Kaapeloidun keskijänniteverkon kuormitettavuusselvitys kaivosympäristössä
Karvinen, Kalle (2024)
Karvinen, Kalle
2024
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202404257708
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202404257708
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä tutkitaan keskijänniteverkon kuormituksia ja kuormitettavuuksia nykyisillä kaapeloinneil-la Yara Suomi Oy:n Siilinjärven tehtaiden kaivosalueella. Kuormitettavuusselvityksen osa-alueita ovat kaa-peleiden rakenteet ja asennustavat, kaapelissa syntyvät tehohäviöt sekä ympäristön vaikutukset kuormi-tettavuuteen. Työssä käsitellään koko kaivosalueen keskijänniteverkkoa.
Työssä perehdyttiin kaivosalueen keskijänniteverkon rakenteeseen hyödyntäen yleiskaaviota, jonka avulla selvitettiin kaapeleiden tyypit, poikkipinta-alat sekä pituudet. Kaapeleiden asennustavat selvitettiin kaape-likartan ja asiantuntijoiden avulla sekä silmämääräisesti kaapelikellareista. Keskijänniteverkosta selvitettiin kaapeleiden suojaustavat, asennussyvyydet sekä muut läheiset kaapelit. Kuormitukset selvitettiin Valmet DNA:n historiankeruusta sekä mittauksilla tehoanalysaattorilla. Historiankeruun kuormituksia tarkasteltiin vuoden mittaiselta ajanjaksolta ja mittaukset toteutettiin useamman päivän ajalta tehtaiden ollessa käyn-nissä.
Selvitettyjen tietojen pohjalta kuormitettavuudet selvitettiin kansallisen SFS 5636 -standardin kuormitet-tavuuksien korjauskertoimilla. Opinnäytetyön aikana kaivosalueella ilmeni useampi kaapelin asennustapa, joiden kuormitettavuutta ei SFS 5636 -standardin korjauskertoimilla voinut laskea. Kyseisien kaapeleiden kuormitettavuudet selvitettiin kansainvälisen IEC 60287 -standardin esittämillä yhtälöillä.
Kansallinen SFS 5636 -standardi huomioi kuormitettavuuslaskelmissa kaapeleiden rakenteet, asennustavat ja ympäristöolosuhteet. Kansainvälinen IEC 60287 -standardi huomioi kuormitettavuuslaskelmissa lämpöti-laerot johtimien ja ympäristön välillä perustuen kaapelissa syntyviin häviöihin sekä lämpöresistansseihin. Kuormitettavuuslaskelmissa perehdyttiin kaapeleiden teknisiin ominaisuuksiin, asennustapojen ja ympäris-tön vaikutuksiin kuormitettavuudessa. Työssä selvitettiin jokaisen keskijännitekaapelin kuormitettavuu-teen vaikuttavat rakenneominaisuudet, kaapeleiden asennusolosuhteista syntyvät häviöt sekä asennus-ympäristön vaikutukset kuormitettavuuteen.
Työn tuloksena jokaiselle kaapeliyhteydelle selvitettiin kuormitettavuusraja, josta ilmenee kuinka paljon kuormitusta voidaan nostaa nykyisellä kaapeloinnilla. Kaapeleista saaduista tiedoista, nykyisistä kuormi-tuksista, kuormitettavuuksista sekä vapaista kapasiteeteista laadittiin taulukko, josta kuormitettavuussel-vityksen tuloksia voidaan tarkastella. Taulukko tulee työn toimeksiantajan Yara Suomi Oy:n Siilinjärven tehtaiden käyttöön. The thesis investigates the loads and load capacities of the medium voltage network in the mining area of Yara Suomi Oy’s Siilinjärvi plants. The sub-areas of the load capacity study covers cable structures and installation methods and their effects on loads, power losses in the cables, and environmental impacts on load capacity. The work deals with the medium voltage network of the mining area.
The structure of the medium voltage network in the mining area was examined using a general diagram of medium voltage network to identify cable types, cross-sectional areas, and lengths of cables. The cable installation methods were determined using cable maps, expert consultation, and visual inspection of cable rooms. The protection methods, installation depths, and other nearby cables were investigated for the me-dium voltage network. The loads were determined using the historical collection from Valmet DNA and by measurements with a power analyzer. The load data from historical collection covered a one-year period, and measurements were taken over several days while the factories were running.
Based on the data obtained, the load capacities were determined using the correction factors for load capac-ities of the national Standard SFS 5636. During the thesis work, several cable installation methods were found in the mining area, for which the load capacity could not be calculated using the correction factors of the SFS 5636 standard. The load capacities of these cables were determined using the equations presented in the international standard IEC 60287.
The national standard SFS 5636 takes into account cable structures, installation methods and environmen-tal conditions into account in the load capacity calculations. The international standard IEC 60287 observes the temperature differences between the conductors and the environment in the load capacity calculations, based on the losses in the cable and thermal resistances. The load capacity calculations examined the technical properties of cables, the effects of installation methods, and the environment on load capacity. The study investigated the structural characteristics affecting the load capacity of each medium voltage cable, losses arising from installation conditions, and the effects of the installation environment on load capacity.
As a result of the study, a load capacity limit was determined for each cable connection, indicating how much load can be increased with the existing cabling. A table was created based on the information about the cables, the current loads, the load capacities, and the available capacities, allowing for the examination of the results of the load capacity study. The table will be used by Siilinjärvi plants of Yara Suomi Oy, the client of the work.
Työssä perehdyttiin kaivosalueen keskijänniteverkon rakenteeseen hyödyntäen yleiskaaviota, jonka avulla selvitettiin kaapeleiden tyypit, poikkipinta-alat sekä pituudet. Kaapeleiden asennustavat selvitettiin kaape-likartan ja asiantuntijoiden avulla sekä silmämääräisesti kaapelikellareista. Keskijänniteverkosta selvitettiin kaapeleiden suojaustavat, asennussyvyydet sekä muut läheiset kaapelit. Kuormitukset selvitettiin Valmet DNA:n historiankeruusta sekä mittauksilla tehoanalysaattorilla. Historiankeruun kuormituksia tarkasteltiin vuoden mittaiselta ajanjaksolta ja mittaukset toteutettiin useamman päivän ajalta tehtaiden ollessa käyn-nissä.
Selvitettyjen tietojen pohjalta kuormitettavuudet selvitettiin kansallisen SFS 5636 -standardin kuormitet-tavuuksien korjauskertoimilla. Opinnäytetyön aikana kaivosalueella ilmeni useampi kaapelin asennustapa, joiden kuormitettavuutta ei SFS 5636 -standardin korjauskertoimilla voinut laskea. Kyseisien kaapeleiden kuormitettavuudet selvitettiin kansainvälisen IEC 60287 -standardin esittämillä yhtälöillä.
Kansallinen SFS 5636 -standardi huomioi kuormitettavuuslaskelmissa kaapeleiden rakenteet, asennustavat ja ympäristöolosuhteet. Kansainvälinen IEC 60287 -standardi huomioi kuormitettavuuslaskelmissa lämpöti-laerot johtimien ja ympäristön välillä perustuen kaapelissa syntyviin häviöihin sekä lämpöresistansseihin. Kuormitettavuuslaskelmissa perehdyttiin kaapeleiden teknisiin ominaisuuksiin, asennustapojen ja ympäris-tön vaikutuksiin kuormitettavuudessa. Työssä selvitettiin jokaisen keskijännitekaapelin kuormitettavuu-teen vaikuttavat rakenneominaisuudet, kaapeleiden asennusolosuhteista syntyvät häviöt sekä asennus-ympäristön vaikutukset kuormitettavuuteen.
Työn tuloksena jokaiselle kaapeliyhteydelle selvitettiin kuormitettavuusraja, josta ilmenee kuinka paljon kuormitusta voidaan nostaa nykyisellä kaapeloinnilla. Kaapeleista saaduista tiedoista, nykyisistä kuormi-tuksista, kuormitettavuuksista sekä vapaista kapasiteeteista laadittiin taulukko, josta kuormitettavuussel-vityksen tuloksia voidaan tarkastella. Taulukko tulee työn toimeksiantajan Yara Suomi Oy:n Siilinjärven tehtaiden käyttöön.
The structure of the medium voltage network in the mining area was examined using a general diagram of medium voltage network to identify cable types, cross-sectional areas, and lengths of cables. The cable installation methods were determined using cable maps, expert consultation, and visual inspection of cable rooms. The protection methods, installation depths, and other nearby cables were investigated for the me-dium voltage network. The loads were determined using the historical collection from Valmet DNA and by measurements with a power analyzer. The load data from historical collection covered a one-year period, and measurements were taken over several days while the factories were running.
Based on the data obtained, the load capacities were determined using the correction factors for load capac-ities of the national Standard SFS 5636. During the thesis work, several cable installation methods were found in the mining area, for which the load capacity could not be calculated using the correction factors of the SFS 5636 standard. The load capacities of these cables were determined using the equations presented in the international standard IEC 60287.
The national standard SFS 5636 takes into account cable structures, installation methods and environmen-tal conditions into account in the load capacity calculations. The international standard IEC 60287 observes the temperature differences between the conductors and the environment in the load capacity calculations, based on the losses in the cable and thermal resistances. The load capacity calculations examined the technical properties of cables, the effects of installation methods, and the environment on load capacity. The study investigated the structural characteristics affecting the load capacity of each medium voltage cable, losses arising from installation conditions, and the effects of the installation environment on load capacity.
As a result of the study, a load capacity limit was determined for each cable connection, indicating how much load can be increased with the existing cabling. A table was created based on the information about the cables, the current loads, the load capacities, and the available capacities, allowing for the examination of the results of the load capacity study. The table will be used by Siilinjärvi plants of Yara Suomi Oy, the client of the work.