Väitös sähköverkkojen ja suurjännitetekniikan alalta, M.Sc. David Sevsek

Väitöskirjan nimi: Advanced Earth Fault Mitigation Using Virtual Air Gap Reactors

Tohtoriopiskelija: David Sevsek
Vastaväittäjä: Prof. Zdeněk Müller, Czech Technical University, Tsekki
Kustos: Prof. Matti Lehtonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vuoksi nykyiset sähkövoimajärjestelmät ovat merkittävässä murroksessa. Vähentääkseen kasvihuonekaasupäästöjään useimmat energiasektorit ovat siirtymässä sähköön pääasiallisena energianlähteenä perinteisten fossiilipohjaisten energialähteiden sijaan. Kuitenkin tämä siirtymäprosessi ja ilmastonmuutoksen seuraukset lisäävät lisästressiä sähköverkoille, sillä luotettavan ja turvallisen sähköenergian siirron tarve kasvaa. Esimerkkinä lisääntyneestä turvallisuuden tarpeesta voidaan mainita "Musta lauantai" -maastopalojen tapahtuma Australiassa vuonna 2009, jolloin useita voimajohtoja kaatui maahan aiheuttaen yksijohdinmaasulkuja, sytyttäen kuivan kasvillisuuden tuleen, johtaen 173 ihmisen kuolemaan ja tuhansien kotien tuhoutumiseen. 

Yksi tapa lisätä sähköverkkojen turvallisuutta ja luotettavuutta voisi olla virtuaalisen ilmavälin (virtual air gap VAG) reaktorien käyttö valokaarien sammutuskuristimina (arc suppression coils ASC). Nämä reaktorit pyrkivät minimoimaan vikavirrat, jotka syntyvät yksivaiheisessa maasulussa. Vähentämällä vikavirtoja minimiin riskejä metsäpaloista, jotka syntyvät voimajohtojen koskettaessa kasvillisuutta, voidaan merkittävästi vähentää. Tämä ominaisuus mahdollistaa myös jatkuvan virransyötön yksivaihesen maasulun aikana, mikä lisää sähköjärjestelmän luotettavuutta. 

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia VAG-reaktorien mahdollista käyttöä ASC:na keskijännitejakeluverkoissa. Tavoitteen saavuttamiseksi kehitettiin VAG-reaktorin dynaaminen simulointimalli. Lisäksi luotiin kaksi erilaista ohjainta laitteen käyttäytymisen optimoimiseksi normaalissa verkkokäytössä ja yksivaiheisen maasulun tilanteessa. Lopuksi VAG-reaktorin dynaaminen malli simuloitiin käyttäen molempia ohjaustapoja realistisessa jakeluverkkoympäristössä. Simulaatiotulokset osoittivat, että valitut lähestymistavat olivat tehokkaita sähköverkkojen luotettavuuden ja turvallisuuden parantamisessa, mikä osoittaa, että VAG-reaktorit voisivat olla arvokas työkalu tässä suhteessa.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53