Comments
Transcript
PÄÄSÄHKÖNJAKELUN TARKASTELU OSANA ENERGIAKATSELMUSTA
PÄÄSÄHKÖNJAKELUN TARKASTELU OSANA ENERGIAKATSELMUSTA Joni Blom Opinnäytetyö Huhtikuu 2013 Sähkötekniikka Sähkövoimatekniikka TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Sähkötekniikan koulutusohjelma Sähkövoimatekniikan suuntautumisvaihtoehto BLOM, JONI: Pääsähkönjakelun tarkastelu osana energiakatselmusta Opinnäytetyö 57 sivua, joista liitteitä 8 sivua Huhtikuu 2013 Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tarkastella Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen nykyistä pääsähkönjakelua. Koska tämän tarkastelun on tarkoitus olla osa suurempaa Motiva Oy:n kiinteistön energiakatselmuksen toteutusohjeen mukaista katselmusta, käytettiin selvyyden vuoksi työn rakenteena kyseisessä ohjeessa määriteltyä etenemisjärjestystä. Työ käsittelee varsinaisen sähkönjakeluverkon rakenteen lisäksi sähkönkulutuksen mittauksen nykytilaa sekä sähkönhankintakustannuksia. Kustannusten pohjalta suoritettiin vielä liittymätyyppi- ja tariffivertailu. Kuntokadun kampuksen pääsähkönjakelussa havaittiin puutteita loistehon kompensoinnissa sekä energiankulutusseurannan kannalta sähkönkulutuksen mittauksessa. Sähkönhankintaan liittyen taas voitiin todeta tulevaisuudessa yksistään käyttöön tulevan keskijänniteliittymän selvät edut kustannuksissa vanhaan usean pienjänniteliittymän käyttöön verrattuna. Pääsähkönjakelun tarkastelu pyrittiin tekemään siten, että johtopäätökset nojaavat aina alan kirjallisuuteen ja standardeihin tai muusta luotettavasta lähteestä saatuun tietoon. Näin tarkastelulle saatiin vankka tietoon perustuva kanta, jonka ansiosta sen uskottavuus ja sen käytettävyys ehdotettuja toimenpiteitä toteutettaessa vahvistuvat. Asiasanat: energiakatselmus, sähkönjakelu, sähkötariffit ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Degree programme in Electrical Engineering Option of Electrical Power Engineering BLOM, JONI: Examination of the main electricity supply as a part of the energy audit Bachelor's thesis 57 pages, appendices 8 pages April 2013 The aim of this thesis was to carry out an examination of the main electricity supply on the main campus of Tampere University of Applied Sciences. This examination is intended to be part of a larger Motiva –energy audit. Besides the regular examination of the distribution network, this thesis included a review of the measuring of the current energy consumption, and a summation of the power acquisition costs. The summation of the power acquisition costs was followed by comparisons between various electrical connections and electricity transmission tariffs. Some shortcomings were found out in the reactive power compensation and in the electric supply meters from the viewpoint of energy monitoring. It was also discovered that the medium voltage connection that will be used alone in the future, has obvious advantages compared to the use of multiple low voltage connections, which were the old electricity connection type. The examination of the main electricity supply was attempted to be done so that the conclusions are always based on relevant literature and standards or on another reliable source. This made it possible that the examination got a sound basis, which gave it more reliability and hence its usability has been improved. Key words: energy audit, electricity supply, electricity transmission tariff 4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO ................................................................................................................ 6 2 POHJATIETOA .......................................................................................................... 7 2.1 Tampereen ammattikorkeakoulu ......................................................................... 7 2.1.1 Kuntokadun kampus ................................................................................. 7 2.1.2 Kuntokadun kampuksen sähkölaitteisto.................................................... 9 2.1.3 Kuntokadun kampus sähkönkäyttäjänä ................................................... 10 2.2 Energiakatselmus ............................................................................................... 11 2.2.1 Hankkeen toteutus ................................................................................... 12 2.2.2 Pääsähkönjakelun tarkastelun vaatimukset ............................................. 12 3 SÄHKÖNJAKELUVERKON RAKENNE .............................................................. 14 3.1 Jakelujärjestelmä ................................................................................................ 14 3.1.1 Jakelujärjestelmätyyppien määritykset ................................................... 14 3.1.2 Kuntokadun kampuksen sähkölaitteiston jakelujärjestelmä ................... 15 3.2 Liittymä .............................................................................................................. 15 3.2.1 Vanha pääsähkönjakelu ........................................................................... 15 3.2.2 Keskijänniteurakka ja uusi pääsähkönjakelu .......................................... 16 3.2.3 Nykytilanne ja tulevaisuus ...................................................................... 17 3.3 Muuntamot ......................................................................................................... 18 3.3.1 E-rakennuksen muuntamo....................................................................... 18 3.3.2 G-rakennuksen muuntamo ...................................................................... 19 3.3.3 Puistomuuntamo...................................................................................... 22 3.4 Pääkeskukset ...................................................................................................... 22 3.4.1 Pääkeskus PK1 ........................................................................................ 23 3.4.2 Pääkeskus PK2 ........................................................................................ 24 3.4.3 Pääkeskus PK3 ........................................................................................ 25 3.4.4 Pääkeskus PK4 ........................................................................................ 26 3.4.5 Pääkeskus PK5 ........................................................................................ 26 3.5 Loistehon kompensointi ..................................................................................... 27 3.5.1 Toteutus ................................................................................................... 28 3.5.2 Toimivuus ............................................................................................... 30 4 SÄHKÖNKULUTUKSEN MITTAUS ..................................................................... 34 5 SÄHKÖNHANKINTA ............................................................................................. 36 5.1 Sähkönhinnan muodostuminen .......................................................................... 36 5.2 Jakeluverkonhaltija ja nykyiset sähkösopimukset ............................................. 37 5.2.1 Myyntitariffivertailu................................................................................ 37 5.2.2 Siirtotariffivertailu................................................................................... 39 5 5.2.3 Pienjänniteliittymien ja keskijänniteliittymän vertailu ........................... 42 6 EHDOTETTAVAT TOIMENPITEET ..................................................................... 44 6.1 Loistehon kompensointi ..................................................................................... 44 6.2 Sähkönkulutuksen mittaus ................................................................................. 45 6.3 Sähkönhankinta .................................................................................................. 46 7 POHDINTA............................................................................................................... 47 LÄHTEET ....................................................................................................................... 48 LIITTEET ....................................................................................................................... 50 Liite 1. Kuntokadun kampuksen yksinkertaistettu pääjohtokaavio ........................... 50 Liite 2. Pääkeskuksen PK4 yliaaltoanalyysi ja tehotarkastelu .................................. 51 Liite 3. Sähkönkulutus- ja kustannuslaskenta ........................................................... 53 Liite 4. Keskijänniteliittymän siirtotariffivertailu ..................................................... 56 Liite 5. Pienjänniteliittymien ja keskijänniteliittymän vertailu ................................. 57 6 1 JOHDANTO Työn tarkoituksena oli tehdä Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:lle pääsähkönjakelun tarkastelu osana Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksella tehtävää energiakatselmushanketta. Hanke suoritetaan energian tehokkaaseen käyttöön kannustavan asiantuntijayritys Motiva Oy:n kiinteistön energiakatselmuksen toteutusohjeen mukaisesti syyskuun 2012 ja syyskuun 2013 välillä. Motiva Oy:n ohjeen mukaisen energiakatselmuksen tulee pääsähkönjakelun osalta sisältää yleinen kuvaus sähkönjakeluverkon rakenteesta, energian mittauksesta ja sähkönhankinnasta sekä näille suoritetun tarkastelun ja mahdollisten mittausten pohjalta ehdotettavat toimenpiteet. Tämä työ käsittää edellä mainitun Motiva Oy:n toteutusohjeen mukaisen pääsähkönjakelun tarkastelun hieman vaadittua laajempana. Tarkoituksena ei ole kuitenkaan ottaa kantaa sähkölaitteiston nykykuntoon eikä tarkastelu sisällä pääkeskustasoa pidemmälle vietyä tarkastelua. Loistehon kompensoinnin kuntoon ja toimivuuteen kuitenkin otetaan kantaa, koska kompensoinnin tila vaikuttaa suoraan loistehomaksuihin ja näin myös sähkönhankintakustannusten suuruuteen. 7 2 POHJATIETOA 2.1 Tampereen ammattikorkeakoulu Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy hallinnoi Tampereen ammattikorkeakoulua, joka tarjoaa korkeakoulutusta Pirkanmaan alueella useassa eri toimipisteessä ja kunnassa (Tampereen ammattikorkeakoulu 2012). Päätoimipiste on Tampereella Kuntokadun kampuksella, jonka vuoden 2010 alusta lähtien, Pirkanmaan ammattikorkeakoulun ja Tampereen ammattikorkeakoulun yhdistyttyä, on muodostanut osoitteissa Kuntokatu 3 ja Kuntokatu 4 olevat kiinteistökokonaisuudet. Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy omistaa Kuntokadun kampuksen kiinteistöt, mutta opetusta on myös useassa eri vuokratilassa. Tämän vuoksi strategiana on kehittää Kuntokadun kampusta siten, että suurin osa vuokratiloissa järjestetystä opetuksesta saataisiin siirrettyä Kuntokadun kampukselle (Ojala 2010, 16). 2.1.1 Kuntokadun kampus Kuntokadun kampuksen kiinteistömassa on kokonaisuudessa suuruudeltaan noin 260 000 m3 (Pihlajamaa 2012). Kuntokatu 3 kiinteistö on näistä suurempi, pinta-alan ollessa 59 900 m2 kun taas Kuntokatu 4 kiinteistön pinta-ala on suuruudeltaan noin 11 400 m2. Kuntokatu 3 kiinteistön tiloissa koulutus keskittyy lähinnä tekniikkaan, ja terveysalan koulutus taas on keskitetty Kuntokatu 4 kiinteistön tiloihin, joskin osittain terveysalan opetusta on myös viereisten T-, U- ja V-rakennusten vuokratiloissa (kuva 1). 8 KUVA 1. Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampus (Tampereen ammattikorkeakoulu 2013) Kuntokatu 3 kiinteistö koostuu yhteensä kymmenestä rakennuksesta. Näistä kymmenestä rakennuksesta yhdeksän on nimetty aakkosilla kronologisesti A:sta I:hin ja ne muodostavat yhtenäisen rakennuskokonaisuuden. Näiden rakennusten tilat ovat pääasiallisesti opetuskäytössä siten, että osa rakennuksista koostuu pääosin teoria- ja ATKluokista, kun taas osa rakennuksista on lähinnä jonkun tietyn alan opetukseen tarkoitettuja, jolloin niissä on myös laboratoriotiloja. Kymmenennessä, muiden rakennusten muodostamasta rakennuskokonaisuudesta erillään olevassa, L-rakennuksessa ei ole opetusta, vaan siellä on liikuntasali ja kuntosali pukuhuoneineen sekä opiskelijakuntayhdistys TAMKO ry:n toimisto- ja kerhotilat. Vuonna 1998 tehtiin kokonaishankesuunnitelma mittavasta rakentamis- ja perusparannusohjelmasta, johon kuului uusien C- ja Frakennuksien rakentaminen, G-rakennuksen purkaminen ja uuden isomman rakennuksen rakentaminen sen tilalle sekä kaikkien muiden kuuden opetuskäytössä olevan rakennuksen perusparantaminen (Kilpinen 2011, 7). Suunnitelma on vuoteen 2013 mennessä toteutettu jo lähes kokonaan, enää B-rakennuksen keittiön ja H-rakennuksen perusparantamisten ollessa kesken. Keskeneräisten saneeraustöiden on määrä valmistua vuoteen 2014 mennessä. Kuntokatu 4 kiinteistön rakennuskokonaisuus on rakennettu 1960-luvulla ja se muodostuu kolmesta rakennuksesta, jotka ovat P-, R- ja S-rakennukset. Näistä S-rakennus on 9 vielä suurilta osin alkuperäiskunnossa muutamista osittaisista 1990- ja 2000-luvulla tehdyistä peruskorjaus- ja perusparannustöistä huolimatta, kun taas P- ja Rrakennuksille on molemmille tehty perusparannukset 2000-luvulla. Kesällä 2012 aloitettiin G- ja H-rakennusten hankkeiden yhteydessä Kuntokatu 3 ja Kuntokatu 4 kiinteistöt yhdistävän Kuntokadun ylittävän yhdyskäytävän rakennustyöt. (Ojala 2010, 16) 2.1.2 Kuntokadun kampuksen sähkölaitteisto Kuntokadun kampuksen sähkölaitteistokokonaisuus muodostaa luokan 2c sähkölaitteiston, koska sähkölaitteistoon kuuluu 20 kV nimellisjännitteeltään olevia muuntamoja. Sähkölaitteistoluokitus perustuu Kauppa- ja teollisuusministeriön päätökseen sähkölaitteistojen käyttöönotosta ja käytöstä 5.7.1996/517, jonka pykälässä 2 sähkölaitteistosta 2c sanotaan seuraavaa: Tässä päätöksessä tarkoittaa: 2) luokan 2 sähkölaitteisto: c) sähkölaitteistoa, johon kuuluu yli 1 000 voltin nimellisjännitteisiä osia, lukuun ottamatta sellaista sähkölaitteistoa, johon kuuluu vain enintään 1 000 voltin nimellisjännitteellä syötettyjä yli 1 000 voltin sähkölaitteita tai niihin verrattavia laitteistoja. (KTMp 517 2§ 1996) Luokan 2c sähkölaitteistolle tulee myös nimetä käytönjohtaja, koska Kauppa- ja teollisuusministeriön päätöksessä sähköalan töistä 5.7.1996/516 pykälässä 2 on säädetty seuraavaa: Sähkölaitteiston haltijan on nimettävä käyttötöitä varten käytön johtaja, 1) jos sähkölaitteistoon kuuluu yli 1 000 voltin nimellisjännitteisiä osia, lukuun ottamatta enintään 1 000 voltin nimellisjännitteellä syötettyjä yli 1 000 voltin sähkölaitteita tai niihin verrattavia laitteistoja. (KTMp 516 2§ 1996) Näin ollen Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen koko sähkölaitteistolle, myös sen pienjännitteiselle osuudelle, täytyy olla nimettynä käytönjohtaja, 10 jonka tehtävät on määritetty Kauppa- ja teollisuusministeriön päätöksessä sähköalan töistä 5.7.1996/516 pykälässä 5 seuraavasti: Käytön johtajan on huolehdittava siitä, että 1) sähkölaitteiston käytössä ja huollossa noudatetaan sähköturvallisuuslakia sekä sen nojalla annettuja säännöksiä ja määräyksiä sekä 2) käyttötöitä tekevät henkilöt ovat ammattitaitoisia ja riittävästi opastetut tehtäviinsä. (KTMp 516 6§ 1996) Yli 1 000 voltin vaihtojännitteisen sähkölaitteiston käytön johtajalla on oltava sähköpätevyys 1, mutta saman yhtenäisen sähkölaitteiston käytönjohtajuus voidaan jakaa osiin useammalle riittävän sähköpätevyyden omaavalle henkilölle. Tällöin jos esim. suurjännitteisillä ja pienjännitteisillä laitteisto-osilla on nimettynä eri käytön johtajat, riittää pienjännitteisen laitteisto-osuuden käytön johtajan pätevyydeksi sähköpätevyys 2. (Tukes 2012) Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen käytön johtajia on nimettynä kaksi; sähköpätevyyden 2 omaava Jarmo H. Lehtonen Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:stä sekä rajoitetun sähköpätevyyden 1 omaava Hannu Kurkinen HK Sähköstä. Käytön johtajien tehtävät on jaettu siten, että Jarmo H. Lehtonen toimii kampuksen opetusja laboratoriokäyttöön tarkoitetun sähkölaitteisto-osan käytön johtajana ja Hannu Kurkinen toimii muun laitteisto-osan, eli kampuksen yli 1 000 V nimellisjännitteisten osien sekä muun sähkönjakelun käytön johtajana (Kurkinen 2013). 2.1.3 Kuntokadun kampus sähkönkäyttäjänä Kampuksen merkittävimpiä sähkönkäyttökohteita ovat ilmanvaihto, ATK-laitteet, suurkeittiölaitteet, valaistus sekä laboratoriotiloissa käytettävät laitteet. Valaistus on toteutettu pääosin loisteputkivalaisimilla. Tietokoneita kampuksella on varsin paljon, vähän yli 2 000 kappaletta, joten niiden käyttämien hakkurivirtalähteiden voidaan olettaa vaikuttavan huomattavasti sähkön laatuun sekä esiintyvän loistehon suuruuteen. 11 Sähkönkulutus on suurimmillaan lukuvuoden aikana, eli syyskuun ja toukokuun välillä. Sähköntoimittajalta saatavien keskituntitehojen perusteella voitiin tehdä havainnollistava kuvaaja, josta käy ilmi normaalin arkipäivän kuormitusprofiili (kuvio 1). KUVIO 1. Vuorokauden keskituntitehot (Tampereen Sähkönmyynti Oy 2013) Kuvaajasta nähdään tyypillisen arkipäivän pätö- sekä loiskeskituntitehot. Nähdään, että yöllä iltakymmenen ja aamuviiden välisenä aikana tehot pysyvät hyvin pitkälti samana, mutta aamukuudesta keskipäivän tienoille pätöteho suurenee selvästi, jonka jälkeen se vakiintuu taas hetkeksi. Iltapäivästä pätöteho pienenee suhteellisen tasaisesti aina iltakymmeneen asti. Kuormitushuippu painottuu siis selvästi keskipäivälle. Loistehon jääminen suhteellisen pieneksi kuormitushuipunkin aikana puhuu vahvasti sen puolesta, että kampuksella on käytössä loistehon kompensointilaitteisto tai -laitteistoja. 2.2 Energiakatselmus Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy on liittynyt kesällä 2012 Elinkeinoelämän yleiseen toimenpideohjelmaan – palvelualan energiatehokkuusohjelmaan. Ohjeellisena energiansäästön kokonaistavoitteena on kulutuksen pieneneminen vähintään yhdeksällä prosentilla vuodesta 2005 vuoteen 2016 (Pihlajamaa 2012). Tämän johdosta Kuntokadun kampuksella suoritetaan syyskuun 2012 ja syyskuun 2013 välillä työ- ja elinkeinoministeriön tukema energiakatselmus, jonka tavoitteena on aikaansaada energiatodistus sekä tehdä Motiva Oy:n kiinteistön energiakatselmuksen ohjeiden mukainen raportti. Pääta- 12 voitteiden ohella pyritään kehittämään kampuksen jatkuvaa energiatehokkuusseurantaa kokonaisuutena sekä mahdollisuuksien mukaan myös yksittäisten rakennuksien osalta. 2.2.1 Hankkeen toteutus Energiakatselmushanke toteutetaan Tampereen ammattikorkeakoulun henkilökunnan ja opiskelijoiden sekä Schneider Electric Finland Oy:n yhteistyönä. Työ- ja elinkeinoministeriön tukemaa energiakatselmusta tehdessä tulee hankkeessa olla nimettynä kaksi katselmuksen vastuuhenkilöä, jotka vastaavat katselmuksesta ja sitä koskevan ohjeistuksen noudattamisesta ja joista toisella on Motivan myöntämä pätevyys LVI- ja toisella sähköjärjestelmien katselmointiin (Motiva Oy 2013). Tämän vuoksi vastuuhenkilöiksi on nimetty LVI-järjestelmien katselmointiin Motiva-pätevöitynyt Pirkko Pihlajamaa Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:stä sekä sähköjärjestelmien katselmointiin Motivapätevöitynyt Juhani Manner Schneider Electric Finland Oy:stä. Hankkeeseen osallistuvia insinööriopiskelijoita on yhteensä kymmenen, ja he ovat pääosin kolmannen vuosikurssin sähköisen talotekniikan tai LVI-talotekniikan opiskelijoita. Mukana on tosin myös yksi rakennustekniikan ja yksi sähkövoimatekniikan opiskelija. Opiskelijoiden päärooli hankkeessa on tietojen keräys tarkasteltavista kiinteistöistä ja energiakatselmukseen vaadittavien mittausten suorittaminen sekä niiden tulkinta ja niistä raportointi. 2.2.2 Pääsähkönjakelun tarkastelun vaatimukset Motivan ohjeen mukaisen energiakatselmuksen tulee pääsähkönjakelun osalta sisältää yleinen kuvaus sähkönjakeluverkon rakenteesta, energian mittauksesta ja sähkönhankinnasta sekä näille suoritetun tarkastelun ja mahdollisten mittausten pohjalta ehdotetut toimenpiteet. Keskeisimmät asiat sähkönjakeluverkon rakennetta tarkasteltaessa ovat liittymän jännite ja liittymisteho, sähkönjakelujärjestelmän tyyppi, muuntamoiden ja pääkeskusten sijainti sekä loistehon kompensoinnin toteutus. (Kiinteistön energiakatselmuksen toteutus… 2004, 34) 13 Energian mittauksen tarkastelussa tulee kuvata laskutus- ja alamittauksista vaikutusalueineen ja ottaa kantaa nykyisen mittaroinnin riittävyyteen ja tarkoituksenmukaisuuteen energian käytön ja kustannusten hallinnan kannalta tarkasteltuna. (Kiinteistön energiakatselmuksen toteutus… 2004, 34) Sähkönhankinnan tarkastelussa kuvataan kohteen sähkönhankintaa myynnin ja siirron osalta sekä arvioidaan nykyisten tariffien edullisuutta. Tariffivertailu tulisi esittää kaikkien kohteessa mahdollisesti kyseeseen tulevien paikallisen jakeluverkonhaltijan vaihtoehtoisten siirto- ja myyntitariffien välillä. Tariffivertailua ei kuitenkaan tarvitse myyntitariffin osalta tehdä, mikäli kohteen sähkönmyynti on kilpailutettu. (Kiinteistön energiakatselmuksen toteutus… 2004, 34) Tarkastelun lopuksi tehtävien lausuntojen ja toimenpide-ehdotusten tulisi ottaa kantaa sähkökustannusten säästömahdollisuuksiin. Hyviä toimenpidekohteita sähkökustannusten pienentämiseksi voivat esimerkiksi olla siirto- ja/tai myyntitariffin vaihto, huipputehomaksujen rajoittaminen, loistehon kompensoinnin parantaminen loistehomaksujen välttämiseksi, kulutuksen ajoittaminen sekä perus- ja vuosimaksujen mahdollinen pienentäminen. (Kiinteistön energiakatselmuksen toteutus… 2004, 43) 14 3 SÄHKÖNJAKELUVERKON RAKENNE 3.1 Jakelujärjestelmä Sähkölaitteistoissa käytettävät jakelujärjestelmät luokitellaan maadoitustavan perusteella TT-, IT- tai TN-järjestelmäksi. TT-järjestelmä on hyvin harvinainen Suomessa, mutta se on yleinen Keski- ja Etelä-Euroopassa. IT-järjestelmä on Suomessa käytössä sairaaloiden leikkaussaleissa sekä yleisesti myös teollisuusprosesseissa, koska se ei ole yhtä käyttökeskeytysaltis vikatilanteessa kuin muut jakelujärjestelmät, ja näin sähkönsyöttö pystytään turvaamaan mahdollisimman pitkään. TN-järjestelmä on Suomessa sähkönjakelussa yleisimmin käytetty näistä kolmesta, koska sillä on suuri etu muihin järjestelmiin verrattuna; suureksi kasvavien vikavirtojen ansiosta syötön nopea poiskytkentä voidaan toteuttaa yleensä ylivirtasuojilla. (Tiainen 2008, 35–39) 3.1.1 Jakelujärjestelmätyyppien määritykset TT-järjestelmässä yksi piste on maadoitettu suoraan, ja sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty jakelujärjestelmän maadoituselektrodeista sähköisesti riippumattomiin erillisiin maadoituselektrodeihin. (Tiainen 2008, 39) IT-järjestelmässä kaikki jännitteiset osat on eristetty maasta tai yksi piste voi olla yhdistetty maahan impedanssin kautta, mutta sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty suoraan maahan. (SFS 6000-1 2012, 46) TN-järjestelmissä yksi piste on yhdistetty suoraan maahan ja sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty tähän pisteeseen suojamaadoitusjohtimella tai PENjohtimella. TN-järjestelmiä on kolmea eri tyyppiä, ja ne jaotellaan nolla- ja suojajohtimen keskinäisen järjestelyn perusteella siten, että TN-S-järjestelmässä on erillinen nolla- (N) ja suojamaadoitusjohdin (PE) koko järjestelmässä, TN-C-järjestelmässä on nolla- ja suojamaadoitusjohdintoiminnot yhdistetty yhteen johtimeen (PEN) koko järjestelmässä ja näiden kahden yhdistelmässä TN-C-S-järjestelmässä nolla- ja suojamaadoitusjohdintoiminnot on yhdistetty yhteen johtimeen osassa järjestelmää. (SFS 6000-1 2012, 39) 15 3.1.2 Kuntokadun kampuksen sähkölaitteiston jakelujärjestelmä Kuntokadun kampuksella on aikaisemmin ollut käytössä TN-C-järjestelmä, mutta viimeisen 15 vuoden aikana tehtyjen laajojen saneeraustöiden johdosta kampuksen sähkölaitteiston jakelujärjestelmä on uusittu lähes täysin TN-S-järjestelmäksi. Tämä johtuu siitä, että 1990-luvulla elektroniikkalaitteiden nopean lisääntymisen myötä kiinteistöjen sähköverkkoja yleisesti muutettiin häiriösuojauksen kannalta parempaan TN-Sjärjestelmään. Mutta koska vanha TN-C-järjestelmä on ainakin osittain käytössä D-, Lja S-rakennuksissa, on jakelujärjestelmä ainakin näiltä osin TN-C-S-järjestelmää. Yleisesti sähkönjakelujärjestelmissä käytettyyn tapaan, myös Kuntokadun kampuksella muuntajien ja pääkeskusten välinen pienjänniteverkko on TN-C-järjestelmää, eli muuntajien tähtipisteet on yhdistetty suoraan maahan. Näistä tähtipisteistä lähtevät PENjohtimet on erotettu vasta pääkeskustasolla erillisiksi PE- ja N-johtimiksi. 3.2 Liittymä Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen sähköliittymä on muodostunut neljästä erillisestä pienjänniteliittymästä vuoteen 2012 saakka, jolloin aloitettiin kampuksen pääsähkönjakeluun kohdistuva keskijänniteurakka. Keskijänniteurakka tehtiin kesällä 2012, mutta sen myötä tehtäväksi tulevien muiden pääsähkönjakeluun kohdistuvien muutosten on kuitenkin tarkoitus valmistua vasta kesällä 2013. Kun kaikki pääsähkönjakeluun kohdistuvat muutokset ovat valmiita, on koko Kuntokadun kampuksen tarkoitus olla liitettynä samaan keskijänniteliittymään, jolloin sähkönsyöttö saadaan turvattua nykyistä paremmin. Koko kampuksen kattavan yhden keskijänniteliittymän toinen suuri hyöty tulee olemaan säästön aikaansaaminen sähkönhankintakustannuksissa aikaisempaan verrattuna. 3.2.1 Vanha pääsähkönjakelu Vanhan pääsähkönjakelun neljästä liittymästä kolme oli Kuntokatu 3 kiinteistön liittymiä ja yksi oli Kuntokatu 4 kiinteistön liittymä. Kaikki liittymät olivat nimellisjännitteeltään 400 V olevia pienjänniteliittymiä. Kampuksen alueella oli kaksi muuntamoa, mutta muuntajat olivat paikallisen jakeluverkonhaltijan Tampereen sähköverkko Oy:n 16 omistuksessa. Toinen muuntamoista sijaitsi Kuntokatu 3 kiinteistön E-rakennuksessa ja sen kaksi 20/0,4 kV nimellisjännitteeltään olevaa muuntajaa, T1 ja T2, syöttivät kahta Kuntokatu 3 kiinteistön pääkeskusta, PK1 ja PK2. Toinen muuntamo oli puistomuuntamo, joka sijaitsi H-rakennuksen Kuntokadun puoleisen päädyn lähellä. Puistomuuntamossa oli yksi muuntaja, T3, ja se syötti Kuntokatu 3 kiinteistön pääkeskusta PK3 sekä Kuntokatu 4 kiinteistön pääkeskusta PK4. Muuntajan T1 nimellisteho oli 500 kVA, kun taas muuntajien T2 ja T3 kummankin nimellisteho oli 800 kVA. Pääkeskuksen PK1 liittymän koko oli 3x800 A, pääkeskuksien PK2 ja PK3 liittymien koot olivat 3x1 000 A ja PK4 liittymän koko taas oli 3x630 A. Ainoa vanhassa pääsähkönjakelussa ollut varasyöttöyhteys oli pääkeskusten PK1 ja PK2 välillä. Koska pääkeskusta PK1 syöttävä muuntaja T1 ei ollut teholtaan riittävän suuri kattamaan molempien pääkeskusten kuormituksia, piti varasyöttötilanteessa verkosta kytkeä pois vähemmän välttämättömiä kuormituksia, jotta kokonaiskuormitus olisi korkeintaan muuntajan nimellistehon suuruinen. Koska muuntajan T3 syöttämien pääkeskusten PK3 ja PK4 jakelusta varasyötöt puuttuivat kokonaan, olisi esimerkiksi muuntajavian tai -huollon vuoksi molempien pääkeskusten jakelualueet jääneet täysin sähköttä. 3.2.2 Keskijänniteurakka ja uusi pääsähkönjakelu Kesän 2012 aikana kampuksella aloitettiin keskijänniteurakka, jonka tarkoituksena oli muuttaa kampuksen sähköliittymä keskijänniteliittymäksi. Keskijänniteurakkaan ryhtymisen syy oli sähkönsyötön turvaaminen, koska aikaisemmassa pääsähkönjakelussa ei ollut toimivia koko kuormituksen kattavia varasyöttöyhteyksiä. Keskijänniteurakkaan ryhtymistä puolsi suuresti myös puretun G-rakennuksen tilalle rakennettavan suuremman G-rakennuksen suuri tehontarve, jota ei jo olemassa olevilla pienjänniteliittymillä olisi kyetty kattamaan, eikä Tampereen Sähköverkko Oy olisi suostunut tuomaan Kuntokadun kampukselle enää enempää pienjänniteliittymiä. Pienjänniteliittymien lisääminen ei myöskään olisi ollut pitkällä aikavälillä tarkasteltuna taloudellisesti yhtä kannattavaa kuin molempien kiinteistöjen saattaminen yhden ja saman keskijänniteliittymän taakse. Keskijänniteliittymä on pienjänniteliittymiä taloudellisesti kannattavampi vaihtoehto, koska tällöin siirtotariffin hinnat pienenevät oleellisesti kun vertaa useaan eri pienjänniteliittymään, joista jokaisesta peritään liittymäkohtaiset perusmaksut ja joilla 17 on myös keskijänniteliittymää kalliimmat siirtotariffit (Tampereen Sähköverkko Oy 2013). Nykyistä 20 kV keskijänniteverkkoa rakennettaessa E-rakennuksen kellarissa sijaitsevan muuntamon molemmat muuntajat sekä keskijännitekojeisto siirtyivät Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:n omistukseen, ja muuntamon muuntajista T1 vaihdettiin suurempaan 800 kVA nimellisteholtaan olevaan muuntajaan, jotta pääkeskusten PK1 ja PK2 välinen varasyöttöyhteys saadaan täydentehon kattavaksi yhteydeksi. Uuden Grakennuksen kellaritilaan rakennettiin uusi muuntamo, johon sijoitettiin kaksi uutta 1 000 kVA nimellisteholtaan olevaa muuntajaa T4 ja T5 sekä pien- ja keskijännitekojeistot. G-rakennukseen tuli myös oma pääkeskuksensa PK5. Lisäksi vielä Crakennuksen päähän rakennettiin erillinen puistomuuntamo, jonne tuli keskijännitekojeisto sekä tilavaraukset kahdelle muuntajalle tulevaisuuden mahdollisen lisärakentamisen vuoksi. Uusi 20 kV keskijänniteliittymä tulee Tampereen Sähköverkko Oy:n kahdelta eri sähkölaitteistolta G-rakennuksen muuntamoon. Tältä G-rakennuksen muuntamolta tehtiin keskijänniteyhteys E-rakennuksen muuntamoon suoraan sekä uuden puistomuuntamon kautta, jolloin saatiin muodostettua sisäinen rengasverkkorakenne. 3.2.3 Nykytilanne ja tulevaisuus Kesällä 2012 rakennetun keskijänniteverkon myötä tarvittavat pääsähkönjakelun muutokset eivät vielä ole kaikki valmiita, joten Kuntokadun kampuksella on keskijänniteliittymän lisäksi olemassa vielä kaksi pienjänniteliittymää. Näistä nimellisjännitteeltään 400 V olevista pienjänniteliittymistä toinen kattaa koko Kuntokatu 4 sähkönjakelun ja toinen kattaa kokonaan I- ja H-rakennuksen sekä osittain B-rakennuksen osalta Kuntokatu 3 kiinteistön sähkönjakelun. Tampereen Sähköverkko Oy:n omistukseen jäänyt Kuntokadulla sijaitseva vanha puistomuuntamon muuntaja T3 syöttää näitä vielä käytössä olevia pienjänniteliittymiä, ja ne ovat 3x1 000 A kooltaan oleva pääkeskukselle PK3 tuleva liittymä sekä 3x630 A kooltaan oleva pääkeskukselle PK4 tuleva liittymä. Muutoin Kuntokatu 3 kiinteistön sähkönjakelu on jo nimellisjännitteeltään 20 kV olevan keskijänniteliittymän jakelussa. Pääsähkönjakeluun tehtävät muutokset on tarkoitus saattaa valmiiksi kesällä 2013, jolloin näistä kahdesta vielä olemassa olevasta pienjänniteliittymästä päästäisiin eroon ja 18 koko Kuntokadun kampuksen sähkönjakelu saataisiin saman keskijänniteliittymän taakse. Tehtäviä muutoksia ovat pääkeskuksien PK3 ja PK4 uusien liittymiskaapelien vedot G-rakennuksen muuntamo- ja pääkeskustiloihin sekä näihin liittyvät kojeistoihin kytkennät ja PK4 tapauksessa vanhojen ja uusien kaapelien jatkoliitokset. Pääkeskuksen PK3 on tarkoitus tulevaisuudessa saada syöttönsä muuntamotiloissa sijaitsevalta pienjännitekojeistolta G-PJK-T4 ja pääkeskuksen PK4 syöttö taas tulisi pääkeskukselta PK5. Pienjännitekojeiston ja pääkeskuksen PK5 välille tulee myös varasyöttöyhteys, jolloin pääkeskuksien PK3, PK4 ja PK5 syötöt on mahdollista toteuttaa kummalta tahansa G-rakennuksen muuntajalta. Liitteenä 1 on itse tekemäni yksinkertaistettu pääjohtokaavio, josta käy ilmi verkon rakenne liittymältä pääkeskustasolle, kun kaikki pääsähkönjakelun muutokset ovat valmiita. 3.3 Muuntamot Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:n omistuksessa olevia muuntamoita Kuntokatu 3 kiinteistön alueella on yhteensä kolme, jotka ovat edellä mainitut; E-rakennuksen muuntamo, G-rakennuksen muuntamo sekä erillinen puistomuuntamo. Muuntajia muuntamoissa on nykyhetkellä yhteensä neljä, mutta myös tulevaisuuden mahdollinen lisärakentaminen ja tämän todennäköisesti tuovan tehontarpeenkasvu on huomioitu rakentamalla puistomuuntamoon tilavaraukset kahdelle muuntajalle. 3.3.1 E-rakennuksen muuntamo E-rakennuksen muuntamo sijaitsee 0-kerroksessa tilassa E0-23. Muuntamossa on kaksi jakelumuuntajaa, T1 ja T2, sekä keskijännitekojeisto E-KJK-01. Molemmat muuntajat ovat nimellisjännitteeltään 20/0,4 kV ja nimellisteholtaan 800 kVA olevia hermeettisesti suljettuja öljyeristeisiä jakelumuuntajia. Muuntaja T1 on keskijänniteurakan yhteydessä kesällä 2012 vaihdettu 500 kVA tehoisesta muuntajasta suurempitehoiseen GBE:n valmistamaan 800 kVA muuntajaan, jotta muuntajien T1 ja T2 syöttämien pääkeskusten välisestä varasyöttöyhteydestä saataisiin täysitehoinen. Muuntaja T2 on aikaisemmin Tampereen Sähköverkko Oy:n omistuksessa ollut France Transfon valmistama jakelumuuntaja. 19 Keskijännitekojeisto E-KJK-01 on muuntajan T2 tapaan aikaisemmin Tampereen Sähköverkko Oy:n omistuksessa ollut. Kojeisto on Merlin Gerinin valmistama ja se muodostuu yhteensä neljästä kennosta; kahdesta syöttökennosta sekä kahdesta jakelumuuntajakennosta. Toisesta syöttökennosta on yhteys G-rakennuksen muuntamoon ja toisesta uuteen puistomuuntamoon. Katkaisijat ovat SF6-eristeisiä. Molempien jakelumuuntajakennojen sulakkeiden koot ovat 3x40 A ja niiltä tulee syötöt muuntajille T1 ja T2. 3.3.2 G-rakennuksen muuntamo Vuonna 2012 uuteen G-rakennukseen rakennettu muuntamo sijaitsee rakennuksen kellaritiloissa ja siellä on omiin huoneisiinsa sijoitettuna kaksi jakelumuuntajaa, T4 ja T5. Muuntaja T4 sijaitsee tilassa G00-33 ja muuntaja T5 tilassa G00-32, lisäksi tilassa G0031 on keskijännitekojeisto G-KJK-01 sekä pienjännitekojeisto G-PJK-T4. Molemmat muuntajat ovat samaan aikaan vuonna 2012 käyttöönotettuja nimellisjännitteeltään 20/0,4 kV ja nimellisteholtaan 1 000 kVA olevia valuhartsieristeisiä kuivamuuntajia. Toisin kuin E-rakennuksen muuntamon muuntajien tapauksessa, Grakennuksen molemmilla muuntajilla on lämpötilavahdit, jotka on kytkettyinä kampuksella käytössä olevaan Schneider Electricin ylläpitämään rakennusautomaatiojärjestelmään (kuva 2). KUVA 2. Muuntajien T4 ja T5 lämpötilavahdit (Kuva: Joni Blom 2013) 20 Muuntajien lämpötilavahdeille on asetettu muuntajavalmistajan antamat lämpötilan hälytys- ja laukaisurajat. Rakennusautomaatiojärjestelmän kautta muuntajien lämpötiloja voidaan tarkkailla sekä lisäksi kiinteistöautomaatiojärjestelmään tulee hälytys esimerkiksi muuntajan lämpötilan ylittäessä sille asetetun hälytysrajan arvon. Tällöin voidaan välttyä muuntajan ylikuumenemisen aiheuttamalta mahdolliselta sähkökatkokselta tai muuntajan vahingoittumiselta, koska hälytystiedon tultua voidaan ryhtyä tilanteen vaatimiin toimenpiteisiin ennen kuin lämpötila ehtii ylittämään asetellun laukaisurajan tai vahingoittaa muuntajaa. Vastaavan järjestelmän toteutus E-rakennuksen muuntamoonkin olisi suositeltavaa. Sen ei pitäisi olla vaikeasti toteutettavissa, koska molemmat muuntajat on varustettu lämpömittareilla, mutta lämpötilatietoja ei vaan ole viety rakennusautomaatiojärjestelmään. Keskijännitekojeisto G-KJK-01 on Siemensin Simosec -mallia ja se muodostuu kymmenestä kennosta; kaksi liittymäkennoa rengassyöttöyhteyksille, pitkittäiskatkaisijakenno, mittauskenno, syöttökennot puistomuuntamolle ja E-rakennuksen muuntamolle sekä yhteensä neljä jakelumuuntajakennoa, joista kaksi muuntajille T4 ja T5 sekä kaksi varalle tulevaisuuden lisäyksiä varten (kuva 3). KUVA 3. Keskijännitekojeiston G-KJK-01 liittymä- ja katkaisijakennot (Kuva: Joni Blom 2013) 21 Kuvassa 3 vasemmalla ja keskellä näkyvien liittymäkennojen rengassyötöt tulevat Tampereen Sähköverkko Oy:n sähkölaitteistoilta M76 Hipposkylä ja M1443 Kuntokatu. Koska syötöt tulevat kyseiselle keskijännitekojeistolle, toimii kuvassa oikealla näkyvä pitkittäiskatkaisijakenno koko kiinteistön pääkatkaisijana. Katkaisijakennon viereinen mittauskennoon liitetty sähkömittari mittaa näin ollen koko liittymän kulutusta. Kojeiston nimellisjännite on 24 kV ja sen terminen oikosulkukestoisuus on 20 kA. Katkaisijat ovat SF6-eristeisiä. Pienjännitekojeisto G-PJK-T4 on UTU Oy:n NALLE -mallin kojeisto, jonka nimellisvirta on 1 600 A, terminen nimelliskestovirta on 30 kA ja dynaaminen kestovirta on 65 kA. Keskuksen pääkytkimenä on Schneider Electricin Masterpact -tehokatkaisija, jonka tarkempi malli on NW16 H1 (kuva 4). KUVA 4. G-PJK-T4 pienjännitekojeiston Schneider Electricin Masterpact pääkatkaisija (Kuva: Joni Blom 2013) 22 Pääkatkaisijan nimellisvirta on 1 600 A ja se on varustettu Micrologic 5.0H suojareleellä. H-tyypin suojareleellä on sen päätoimintojen lisäksi monia muita ominaisuuksia, siltä on esimerkiksi mahdollista saada paljon eri mittaustietoja väyläliitännän kautta. Katkaisijoita on kaksi samanlaista rinnan; toinen muuntajalta T4 tulevalle syötölle ja toinen pääkeskukselta PK5 tulevalle varasyöttöyhteydelle. Molempien katkaisijoiden asettelu on 1 600 A. Samanlainen katkaisija on myös pääkeskuksen PK3 lähdölle, mutta tämän katkaisijan asettelu on 1 000 A. 3.3.3 Puistomuuntamo Puistomuuntamo on erillinen vuonna 2012 keskijänniteurakan yhteydessä rakennettu muuntamorakennus C-rakennuksen Teiskontien puoleisen päädyn vieressä. Puistomuuntamossa on keskijännitekojeisto MU-KJK-01 sekä tilavaraukset kahdelle jakelumuuntajalle. Muuntamossa ei vielä ole muuntajia, koska sen rakentamisen pääsyy oli tulevaisuuden lisärakentamisen tuoma tehontarpeen kasvu. Keskijännitekojeisto MU-KJK-01 on Siemensin Simosec -mallia ja se muodostuu viidestä kennosta; syöttökennot G- ja E-rakennuksen muuntamoille, kaksi jakelumuuntajakennoa muuntajavarauksille (T6 ja T7) sekä yksi tyhjä varakenno. Kojeiston nimellisjännite on 24 kV ja sen terminen oikosulkukestoisuus on 20 kA. Katkaisijat ovat SF6eristeisiä. 3.4 Pääkeskukset Pääkeskuksia Kuntokadun kampuksella on yhteensä viisi, joista neljä, PK1, PK2, PK3 ja PK5, sijaitsee Kuntokatu 3 kiinteistössä ja yksi, PK4, Kuntokatu 4 kiinteistössä (kuva 5). 23 KUVA 5. Pääkeskusten sijainnit ja jakelualueet (Pääjohtokaavio 2013) Kuvassa 5 on esitettynä jokaisen pääkeskuksen sijainti sekä niiden jakelualueet. Lisäksi kuvasta käy hyvin ilmi edellä esiteltyjen E- ja G-rakennuksien muuntamoiden sijainnit; PK1 ja PK2 sijaitsevat E-rakennuksen muuntamotilassa ja kuvassa pääkeskusten lisäksi esitetty pienjännitekojeisto G-PJK-T4 taasen sijaitsee G-rakennuksen muuntamotiloissa. Kuntokatu 4 kiinteistöä ei ole esitetty oikeassa muodossaan, koska muutoinkin käy ilmi, että sen jakelun hoitaa kiinteistön ainoa pääkeskus PK4. 3.4.1 Pääkeskus PK1 Muuntajalta T1 syöttönsä saava pääkeskus PK1 sijaitsee E-rakennuksen muuntamotilassa E0-23. Pääkeskuksen PK1 jakelualueeseen kuuluvat A-, E- ja F-rakennukset. Pääkeskus PK1 on vuonna 2000 F-rakennuksen rakentamisen yhteydessä uusittu Ikaalisten Keskussähkö Oy:n valmistamaan IKNB kojeistoon, jonka nimellisvirta on 24 1 250 A, terminen nimelliskestovirta on 31,5 kA ja dynaaminen kestovirta on 66,2 kA. Syöttökatkaisijana keskuksessa on ABB:n SACE S7 -katkaisija (kuva 6). KUVA 6. Pääkeskuksen PK1 ABB:n SACE S7 -pääkatkaisija (Kuva: Joni Blom 2013) Katkaisija ei itsessään sisällä ylivirtarelettä, joten suojaus on toteutettu mikroprosessoripohjaisella PR211 -ylivirtareleellä, jonka asettelu on 750 A. Asettelun ollessa 750 A, vastaa se noin 520 kVA tehoa. Keskuksella on lisäosa PK1.A, joka on vuonna 1998 A-rakennuksen saneerauksen yhteydessä asennettu Ikaalisten Keskussähkö Oy:n IKN mallinen kojeisto, jonka nimellisvirta on 800 A, nimelliskestovirta on 21,6 kA ja dynaaminen kestovirta on 42,6 kA. Pääkeskuksella PK1 lähtö PK1.A kojeistolle on suojattu PR211 -ylivirtareleellä varustetulla ABB:n SACE S6 -katkaisijalla, jonka asettelu on 720 A, itse PK1.A kojeiston pääkytkimenä on 800 A nimellisvirraltaan oleva kuormankytkin. 3.4.2 Pääkeskus PK2 Muuntajalta T2 syöttönsä saava pääkeskus PK2 sijaitsee pääkeskus PK1:n tavoin Erakennuksen muuntamotilassa E0-23 ja sen jakelualueeseen kuuluvat C-, D- ja L- 25 rakennukset kokonaisuudessaan sekä B-rakennuksen Teiskontien puoleinen puolikas rakennuksen suurkeittiö mukaan lukien. Pääkeskus PK2 on vuonna 1999 C-rakennuksen rakentamisen yhteydessä asennettu Ikaalisten Keskussähkö Oy:n valmistama malliltaan IKN oleva kojeisto, jonka nimellisvirta on 1 250 A, terminen nimelliskestovirta on 31,5 kA ja dynaaminen kestovirta on 66,2 kA. Syöttökatkaisijana keskuksessa on ABB:n SACE S7 -katkaisija, jonka suojaus on toteutettu pääkeskuksen PK1 tavoin mikroprosessoripohjaisella PR211 - ylivirtareleellä, jonka asettelu on 1 125 A, vastaten noin 780 kVA tehoa. Pääkeskusten PK1 ja PK2 välisen varasyöttöyhteyden pääkytkimenä toimii 1 250 A nimellisvirraltaan oleva kuormankytkin. 3.4.3 Pääkeskus PK3 Pääkeskus PK3 sijaitsee H- ja B-rakennuksien rajamailla pohjakerroksessa tilassa B00-27. Keskuksen jakelualuetta ovat B-rakennuksen Kuntokadun puoleinen puolikas sekä H- ja I-rakennukset. Keskukselle tulee vielä muusta kiinteistön verkosta erillään oleva pienjänniteliittymä vanhan puistomuuntamon jakelumuuntajalta T3. Tulevaisuudessa keskuksen on tarkoitus saada syöttönsä G-rakennuksen pienjännitekojeistolta G-PJK-T4. Pääkeskuksen PK3 kojeisto on Tampereen Keskustekniikka Oy:n valmistama ja sen nimellisvirta on 1 250 A, terminen nimelliskestovirta on 25 kA ja dynaaminen kestovirta on 50 kA. Syöttökatkaisijana keskuksessa on ABB:n SACE S7 -katkaisija, jonka suojaus on toteutettu pääkeskusten PK1 ja PK2 tavoin mikroprosessoripohjaisella PR211 ylivirtareleellä, jonka asettelu on 1 250 A. Liittymiskaapelointi on toteutettu viidellä kaapelilla, joiden jokaisen suojana toimii 200 A nimellisvirraltaan olevat kahvasulakkeet. Rinnakkaisten kahvasulakkeiden yhteenlaskettu nimellisvirta on tällöin 1 000 A. Liittymän koon ollessa 1 000 A, vastaa se noin 690 kVA tehoa. 26 3.4.4 Pääkeskus PK4 Pääkeskus PK4 on Kuntokatu 4 kiinteistön ainoa pääkeskus ja näin sen jakeluun kuuluu koko kiinteistö. Kojeisto sijaitsee P-rakennuksen kellarissa tilassa P0-06. Keskukselle tulee vielä pienjänniteliittymä vanhan puistomuuntamon jakelumuuntajalta T3. Tulevaisuudessa keskuksen on tarkoitus saada syöttönsä G-rakennuksen pääkeskukselta PK5. Keskuksen tunnus ennen Pirkanmaan ammattikorkeakoulun ja Tampereen ammattikorkeakoulun yhdistymistä oli PKB01 ja vain tämä tunnus löytyy keskuksen kannesta. Keskus on Ikaalisten Keskussähkö Oy:n IKNB mallin kojeisto, jonka nimellisvirta on 630 A, terminen nimelliskestovirta on 21,6 kA ja dynaaminen kestovirta on 42,6 kA. Keskus on asennettu vuonna 2002 P-rakennuksen saneerauksen yhteydessä. Keskuksella ei ole katkaisijaa, vaan erotuslaitteena toimii kytkinvaroke, jossa suojana on nimellisvirraltaan 630 A olevat kahvasulakkeet. Liittymän ollessa kooltaan 630 A, vastaa se tällöin noin 440 kVA tehoa. 3.4.5 Pääkeskus PK5 Pääkeskus PK5 sijaitsee G-rakennuksen alimmassa kerroksessa tilassa G00-35. Kojeisto vastaa G-rakennuksen sähkönjakelusta. Koska sähkönjakeluun kohdistuvien muutostöiden jälkeen kojeisto tulee syöttämään pääkeskusta PK4, kuuluu periaatteessa tällöin koko Kuntokatu 4 kiinteistökin pääkeskuksen PK5 jakeluun. Keskus on vuonna 2012 valmistettu ja käyttöönotettu keskusvalmistaja UTU Oy:n kojeisto mallia N400. Kojeiston nimellisvirta on 1 600 A, terminen nimelliskestovirta on 50 kA ja dynaaminen kestovirta on 110 kA. Keskuksen pääkatkaisijana on kojeiston G-PJK-T4 tapaan Schneider Electricin Masterpact -tehokatkaisija, jonka tarkempi malli on NW16 H1. Pääkatkaisijan nimellisvirta on 1 600 A ja se on varustettu myös Micrologic 5.0H -suojareleellä. Katkaisijan asettelu on 1 600 A ja tämä vastaa noin 1 100 kVA tehoa. Katkaisijoita on kaksi samanlaista rinnan, koska keskukselle tulee kaksi syöttöä; toinen syöttö suoraan muuntajalta T5 ja toinen varalle tarkoitettu syöttö pienjännitekojeistolta G-PJK-T4. 27 Pääkeskuksen kaikki lähdöt alakeskuksille on toteutettu uudenaikaisilla kompaktikatkaisijoilla kytkinvarokkeiden sijaan. Kompaktikatkaisijat ovat NXS -mallia ja ne ovat lähdön koosta riippuen nimellisvirraltaan 100 - 630 A. Katkaisijat on varustettu Etyypin Micrologic -suojareleillä. Suojareleiltä on mahdollista saada kuormitustietoja niihin kytkettävän väylän kautta ja tämä ominaisuus olisikin tarkoitus jatkossa ottaa käyttöön ensisijaisesti verkon seurantaa varten. Tämä palvelee huoltoa ja kunnossapitoa, mutta lisäksi ominaisuutta voidaan käyttää opetuksessa (TSS Group Oy 2010, 18). 3.5 Loistehon kompensointi Loisteho kuvaa jännitteen ja virran vaihe-erosta johtuvaa näennäistehon ja pätötehon erotusta ja se on pätötehon ohella joidenkin kulutuslaitteiden, kuten muuntajien ja moottorien, toiminnalle välttämätön. Lisäksi epälineaariset kuormat, kuten useimmat elektroniikkalaitteet, tuottavat verkkoon yliaaltovirtoja eli perustaajuuden monikertoja, jotka vaikuttavat kuormituksen ottamaan kokonaisvirtaan ja lisäävät näin verkkoon loistehon lisäksi säröä. Loisteho ei kuitenkaan ole pätötehon tavalla työtä tekevää tehoa, vaan se värähtelee kuorman ja siirtoverkon välillä, jolloin se aiheuttaa käytännössä työn tekemisen kannalta ylimääräisiä siirtohäviöitä ja jännitehäviöitä (Mäkinen & Kallio 2004, 17– 18). Koska sähköverkossa esiintyvä loisteho on yleensä induktiivista, voidaan sitä kompensoida kapasitiivisella loisteholla kondensaattorien avulla, jotka on kannattavinta sijoittaa mahdollisimman lähelle loistehoa tarvitsevaa kulutuspistettä (Kauppila, Tiainen & Ylinen 2009, 65). Tästä johtuen sähkönjakeluyhtiöt perivät kuluttajilta loistehomaksuja, jotta kuluttajat kompensointinsa kautta pienentäisivät siirtoverkkojen kuormittamista loisteholla. Näin ollen loistehon kompensointi hyödyttää kuluttajaa siten, että loistehon pienenemisen johdosta verkon mitoitus pienenee, loistehomaksujen pienenemisen johdosta kustannukset pienenevät sekä oikeanlaisella kompensointilaitteistolla saadaan suodatettua elektronisten laitteiden aiheuttamia yliaaltoja ja näin parannettua sähkönlaatua. Kompensointitapoja on useita; kompensointi voi olla laite- tai ryhmäkohtaista tai se voi olla pää- tai ryhmäkeskuksille keskitettyä. Koska kompensoinnin kokonaistaloudellisin toteutustapa on erilainen erityyppisissä verkoissa, tulee kompensointitavan valinta olla 28 juuri kyseiseen verkkoon soveltuvan mukainen. Kompensoinnin toteutus yliaaltopitoisessa verkossa on nykyään viisasta tehdä usealla tehoportaalla varustetulla estokelaparistolla, jonka kondensaattorin ja kuristimen viritystaajuus on valittu siten, että se on matalampi kuin alin verkossa esiintyvä yliaalto eikä se tällöin voi resonoida tyypillisillä yliaaltotaajuuksilla ja näin vahvistaa niitä. Koska viritystaajuuksina käytetään yleisimmin 130 Hz, 141 Hz ja 189 Hz taajuuksia, ja estokelaparisto kykenee myös suodattamaan taajuudesta riippuen noin 15 – 50 % verran alemmista yliaaltovirroista, soveltuu se hyvin yliaaltopitoisen verkon kompensointiin (Tiainen & Vitikka 2004, 152). Kompensointiparistoa ohjataan loistehonsäätimellä, joka kytkee verkkoon kulloinkin tarvittavan määrän tehoportaita kuormituksen loistehotarpeen mukaan (Tiainen & Vitikka 2004, 150). Yhdessä estokelaparistolaitteistossa portaita on tyypillisesti kolmesta seitsemään ja yhden portaan teho voi olla vain muutamasta kilovarista aina lähemmäs sataa kilovaria. Koska paristoja valmistetaan vain noin 450 kVAr tehoon saakka, saadaan suuremmat tehot yhdistämällä useita paristoja saman säätimen taakse. 3.5.1 Toteutus Kuntokadun kampuksen loistehon kompensointi on toteutettu niin sanotusti keskitetysti. Tämä tarkoittaa sitä, että kompensointi on toteutettu pääkeskusten yhteydessä ja lisäksi myös joillain loistehontarpeeltaan isoja käyttöjä syöttävillä ryhmäkeskuksilla on omat kompensointiparistonsa. Tällaisia ryhmäkeskuksia ovat esimerkiksi IV-konehuoneiden keskukset, joiden kuorma on suurimmilta osin verkkoon yliaaltoja aiheuttavia taajuusmuuttajakäyttöjä. Tällä hetkellä Kuntokadun kampuksen sähkönjakeluverkossa on käytössä yhteensä yhdeksän kompensointilaitteistoa, joista jokainen on Nokian Kondensaattorit Oy:n valmistama estokeloilla varustettu kondensaattoriparisto. Kompensointilaitteistot sijaitsevat pääkeskusten PK1, PK2 ja PK3, ryhmäkeskusten JKB701, JKC501 ja JKF301 sekä nousukeskuksen NKC001 yhteydessä (taulukko 1). 29 TAULUKKO 1. Kompensointiparistot Keskus Paristotyyppi Teho (kVAr) Portaat (kVAr) Sulakkeet (A) Kaapelointi PK1 1) D300 400 6x50+2x50 3x630 2x(MCMK 3x185+95) PK1 PK2 2) D100 100 2x50 3x250 2x(MCMK 3x70+35) 4ACDKR 200 4x50 3x400 2x(AMCMK 4x185+57) PK3 4ACDKR 200 4x50 3x400 2x(MCMK 3x95+50) PK_vanha 4ACDKR 200 4x50 - JKB701 D150 150 2x25+2x50 3x315 MCMK 3x120+70) JKC501 3ACDKR 150 3x50 3x315 2x(MCMK 3x70+35) JKF301 - D150 150 3x50 3x315 2x(MCMK 3x70+35) 1) 3ACDKR 150 3x50 3x315 2x(MCMK 3x70+35) NKC001 2) 3ACDKR 150 3x50 3x315 2x(MCMK 3x70+35) NKC001 Taulukossa 1 on listattuna kaikkien käytössä olevien kompensointiparistojen sijainti, tyyppi, teho, portaat, sulakkeet sekä pariston kaapelointi. Käytössä olevien kompensointiparistojen lisäksi taulukossa on esitetty nykyisin käyttämättömänä olevan vanhan pääkeskuksen PK_vanha kompensointipariston tyyppi, teho ja portaat. Kaikkien kompensointiparistojen viritystaajuus on 189 Hz. Taulukon merkintä 1) tarkoittaa, että kyseinen paristo on pääparisto sisältäen säätimen ja merkintä 2) tarkoittaa, että kyseinen paristo on orjaparisto, jolla ei ole omaa säädintä vaan se saa ohjauksensa pääpariston säätimeltä. Paristot on yhdistetty saman säätimen ohjaukseen, jotta on aikaansaatu suurempi tehokapasiteetti. Jokaisen kompensointipariston ohjaus on toteutettu Nokian Kondensaattorit Oy:n A12 -tyyppisellä loistehonsäätimellä (kuva 7). KUVA 7. Nokia Kondensaattorit Oy:n valmistama A12 -tyypin loistehonsäädin (Kuva: Joni Blom 2013) 30 Kyseisellä loistehonsäätimellä saadaan ohjattua yhteensä enintään 12 porrasta. Säätimelle tulee syöttää portaiden määrä ja niiden koko sekä tavoitetehokerroin ja havahtumisrajat, jotta se saadaan toimimaan halutusti. Ohjauksen lisäksi säätimen ominaisuuksiin kuulu se, että siltä saadaan hetkellisiä mittaustietoja, kuten kuvassa näytössä näkyvä tehokerroin sekä lisäksi kokonaisvirran ja loisvirran suuruudet sekä jännitesärö verrattuna nimellisjännitteeseen THD-arvona, joka ilmoitetaan prosenttilukuna. Säädin näyttää näytöllä myös portaiden kytkentätilanteen viivoilla kunkin portaan numeron kohdalla. (Loistehonsäädin käyttöohje, 2) Jokaisen loistehonsäätimen tavoitetehokertoimen arvoksi on asetettu 0,99 ind., jolloin sen myös tulisi kuvan osoittamalla tavalla pystyä pitämään verkon tehokerroin kyseisessä arvossa ja näin aikaansaada induktiivisen loistehon pieneneminen. Koska tavoitetehokerroin on asetettu niin lähelle arvoa 1,00 ja joidenkin paristojen portaat ovat melko suuria, voi tämä mahdollisesti aiheuttaa ylikompensointia, joka tarkoittaa verkosta loistehon ottamiseen sijaan sen syöttöä verkkoon. Ylikompensoinnilla tarkoitetaan, että kompensointilaitteisto säätääkin tehokertoimen induktiivisesta kapasitiiviseen, eli yli 0,99 ind. arvon. 3.5.2 Toimivuus Jokaiselle Kuntokadun kampuksen verkossa olevalle kompensointiparistolle, mukaan lukien käytöstä poistetulle vanhan pääkeskuksen PK_vanha paristolle, on suoritettu Tampereen Vera Oy:n tekemä kuntotarkastus vuoden 2010 loppupuolella silloisen Kuntokadun kampuksen sähkölaitteiston käytön johtajan tilauksesta. Kuntotarkastuksessa käytiin läpi kompensointiparistojen loistehonsäätimien asettelut sekä itse paristoille tehtiin kuormitusmittaukset paristojen sen hetkisen kunnon selvittämiseksi pääjakelun esisuunnittelua varten. Samalla loistehonsäätimiltä tarkastettiin yliaaltojen aiheuttama sen hetkinen jännitesärö, jotta saataisiin osviittaa verkon sähkönlaadusta. Kompensointiparistojen kuntotarkastusten mittauspöytäkirjoista on poimittu edellä mainitut tiedot ja ne ovat taulukoituna samaan taulukkoon itse vuoden 2013 huhtikuussa tarkastamieni jännitesäröarvojen kanssa (taulukko 2). 31 TAULUKKO 2. Vuoden 2010 paristojen kuntotarkastuksen tiedot (Tampereen Vera Oy 2010) ja vuoden 2013 jännitesäröjen arvot Keskus Paristotyyppi Havahtumisraja a) UTHD (% ) a) UTHD (% ) b) Muuta huomioitavaa PK1 1) D300 0,36 ind./0,36 kap. 2,3 1,5 Paristovirrat alentuneet 2) D100 0,36 ind./0,36 kap. 2,3 1,5 Paristovirrat alentuneet 4ACDKR 0,30 ind./0,30 kap. 2,0 1,7 Paristovirrat alentuneet PK3 4ACDKR 0,30 ind./0,30 kap. 2,9 2,0 - PK_vanha 4ACDKR 0,36 ind./0,36 kap. 3 - JKB701 D150 0,45 ind./0,45 kap. 3,7 3,3 Suuri jännitesärö JKC501 3ACDKR 0,60 ind./0,60 kap. 2,5 2,3 Porrasjako liian karkea JKF301 D150 1,20 ind./1,20 kap. 2,6 1,7 Porrasjako liian karkea NKC001 1) 3ACDKR 0,36 ind./0,36 kap. 1,8 2,0 - NKC001 2) 3ACDKR 0,36 ind./0,36 kap. 1,8 2,0 - PK1 PK2 Taulukon 2 merkintä a) Paristovirrat alentuneet tarkoittaa, että kyse on kuntotarkastuksen tehneen Tampereen Vera Oy:n tekemistä tarkastuksista ja merkintä b) tarkoittaa, että kyseessä on itseni te- kemä jännitesäröprosenttien luenta. Tampereen Vera Oy:n (2010) tekemässä kuntotarkastuksessa on todettu pääkeskusten PK1 ja PK2 sekä nykyisin käytöstä poistetun keskuksen PK_vanha kompensointiparistojen virtojen hieman alentuneen normaalisti ikääntymisestä ja käytöstä johtuen. Näille kompensointiparistoille on ehdotettu toimenpiteenä yhden vuoden välein tehtäviä seurantamittauksia, joissa paristojen kuntoa tarkkailtaisiin. Lisäksi ryhmäkeskusten JKC501 ja JKF301 kompensointiparistojen kohdalla huomattiin käyttökohteeseen nähden näiden porrasjaon olevan turhan karkea, sen ollessa kummallakin paristolla 3x50 kVAr. Tämän vuoksi näiden paristojen käyttöaste on pieni, jota hienompien portaiden asennuksella saataisiin tarvittaessa kasvatettua. Muutoin itse kompensointiparistot vaikuttivat tuolloin olevan kunnossa, mutta keskuksien PK3, PK_vanha ja JKB701 jännitteiden säröt olivat suuria. Pääkeskuksen PK3 ja keskuksen PK_vanha kompensointiparistojen tilanteessa kyseessä oli ilmeisesti niiden käyttö rinnakkain, joka voi joskus aiheuttaa säädön pumppausta siten, että jännitesärö kasvaa. Keskuksen JKB701 tilanteessa ei kuitenkaan kyseisen kuntotarkastuksen pohjalta kyetty tarkemmin sanomaan mikä suuren jännitesärön aiheuttaa ja tämän vuoksi tarkastuspöytäkirjassa (2010) onkin kehotettu yliaaltopitoisuuden vuoksi jatkotoimenpiteinä taajuusmuuttajien aiheuttamien yliaaltojen tarkastelua keskuksen syöttäessä paljon taajuusmuuttajaohjattuja käyttöjä tai suodatinparistomahdollisuuden tarkastelua. 32 Itse tarkistamieni jännitesäröarvojen perusteella vuoden 2013 huhtikuuhun mennessä kompensointiparistoilla varustettujen verkkojen yliaaltopitoisuus ei ole kasvanut ainakaan selvästi. Kompensointiparistojen kuntotarkastuksen toimenpidekehotuksesta huolimatta näyttäisi siltä, että pääkeskuksien PK1 ja PK2 kompensointiparistoille ei ole tehty seurantamittauksia eikä keskuksen JKB701 suuren jännitesärön suhteen ole tehty toimenpiteitä, sen ollessa edelleen yli 3 % luokkaa. Kompensoinnin tarkastelun pohjalta kompensointiparistoihin liittyen toimenpideehdotukseksi tulee pääkeskuksien PK1 ja PK2 kompensointiparistoille suositeltujen seurantamittausten suorittaminen sekä keskuksen JKB701 jännitesärön tarkastelun suorittaminen ja toimenpiteiden toteuttaminen siten, että yliaaltojen oikeanlaisen suodatuksen kautta saataisiin jännitesäröä pienemmäksi. Nykyisellään keskuksen JKB701 sähkönlaatu ei täytä sähkönlaatusuosituksen mukaan hyvän sähkönlaadun rajaa, joka jännitesärölle kaikki yliaallot huomioiden on 3 % (ST 52.50 Sähkön laatu, käsitteet ja vaatimukset 2006). Nykyisen kompensoinnin toimivuuden huomioimisen lisäksi tulee tarkastella myös pääkeskuksia PK4 ja PK5, joilla ei ole lainkaan loistehon kompensointia käytössä. Pääkeskuksen PK5 tilanteessa kyse on siitä, että sen kompensoinnin tarvetta ei vielä ole pystytty kartoittamaan, koska sen jakelualueen muutokset eivät ole vielä täysin valmiita. Tämän vuoksi kompensoinnin tarve tulee pääkeskuksen PK5 osalta kartoittaa mahdollisimman pian kun muutokset on saatu valmiiksi. Pääkeskuksen PK4 tilanteessa sen sijaan kompensoinnin tarve tulisi kartoittaa nopeammin, koska Kuntokatu 4 koko kiinteistön sähköverkossa ei nykyisellään ole lainkaan toimivaa loistehon kompensointia nykyisen pääkeskustilassa sijaitsevan kompensointipariston ollessa kohteeseen käyttökelvoton. Pääkeskukselle PK4 on jo vuoden 2010 lokakuussa suoritettu kuormitus- ja yliaaltoanalyysi Tampereen Vera Oy:n toimesta. Pääkeskukselle PK4 suoritetun kuormitus- ja yliaaltoanalyysin mittausraportin yliaaltoanalyysin ja tehotarkastelun kuvaajat ovat liitteessä 2. Liitteessä 2 esitetyn jännitesärön vuorokausikuvaajista nähdään, kuinka jännitesärö ylittää hyvälle sähkönlaadulle määritetyn 3 % rajan päiväaikaan eli opetusajankohtina kuormituksen ollessa suurimmillaan. Tampereen Vera Oy:n mittausraportissa (2010) on kehotettu, että suurivirtaisimpien keskusten kuormitukset tulisi mitata yliaaltosisältöineen ja vähentää yliaaltovirtojen syntymistä varustaen kuormitukset oikeanlaisilla laitteistoratkaisuilla, erilaisilla taa- 33 juusmuuttajilla tai suodattimilla. Liitteessä 2 esitetyn tehotarkastelun perusteella huomataan loistehon oton käyttäytyvän pätötehon kanssa samassa suhteessa joka kertoo siitä, että kompensointi ei toimi oikein. Yliaaltoanalyysin perusteella voidaan siis todeta, että pääkeskuksen PK4 sähkönlaatu ei ole hyvälle sähkönlaadulle määritetyn rajan sisällä eikä loistehon kompensointi toimi oikein. Tämän perusteella mittausraportissa ehdotetaan, että kiireellisenä toimenpiteenä kompensointilaitteisto uudistetaan estokelaparistoksi ja että suurivirtaisille keskuksille suoritettaisiin kuormitusmittaukset sekä yliaaltoanalyysit korkean jännitesärön vuoksi. Yliaaltoanalyysin pohjalta annetuista toimenpide-ehdotuksista huolimatta vielä vuoden 2013 huhtikuussa pääkeskus PK4 on edelleen ilman toimivaa loistehon kompensointilaitteistoa. Koska esiintynyt jännitesärö on suuri ja kompensoimattoman loistehon takia sähkönjakeluyhtiön perimä loistehomaksu aiheuttaa Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:lle kustannuksia, tulisi loistehon kompensointi pääkeskuksen PK4 osalta saattaa toimivaksi. Käytöstä poistetun keskuksen PK_vanha kompensointilaitteiston siirto pääkeskuksen PK4 yhteyteen voisi tulla harkittavaksi, koska sillä ei nykyisessä olinpaikassaan ole enää tarvetta. Tulisi myös suorittaa tarkastelu, jossa kartoitettaisiin vaaditaanko uudessa käyttökohteessa hienompia tehoportaita, ja missä kunnossa paristot nykyään ovat, koska paristovirrat olivat alentuneet vuonna 2010 tehdyssä kompensointiparistojen kuntotarkastuksessa. 34 4 SÄHKÖNKULUTUKSEN MITTAUS Kuntokadun kampuksen sähkönkulutuksen mittaus oli ennen keskijänniteliittymään ryhtymistä toteutettu tuntitehomittareilla pienjänniteliittymäkohtaisesti, ja koska jokaisella neljällä pääkeskuksella oli oma pienjänniteliittymänsä, oli näin ollen sähkönkulutuksen mittaus myös pääkeskuskohtainen. Nämä sähkömittarit olivat etäluettavia ns. älykkäitä sähkömittareita (kuva 8). KUVA 8. Pääkeskuksen PK3 etäluettava sähkömittari (Kuva: Joni Blom 2013) Tällöin kulutustiedot olivat saatavissa joko sähköntoimittajalta tai paikallisesti pääkeskuksien mittareita lukemalla. Sähköntoimittajalta saatavia pääkeskuskohtaisia tietoja olivat sekä todelliseen kulutukseen perustuvan laskutuksen yhteydessä saatavat laskutusjakson kilowattituntilukemat ja laskutettavien pätö- ja loistehojen suuruudet että erikseen tarvittaessa pyydettävissä olevat pätö- ja loistehon keskituntitehot pidemmältäkin ajalta. Keskijänniteliittymä kesällä 2012 käyttöön otettaessa pääkeskuskohtaiset sähkönkulutusmittaukset kuitenkin jäivät osittain pois siten, että sähköntoimittajalta on saatavilla enää tiedot keskijänniteliittymästä sekä PK3 ja PK4 osalta pääkeskuskohtaisesti. Kui- 35 tenkin kesällä 2013, kun näistä kahdesta viimeisimmästä pienjänniteliittymästä tullaan pääsähkönjakelun valmistumisen myötä pääsemään eroon, ei sähköntoimittajalta tule olemaan enää saatavilla muuta kuin yksistään koko keskijänniteliittymän sähkönkulutustieto. Tämä siis johtaa siihen, että kesästä 2013 eteenpäin sähkönkulutusseuranta heikkenee selvästi, koska pääkeskuskohtaisia kulutustietoja ei ole enää saatavilla sillä keskuskohtaiset mittarit on poistettu keskusten mittauskennoista. Ainoan poikkeuksen sähkönkulutuksen seurannan puuttumisessa tekevät uudet Grakennuksen kojeistot; pienjännitekojeistolla G-PJK-T4 ja pääkeskuksella PK5 olevilta tehokatkaisijoilta saadaan väylän kautta sähköisiä parametreja. Pääkatkaisijoiden Micrologic 5.0H -suojareleiltä saa käyttöohjeen (Micrologic control units…, 2012, 69–83) mukaan taajuuden, virtojen, jännitteiden ja pätö-, lois- sekä näennäistehojen mittausarvot. Näin ollen saadaan myös tehokertoimien arvot sekä energiankulutustiedot. Lisäksi saadaan vaihe- ja nollajohtimien virtojen ja jännitteiden käyrämuodot sekä yliaaltojen suuruudet THD-lukuina. Katkaisijoilta johdotettuun Modbus -väyläliitäntään on kytketty Ethernet -liitäntäyksikkö, jonka avulla mittaustiedot voidaan tuoda tietokoneille, joihin on asennettu Schneider Electricin energianhallintajärjestelmä. Energiahallintajärjestelmältä saatavat mittaustiedot saadaan tallennettua palvelimelle ja sillä voidaan lisäksi asetella halutut raporttijaot sekä hälytysrajat mittaussuureille ja laitteille. Molemmissa kojeistossa on lisäksi kanteen asennettuna Schneider Electricin Magelis -mallin 10” kosketusnäyttö, jolla mittaustietoja pystytään lukemaan paikallisesti. Sähkönkulutuksen seurannan kannalta olisi erittäin tärkeää, että muille pääkeskuksille asennettaisiin monipuoliset mittausominaisuudet omaavat verkkoanalysaattorit, joiden mittausarvot saadaan tuotua samaan Schneider Electricin energianhallintajärjestelmään. Näin jokaisen keskuksen kuormitus- ja kulutustiedot saataisiin tuotua tietokoneille tarkkailtaviksi helposti saman ohjelman kautta. Tallennusominaisuuksien avulla saataisiin kulutustiedot pidemmältä aika väliltä ja nämä tiedot talteen keräämällä kulutuksen seurannan mahdollisuudet olisivat huomattavasti nykyistä paremmat. Koska jokaiselle pääkeskukselle jää mittarien poiston seurauksena mittauskenno tyhjäksi, olisi verkkoanalysaattoreille olemassa jo sijoituspaikatkin. 36 5 5.1 SÄHKÖNHANKINTA Sähkönhinnan muodostuminen Sähkönhinta muodostuu kolmesta eri osuudesta; sähkön siirrosta, myynnistä sekä arvonlisä- ja sähköveron muodostavista veroista. Näistä vain myynnin osuuteen voidaan vaikuttaa sähköntoimittajan valinnalla, koska se sähkönjakeluverkonhaltija, jonka verkkoon kuluttaja on liittynyt, huolehtii ja täten myös laskuttaa sähkönsiirrosta aina, vaikka itse sähkö tilattaisiinkin joltain toiselta yhtiöltä (Mäkinen 2003, 44). Jakeluverkonhaltijoilla on kuitenkin olemassa eri siirtotariffeja, joiden valinnalla voidaan vaikuttaa sähkönsiirrosta aiheutuvien kustannusten suuruuteen. Yleisesti käytetyt pienjänniteliittymien siirtotariffit muodostuvat kiinteästä kuukausittaisesta perusmaksusta sekä energiamaksusta kutakin siirrettyä kilowattituntia kohden ja ne eroavat keskenään siten, että perusmaksut ovat erisuuruiset ja energiamaksut joko vaihtelevat vuorokaudenajan tai vuodenajan mukaan tai ovat näistä seikoista riippumattomia ja ovat näin ollen kiinteitä. Lisäksi on olemassa suuritehoisille sähköliittymille suunnattuja pien- ja keskijännitetehosiirtotariffeja, jotka eroavat edellä mainituista siirtotariffeista siten, että energia- ja perusmaksun lisäksi asiakkaalta laskutetaan pätö- ja loistehomaksu. (Kärkkäinen & Farin 2000, 12–16.) Laskutettava pätötehomaksu määräytyy tyypillisesti liukuvan 12 kuukauden aikana mitatun suurimman kuukausittaisen tuntitehon tai useamman suurimman kuukausittaisen tuntitehon keskiarvon mukaan. Loistehomaksun suuruuden taasen määrää kunkin kuukauden suurin mitattu induktiivinen loisteho, josta on vähennetty jakeluverkonhaltijan määrittämä yleensä noin 16 - 20 % laskutuspätötehon määrästä tai usein vähintään jokin kiinteä loistehon suuruus, kuten esimerkiksi monien jakeluverkonhaltijoiden käyttämä 50 kVAr (Tampereen Sähköverkko Oy 2013). Myyntitariffi muodostuu yleensä kuukausittaisesta perusmaksusta sekä energiamaksusta kutakin käytettyä kilowattituntia kohden. Myyntitariffit eroavat tyypillisesti keskenään siten, että niiden hinnat määräytyvät vuorokaudenajan, vuodenajan tai tilatun sähkön tuotantotavan mukaan. Sähkönmyynti voidaan kilpailuttaa eri sähköntoimittajien kesken, jolloin tätä kautta sähkönhankintakustannuksissa voidaan saada aikaan säästöä. 37 5.2 Jakeluverkonhaltija ja nykyiset sähkösopimukset Kuntokadun kampuksen keskijänniteliittymän sekä molempien vielä olemassa olevien pienjänniteliittymien sähkönmyyntisopimukset on tehty Tampereen Sähkölaitos yhtiöihin kuuluvan Tampereen Sähkönmyynti Oy:n kanssa. Koska sähkönsiirrosta vastaava jakeluverkonhaltija Tampereen Sähköverkko Oy kuuluu myös samaisiin Tampereen Sähkölaitos -yhtiöihin, laskuttaa Tampereen Sähkönmyynti Oy sähkönmyyntisopimuksen sopimusehtojen mukaisesti sekä sähköenergiasta että sähkönsiirrosta. Näin ollen jokaisen liittymän yhtä laskutusjaksoa kohden tulee yksi lasku, jolla samalla kertaa laskutetaan sähköenergia sekä sähkönsiirto. Liitteessä 3 on esitettynä vuoden 2012 sähkönkulutus liittymittäin, sen hetkisen siirtotariffin hinnasto kustannukset sekä koko näiden vuoden pohjalta osalta. laskettu Vuoden sähkönsiirrosta sähkönkulutus oli aiheutuneet yhteensä noin 5 826 MWh. Hinnastoissa esitetyt hinnat eivätkä tehdyt laskennat sisällä arvonlisäveroa, joka vuonna 2012 oli 23 %, joten se tulee lisätä laskentoihin lopullisen maksettavaksi tulevan summan saamiseksi. Liitteen 3 laskentojen tulokseksi saatiin, että Kuntokadun kampuksen sähkönkäytöstä aiheutuvien vuoden 2012 kustannuksista sähkönsiirron osuus oli 214 232 euroa. Sähkönmyynnin osuutta ei esitetä, koska sopimuksen tiedot eivät ole julkisia. Koska tarkasteltavan kohteen sähkönkäytöstä aiheutuvat kustannukset ovat näinkin suuret, voidaan tariffivertailun avulla löytää merkittäviä säästömahdollisuuksia. 5.2.1 Myyntitariffivertailu Keskijänniteliittymän sekä molempien vielä olemassa olevien pienjänniteliittymien sähkönmyyntisopimukset on tehty Tampereen Sähkönmyynti Oy:n kanssa, ja hinnat ovat kaikille kolmelle liittymälle samat. Nykyiset sähkönmyyntisopimukset ovat määräaikaisia ja ne ovat voimassa vuoden 2010 alusta vuoden 2016 loppuun, joskin keskijänniteliittymän sähkönmyyntisopimuksen alkamispäivä oli 11.7.2012, koska se otettiin tällöin vasta käyttöön. Keskijänniteliittymän sopimus jää yksistään voimaan sellaisenaan, kun pienjänniteliittymät poistetaan käytöstä. Sähkönmyyntisopimukset on tehty Tampereen Sähkönmyynti Oy:n tekemän tarjouksen perusteella ilman kilpailutusta. 38 Sähköenergian laskutus perustuu täysin kulutetun energian määrään, koska sopimuksessa ei ole kuukausittaista perusmaksua. Pätö- tai loistehosta ei myöskään laskuteta. Itse energian hinta on kiinteä, eli se on vuorokauden- ja vuodenajoista riippumatta aina sama. Tätä sopimusta voidaan pitää edukkaana Tampereen ammattikorkeakoulun kannalta energian kiinteän hinnan vuoksi, koska sähkö on yleisesti kalleimmillaan päivä- ja talviaikaan, eli juuri silloin kun kampuksen sähkönkulutus on suurimmillaan. Näin ollen sopimukset, joissa yö- tai kesäajan energia on kiinteästi halvempaa, eivät ole kannattavia näin ajoittuvalla sähkönkulutuksella. Koettaessa etsiä Tampereen Sähkönmyynti Oy:n ja muiden suurimpien sähköntoimittajien taulukkohintoja huomataan, ettei kiinteähintaisia sopimuksia ole kellään suoraan esillä asiakkaille, joiden sähkönkulutus on näin suurta. Kaikki sähköntoimittajat, joiden hinnastot tarkistettiin, kehottavat ottamaan yhteyttä sähkönmyyntineuvojiinsa, jotka sitten tekevät tarjouksen kulutuksen suuruuden, kuormitusprofiilin ja nykyisen sähköenergian hintatason perusteella. Ainoat yli 5 000 MWh sähkönkuluttajille sopivat sähkönmyyntisopimukset, joiden hintatiedot olivat saatavilla, olivat Nord Pool -sähköpörssin toteutuneen keskihinnan mukaan hintansa saavat sopimukset. Saatavilla olleet hinnat olivat aikaisempina vuosina toteutuneet kuukausittaiset hinnat asiakkaille, joilla ei ole tuntimittausta. Nord Poolin hinta määräytyy Suomen, Ruotsin, Norjan ja Tanskan markkina-alueiden energiantuotannon ja niihin liittyvien päästöoikeuksien sekä alueen sähkönkulutuksen perusteella (Nord Pool 2013). Sopimuksen, jonka hinta määräytyy Nord Poolin toteutuneen keskihinnan mukaan, hinnat eivät näin ollen ole kiinteitä. Tällaista sopimusta kutsutaan Spot -sähkösopimukseksi ja asiakkaan, jonka mittaustapa on tuntimittaus, hinta määräytyy tunneittain mitatun käytön sekä Spot -sähkön Suomen alueen tuntihinnan perusteella toteutuneen kuukausikeskihinnan perusteella ja tähän lisätään vielä sähköntoimittajasta riippuvan suuruinen välityspalkkio. (Fortum Oyj 2013.) Koska saatavilla olleet hinnat olivat toteutuneita hintoja asiakkaille, joilla ei ole tuntimittausta, ei näiden hintojen pohjalta voida tehdä suoraa vertailua vuonna 2012 syntyvissä kustannuksissa nykyiseen sähkösopimukseen, koska mittaustapana on tuntimittaus. Aikaisemmin toteutuneet kuukausihinnat eivät kuitenkaan ole tae tulevista hinnoista, joten tämänkin vuoksi vertailun hyöty olisi tulevaisuuden kannalta vähäinen. 39 5.2.2 Siirtotariffivertailu Molempien vielä olemassa olevien pienjänniteliittymien siirtotariffina on käytössä pienjännitetehosiirto (taulukko 3). TAULUKKO 3. Pienjännitetehosiirtotariffin hinnat 1.1.2013 alkaen (Tampereen Sähköverkko Oy 2013) PIENJÄNNITETEHOSIIRTO Loistehomaksu 1,25 €/kVAr Perusmaksu 143,50 €/kk Päiväenergiamaksu 0,0126 €/kWh Pätötehomaksu 1,73 €/kW Yöenergiamaksu 0,0083 €/kWh Sähkövero 0,01703 €/kWh Sähköverkkopalveluhinnaston sovellutusohjeen mukaan laskutettava pätöteho määräytyy käyttöpaikkakohtaisesti liukuvan 12 kuukauden aikana mitatun kahden suurimman kuukausittaisen tuntitehon keskiarvona, kun taas laskutettava loisteho on kuukauden suurin mitattu induktiivinen loisteho, josta on vähennetty 20 % laskutuspätötehon määrästä tai vähintään 50 kVAr. (Tampereen Sähköverkko Oy 2013) Keskijänniteliittymän siirtotariffina on käytössä keskijännitetehosiirto 1 (taulukko 4) ja pätö- sekä loistehomaksun laskutusperusta on sama kuin pienjännitetehosiirtotariffilla. TAULUKKO 4. Keskijännitetehosiirto 1 -tariffin hinnat 1.1.2013 alkaen (Tampereen Sähköverkko Oy 2013) KESKIJÄNNITETEHOSIIRTO 1 Loistehomaksu 1,25 €/kVAr Perusmaksu 143,50 €/kk Päiväenergiamaksu 0,0111 €/kWh Pätötehomaksu 1,22 €/kW Yöenergiamaksu 0,0067 €/kWh Sähkövero 0,01703 €/kWh Siirtotariffivertailu tulisi esittää kaikkien kohteessa mahdollisesti kyseeseen tulevien paikallisen jakeluverkonhaltijan vaihtoehtoisten siirtotariffien välillä, mutta koska pienjänniteliittymistä on tarkoitus hankkiutua eroon jo kesällä 2013, ei siirtotariffivertailua niiden osalta ole tarpeen tehdä. Siirtotariffivertailussa tulee ennemmin keskittyä nimen- 40 omaan tulevaisuudessa yksistään käytössä olevan keskijänniteliittymän siirtotariffiin. Näin ollen keskijänniteliittymän siirtotariffivertailu tehdään siten, että laskennassa ei käytetä keskijänniteliittymän nykyisiä kulutustietoja vertailun pohjana, vaan koko Kuntokadun kampuksen kulutusta. Laskenta tehdään siis käyttämällä koko vuoden 2012 sähkölaskujen laskutusperustana annettuja arvoja. Näin saadaan realistisemmat vertailun tulokset tulevaisuutta ajatellen, vaikkakin vertailua voi tällöin hieman vääristää nykyisten pätö- ja loistehomaksujen käyttö, sillä niiden laskutukseen perustuvat mitatut arvot ovat eri ajanhetkiltä, eikä niitä tällöin periaatteessa voisi laskea suoraan yhteen. Sähköntoimittajalta saatujen pätökeskituntitehojen pohjalta voidaan kuitenkin kuvaajan avulla havainnollistaa, mille ajankohdalle kuormitushuiput ajoittuvat normaalisti (kuvio 2). KUVIO 2. Pätökeskituntitehot liittymittäin normaalin arkipäivän aikana (Tampereen Sähkönmyynti Oy 2013) Koska kuvaajasta nähdään eri liittymien pätökeskituntitehojen ajoittuvan hyvin lähelle samaa ajankohtaa, eli keskipäivän tienoille, voidaan pätötehomaksun laskutuksen perustana olevat eri liittymien mitatut pätökeskituntitehojen arvot laskea yhteen ilman, että se aiheuttaa kovinkaan suurta vääristymää vertailun lopputulokseen. Loistehomaksujen perustana olevien mitattujen loistehoarvojen aiheuttamaa vääristymää onkin taas paljon vaikeampi arvioida, koska niiden mittausajankohdat voivat vaihdella paljon eikä myöskään tulevaisuuden loistenhotarvetta tarkkaan voida tietää muutostöiden ollessa vielä kesken. Tämän vuoksi jotta siirtotariffivertailu ylipäänsä voidaan 41 tehdä, poimitaan laskennassa tarvittavat arvot suoraan vuoden 2012 laskutuksen perustana olleista arvoista tiedostaen, että vertailutulokset ovat loistehomaksujen osalta vain suuntaa antavia. Muutoin vertailulla saadaan suhteellisen tarkat arvot siitä, että mikä keskijännitesiirtotariffi vuoden 2012 sähkönkulutuksella olisi edullisempi kokonaiskustannuksiltaan. Jakeluverkonhaltija Tampereen Sähköverkko Oy:llä on tarjota vaihtoehtona nykyisen Kuntokadun kampuksella käytössä olevan keskijännitetehosiirto 1 -tariffin lisäksi keskijänniteasiakkaalle keskijännitetehosiirto 2 -tariffi (taulukko 5). TAULUKKO 5. Keskijännitetehosiirto 2 -tariffin hinnat 1.1.2013 alkaen (Tampereen Sähköverkko Oy 2013) KESKIJÄNNITETEHOSIIRTO 2 Loistehomaksu 1,25 €/kVAr Perusmaksu 1 525,00 €/kk Päiväenergiamaksu 0,0053 €/kWh Pätötehomaksu 2,30 €/kW Yöenergiamaksu 0,0034 €/kWh Sähkövero 0,01703 €/kWh Keskijänniteliittymän tariffivertailu suoritettiin 1.1.2013 alkaen käytössä olevia siirtohinnastoja sekä vuoden 2012 sähkönkulutustietoja käyttäen, ja tämä vertailu on esitetty liitteessä 4. Liitteessä 4 esitetyn tariffivertailun tulokseksi saatiin, että vuoden 2012 sähkönkulutuksella nykyisen keskijännitetehosiirto 1 -tariffin vuosikustannukset nykyisellä hinnastolla olisivat 182 248 euroa, kun taas vastaavasti laskettuna keskijännitetehosiirto 2 -tariffin vuosikustannukset olisivat 189 055 euroa. Tämä tarkoittaa sitä, että vuositasolla nykyinen keskijännitetehosiirto 1 -tariffi tulee vuoden 2012 suuruisella kulutuksella noin 6800 euroa, eli noin 3,7 %, halvemmaksi kuin toisena vaihtoehtona oleva keskijännitetehosiirto 2 -tariffi. Laskennassa ei ole huomioitu arvonlisäveroa, joka tulee lisätä laskentoihin lopullisen maksettavaksi tulevan summan saamiseksi. Siirtotariffivertailun lopputulokseksi saadaan, että kesällä 2013 pienjänniteliittymistä luovuttaessa ja keskijänniteliittymän kattaessa koko Kuntokadun kampuksen sähkönsyötön, ei keskijänniteliittymän siirtotariffia ole kannattavaa vaihtaa. Nykyinen siirtotariffi tulee toista jakeluverkonhaltijan tarjoamaa siirtotariffia edullisemmaksi, jollei tulevaisuudessa sähkönkulutus merkittävästi suurene vuoden 2012 sähkönkulutuksesta. Jos 42 kuitenkin pääsähkönjakelun muutostöiden valmistuttua voidaan todeta sähkönkulutuksen selvästi suurentuneen, tulisi vastaava vertailu suorittaa uudelleen sen hetkisiä todellisia kulutustietoja käyttäen. 5.2.3 Pienjänniteliittymien ja keskijänniteliittymän vertailu Koska keskijänniteliittymän käyttöön siirtyminen on Kuntokadun kampuksella vielä osittain kesken, ei siitä ja neljästä pienjänniteliittymästä aiheutuvien kustannusten eroa vielä näin ollen voida nähdä suoraan sähkölaskuista. Tämän vuoksi tariffivertailujen lisäksi Kuntokadun kampuksen tapauksessa on myös tärkeää suorittaa vertailu, jossa laskennallisesti verrataan kuinka paljon keskijänniteliittymän käyttöön siirtyminen pienentää kampuksen sähkönkäytöstä aiheutuvia kustannuksia. Jo aiempana esitettyjen taulukon 3 ja taulukon 4 arvoja keskenään vertaamalla voidaan todeta, että keskijänniteliittymä tulee pienjänniteliittymiä halvemmaksi, sillä jokainen keskijännitetehosiirto 1 tariffin osatekijä on hinnaltaan joko halvempi tai samanhintainen kuin pienjännitetehosiirtotariffilla. Kuntokadun kampuksen osalta ylimääräisiksi miellettäviä kustannuksia aiheutti se, että pienjänniteliittymiä oli aikaisemmin samanaikaisesti neljä, joten myös perusmaksut olivat nelinkertaiset yhteen keskijänniteliittymään verrattaessa. Koska sähkönmyyntisopimusten hinnat ovat pienjänniteliittymillä ja keskijänniteliittymällä samat, on sähkönmyynnin osuus molemmissa tapauksissa sama. Liittymien vertailu suoritettiin siten, että laskennassa käytettiin nykyisiä voimassa olevia jakeluverkonhaltijan hinnastoja sekä sähkönkulutuksen oletettiin olevan vuoden 2012 mukainen ja tästä sähkönkulutuksesta aiheutuvien sähkönsiirtokustannusten ajateltiin jakautuvan joko neljän pienjänniteliittymän tai yhden keskijänniteliittymän kesken. Liitteessä 5 on esitettynä tehty vertailu sekä sen tulokset. Tulokseksi saatiin, että vuoden 2012 sähkönkulutus neljällä pienjänniteliittymällä katettuna aiheuttaa nykyhinnastolla vuoden sähkönsiirtokustannuksiksi 205 914 euroa kun taas vastaavasti yhden keskijänniteliittymän sähkönsiirtokustannukset vuodessa olisivat 182 248 euroa. Tämä tarkoittaa sitä, että vuoden 2012 sähkönkulutuksella yhden keskijänniteliittymän sähkönsiirtokustannukset ovat vuodessa noin 23 670 euroa, eli noin 11,5 %, neljän pienjänniteliittymän sähkönsiirtokustannuksia pienemmät. Laskennassa ei ole huomioitu arvonlisäveroa, joka tulee lisätä laskentoihin lopullisen maksettavaksi tulevan summan saamiseksi. 43 Tuloksista huomataan, että keskijänniteliittymään siirtyminen oli taloudellisesti kannattavaa, koska vanhaan monen pienliittymän käyttöön verrattuna siirtokustannuksista kertyy säästöä yli 20 000 euroa vuodessa ja verotus huomioiden on vuoden kokonaissäästön määrä jo lähemmäs 30 000 euroa. 44 6 6.1 EHDOTETTAVAT TOIMENPITEET Loistehon kompensointi Nykyisellään loistehon kompensointi on pääosin melko hyvällä mallilla. Kuitenkin Kuntokatu 4 kiinteistön jakelusta vastaavan pääkeskuksen PK4 liittymän sähkölaskuista käy ilmi, että vuoden 2012 aikana lähes joka kuulta on peritty loistehomaksua. Koko vuoden ajalta loistehomaksuista johtuneet kustannukset olivat yhteensä vain noin 35 euroa, joten liittymän loistehomaksuista aiheutuvat kustannukset eivät kuitenkaan ole suuria. Mutta koska keskuksella ei ole toimivaa loistehon kompensointia, esiintyy kiinteistön verkossa suuria jännitesäröjä kuten Tampereen Vera Oy:n (2010) tekemistä mittauksista voitiin huomata. Jännitesäröjen vuoksi pääkeskuksen PK4 jakelualueen sähkönlaatu ei täytä hyvälle sähkönlaadulle esitettyjä vaatimuksia, joten varsinkin sen takia kompensointi tulisi saada kuntoon. Toimenpide-ehdotuksena on, että pääkeskuksen PK4 yhteyteen asennetaan estokeloilla varustettu kompensointiparisto, jolloin loistehomaksuista päästäisiin eroon ja näin myös sähkönlaatu paranisi. Mutta koska pääkeskuksen PK4 syöttö tulee jatkossa pääkeskukselta PK5, jonka kompensoinnin tarve on tarkoitus kartoittaa vasta kun pääsähkönjakelun muutokset on saatu valmiiksi, ei välttämättä ole kannattavaa tehdä muutoksia yksistään pääkeskuksen PK4 kompensointiin sitä ennen, vaan ottaa se yhtä aikaa tarkastelun kohteeksi pääkeskuksen PK5 kanssa. Tampereen Vera Oy:n tekemässä kuntotarkastuksessa mainittujen puutteiden vuoksi myös pääkeskukset PK1 ja PK3 sekä ryhmäkeskus JKB701 olisi syytä ottaa tarkastelun kohteeksi. Pääkeskusten tapauksessa kyse oli siitä, että paristovirrat olivat iän myötä alentuneet ja niille tulisi suorittaa tarkastusmittaukset niiden nykykunnon selvittämiseksi. Keskuksella JKB701 voitiin havaita olevan suuri jännitesärö eikä sen sähkönlaatu täytä hyvän laadun rajoja. Tämän vuoksi keskuksella tulisi suorittaa mittauksia sen kuormalaitteille ja koettaa näin löytää suurien yliaaltojen aiheuttajat. Jollei muuta ratkaisua sähkönlaadun parantamiseksi ole, tulisi harkittavaksi suodatinpariston hankinta. Monet käytössä olevat kompensointiparistot on varustettu pelkästään karkeilla tehoportailla, joten pääsähkönjakelun muutosten valmistuttua tulisi myös ylikompensoinnista 45 johtuva kapasitiivinen loisteho ottaa tarkasteluun. Kapasitiivisen loistehon esiintymistä tulisi tarkastella varsinkin siksi, että jakeluverkonhaltija Tampereen Sähköverkko Oy tulee vuoden 2014 alusta lähtien muuttamaan pien- ja keskijännitetehosiirtoasiakkaiden loistehon laskutusperusteitaan. Aikaisemmin kapasitiivisesta loistehosta ei ole peritty maksua, mutta jatkossa kapasitiivisesta loistehosta laskutetaan kuukauden suurin mitattu kapasitiivinen loisteho, josta on vähennetty 5 % tai vähintään 12,5 kVAr laskutuspätötehon lukuarvosta ja tämän yli menevän osan laskutus tapahtuu kaavalla 5x €/kVAr (Tampereen Sähköverkko Oy 2012, 2). Näin ollen myös ylikompensoinnista voi alkaa kertyä kustannuksia ja tämän ehkäisemiseksi olisi syytä kartoittaa, että tarvitaanko joillain kompensointilaitteistolla hienompia tehoportaita, jottei ylikompensointia esiintyisi. 6.2 Sähkönkulutuksen mittaus Pääkeskuksille PK1, PK2, PK3 sekä PK4 tulisi hankkia verkkoanalysaattorit, kuten TSS Group Oy:n tekemässä esiselvityksessä (2010, 18) on esitetty, koska pelkän keskijänniteliittymän käyttöön siirryttäessä vanhojen pääkeskusten kulutusmittaus poistuu sähkömittarien poiston myötä. Näin ollen analysaattoreille jää hyvä asennustila tyhjiksi jääviin mittauskennoihin. Mittausjärjestelmää pitäisi laajentaa siten, että se kattaisi koko kampuksen ja mittaustiedot tulisi saada energiankulutuksesta, taajuudesta, virroista, jännitteistä, pätö-, lois- ja näennäistehoista, tehokertoimesta sekä yliaalloista. Valittavan analysaattorimallin tulisi olla liitettävissä Modbus -väylään. Tällöin analysaattoreilta saatavat mittaustiedot saataisiin siirrettyä käyttöön tulevaan Schneider Electricin energianhallintajärjestelmään, johon myös pienjännitekojeiston G-PJK-T4 ja pääkeskuksen PK5 pääkatkaisijat sähköparametreja mittaavien Micrologic - suojareleiden kautta liitetään. Verkkoanalysaattorien hankinnalla ja hyvien mittausominaisuuksien omaavilla pääkatkaisijoilla sähkönkulutuksen seuranta ja sähkönlaadun tarkkailu paranisivat huomattavasti sekä myös helpottuisivat tietokoneilta luettavuuden ansiosta. Koska mittaustiedot olisi myös mahdollista tallentaa suoraan palvelimelle, pystyttäisiin energiankulutustiedot poimimaan palvelimelta jälkeenpäin omaan kirjanpitoon. Harkittavaksi tulisi hankkia myös joillekin nousukeskuksille omat verkkoanalysaattorit, jotka mahdollistaisivat koko pääkeskuksen jakelualueen kulutuksen seurannan lisäksi 46 esimerkiksi yksittäisen rakennusosan seurannan. Koska kaikissa tapauksissa nousukeskus ei kuitenkaan vastaa yksistään koko rakennusosan sähkönjakelusta, voi nousukeskuksille analysaattorien asentaminen tulla varsin kalliiksi siitä saatavaan hyötyyn nähden. Tämän vuoksi nousukeskuksille asennettavien verkkoanalysaattorien tarvetta tulisi kartoittaa tarkemmin. 6.3 Sähkönhankinta Kuntokadun kampuksen pääsähkönjakelun muutosten valmistuminen johtaa sähkönhankinnan muutoksiin siten, että kaksi pienjänniteliittymää poistetaan käytöstä ja koko kampus siirtyy yhden keskijänniteliittymän jakeluun. Pelkän keskijänniteliittymän käyttöön siirryttäessä sähkönhankintakustannukset pienenevät halvemman siirtotariffin myötä. Nykyisin käytössä oleva siirtotariffi todettiin koko kampuksen kulutuksella edullisemmaksi vaihtoehdoksi jakeluverkonhaltijan kahdesta keskijänniteasiakkaalle suunnatusta siirtotariffista, joten jos kulutus ei tule merkittävästi kasvamaan ei siirtotariffia tule vaihtaa. Sähköenergian hinnat eivät kuitenkaan muutu, koska myyntitariffi pysyy samana sähkösopimuksen ollessa voimassa vuoden 2016 loppuun saakka. Varsinaisesti parannettavaa sähkönhankinnasta ei löytynyt, mutta tämänhetkisen sähkönmyyntisopimuksen päättyessä vuoden 2016 lopussa olisi sähkönmyyntisopimus syytä kilpailuttaa mahdollisimman edullisen sopimuksen saamiseksi. Koska kampuksen sähkönkulutus on vuositasolla 6 GWh luokkaa, jo esimerkiksi 0,20 snt/kWh ero tariffien energianhinnoissa vastaa vuositasolla noin 12 000 euroa. Näin huomataan, että jo pienellä hintaerolla on pidemmällä tarkastelujaksolla todella suuri vaikutus sähkönkulutuksen ollessa näin suurta. Myös tässä työssä esiteltyyn Spot -sähkösopimukseen siirtymistä tulisi harkita, mutta tämä ei varmaankaan ole toisinaan suurienkin hintavaihtelujen vuoksi sopivin mahdollinen sopimusmuoto. 47 7 POHDINTA Tarkastelun perusteella voidaan todeta Tampereen ammattikorkeakoulun Kuntokadun kampuksen pääsähkönjakelun olevan keskeneräisten muutostöiden vuoksi tällä hetkellä melko vaikeaselkoinen. Tämän takia ajankohta ei ollut mikään paras tariffivertailulle, mutta tehtyä vertailua voidaan pitää hyvin suuntaa antavana, mikäli sähkönkulutus ei oleellisesti tule muuttumaan. Kuitenkin kesällä 2013 valmistuvien muutostöiden jälkeen verkon rakenne tulee selkiytymään huomattavasti ja se tulee varmasti olemaan myös entistä parempi luotettavuuden sekä tässäkin työssä todistetusti sähkönkäytöstä aiheutuvien kustannusten kannalta. Ehdotettavia toimenpiteitä energiakatselmukseen liittyvissä asioissa löytyi loppujen lopuksi melko vähän, joskin loistehon kompensoinnissa sekä sähkönkulutuksen seurannassa olisi syytä tehdä oleellisia parannuksia. Loistehon kompensointiin liittyvien toimenpiteiden suoritusajankohta olisi kuitenkin järkevintä ajoittaa vasta pääsähkönjakelun muutosten valmistumisen jälkeiselle ajalle, koska silloin vasta saadaan todelliset tiedot kompensoinnin tarpeesta ja verkoissa esiintyvistä yliaalloista. Työn aihealue oli hyvin laaja ja vaikkei jokaisen osa-alueen yksityiskohtia tässä raportissa esitettykään, piti moniin asioihin perehtyä melko syvällisesti, että löysi haluamansa tiedon. Työn tavoite tarkastella Kuntokadun kampuksen pääsähkönjakelua Motiva Oy:n kiinteistön energiakatselmuksen toteutus- ja raportointiohjeen mukaisesti toteutui hyvin. Tätä työtä ei kuitenkaan tällaisenaan pituutensa vuoksi tulla sisällyttämään lopulliseen energiakatselmusraporttiin, vaan tarkoituksena oli saada kerättyä kaikki tieto näihin yksiin kansiin, mitä raportissa suinkin voidaan tarvita. Tällöin lopullisen raportin teko sähköjärjestelmien osalta helpottuu kun kaikkein oleellisimmat tiedot saa poimittua suoraan tästä opinnäytetyöstä. Lopullisen kuvauksen sähköjärjestelmästä energiakatselmusraporttiin kuitenkin laatii mitä ilmeisimmin hankkeessa mukana oleva sähköjärjestelmien katselmointiin Motiva-pätevöitynyt Juhani Manner Schneider Electric Finland Oy:stä, joten hän myös viime kädessä päättää mitä tietoja raporttiin kirjataan. Haluan kiittää Kuntokadun kampuksen sähkölaitteiston käytön johtajia Jarmo H. Lehtosta ja Hannu Kurkista sekä Tampereen ammattikorkeakoulun kiinteistönhallintapäällikköä Petri Ojalaa avusta ja hyvistä neuvoista työn tekoon liittyen. 48 LÄHTEET Fortum Oyj. 2013. Fortum YritysTarkka myyntiehdot. Luettu 1.4.2013. http://www.fortum.com/countries/fi/yritysasiakkaat/sahkosopimus/fortumyritystarkka/Pages/Sopimusehdot.aspx Kauppa- ja teollisuusministeriön päätös sähköalan töistä 5.7.1996/516. Kauppa- ja teollisuusministeriön päätös sähkölaitteistojen käyttöönotosta ja käytöstä 5.7.1996/517. Kauppila, J., Tiainen, E. & Ylinen, T. 2009. Sähköasennukset 3. 1. painos. Espoo: Sähköinfo Oy. Kilpinen, P. 2011. Sähköteknisten järjestelmien dokumentoinnin hallinta. Sähkötekniikan koulutusohjelma. Tampereen ammattikorkeakoulu. Opinnäytetyö. Kurkinen, H. käytön johtaja. 2013. Haastattelu 20.3.2013. Haastattelija Blom, J. Tampere. Kärkkäinen, S & Farin, J. 2000. Jakeluverkon siirtotariffien rakenteet. Sähkömarkkinakeskuksen julkaisuja 1/2000. VTT Energia. Luettu 17.3.2013. http://www.energiamarkkinavirasto.fi/files/Jakelutariffirakenteet_VTT.pdf Motiva Oy. 2013. Energiakatselmustuet. Luettu 17.3.2013. http://www.motiva.fi Motiva Oy. 2004. Kiinteistön energiakatselmuksen toteutus- ja raportointiohjeet. Helsinki. Mäkinen, M. 2003. Sähkötekniikan perusoppi 1. Sähkö- ja työturvallisuus. 2. painos. Helsinki: Otava. Mäkinen, M. & Kallio, R. 2004. Teollisuuden sähköasennukset. 1. Painos. Helsinki: Otava. Nokian kondensaattorit. Loistehonsäädin mallit A12 ja B12 käyttöohje. Nord Pool. 2013. About us. Luettu 1.4.2013. http://www.nordpoolspot.com/About-us/ Ojala, P. 2010. Kiinteistöjen ylläpidon organisointi Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy:ssä. Rakennustekniikan koulutusohjelma. Tampereen ammattikorkeakoulu. Ylempi AMK-tutkinto. Opinnäytetyö. Pihlajamaa, P. LVI-talotekniikan lehtori. TAMK-campuksen energiakatselmointi ja energiatodistuksen laadinta. Esitelmä. 17.9.2012. Tampereen ammattikorkeakoulu. Tampere Pääjohtokaavio. 2013. Airix talotekniikka Oy. Tampereen ammattikorkeakoulu. 49 Schneider Electric. 2012. Micrologic control units 5.0 H, 6.0 H and 7.0 H. User manual. SFS 6000-1. 2012. ST-kortisto. 2006. ST 52.50 Sähkönlaatu, käsitteet ja vaatimukset. Sähkönmyyntisopimukset. 2010, 2012. Tampereen Sähkönmyynti Oy. Pirkanmaan ammattikorkeakoulu Oy. Tampereen ammattikorkeakoulu. 2012. Hallinto ja organisaatio. Luettu 30.1.2013. http://www.tamk.fi Tampereen ammattikorkeakoulu. 2013. TAMK kirjasto Kuntokatu. Noudettu 15.2.2013. http://www.tamk.fi Tampereen Sähkönmyynti Oy. 2013. Keskituntitehoraportti Tampereen ammattikorkeakoulun liittymistä. Tampere. Tampereen Sähköverkko Oy. 2012. Loistehon hinnoittelu- ja kompensointiohje. Luettu 6.4.2013. https://www.tampereensahkolaitos.fi/sahkoverkkopalvelut/sahkoverkkoonliittyminen/T SV-urakoitsijalle/Sivut/default.aspx Tampereen Sähköverkko Oy. 2013. Sähkön verkkopalveluhinnasto. Siirtohinnat 1.1.2013 alkaen. Luettu 3.4.2013. https://www.tampereensahkolaitos.fi/sahkoverkkopalvelut/Sivut/default.aspx Tampereen Vera Oy. 2010. Kompensointiparistojen kuntotarkastuksen mittauspöytäkirjat. Tampereen Vera Oy. 2010. Pääkeskuksen PK4 kuormitus- ja yliaaltoanalyysin mittausraportti. Tiainen, E. 2008. Sähköasennukset 1. 1. painos. Espoo: Sähköinfo Oy. Tiainen, E & Vitikka, V. 2004. Sähköasennustekniikka 3. 2. painos. Espoo: Sähköinfo Oy. TSS Group Oy. 2010. Tampereen ammattikorkeakoulun 400 V verkon esiselvitys. Tukes. 2012. Sähkölaitteiston käytön johtaja. Luettu 15.3.2013. http://www.tukes.fi 50 LIITTEET Liite 1. Kuntokadun kampuksen yksinkertaistettu pääjohtokaavio 51 Liite 2. Pääkeskuksen PK4 yliaaltoanalyysi ja tehotarkastelu (Tampereen Vera Oy 2010) 1 (2) Kuvaajassa on esitetty jokaisen vaiheen jännitesärökäyrä kolmen arkivuorokauden ajalta. Vaaka-akselilta luetaan vuorokaudenaika ja pystyakselilta jännitesärön suuruus THD-arvona. 52 2 (2) Kuvaajassa on esitetty pätö- ja loistehokäyrät kolmen arkivuorokauden ajalta. Vaakaakselilta luetaan vuorokaudenaika ja pystyakselilta ylemmän käyrän tapauksessa pätötehön suuruus ja alemman käyrän tapauksessa loistehon suuruus. 53 Liite 3. Sähkönkulutus- ja kustannuslaskenta 1 (3) 54 2 (3) 55 3 (3) 56 Liite 4. Keskijänniteliittymän siirtotariffivertailu 57 Liite 5. Pienjänniteliittymien ja keskijänniteliittymän vertailu