja: professori Pekka Verho Avainsanat: Sähköverkko, vanheneminen, kunnossapito, kunnossapitojärjestelmä, kuntotarkastukset, Kuntoindeksi. Sähköverkossa olevat laitteet ja niissä käytettävät materiaalit vanhenevat ja kuluvat hitaasti erilaisten ulkoisten ja sisäisten vaikutusten takia. Vanhenemisen seurauksena materiaalien ominaisuudet heikkenevät ja laitteissa saattaa tapahtua sellaisia muutoksia, ettei laite enää pysty suoriutumaan sille asetetusta tehtävästä. Kunnossapidon avulla pyritään pitämään sähköverkko riittävän hyvässä toiminnallisessa kunnossa. Sen avulla pyritään ehkäisemään vikoja suorittamalla huoltoja ja vaihtamalla heikkokuntoiset osat pois verkosta. Kuntotarkastuksilla voidaan kerätä verkon nykykunnosta tietoa ja seurata materiaaleissa ja laitteissa ajan kuluessa tapahtuvia muutoksia. Nykyisin Kymenlaakson Sähkö Oy:ssä (KSOY) käytössä olevan kunnossapitojärjestelmän kapasiteetti on rajallinen ja sitä olisi tarpeellista kehittää, jotta pystyttäisiin hoitamaan tulevaisuudessa kasvava kunnossapitotöiden määrä. Järjestelmätoimittajalla on kunnossapitotietojen hakuun kehitetty kuntoindeksi mutta sitä ei ole otettu käyttöön, koska se on nykymuodossaan koettu toimimattomaksi. Työn keskeisenä tavoitteena on kehittää kuntoindeksiä vastaamaan paremmin nykyistä tarvetta. Kuntotarkastuksista saatava tietomäärä sähköverkosta ja sen tämän hetkisestä kunnosta on suuri, joten olisi tarpeellista pystyä löytämään siitä kunnossapitoon oleellisesti vaikuttavat tiedot nopeasti ja yksinkertaisesti. Työn teoriaosassa esitellään yleisesti materiaalien heikkenemiseen vaikuttavia tekijöitä ja niiden vaikutuksia eri materiaaleihin ja eristeisiin. Lisäksi esitellään vanhenemisesta komponenteille ja laitteille aiheutuvia haittoja. Seuraavaksi työssä tarkastellaan KSOY:n nykyistä kunnossapitojärjestelmää ja siihen liittyviä osatoimintoja, kuten kunnossapitotarkastusten suorittamista ja tarkastuksilla kerättyjen tietojen käyttämistä hyödyksi suunniteltaessa tarvittavia sähköverkon kunnostustoimia. Työssä tarkastellaan myös pääpiirteissään sähköverkon suunnittelussa huomioon otettavia asioita. Työn tuloksena on muodostettu paranneltu kuntoindeksi, jolla pyritään ottamaan huomioon mahdollisimman paljon sähköverkosta saatavilla olevaa tietoa. Indeksin perusajatuksena on, että verkossa oleville komponenteille annetaan pisteitä niiden perustietojen ja kuntotietojen perusteella. Lisäksi pyritään ottamaan mahdollisimman kattavasti mukaan muut kohteesta saatavilla olevat tiedot. Valitsemalla tietojen painotukset oikein, suurimman vaihtotarpeen omaavat kohteet saavat suurimmat indeksien arvot. Määrittelemällä indeksin eri luokille omat värit, saatuja arvoja on helppo tarkastella kartalla. Työssä on myös käsitelty muutamia asioita, joiden avulla muuta prosessia voisi muuttaa, jotta koko prosessista saataisiin toimivampi kokonaisuus.

III ABSTRACT TAMPERE UNIVERSITY ON TECHNOLOGY Master s Degree Programme in Electrical Engineering HEIKKILÄ, PAULA: Developing maintenance system of power distribution network Master of Science Thesis, 61 pages, 3 Appendix pages June 2010 Major: Electrical Energy Engineering Examiner: Professor Pekka Verho Keywords: Power-distribution network, aging, maintenance, maintenance system, inspections, index for maintenance. Power-distribution network constructions and materials age and are worn by different external and internal effects. Properties of the materials deteriorate with aging and some changes that cause constructions to become unable to fulfill their functions may occur. The goal of power-distribution network maintenance is to keep it in sufficient operational condition. Failures are prevented by frequent maintenance and by replacing components which are in weakest shape. Information on present condition of the network and on changes in materials and equipment caused by aging is obtained by inspections. At present capacity of the maintenance system is limited and it should be developed in order to manage rising amount of required maintenance work in the future. System supplier has developed a special index for managing maintenance data called Kuntoindeksi. Kymenlaakson Sähkö Oy (KSOY) does not use it at the moment because it has been perceived to be inadequate in its present state. The main objective of the thesis is to develop the index to better match current needs. Amount of data obtained by inspections on power network and on its current condition is considerable. Therefore it is important to be able to attain the most significant information to maintenance planning fast and easily. Theory part of the thesis presents properties of insulating materials and factors effecting deterioration of materials in general. Effects of aging on components and constructions are also discussed. KSOY s maintenance system and its sub-operations, like for instance the inspection practices and how inspection data is used for planning network maintenance actions, are reviewed. Basic principles and other issues which have to be accounted in power network planning are compactly introduced. As result of the research an improved index is created. The aim is to use all available data from power network. Basic idea of the index is to give to components points based on their basic information and maintenance data. Other available data is also taken into account as widely as possible. Index gives highest score to those components which are at the weakest condition if components weighting has been correct. By defining colour ratings to the results it is easy to examine them on the map. Other things that may change the process to become more functional as a whole are also considered.

IV ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty syyskuun 2009 ja toukokuun 2010 välisenä aika Kymenlaakson sähköverkko Oy:n antamasta aiheesta. Työn tarkastajana on toiminut professori Pekka Verho Tampereen teknillisestä yliopistosta. Osoitan hänelle kiitokset työn aikaisesta ohjauksesta. Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n puolelta työni ohjaajana toimi suunnittelupäällikkö Ralf Koho. Kiitän myös häntä sekä muita KSOY:n työntekijöitä, jotka ovat avustaneet työn tekemisessä. Ilman heidän tietämystä ja neuvoja työstä olisi tullut aivan erilainen. Kiitokset myös E.ON Kainuun Sähköverkko Oy:lle. Erityiset kiitokset ansaitsee avopuolisoni Olli. Kiitokset myös perheelleni tuesta koko opiskeluaikana. Kouvolassa 31.5.2010 Paula Heikkilä

V LYHENTEET, MERKINNÄT JA TERMIT Arrheniuksen yhtälö Arrheniuksen yhtälön avulla voidaan arvioida lämpötilan vaikutuksia materiaaliin. Neutraloitumisluku Neutraloitumisluku kertoo öljyn happamuusasteen. Paperin DP-luku Paperin DP-luku kertoo keskimääräisen glukoosirenkaiden määrän yhtä molekyyliä kohti. tan - mittaus Mittauksella voidaan määrittää epäpuhtauksien määrä öljyssä. EMV Energiamarkkinavirasto TSA Teema- ja Tilastoanalyysi A Reaktiolle ominainen vakio cos Tehokerroin E Aktivaatioenergia prosessille I Virta I k2 2-vaiheinen oikosulkuvirta I k3 3-vaiheinen oikosulkuvirta k B Boltzmannin vakio l Johtimen pituus P Pätöteho P h Pätötehohäviö P h (t) Häviöteho ajanhetkellä t P hmax Huippuhäviöteho R Resistanssi r Termisesti aktivoituvan reaktion nopeus tai johtimen ominaisresistanssi T Vuoden tunnit (8760h) t h Kuvitteellinen häviöiden huipunkäyttöaika U Jännite U alkupää Johdon alkupään jännite U h Jännitehäviö U h% Jännitteenalenema prosentteina alkupään jännitteestä Energiahäviö W h

VI SISÄLLYS 1. JOHDANTO... 1 2. SÄHKÖVERKON KOMPONENTTIEN VANHENEMINEN... 3 2.1. MATERIAALIN VANHENEMINEN YLEISESTI... 3 2.2. VANHENEMINEN ERISTEISSÄ... 6 2.2.1. Öljypaperieristys... 6 2.2.2. Muovit... 8 2.2.3. Ilmaeristykset... 9 2.3. VANHENEMISEN VAIKUTUKSET SÄHKÖVERKON KOMPONENTEISSA... 9 2.3.1. Avojohdot... 9 2.3.2. Pylväät... 10 2.3.3. Muuntajat... 13 2.3.4. Eristimet... 15 2.3.5. Maa- ja vesistökaapelit... 15 2.3.6. Erottimet... 17 2.3.7. Katkaisijat... 18 3. SÄHKÖVERKON PERUSPARANNUKSEN SUUNNITTELU... 19 3.1. SÄHKÖTEKNISET JA TALOUDELLISET PARAMETRIT... 19 3.2. TALOUDELLISUUSLASKENTA... 21 3.3. SÄHKÖVERKON HÄVIÖT... 22 3.4. JÄNNITTEENALENEMA... 23 3.5. JOHTIMEN KUORMITETTAVUUS JA KÄYTETTÄVÄ POIKKIPINTA... 23 3.6. KESKIJÄNNITEVERKON SUOJAUKSET... 24 3.6.1. Oikosulku... 25 3.6.2. Maasulku... 25 3.7. PIENJÄNNITEVERKON SUOJAUKSET... 26 3.8. VERKOSTOSTRATEGIAN HUOMIOIMINEN... 26 4. SÄHKÖVERKON KUNNOSSAPITO KSOY:SSÄ... 28 4.1. YLEISET KUNNOSSAPIDON STRATEGIAT... 28 4.2. SUORITETTAVAT KUNTOTARKASTUKSET KSOY:SSÄ... 29 4.2.1. Ilmajohtoverkkojen tarkastukset... 31 4.2.2. Muuntamotarkastukset... 33 4.3. KUNTOTIETOJEN HYÖDYNTÄMINEN... 35 5. NYKYINEN KUNNOSSAPITOSOVELLUS... 38 5.1. KOHTEILLA NÄKYVÄT KUNTOTIEDOT... 38 5.2. TEKLA XPOWER OFFLINE INSPECTIONS... 39 5.3. KUNTOINDEKSI... 40 5.4. KUNTOINDEKSIN KÄYTTÖ E.ON KAINUUN SÄHKÖVERKKO OY:SSÄ... 42 6. UUDISTETTU KUNNOSSAPITOPROSESSI... 44 6.1. KUNTOTARKASTUKSET... 44 6.2. ONLINE KUNTOTIETOJEN SYÖTTÖ... 45 6.3. KUNTOINDEKSI UUDISTETTUNA... 46 6.3.1. Kohteen peruspisteet... 47 6.3.2. Kohteen iän vaikutus kuntoindeksiin... 49 6.3.3. Kuntotietojen huomiointi kuntoindeksissä... 50 6.3.4. Ympäristön vaikutus kuntoindeksiin... 51 6.4. MUUN PROSESSIN MUUTOKSET... 51 7. ESIMERKKI KUNTOINDEKSIN LASKENNASTA... 53 7.1. TARKASTELTAVA ALUE... 53 7.2. KUNTOINDEKSI TARKASTELUALUEELLE... 55

VII 8. JOHTOPÄÄTÖKSET... 58 LÄHTEET... 60 LIITE 1: PROSESSIKAAVIO... 62 LIITE 2: TODELLISEN VERKON KUNTOINDEKSI... 63 LIITE 3: MUOKATUN VERKON KUNTOINDEKSI... 64

1 1. JOHDANTO Sähköverkko on rakentunut vuosien varrella nykyiseen muotoonsa. Nykyisen Kymenlaakson Sähkö Oy:n (KSOY) verkkoalueella rakentaminen oli kiivaimmillaan 60- ja 70-luvuilla. Sen jälkeen uuden verkon rakentamistahti on hiipunut. Vuosien aikana kehitys on mennyt monessa suhteessa eteenpäin. Laitteiden valmistukseen käytettävät materiaalit ovat kehittyneet ja käyttöön on tullut kokonaan uusia ominaisuuksiltaan parempia materiaaleja. Käytettävissä tekniikoissa on tapahtunut kehitystä, jolloin on pystytty rakentamaan entistä tehokkaampia ja kestävämpiä laitteita käytettäväksi sähköverkossa. Myös laitteiden tilantarvetta on saatu pienennettyä. Nyt muutamia vuosikymmeniä myöhemmin, alkaa tuolloin rakennetut verkonosat lähestyä käyttöaikansa loppua. Vanhimpia osia on jo jouduttu uusimaan mutta suurin tarve verkon uudistamiselle on vasta tulossa lähivuosina. Verkkoon on tehtävä suuria investointeja ja niiden oikea-aikainen kohdistamien tulee olemaan haasteellista. On mietittävä milloin ja missä järjestyksessä komponentteja aletaan vaihtaa uusiin sekä mitä teknisiä ratkaisuja käytetään uudella linjalla. Sähkön laatuvaatimukset ovat koko ajan tiukentuneet ja tulevaisuudessa niihin varmasti tullee tiukennuksia. Kuinka huomioidaan verkon kehittyminen suhteessa alueen muuhun kehitykseen sekä sähkönkulutuksen ja -laadun että ympäristön näkökulmasta katsottuna. Haastetta tulee myös sähkön tuotannon hajauttamisesta sen aiheuttamista muutoksista sähköverkkoon. Verkon pitkän aikavälin kehityksen pohjana toimii yhtiön verkostostrategia. Tavoitteena suunnittelussa on saada verkko vastaamaan tulevaisuuden tarpeita mutta kuitenkin pyrkimällä minimi kustannuksiin. Lähtökohtana on tämän hetkinen sähköverkko ja sen kunto. Sähköverkon ja monien käytettävien komponenttien pitoajat ovat pitkät, joten monilla ulkoisilla tekijöillä on merkitystä mietittäessä käytettäviä kehittämisvaihtoehtoja. Komponenttien ja laitteiden valmistamiseen käytetyt materiaalit eivät kestä käytössä muuttumattomina koko pitoaikaa. Ajan myötä ne vanhenevat ja niissä tapahtuu erilaisten rasitusten seurauksena heikkenemistä. Ne vaikuttavat materiaalin ominaisuuksiin haitallisesti, yleisimmin materiaalien mekaaninen kestävyys heikkenee tai laitteen kyky toimia huononee. Verkossa olevien laitteiden ja komponenttien vikaantumistodennäköisyys siis kasvaa. Keräämällä säännöllisesti tietoja sähköverkon kunnosta pystytään seuraamaan komponenttien kunnossa tapahtuvia muutoksia. Näin saatujen tietojen perusteella tehtävät huolto- ja kunnossapitotoimet voidaan kohdistaa alueille, joilla niistä saatava hyöty on suurin. Kunnossapidon tavoitteeksi voidaan ajatella verkkokomponentin

huoltamista tai vaihtamista uuteen ennen kuin se ehtii vikaantumisellaan aiheuttaa suurempaa haittaa. Koska sähköverkon saneeraaminen vaatii suuria investointeja, on kannattavaa säilyttää vanhat hyväkuntoiset verkonosat niin kauan kuin se on mahdollista huomioiden turvallisuus ja sähkön toimitusvarmuus. Aikoinaan sähköverkkoon asennetut komponentit ja laitteet ovat olleet sen aikaisen tietämyksen valossa hyviä ratkaisuja mutta käytön aikana osa näistä on havaittu huonommiksi kuin toiset. Yhtiössä nyt käytössä oleva kunnossapitoprosessi ei tarjoa riittävän tehokkaita keinoja tulevaa varten, jolloin pitäisi pystyä suunnittelemaan ja organisoimaan huomattavasti suurempi määrä kunnossapitotöitä kuin nyt on mahdollista. Työn tavoitteena on luoda kehitysvaihtoehtoja nykyiseen kunnossapitoprosessiin sekä erityisesti käytössä olevaan kunnossapitosovellukseen ja sen ominaisuuksiin. Työssä keskitytään parantamaan jo olemassa olevaa Kuntoindeksiä ja sen ominaisuuksia vastaamaan paremmin olemassa olevaa tarvetta. Tavoitteena olisi saada Kuntoindeksi sellaiseen muotoon, että se ottaisi huomioon tietojärjestelmissä jo olevaa tietoa sekä kuntotarkastusten yhteydessä kerättävää tietoa sähköverkon kunnosta. Tarkastuksista saatava tietomäärä on suuri ja kattava tarkastetun alueen osata. Tästä tietomäärästä tarvitsisi löytää prosessin kannalta oleelliset ja merkityksellisimmät tiedot nopeasti ja yksinkertaisesti. Eri kohteiden tietojen läpikäynti toistuu melko samanlaisena, joten olisi mahdollista, että tietokone hoitaisi osan tästä. Parannusehdotukset sovelluksen muiden osien käytettävyyteen ovat toivottu lisäarvo. Työn toisessa luvussa tarkastellaan, mitä muutoksia materiaaleissa ja laitteissa tapahtuu niiden vanhetessa. Luvussa esitellään vanhenemismekanismeja eri materiaalityypeille sekä eristyksille. Kolmannessa luvussa käsitellään melko yleisellä tasolla verkoston suunnittelussa huomioon otettavia tekijöitä. Seuraavassa luvussa tarkastellaan nykyistä kunnossapitokäytäntöä. Siinä esitellään millaisia kuntotarkastuksia suoritetaan ja miten saatuja tietoja käsitellään ja käytetään prosessin myöhemmissä vaiheissa. Nykyisin kunnossapidossa käytettävää järjestelmää ja sen ominaisuuksia esitellään lyhyesti luvussa viisi. Kuudennessa luvussa esitellään muutoksia, joilla sekä kuntoindeksiä että muuta järjestelmää voitaisiin parantaa. Seitsemännessä luvussa esimerkkialueelle lasketaan kuntoindeksi ja tarkastellaan millaisia vaikutuksia esitetyillä muutoksilla olisi saataviin tuloksiin. 2

3 2. SÄHKÖVERKON KOMPONENTTIEN VANHENEMINEN Sähköverkon osana olevan komponentin tai laitteen odotettavissa olevaan elinikään vaikuttaa monet tekijät. Merkittävin tekijä on laite itse ja sen ominaisuudet: mitä materiaaleja sekä rakenteita on valmistamisessa käytetty ja kuinka hyvin ne kestävät esiintyviä rasituksia. Onko kohde suunniteltu siihen tarkoitukseen ja toimintaympäristöön missä sitä käytetään. Valmistus- ja testausmenetelmillä on myös vaikutusta pitkäaikaiseen kestävyyteen. Laitteelta odotettavaan käyttöikään voidaan vaikuttaa suorittamalla sille käytön aikana huolto- ja korjaustoimenpiteitä. Materiaaleissa tapahtuva vanheneminen on seurausta erilaisista mekaanisista, kemiallisista, termisistä ja sähköisistä rasituksista, jotka vaikuttavat komponenttien tai laitteiden valmistusmateriaaleihin. Rasitusten seurauksena materiaaleissa tapahtuu monenlaisia muutoksia joiden vaikutukset ilmenevät yleensä materiaalien ominaisuuksien heikkenemisenä. Materiaalit eivät enää täytä niiltä vaadittavia ominaisuuksia. 2.1. Materiaalin vanheneminen yleisesti Ajan kuluessa väistämättä materiaalit vanhenevat ja niiden ominaisuudet heikkenevät. Tyypillisimmin vaikutukset näkyvät mekaanisen kestävyyden heikkenemisenä. Eristemateriaaleilla voidaan havaita sähköisten ominaisuuksien heikkenemistä. [1] Sähköverkossa olevaan komponenttiin vaikuttaa rasituksia, jotka aiheuttavat materiaaleihin hitaasti eteneviä muutosprosesseja. Vanhentavat tekijät voidaan jakaa niiden aiheutumistavan mukaisesti mekaanisiin, sähköisiin, termisiin ja kemiallisiin vaikutuksiin. Asennusympäristö ja -olosuhteet tuovat oman lisän komponenttiin kohdistuviin rasituksiin. Joidenkin ympäristön aiheuttamien rasitusten vaikutus näkyy, vaikkei komponenttia olisikaan kytketty verkkoon. Näiden eri tekijöiden vaikutukset materiaalin ominaisuuksiin eivät saisi olla nopeita. [1;2] Mekaaniset vaikutukset Monet ulkoiset voimat aiheuttavat sähköverkon komponentteihin mekaanisia rasituksia. Tällaisia voimia ovat esimerkiksi tuuli ja jää. Myös johtimiin nojaavat oksat ja kaatuneet puut aiheuttavat mekaanista rasittumista. Johtimiin vaikuttaa monen suuntaisia voimia johtuen eri tekijöistä. Kiinnitysten kautta voimavaikutukset siirtyvät rakenteessa eteenpäin aina orsiin ja pylväisiin asti. Kytkentä- ja vikatilanteissa syntyvät transienttivirrat voivat olla moninkertaisia verrattuna normaalitilanteen virtoihin ja

4 niistä aiheutuu mekaanisia rasituksia käytettäville rakenteille. Rakenteiden kestävyyden kannalta on tärkeää pyrkiä hallitsemaan näiden virtojen suuruuksia. [1;2] Mekaanisia rasituksia ovat myös materiaaleihin kohdistuvat iskut tai vastaavat. Kolhun tai kovan iskun vaikutuksesta materiaaliin voi syntyä halkeamia tai se voi vaurioitua kokonaan. Yleensä metallit kestävät hyvin iskuja mutta eristemateriaaleista varsinkin lasi ja posliini sekä muut keraamiset aineet kestävät heikosti iskuja ja muita kolhuja. [1] Rasitusten seurauksena materiaaleissa voi ilmetä muodon tai koon muutoksia. Niillä voi olla vaikutusta materiaalin mikroskooppiseen rakenteeseen eli materiaaliin voi syntyä hyvin pieniä onteloita, joiden vaikutuksesta sähköinen vanheneminen voi nopeutua. Osittaispurkaukset voivat saada alkunsa näistä mekaanisten rasitusten seurauksena syntyneistä onkaloista ja lopulta johtaa eristeen tuhoutumiseen. Materiaalin ollessa muiden syiden takia heikentynyt, mekaanisten rasitteiden vaikutukset korostuvat huomattavasti ja niillä on todettu olevan muihin materiaaleja heikentäviin prosesseihin kiihdyttävä vaikutus. [1] Sähköiset vaikutukset Kaikkiin käytössä oleviin sähkölaitteisiin vaikuttaa aina normaali käyttöjännite eli jonkinlaista sähköistä vanhenemista tapahtuu koko ajan jännitteisissä osissa. Lisäksi kytkentätilanteissa ja esimerkiksi salamaniskuista aiheutuvat syöksyaallot aiheuttavat sähköisiä rasituksia. Häiriötilanteissa esiintyvät vikavirrat kuormittavat varsinkin eristeitä sähköisesti. Paljon eristeen kestokyvyn yli menevä hetkellinen jännite voi aiheuttaa koko eristeen tuhoutumisen. Syöksyaalloista ja vikavirroista aiheutuu myös mekaanisia voimia sekä lämpenemistä. [2] Jo valmistusvaiheessa tai myöhemmin materiaaliin syntyneissä mikroskooppisissa onkaloissa käynnistyy sähkökentän vaikutuksesta osittaispurkauksia ja varsinkin eristeiden pitkäaikaiselle kestävyydelle ne ovat haitallisia. Purkausten vaikutuksesta onkalot suurenevat vähitellen. Pitkä ajan kuluttua kun ontelot ovat suurentuneet riittävästi ja johtava käytävä on muodostunut koko eristeen läpi ja tapahtuu läpilyönti. Sen seurauksena eristeen läpilyöntilujuus menetetään. [1;2] Termiset vaikutukset Varsinkin eristemateriaaleilla yksi suurimmista vanhenemiseen vaikuttavista tekijöistä on lämpötila ja sen aiheuttamat termiset rasitukset. Eristeen käyttölämpötila voi suuresti määritellä odotettavissa olevan käyttöiän, sillä pitkäaikainen käyttö korkeissa lämpötiloissa lyhentää merkittävästi käyttöikää. [2] Tyypillisesti lämpötilan aiheuttamat vaikutukset näkyvät laajalla alueella materiaalissa ja tapahtuvien muutoksien kriittisyys riippuu vaikutusajasta ja vaikuttavasta lämpötilasta. [1] Eriste ei rikkoudu heti jonkin tietyn lämpötilatason ylittämisen jälkeen vaan korkeassa lämpötilassa tapahtuu vähittäistä heikkenemistä, joka lopulta johtaa eristeen tuhoutumiseen. Eristemateriaalin lämpötilakertoimen arvo on negatiivinen ja suhteellisen suuri. Jo pieni muutos lämpötilassa aiheuttaa suuren muutoksen materiaalin resistanssiin. Sen seurauksena virran jakautuminen materiaalissa ei ole tasaista ja heikoimmat kohdat kuormittuvat

5 eniten. Jos lämmön johtuminen pois eristeestä ei ole riittävän tehokasta, vahvasti kuormitetuissa kohdissa lämpötila nousee voimakkaasti. [2] Erityisesti alkuperältään orgaaniset eristeet ovat alttiita lämpötilan aiheuttamille muutoksille. Ne muodostuvat pitkistä molekyyliketjuista ja lämpötilan vaikutuksesta ketjut hajoavat aiheuttaen muutoksia ominaisuuksiin. [1] Lämpötilan aiheuttama vanheneminen eristeissä tapahtuu kemiallisten reaktioiden kautta. Korkeassa lämpötilassa reaktioiden todennäköisyys kasvaa. Tapahtuvia muutoksia voidaan tarkastella kokeellisesti todetun Arrheniuksen yhtälön avulla. Yhtälön mukaan termisesti aktivoituvan kemiallisen reaktion nopeus r riippuu absoluuttisesta lämpötilasta T yhtälön (1) esittämällä tavalla E Tk B r = Ae (1) Yhtälössä A on reaktiolle ominainen vakio, E on aktivaatioenergia prosessille ja k B on Boltzmannin vakio. Yhtälö perustuu olettamukseen, että eriste muuttuu vain yhden tunnetun reaktion kautta. Lisäksi oletetaan, että yhtälössä käytettävät arvot pysyvät vakioina koko tarkasteltavalla lämpötila-alueella. Nämä ehdot eivät useinkaan käytännössä toteudu. [1;2] Kemialliset vaikutukset Hapen vaikutuksesta orgaaniset eristemateriaalit alkavat hapettua. Jos estetään hapen pääsy materiaalin kanssa kosketuksiin, tapahtuvat muutokset ovat lähinnä pyrolyysin tai hydralyysin aiheuttamia. Näiden reaktioiden katalyyttinä voi toimia esimerkiksi vesi, joka kiihdyttää selluloosan pyrolyysiä. Hapettumista kiihdyttävät happamat yhdisteet. Vanhenemisen seurauksena eristeissä voi käynnistyä happoja muodostavia prosesseja, mikä nopeuttaa materiaalin heikentymistä. Synteettiset polymeerit voivat polymeroitua lisää. Kemiallisten vaikutusten aiheuttamat muutoksista johtavat yleisesti mekaanisen kestävyyden heikkenemiseen. Haurastuminen ja halkeamat voivat johtaa osittaispurkausten lisääntymiseen. [1] Ympäristön vaikutukset Asennusolosuhteet vaikuttavat käytettävien materiaalien pitkäaikaiseen kestävyyteen. Vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa kosteus, lika ja pöly, öljyt sekä erilaiset hapot ja emäkset. Varsinkin vanhoihin eristeisiin kosteutta pääsee tunkeutumaan erilaisten pinnan säröjen ja huokosien kautta aiheuttaen vuotovirtoja ja vikaantumisriskin kasvun. Teollisuuden läheisyydessä voi ilmassa olla erilaisia epäpuhtauksia. Hapot ja emäkset heikentävät suoraan eristeiden eristysresistanssia ja ovat myös korrodoivia aineita. Eristysten pinnalle kertyvä lika ja pöly muodostavat rakenteiden pinnalle lämpöä eristävän kerroksen. Lämmön siirtyminen pois rakenteesta hidastuu josta seuraa sisälämpötilan nousu. Ja kuten jo aiemmin todettiin, kohonnut lämpötila edistää termistä vanhenemista. Jos kertynyt likakerros kostuu se heikentää eristysominaisuuksia ja kosteuden vaikutuksesta pinnalla voi esiintyä vuotovirtoja. [2]

6 2.2. Vanheneminen eristeissä Eristyksissä käytettäviin materiaaleihin kiinnitetään erityistä huomiota. Harkitsemalla tarkasti käytettävät eristemateriaalit ja rakenteet, voidaan varmistua, että lopullinen eristys kestää siihen käytön aikana kohdistuvat erilaiset voimavaikutukset. Lopulliseen eristerakenteen vaurioitumiseen johtavat tapahtumat määräytyvät hyvin monien osatekijöiden yhteisvaikutuksena. Rasituksista aiheutuvat materiaalia heikentävät vaikutukset kerrostuvat. Ne liittyvät tiiviisti toisiinsa nopeuttaen tai jopa mahdollistaen toisten esiintymisen. Näistä syistä johtuen harvoin voidaan osoittaa yksittäistä selkeää syytä, joka on aiheuttanut eristyksen pettämisen. [1] Seuraavassa tarkastellaan yksityiskohtaisemmin eri tekijöiden vaikutuksia materiaaleihin. Tarkastelun pääpaino on erilaisissa eristeissä, sillä niissä tapahtuvat muutokset ovat paljon suurempia kuin metalleissa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että eristeiden kestävyys määrittää sähköverkossa käytettävien laitteiden odotettavissa olevan käyttöiän. 2.2.1. Öljypaperieristys Öljypaperieristys muodostuu paperista ja öljystä. Paperi tarvitaan antamaan rakenteelle tarvittava mekaaninen tuki ja samalla se toimii eristeenä. Öljyn pääasiallinen tehtävä on toimia eristeenä mutta myös jäähdyttimenä. Eristys muodostetaan kiertämällä paperia limittäin jännitteisten osien ympärille. Limittäisyydellä mahdollistetaan öljyn liikkuminen eri paperikerrosten väleissä. [1;2] Paperi muodostuu selluloosamolekyyleistä, jotka ovat muodostuneet pitkistä riveistä toisiinsa kiinnittyneitä glukoosirenkaita. Molekyylit kiinnittyvät toisiinsa vetysidoksin. Paperieristeen kunnon mittana käytetään usein paperin DP-lukua (degree of polymerisation). Se tarkoittaa keskimääräistä glukoosirenkaiden lukumäärää yhtä molekyyliä kohti. Uuden eristepaperin DP-luku on noin 1000 1300 ja luvun ollessa noin 150 200 paperin tekninen käyttöikä on lopussa. Tällöin paperin ominaisuuksissa on tapahtunut niin merkittäviä muutoksia, ettei se enää täytä sille asetettuja vaatimuksia. [1] Pääsääntöisesti paperin vanheneminen johtuu liian korkeasta lämpötilasta eristerakenteessa. Reaktioiden todennäköisyys kasvaa lämpötilan kasvaessa ja eristyksen elinikää voidaan mallintaa käyttämällä Arrheniuksen yhtälöä. Lämpötilan nousu voi aiheutua jos jäähdyttimenä toimivan öljyn jäähdytysominaisuudet ovat heikentyneet. [1,2] Öljyssä ja paperissa tapahtuvien erilaisten kemiallisten reaktioiden myötä öljyyn syntyy saostumia, johtavia epäpuhtauksia, vettä ja happamia yhdisteitä. Näistä vesi ja happamat yhdisteet ovat erityisen haitallisia paperin kannalta. Ne vaikuttavat varsinkin mekaanisiin ominaisuuksiin. Paperin muodostavat ketjut pilkkoontuvat kemiallisten reaktioiden seurauksena ja paperin polymeroitumisaste laskee. Se näkyy paperin DP-luvun laskuna. Paperin sähköisiin ominaisuuksiin tällä ei ole suurta vaikutusta. Muut syntyvät hajoamistuotteet lähinnä nopeuttavat muiden vanhenemismekanismien etenemistä. [1;3]

Paperiin sitoutuneen kosteuden määrä vaihtelee lämpötilan funktiona. Kosteuden määrää eristeessä voidaan arvioida käyttäen öljyn kosteuden perusteella tehtyjä tasapainokäyriä. Näin saadut tulokset eivät kuitenkaan ole kovin luotettavia, sillä menetelmään sisältyy monia epävarmuustekijöitä. Menetelmällä saadaan vain suuntaaantava arvio kosteuden määrästä. [1] Eristerakenteessa olevan kosteuden määrä pyritään pitämään mahdollisimman alhaisena, koska kosteus aiheuttaa öljyyn epähomogeenisuutta sekä vanhentaa paperia. Yleisin syy öljyn vanhenemiseen on juuri kosteus. Vettä muodostuu öljyssä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden seurauksena ja se voi muodostaa öljyn kanssa emulsion tai olla vapaana esimerkiksi kerääntyneenä muuntajan öljysäiliön pohjalle. Veden vaikutus eristysominaisuuksiin riippuu missä muodossa se on. Eristyksen kosteus aiheuttaa ongelmia Suomessa kylmien talvien takia, sillä alhaisissa lämpötiloissa suurin osa kosteudesta on sitoutuneena kiinteään eristeeseen. Toisaalta alhaisista lämpötiloista on myös hyötyä koska ne hidastavat korkeasta lämpötilasta johtuvia reaktioita. [1] Paperin kunnon seuranta käytössä olevasta eristeestä on vaikeaa, sillä paperista on lähes mahdotonta ottaa näytettä ilman, että koko eristerakenne tuhoutuisi. Valmistusvaiheessa esimerkiksi muuntajaöljyyn voidaan lisätä erityisiä näytepaperipaloja, joita voidaan tarvittaessa ottaa tutkittavaksi. Harvoin näytepalat kuitenkaan edustavat huonointa mahdollista tilannetta eristyksessä mutta niistä saa jo varsin hyvän kuvan paperin tilasta esimerkiksi määrittämällä DP-luvun. Koska paperin tilaa on käytön aikana vaikea seurata, pyritään ennaltaehkäisemään koko rakenteen heikentymistä. Etenkin veden pääsy eristykseen pyritään ehkäisemään. [1;2;3] Eristyksessä käytettävä öljy hapettuu samoin kuin muutkin orgaaniset aineet. Hapettumisen aiheuttaa ketjureaktio, joka käynnistyy kun öljyn hiilivetymolekyylit reagoivat ilmassa olevan hapen kanssa. Hiilivetymolekyylit hajoavat vetyperoksidiksi, joka hajoaa helposti edelleen muodostaen vapaita radikaaleja. Hapettumisen seurauksena joihinkin öljyihin syntyy öljyyn liukenevia happamia yhdisteitä, jotka taas vahingoittavat paperieristyksiä. Osa öljyistä saostuu, jolloin niiden jäähdytysominaisuudet heikkenevät ja lämpötila muuntajassa nousee. Lämpötila vaikuttaa voimakkaasti öljyn hapettumisnopeuteen, sillä reaktiot tapahtuvat herkemmin kuumassa kuin kylmässä öljyssä. Tapahtuvia reaktioita kiihdyttävät metalliepäpuhtaudet kuten kupari, rauta ja lyijy. Öljyssä tapahtuvia reaktioita voidaan hidastaa sekä jossain määrin ehkäistä käyttämällä inhibiittejä. Ne sitovat hapettumisen aikana syntyviä vapaita radikaaleja. Hyvä muuntajaöljy sisältää jo luonnostaan jokin verran näitä ja ominaisuuksien parantamiseksi niitä voidaan vielä lisätä öljyyn. [1;3] Eristeenä olevan öljyn tilaa voidaan seurata ottamalla siitä säännöllisesti näytteitä ja analysoimalla ne. Öljystä voidaan esimerkiksi mitata happamuusastetta mittaava neutraloitumisluku sekä läpilyöntilujuus ja vesipitoisuus. Öljyssä olevien epäpuhtauksien määrää voidaan tutkia tan -mittauksilla. Jos tutkimuksissa havaitaan, että öljyn kosteuspitoisuus on suuri tai että siinä on liikaa epäpuhtauksia, se voidaan kuivattaa ja suodattaa. Todella huonokuntoiselle öljylle ei enää kannata tehdä mitään vaan se vaihdetaan uuteen. [1] Koska suurin osa kosteudesta on sitoutuneena paperiin ja 7

8 vain pieni osa siitä sekoittuneena öljyyn, pelkän öljyn kuivattamisesta saatavat hyödyt jäävät melko vähäisiksi. Paras hyöty saadaan kuivattamalla samalla kertaa koko eristys. [1;3] 2.2.2. Muovit Eristeinä käytössä olevat polymeerit voidaan jakaa kerta- ja kestomuoveihin. Nämä ryhmät käyttäytyvät hieman eri tavoin mekaanisten rasitusten ja lämpötilan vaikutuksen suhteen. Tarkasteltaessa pitkäaikaista sähkölujuutta molemmilla ryhmillä tärkein läpilyöntimekanismi liittyy osittaispurkauksiin. Rasitukset vaikuttavat ajan kuluessa heikentävästi polymeerien kemiallisiin, sähköisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. [1] Pääasiassa vapaat radikaalit vaikuttavat polymeereillä tapahtuviin kemiallisiin reaktioihin. Ne reagoivat erittäin herkästi ja näin aiheuttavat materiaalin muuttumista. Reagoidessaan vapaat radikaalit voivat katkoa pitkiä polymeeriketjuja lyhyemmiksi tai synnyttää uusia siltoja jo olemassa olevien lisäksi molekyylien välille. Myös auringon UV-säteily katkoo polymeeriketjuja ja näin aiheuttaa polymeerien haurastumista. [1] Alhaiset lämpötilat voivat olla kriittisiä muovien kestokyvylle. Esimerkiksi epoksin sisään valetuilla osilla on usein pienempi lämpölaajenemiskerroin kuin epoksilla itsellään, jolloin lämpötilan laskiessa riittävän alhaiseksi materiaalissa voi syntyä lämpöjännityksiä, jotka voivat johtaa murtumiin. Alhaiset lämpötilat myös aiheuttavat muovien haurastumista ja niiden iskunkestävyys heikkenee. Riittävän korkeassa lämpötilassa kovatkin muovit voivat muuttua kumimaisiksi, mikä aiheuttaa niiden mekaanisen kestävyyden ja sähkölujuuden heikkenemisen. Mekaaninen rasitus aiheuttaa muovien virumista. [1] Muovieristeiden valmistusprosessissa ei voida täysin estää mikroskooppisten pienten onkaloiden (halkaisija 1-30m) syntymistä. Lisäksi siinä jää aina jonkin verran epäpuhtauksia sekä pientä epähomogeenisuutta. [1] Myös mekaaniset rasitukset ja lämpötilan vaihtelut yhdessä valmistusprosessin jälkeen jatkuvan hitaan kiteytymisen kanssa voivat synnyttää onteloita. Niissä voi alkaa tapahtua osittaispurkauksia, jotka johtavat läpilyöntiin. [1] Periaatteessa läpilyönnin kehittyminen voidaan jakaa kolmeen osaan. Aluksi ilmenevissä osittaispurkauksissa aiheutuu hidasta ja suhteellisen tasaista vaurioitumista onteloiden seinissä (aika 0-t 1 ). Purkaukset alkavat keskittyä tiettyihin ontelon kohtiin ajan kuluessa. Näihin kohtiin joihin purkaukset keskittyvät, alkaa muodostua syvennyksiä (aika t 1 -t 2 ). Ajan edelleen kuluessa syvennykset kuluvat lisää ja niistä kehittyy johtavia kanavia eristysmateriaaliin. Lopulta näistä kanavista kehittyy puumainen muodostelma koko eristeen läpi ja tapahtuu läpilyönti. Vaiheista viimeinen tapahtuu nopeasti. Yleisesti eristeen elinikänä voidaan pitää aikaa t 1, koska t 1 >>t 3 -t 1. Ensimmäisen vaiheen pituutta on kuitenkin erittäin vaikea arvioida; milloin tapahtuvat osittaispurkaukset ovat muuttuneet eristyksen kannalta kriittisiksi ja läpilyönti on lähellä. [1] Ontelot edesauttavat osittaispurkausten syttymistä materiaalissa ja siten myös sähköpuiden syntyä. PE -eristykset ovat erityisen herkkiä osittaispurkausten vaikutuksille ja PEX -eristeet kestävät niitä jonkin verran paremmin. [4]

9 2.2.3. Ilmaeristykset Ilma on käytetyin eristeaine monilla jännitetasoilla vaikka sen läpilyöntilujuus on melko pieni. Ilman kanssa rinnan on oltava jokin kiinteä eristemateriaali, joka toimii koko eristyksen tukirakenteena. Eristeiden rajapinnat ovat aina heikoimmat kohdat eristyksessä joten ilman ja kiinteän eristeen rajapintaan on kiinnitettävä erityistä huomiota. Ilmaeristyksen ei varsinaisesti voi sanoa vanhenevan. Esimerkiksi valokaaren syntyessä ilmassa tapahtuu erilaisia reaktioita, jotka muuttavat ilman koostumusta paikallisesti. Ilman päästessä vapaasti liikkumaan sen voidaan sanoa olevan palautuva eriste, koska valokaaren sammumisen jälkeen eriste on palautunut normaaliin johtamattomaan tilaan. Eristerakenteen jännitelujuuden määrittää lähinnä ilman kanssa rinnan oleva kiinteä eriste ja sen ominaisuudet. Ilman jännitelujuuteen vaikuttavat käytettävä jännite ja ilmavälin pituus, kiinteän eristeen muotoilu ja rasitusaika. Erilaisilla olosuhdetekijöillä on myös osuutta siihen, että milloin ylilyönti tapahtuu. Olosuhdetekijöitä voivat olla esimerkiksi ilman paine ja lämpötila, vallitseva ilmankosteus ja ilmassa olevat epäpuhtaudet. [1] 2.3. Vanhenemisen vaikutukset sähköverkon komponenteissa Sähköverkossa olevat komponentit ovat valmistettu eri materiaaleista, joten niissä tapahtuvat vanhentavat prosessit ovat erilaisia. Lopulta materiaalien vanhenemisen seurauksena aiheutuvat tyypillisimmät viat ovat erilaisia eri komponenttityypeillä. Seuraavassa esitellään tärkeimpien verkossa olevien komponenttien vanhenemisesta seuraavia vaikutuksia sen kykyyn täyttää sille asetetut vaatimukset. Esiteltävät komponenttien ja laitteiden vikatyypit ovat havaittu yleisimmin esiintyviksi mutta muitakin mahdollisuuksia on paljon. Laitteissa tapahtuva vanheneminen on monien eri osatekijöiden summa, joten on vaikeaa ennustaa millaiseen vikaantumiseen ne johtavat. 2.3.1. Avojohdot Aikaisemmin johdinmateriaalina oli yleisesti käytössä kupari, koska sillä on hyvät sähköiset ominaisuudet. Nykyisin on siirrytty suurelta osin käyttämään erilaisia alumiini- ja teräsrakenteita, sillä kupari on painavaa ja hinnaltaan melko kallista. Alumiinin sähköisten ominaisuuksien ollessa huonommat, niin tarvitaan paksumpia poikkipintoja. Rakenteensa puolesta johdot voidaan jakaa avojohtoihin, päällystettyihin avojohtoihin sekä riippukaapeleihin. Nykyisin keskijännitteellä on käytössä lähinnä avojohtoja ja pienjännitteellä on AMKA riippukierrekaapeli käytössä. Saavutettaviin pitoaikoihin vaikuttavat hyvin monet tekijät asennusolosuhteista aina käytönaikaisiin ylijännitteisiin. Johdinrakenteen lujuuteen ja siten myös ilmalinjojen odotettavissa oleviin käyttöaikoihin voidaan vaikuttaa käytettävän rakenteen valinnalla sekä niihin käytettävillä materiaaleilla. Kiinnittämällä huomiota oikeaoppiseen asentamiseen ja

10 oikeiden asennustarvikkeiden käyttöön voidaan teknistä käyttöikää saada pidennettyä. [5] Johtimen ympäristöstä aiheutuu lämpötilan, UV-säteilyn, kemiallisten yhdisteiden sekä ilmansaasteiden aiheuttamia vaikutuksia. Valmistajat ovat määritelleet eristyksille suurimmat sallitut lämpötilat, joita ei tulisi ylittää. Rajojen ylittäminen nopeuttaa vanhenemista. UV-säteily haurastuttaa varsinkin eristemateriaaleja ja tätä pyritään ehkäisemään kehittämällä UV-säteilyn suhteen kestävämpiä materiaaleja. Lisäksi käyttöolosuhteilla on vaikutusta, koska jää, routa ja tuuli aiheuttavat vaurioita ilmajohtorakenteisiin. Teollisuudesta tai liikenteestä aiheutuva tärinä vaikuttaa rakenteisiin haitallisesti. [1] Usein nämä edellä mainitut tekijät vahvistavat toistensa aiheuttamia vaikutuksia. Päällystetyillä johdoilla veden pääsy rakenteisiin ja eristyksen sisään nopeuttaa aina vanhenemisprosessia. Eristykset pyritään tekemään mahdollisimman tiiviiksi mutta erilaisten päällysvaurioiden seurauksena vesi pääsee tunkeutumaan eristemateriaalin sisään. Tällä hetkellä keskijännitteisten alumiini- ja teräsalumiinirakenteisten ilmajohdinten ja pienjännitekaapeleiden teknisen pitoajan odotusarvo on karkeasti 50 70 vuotta. [4] 2.3.2. Pylväät Keski- ja pienjänniteverkoissa käytettävistä pylväistä suurin osa on ns. I-pylväitä ja tarvittaessa niihin asennetaan sivutukia, haruksia tai muita tarvittavia lisäkomponentteja. Keskijänniteverkossa pylväillä käytetään erityyppisiä orsirakenteita, joilla johtimet kiinnitetään pylväisiin. Aiemmin orsirakenteissa käytettiin puuta mutta nyt on siirrytty käyttämään metallisia orsia. Pienjänniteverkossa yleinen ratkaisu on käyttää riippukierrejohtoa, joka kiinnitetään pylvääseen koukuilla. [1;5] Suomessa on tällä hetkellä käytössä pääasiassa CCA:lla ja kreosoottiöljyllä kyllästettyjä puupylväitä. Näiden lisäksi ovat käytössä CC-kyllästeet, jotka sisältävät vain kromia ja kuparia. [6] Teoriassa CCA:n ja kreosoottiöljyn suojavaikutukset ovat suunnilleen yhtä hyvät, jos kyllästys on suoritettu oikein ja se on onnistunut hyvin. Hyvälaatuisen kyllästyksen edellytyksenä on kyllästysaineen oikea koostumus ja määrä. Lisäksi kyllästeen on tunkeuduttava riittävän syvälle puuhun ja kyllästeen kiinnityksen on onnistuttava. Kreosoottiöljy antaa pylväille hieman kosteussuojaa, joten se pidentää hieman pylväiden teknistä käyttöikää. [4] Suolakylläste CCA on keksitty jo vuonna 1933 ja sen käyttö on Suomessa aloitettu jo vuonna 1949. Se on suolakylläste ja se muodostuu kromista, kuparista sekä arseenista. CCA:ssa kromi toimii kyllästeen kiinnittäjänä puuhun. Ajan sekä lämpötilan vaikutuksesta yhdisteessä oleva kuusiarvoinen kromi muuttuu kolmiarvoiseksi, joten kyllästeen pysyvyys on melko hyvä. CCA-kyllästeistä parhaiten kiinnittyvä on C- tyyppi. CCA-kyllästeen C-tyypin parhaita puolia ovat sen tahraamattomuus ja varsin hyvä pysyvyys puussa. Nykyisin CCA-aineilla kyllästäminen on kielletty koko EU:n alueella joten näillä aineilla kyllästetyn puun käyttäminen uudisrakentamisessa on loppunut. Arseenia sisältävän kyllästetyn puun markkinoille uudelleen luovuttaminen ja

11 käyttö on komission asetuksen (EY) N:o 552/2009 mukaan kielletty. [7] Vanhojen pylväiden uudelleenkäyttö on vielä sallittua. Tulevaisuudessa CC-kyllästeidenkin käyttöä saatetaan alkaa rajoittamaan niiden sisältämän myrkyllisen kromin takia. [8] Kreosoottiöljy on kivihiilitervan tisle. Sitä on alettu valmistaa jo 1800-luvun alussa Englannissa lahoamiselle alttiiden kohteiden kuten laivoissa käytettävän puun suojaukseen. Suomessa kreosoottia on käytetty lahontorjuntaan 1900-luvun alusta lähtien. Kreosoottiöljy ei kiinnity puuhun minkään kiinnittymisreaktion avulla. Se haihtuu puusta lämmön ja auringonpaisteen vaikutuksesta. Mutta toisaalta se antaa erittäin hyvän ja pitkäkestoisen suojan lahosieniä, hometta ja erilaisia hyönteisiä vastaan. Tunnetaan jopa 80 vuotta vanhoja edelleen hyväkuntoisia kreosootilla kyllästettyjä puurakenteita. Perinteisesti käytetyn kreosoottiöljyn haittapuolia on sen tahraaminen ja valuminen pylväissä. Ajan kuluessa osa öljystä valuu alaspäin pylväissä väheten latvasta ja lisääntyen tyvessä. Toisaalta tästä on jonkin verran hyötyäkin, sillä kyllästeen määrän lisääntyminen maanrajassa voi parantaa pylvään lahoherkimmän kohdan kestävyyttä. Valtioneuvoston asetus 8/2003 tuli voimaan 30.6.2003 ja se koskee kreosiittiöljyä ja sillä käsitellyn puun käyttöä. Asetus rajoittaa kreosoottiöljyn käytön ammattimaiseen teolliseen käyttöön kuten ratapölkkyihin, sähkö- ja puhelinpylväisiin. [9] Puupylväillä ja puuorsilla merkittävin vikaantumisen aiheuttava tekijä on lahoaminen. Esimerkkinä kuvassa 1 on pahasti lahonneesta pylväästä. Kuva 1 Pahoin lahonnut pylväs.

Lahoaminen voi vaikuttaa pylväiden kestävyyteen jo lahon ollessa varhaisessa vaiheessa. Sen aiheuttavat hajottajasienet sekä eräät muut pieneliöt. Tavanomaisin lahottajasieni on Basidiomycetes-makrosieni. Sen aiheuttama pitkälle edennyt laho on helppo todeta, sillä ennen lopullista tuhoutumista puusta tulee haurasta, se murenee kuivana sekä sen väri muuttuu. Toinen varsinkin kyllästetyllä puulla esiintyvä lahotyyppi on katkolaho, jonka aiheuttaa joko Ascomycetes tai Fungi imperfektimikrosienet. Tämä lahotyyppi on hyvin hankala havaita silmämääräisesti. [4;10] Ulkoisilla tekijöillä on suuri merkitys puun lahoamisessa ja lahon etenemisessä. Lahottajasienten menestyminen riippuu puun kosteuspitoisuudesta, lämpötilasta ja hapenmäärästä. Lahottajasienille edullisimmat olosuhteet ovat kun kosteus on 25 50% puun kuivapainosta laskettuna mutta joillekin sienille riittää vain 20 % kosteus. Ihannelämpötila lahottajasienien kannalta on +5 +30 C. Hapen kannalta parhaimmat olosuhteet ovat aivan maan pinnan tuntumassa pylvään tyvessä. Mentäessä syvemmälle maahan happitaso laskee niin, etteivät lahottajasienet enää pysty elämään. Normaalissa maaperässä noin 1,5m ja tiiviissä maaperässä noin 0,5m syvyydessä tämä raja tulee vastaan. Maaperän, johon pylväät asennetaan, on havaittu vaikuttavan lahoamisnopeuteen. Pelloilla ja niityillä olevat pylväät lahoavat paljon nopeammin kuin metsään sijoitetut. Hiekkaisessa maassa lahoaminen etenee nopeammin kuin savimaassa, ja suolla tai yleensä vedessä olevissa pylväissä lahoaminen on hyvin hidasta. [4;10] Pintalaho on yleisin lahoamistapa suolakyllästetyillä pylväillä. Se alkaa muodostua kun liuennetta kyllästettä vähitellen huuhtoutuu pois puun pinnalta ja kyllästeessä ajan mittaan tapahtuvien kemiallisten muutosten takia kyllästysteho heikkenee. Kreosoottikyllästetyillä pylväillä yleisin on sisälaho. Latvalahon esiintyminen on varsin harvinaista, sillä pylvään latvassa on epäsuotuisat olosuhteet lahottajasienille ja lisäksi sen eteneminen on hidasta, sillä sienien tarvitsema kosteus puuttuu pylvään latvasta, koska nykyään pylväiden päät suojataan latvahatuilla. Ajan kuluessa kreosoottiöljy valuu pintapuuosassa alaspäin ja näin samalla suojaa vanhaa puuta maarajan lahoamiselta. Pylvään sisäosassa lahoaminen kuitenkin jatkuu ja pylväästä tulee ontto ja putkimainen. Kreosoottipylvään taivutuslujuus säilyy paremmin kuin suolakyllästeisten. Katkolaho ja ruskolaho ovat yleisimmät suolakyllästettyjen pylväiden lahotyypit. Katkolahoa tavataan yleisesti sinkkipitoisilla kyllästeillä käsitellyssä puussa. Kuparipitoiset kyllästeet torjuvat tätä lahotyyppiä paremmin. Katkolahon aiheuttaa hyvin märissä olosuhteissa viihtyvät mikrosienet. Lahon vaikutuksesta puuaines muuttuu tummaksi ja se katkeaa puraisinpiikillä kaiverrettaessa suhteellisen helposti ja jyrkkärajaisesti kohtisuoraan puun syitä vastaan. Katkolahoinen puu säilyttää hyvin alkuperäisen muotonsa ja on kuivana kovaa. Nykyisillä kreosoottipylväillä katkolahoa ei juuri esiinny. [4;10] Ruskolaho taas muuttaa puun ruskeaksi tai melkein mustaksi. Se lohkoutuu kuutiomaiseksi murentumalla. Ruskolahon aiheuttaa tavanomaiset lahottajat ja se etenee puussa tasaisesti. Puun lujuus heikkenee jo lahoamisen alkuvaiheessa. Makrosienten aiheuttama ruskolaho voi tulla nopeastikin kuparipohjaisilla C-kyllästeillä kyllästettyyn 12

13 hiekkamaalle pystytettyyn pylvääseen. Valkolaho on harvinaisempi lahotyyppi. Se on myös makrosienten aiheuttama ja se edetessään aiheuttaa puuaineksen muuttumisen vaaleaksi sekä myöhemmin puu halkeilee vuosirenkaitaan pitkin. Pitkälle edetessään valkolaho aiheuttaa puun muuttumisen hauraaksi kuitumaiseksi massaksi. [4] 2.3.3. Muuntajat Muuntajan perustoimintaa on muuttaa sähköenergia ensiöpiiristä toisiopiiriin. Suoritettava prosessi aiheuttaa mekaanisia, sähköisiä ja termisiä rasituksia muuntajan rakenteisiin ja niissä käytettyihin materiaaleihin. Pitkän ajan kuluessa näillä tekijöillä on vaikutusta muuntajan kestävyyteen. Mekaaninen sekä jännite- että oikosulkukestoisuus laskevat materiaalien ominaisuuksien heiketessä, joten vikaantumisriski kasvaa. Muuntajaa suunniteltaessa on otettu huomioon tietty rasitustaso, jonka muuntajan pitäisi kestää ilman merkittäviä haittavaikutuksia. [1;11] Muuntajan normaalissa käytössä sen sisällä tapahtuvat häviöt aiheuttavat sen lämpenemistä. Muuntajan sisällä oleva kuumimman pisteen lämpötila määräytyy kuormituksesta sekä ympäristön lämpötilasta. Sallittu maksimilämpötilan ylittyminen aiheuttaa lämpötilasta aiheutuvan vanhenemisen nopeutumisen. Voimakkaimmin lämpötilan vaikutus näkyy öljypaperieristyksessä ja siinä tapahtuvissa muutosprosesseissa. [4;11] Kuten jo luvussa 2.2.1 esitettiin, korkea lämpötila haurastuttaa paperia ja sen mekaaninen kestävyys heikkenee. Liiallinen lämpötilan nousu voi johtua muuntajan ylikuormituksesta. Muuntajan sydämessä syntyvät häviöt ovat kasvaneet ja aiheuttavat lämpötilan nousun. Muuntajan nimellisteho, eristyksen rakenne ja siinä käytetty materiaali vaikuttavat muuntajassa sallittuun maksimikuormitukseen. [3] Lämpötilan muutos voi johtua myös öljyn jäähdytysominaisuuksien heikkenemisestä. Syntyneet saostumat ja epäpuhtaudet vaikuttavat öljyn liikkuvuuteen. Jos öljyn liikkuu huonosti eristeessä, se ei enää pysty poistamaan lämpöä riittävän tehokkaasti, jolloin muuntajan sisälämpötila pääsee nousemaan liiaksi. [1;2] Jo muuntajan normaali käyttö aiheuttaa jonkin verran sähköisiä rasituksia materiaaleihin mutta paljon suuremmat vaikutukset aiheutuvat verkossa esiintyvistä erilaisista transienttivirroista ja -jännitteistä, oikosulkuvirroista ja harmonisista yliaaltovirroista sekä -jännitteistä. Muuntajat pyritään suunnittelemaan siten, että rakenteisiin kohdistuvat jänniterasitukset jäisivät mahdollisimman pieniksi. Salamaniskuista aiheutuvat muuntajien kokemat suurimmat ylijännitteet ja niiltäkin muuntamot pyritään suojaamaan. Vikatilanteissa transienttiylijännitteet aiheuttavat oikosulkuvoimia, joista aiheutuu muuntajaan myös mekaanisia voimia. Muuntajan liikuttamisesta voi aiheutua mekaanista rasitusta ja kaikenlainen tärinä on haitallista muuntajalle. [4] Käyttöympäristön vaikutus on hyvin merkittävä tekijä muuntajan käyttöiän kannalta ja sen vaikutus on hyvin tapauskohtaista. Muuntajassa vaikuttavan korkean lämpötilan aiheuttamat vaikutukset on harvoin suoraan nähtävissä. Näin on etenkin uusien

muuntajien ollessa kyseessä ja kun ylikuumeneminen ei ole ollut suurta. Vanhoissa muuntajissa eristeet ovat jo heikenneet sekä öljyn laatu on heikentynyt, voivat korkeiden lämpötilojen aiheuttamat vaikutukset olla hyvinkin nopeita. Puisto- ja kiinteistömuuntamoissa voidaan käyttöympäristön maksimilämpötila saavuttaa varsin helposti jos muuntamotilassa on muita lämpöä tuottavia laitteita ja tilan ilmastointi ei ole riittävä tai se on muuten viallinen. Lämpötilan vaikutus elinikään on suurempi, jos muuntamotilan lämpötila on koko ajan korkea kuin tilan lämpötila noustessa lyhyiksi ajanjaksoiksi liian korkeaksi. [3] Suomessa on käytössä standardi IEC 60354 öljymuuntajien kuormitettavuudesta. Siinä annetaan ohjekuormituksia erityyppisille muuntamoille. Näitä ohjeellisia kuormituksia on kuitenkin mahdollista Suomessa ylittää täällä vallitsevien ilmasto-olosuhteiden takia. Varsinkin ympäristön alhaisella lämpötilalla ja tuulisuudella on merkitystä kuormitettavuuden kannalta. [4] Ilman laadulla on vaikutusta sekä muuntajan sisäisiin että ulkoisiin osiin. Ilmassa olevat epäpuhtaudet voivat olla pieninä hiukkasina tai ilman seassa kaasumaisessa muodossa. Epäpuhtauksien aiheuttajasta riippuen ne voivat olla myös korrodoivia. Muuntajan ulkoisiin osiin kohdistuvia vaikutuksia voidaan pienentää suojaamalla ulkoiset osat. Syövyttävät aineet vaurioittavat muuntajan ja muiden laitteiden maalipintoja, jolloin ne ovat alttiimpia ruostumiselle. Pitkälle edenneen ruostumisen seurauksena esimerkiksi muuntajan öljysäiliö voi kulua puhki. Ilmassa esiintyvät epäpuhtaudet voivat päästä kosketuksiin muuntajaöljyn kanssa paisuntasäiliön kautta. Ne lisäävät öljyn hapettumista sekä vanhentavat paperieristyksiä. Käytettäessä muuntajaa pölyisessä ympäristössä voi pöly kertyä muuntajan kannen ja jännitteisten osien välille, jolloin ne voivat aiheuttaa oikosulkuja. Ympäristöstä kertyvä puu- tai paperipöly taas syttyy erittäin herkästi ja kertyessään muuntajan pinnoille ne estävät muuntajaa jäähtymästä tehokkaasti. [5] Muuntajissa käytettävän öljyn on todettu olevan yksi tärkeimmistä muuntajan tekniseen elinikään vaikuttavista tekijöistä. Sen on oltava kemiallisilta ominaisuuksiltaan varsin stabiili, jotta sen eristysominaisuudet säilyisivät hyvinä mahdollisimman pitkän ajan. Lähes kaikki muuntajaa vanhentavat tekijät vaikuttavat juuri muuntajaöljyn kautta. Öljyn tutkiminen ja tarvittaessa vaihtaminen on suhteellisen helppoa, joten muuntajan kuntoa merkittävästi heikentäviä tekijöitä voidaan ehkäistä. [4] Kosteus on muuntajaeristyksen kannalta haitallista. Sitä muodostuu eristeiden vanhenemisprosesseissa mutta myös ympäristössä olevaa kosteutta pääsee muuntajan sisään. Vettä päätyy muuntajaan sen hengittäessä mutta sisään tulevaa kosteuden määrää voidaan vähentää käyttämällä ilmankuivaimia. Niissä silikageeli imee itseensä osan tuloilmassa olevasta kosteudesta. Vettä voi päästä muuntajan sisään myös jos tiivisteet vuotavat tai muuntajan paisuntasäiliön korkin puuttuessa. Todettaessa öljyssä olevan liikaa kosteutta, voidaan se kuivattaa. Kuivatuksesta saatava hyöty on suurin, jos koko eristys kuivataan. Kuivatusprosessi kestää useita viikkoja tai jopa kuukausia eli siihen ei kovin usein kannata ryhtyä. Muuntajan perushuolto suoritetaan keskimäärin kerran muuntajan elinaikana, joten kuivatus voidaan suorittaa siinä yhteydessä. [1;12] 14