Sähkölaitteiden toimintavarmuus ja käyttöikä riippuvat merkittävästi laitteen sähkönsyötön verkkojännitteen laadusta. Mittausten oikea suunnittelu ja toteuttaminen, sekä tulosten oikea tulkinta auttaa tunnistamaan mahdolliset ongelmat ennakoivasti ja varmistaa järjestelmien luotettavan toiminnan. Asiantunteva analyysi paljastaa sähköverkon kunnon ja mahdollistaa korjaavat toimenpiteet ennen vakavien ongelmien syntymistä. Lisäksi etenkin kriittisten kuormisuten sähkönsyötössä on yleensä erittäin suositeltavaa olla asennettuna kiinteät häiriötallentimilla varustetut sähkönlaadun analysaattorit, jotka toimivat ikään kuin sähköverkon valvontakameroina, joista voidaan häiriön, tai laiterikon tapauksessa käydä jälkikäteen tarkistamassa onko verkossa ollut tapahtumahetkellä normaalista poikkeavia tapahtumia. Tässä artikkelissa käsittelemme keskeisiä mittausparametreja, niiden raja-arvoja sekä käytännön ohjeita mittaustulosten tulkintaan ja hyödyntämiseen.

Mitkä ovat tärkeimmät sähkön laadun mittarit?

Sähkön laatua arvioitaessa on tärkeää tarkastella useita eri parametreja kokonaiskuvan muodostamiseksi. Jännitetasot ovat perusmittari, joka kertoo jakeluverkon perustoimintakyvystä – standardin mukaiset jännitetasot Suomessa ovat tyypillisesti 230V ±10% pienjännitepuolella. Taajuuspoikkeamat ovat Suomessa harvinaisia ja liittyvät koko voimajärjestelmän tehotasapainoon. Näin ollen niiden seuranta ei ole yleensä relevanttia muualla kuin kantaverkossa, joten Fingrid operoi Suomessa. Laadun arviointiin kuuluvat olennaisesti myös harmoniset säröt, jotka kertovat verkkojännitteen säröytymisestä ja "virran epäpuhtauksista". Nämä voivat pahimmillaan aiheuttaa laitteiden ylikuumenemista ja toimintahäiriöitä. Välkyntä on nykyään hieman vanhentunut mittari, sillä se on aikanaan kehitetty kuvaamaan valaistuksen kirkkauden vaihtelua, aikana jolloin valaistus oli toteutettu pääosin hehkulmamppina, joiden kirkkaus (luminanssi) vaihtelee herkästi pientenkin jännitemuutosten seurauksena. Eli välkyntä kertoo lyhytaikaisista jännitevaihteluista. Jännite-epäsymmetria puolestaan kuvaa vaiheiden välistä epätasapainoa, mikä voi vahingoittaa erityisesti moottoreita. Lisäksi transientit eli nopeat jännitepiikit kannattaa mitata, sillä ne voivat vaurioittaa herkkiä elektronisia laitteita välittömästi. Niiden mittaukseen vaaditaan analysaattorilta riittävän hyvää mittausresoluutiota, eli tarpeeksi suurta näytteistystaajuutta. Myös laajemmat jännitekuopat on hyvä tallentaa, silla nämä mittarit yhdessä muodostavat kattavan kuvan sähköverkon häiriöistä. Käytännössä transienttien ja jännitekuoppien tallentamista varten analysaattorissa täytyy olla häiriötallennin, joka havaitsee ko. verkon häiriöt ja tallentaa niiden aikaisen mittausdatan normaalia suuremmalla mittaustarkkuudella.

Miten tunnistan kriittiset poikkeamat mittaustuloksissa?

Sähkön laadun arvioinnissa standardien tuntemus on ensiarvoisen tärkeää. Suomessa ja Euroopassa sovelletaan yleisesti standardia EN 50160, jonka Suomessa sovellettava versio on SFS-EN50160, joka määrittelee sähkön laadun hyväksyttävät raja-arvot jakeluverkossa. Lisäksi sähkölaitteiden yhteensopivuutta kuvaava IEC61000 -standardi on usein hyödyllinen etenkin, kun otetaan kantaa siihen millaisia häiriötasoja ja esimerkiksi korkeataajuisia supraharmonisia häiriöitä laitteiden tulisi kestää ilman, että niiden toiminta vaarantuu, tai käyttöikä merkittävästi lyhenee. Jännitevaihteluiden osalta kriittisenä rajana pidetään ±10% poikkeamaa nimellisjännitteestä. Pitkäkestoiset poikkeamat tämän rajan ulkopuolella edellyttävät välittömiä toimenpiteitä. Jännitteen harmonisen särön kokonaisarvon (THD) ylittäessä 8% on syytä huolestua. Tällaiset poikkeamat voivat johtaa muuntajien ja kaapeleiden ylikuumenemiseen, suojalaitteiden virhetoimintoihin ja laitteiden ennenaikaiseen vikaantumiseen. Jännite-epäsymmetrian ylittäessä 2% kolmivaiheisissa järjestelmissä, moottoreiden käyttöikä voi lyhentyä merkittävästi. Transienttipiikkien toistuessa säännöllisesti voi odottaa elektroniikan komponenttien vaurioitumista ja toimintahäiriöitä. Mittaustuloksia tulkitessa on tärkeää huomioida poikkeamien kesto ja toistuvuus. Lyhytkestoiset ylitykset eivät välttämättä aiheuta välitöntä vaaraa, mutta toistuvina ne voivat indikoida kehittyvää ongelmaa, joka vaatii korjaavia toimenpiteitä.

Mitä harmonisten yliaaltojen korkeat arvot kertovat?

Harmonisten yliaaltojen kohonneet arvot toimivat varoitussignaalina sähköverkon epäpuhtauksista. Yliaaltojen pääasiallisia lähteitä ovat epälineaariset kuormat kuten taajuusmuuttajat, hakkuriteholähteet, LED-valaisimet ja purkauslamput. Korkea THD-arvo (Total Harmonic Distortion) kertoo sähköverkon kuormituksen laadusta. Yli 5% THD-arvo viittaa jo merkittäviin harmonisiin häiriöihin järjestelmässä. Erityisen haitallisia ovat 3., 5., 7. ja 11. yliaalto, joista kolmas yliaalto voi aiheuttaa nollajohtimien ylikuormittumista. Kun mittaustuloksissa havaitaan kohonneita yliaaltoja, kannattaa tarkastella verkon kuormituspisteitä. Esimerkiksi toimistoympäristössä tietokonekeskittymät voivat olla yliaaltolähde, teollisuudessa puolestaan taajuusmuuttajakäytöt ja hitsauslaitteet. Harmonisten yliaaltojen mittaustuloksia analysoidessa on tärkeää kiinnittää huomiota spektrianalyysiin, joka näyttää yliaaltojen jakautumisen eri taajuuksille. Tämä auttaa tunnistamaan ongelman lähteen täsmällisemmin ja kohdistamaan korjaavat toimenpiteet oikein.

Kuinka jännitevaihteluiden mittaustuloksia tulkitaan?

Jännitevaihtelut ja -kuopat ovat yleisiä sähkön laatuhäiriöitä, joiden tulkinta edellyttää systemaattista lähestymistapaa. Jännitekuopan syvyys ja kesto ovat keskeisiä parametreja – alle 90% nimellisjännitteestä laskevat kuopat voivat jo aiheuttaa häiriöitä herkissä laitteissa. Mittaustuloksissa on oleellista tunnistaa jännitevaihteluiden ajoitus ja säännönmukaisuudet. Työaikoihin osuvat toistuvat jännitekuopat viittaavat usein suuritehoisten laitteiden käynnistyksiin. Yksittäiset syvät kuopat puolestaan voivat olla seurausta verkon oikosulkutilanteista tai salamaniskuista. Käytännön esimerkkinä: Jos mittaustuloksissa näkyy 85% jännitekuoppa, joka kestää 100 millisekuntia ja toistuu päivittäin samaan aikaan, kyse on todennäköisesti suuren moottorin käynnistyksestä. Vastaavasti epäsäännölliset, syvät jännitekuopat viittaavat ulkoisiin häiriöihin kuten sääilmiöihin. Jännitevaihteluiden tulkinnassa on hyödyllistä verrata mittaustuloksia laitteistojen häiriönsietokäyriin (ITIC/CBEMA). Näin voidaan arvioida, mitkä jännitevaihtelut todella aiheuttavat riskejä laitteiden toiminnalle ja mitkä ovat vielä hyväksyttävissä rajoissa.

Sähkön laadun mittaustulosten hyödyntäminen käytännössä

Sähkön laatumittausten tulosten tehokas hyödyntäminen edellyttää systemaattista seurantaa ja toimenpiteiden priorisointia. Mittaustulokset kannattaa dokumentoida huolellisesti, jotta niitä voidaan verrata ajan mittaan ja havaita hitaatkin muutokset verkon kunnossa. Kriittisiin poikkeamiin reagointi vaatii selkeät toimintaprotokollat. Ensisijaisesti tulisi selvittää häiriölähde ja arvioida sen vaikutukset muuhun verkkoon. Tyypillisiä korjaavia toimenpiteitä ovat suodattimien asentaminen, verkon vahvistaminen tai kriittisten kuormien erottaminen häiriölähteistä. Säännöllisen seurannan avulla voidaan myös optimoida energiankäyttöä ja pienentää sähkölaskua. Esimerkiksi loistehotariffien optimointi mittaustulosten perusteella voi tuoda merkittäviä säästöjä. Sähkön laadun mittausten tulkinta vaatii asiantuntemusta, ja joskus ulkopuolisen avun hyödyntäminen on järkevää. Tarvitsetko apua sähkön laatumittausten tulkinnassa tai korjaavien toimenpiteiden suunnittelussa? Ota yhteyttä Multireliin – autamme sinua varmistamaan sähköverkkojen luotettavan toiminnan ja laitteiden pitkän käyttöiän. Tämä artikkeli on luotu tekoälyavusteisesti ja siinä voi siitä syystä ilmetä epätarkkuuksia.