400 kV sähköverkon mitoituskriteerit

Abstract

Sähkön kulutuksen kiihtyvä kasvu etenkin pääkaupunkiseudulla luo tarpeen 400 kV sähköverkon kehitykselle niin kantaverkossa kuin myös alueellisissa ja paikallisissa sähköverkoissa. Vuoden 2026 alussa voimaan tullut sähkömarkkinalain muutos mahdollistaa myös jakeluverkonhaltijoiden omistaa ja operoida 400 kV verkkoa. Suomessa yli 110 kV verkon mitoituskriteereitä on käsitelty Nordel:in Nordic Grid Code 2007 -dokumentissa, joka ei kuitenkaan riittävästi määrittele vikojen alueellisia ja paikallisia sallittuja seurauksia. Tämä luo tarpeen Helen Sähköverkko Oy:n kaltaiselle kaupunkiverkkoyhtiölle tarkastella 400 kV sähköverkon mitoituskriteereitä ja suunnitteluperiaatteita.

Diplomityössä kartoitettiin 400 kV sähköverkon mitoituskriteereihin vaikuttavat reunaehdot ja toimintaympäristö Suomessa. Kirjallisuuskatsauksen avulla tarkasteltiin muiden maiden verkkoyhtiöiden mitoituskriteereitä. Työssä kehitettiin laskentamalli, jonka avulla arvioitiin eri verkkokomponenttien sallittuja keskeytysaikoja toimitusvarmuuden ja investointikustannusten näkökulmasta. Laskentamallia sovellettiin erityyppisiin sähköasemaratkaisuihin ja 400 kV verkon toteutusvaihtoehtoihin Helsingissä.

Laskentamallin tulosten perusteella 400 kV verkon mitoituskriteerien on oltava tiukemmat kuin alemmilla jännitetasoilla, koska mahdollisten vikojen vaikutusalueet ja yhteiskunnalliset haitat ovat merkittävämpiä. Diplomityön tulosten mukaan 400 kV sähköverkko on varmennettava kiinteällä reservillä ja mahdollisen vikatilanteen jälkeinen syötönpalautus on toteutettava joko katkottomasti tai hyvin nopeilla kytkentätoimenpiteillä. Verkon silmukointi ja vaihtoehtoisten syöttöreittien suunnittelu ovat 400 kV jännitetasolla keskeisiä toimitusvarmuuden varmistamiseksi.

The rapid growth of electricity consumption, particularly in the Helsinki metropolitan area has created the need to develop 400 kV electricity grids not only at the national transmission grid level but also in regional and local networks. An amendment to Finland’s Electricity Market Act that took effect in the beginning of 2026 now allows distribution network opera-tors to own and operate 400 kV networks. In Finland, the dimensioning criteria for networks above 110 kV have been discussed in Nordel’s 2007 Nordic Grid Code. However, this code doesn’t adequately specify the allowable local or regional consequences of different network faults, which is why an urban distribution operator such as Helen Sähköverkko Oy must reassess the dimensioning criteria and planning principles for a 400 kV network.

This thesis investigated the design criteria for 400 kV electrical network by examining the boundary conditions and operating environment in Finland and by reviewing how grid oper-ators in other countries define their 400 kV network criteria. A calculation model was devel-oped to evaluate the permissible outage durations for different grid components from the per-spectives of security of supply and investment costs. The model was applied to case studies, including various 400 kV substation configurations and implementation options for a 400 kV network in Helsinki.

The results indicate that the 400 kV network must have stricter dimensioning criteria than lower voltage levels since fault outages at 400 kV voltage level can impact a wider area and cause greater societal harm. The analysis shows that a 400 kV network should be designed with built-in redundancy so that in the event of a fault, power supply can be restored to the customers without interruption or via fast switching operations. In practice this means a looped or meshed network where each substation has at least two feeding sources that ensure a single fault does not interrupt supply.