Teollisuuslaitoksen varavoimajärjestelmän suunnittelu on vaativa
sähkösuunnittelutehtävä, jossa virheet voivat johtaa tuotantokatkoksiin, laitteiden
vaurioitumiseen tai turvallisuusriskeihin. Hyvin toteutettu varavoimasuunnittelu varmistaa,
että kriittiset prosessit, turvallisuusjärjestelmät ja ohjauselektroniikka jatkavat
toimintaansa sähkökatkon aikana ilman katkoksia tai vaurioita.

Tässä oppaassa käymme läpi teollisuuden sähkösuunnittelun kannalta keskeisimmät vaiheet
varavoimajärjestelmän suunnittelussa ja käyttöönotossa. Prosessi etenee
tehontarpeen selvittämisestä dokumentointiin ja
käyttöönottotestaukseen.

Lähtötietojen ja tehontarpeen selvittäminen

Aloita keräämällä kaikki olemassa olevat sähkötekniset dokumentit
kohteesta. Tarvitset pääkaavion, kuormitusluettelot, mahdolliset aiemmat
mittauspöytäkirjat sekä tiedot rakennuksen tai laitoksen käyttötarkoituksesta ja
toimintaprofiilista. Ilman tarkkoja lähtötietoja varavoimajärjestelmän mitoitus perustuu
arvauksiin, mikä johtaa joko alimitoitettuun tai tarpeettoman kalliiseen ratkaisuun.

Selvitä seuraavaksi kriittiset kuormaryhmät. Teollisuuslaitoksessa
nämä voivat olla hyvin erilaisia kohteesta riippuen.

• Turvallisuusjärjestelmät: poistumistievalaistus, paloilmoitin,
  sprinklerpumput, savunpoisto
• Prosessikriittiset laitteet: kompressorit, pumput,
  ohjausjärjestelmät, PLC-laitteet
• Tietotekniikka ja tietoliikennelaitteet: palvelimet, kytkimet,
  UPS-laitteet
• Valaistus: työskentelyalueet, kulkureitit, ulkovalaistus
• LVIS-laitteet: ilmanvaihtokoneet, lämmitysjärjestelmät, jäähdytys

Laske jokaisen kuormaryhmän tehoarvo kilowateissa sekä
käynnistysvirta, joka voi olla moninkertainen nimellisvirtaan verrattuna
etenkin suurilla moottoreilla. Merkitse myös kuorman käynnistystyyppi:
suorakäynnistys, pehmokäynnistin vai taajuusmuuttaja. Tämä vaikuttaa suoraan
aggregaatin mitoitukseen.

Kun tehot on laskettu, lisää niihin kasvuvara — tyypillisesti 20 prosenttia
— joka kattaa tulevaisuuden muutokset ja käynnistyshuiput.

Järjestelmätyypin ja aggregaattikoon valinta

Valitse järjestelmätyyppi sen mukaan, kuinka nopeasti varavoiman on kytkeydyttävä ja
kuinka pitkiä katkoksia voidaan sietää. Teollisuuden sähkösuunnittelussa yleisin ratkaisu
on dieselaggregaatti, mutta myös UPS-järjestelmät ja niiden yhdistelmät
ovat yleisiä.

1. Määrittele sallittu katkosaika: alle 0,5 sekuntia vaatii
   UPS-järjestelmän, alle 10 sekuntia nopean automaattikäynnistyksen aggregaatin,
   yli 10 sekuntia sallii tavallisen aggregaattikytkennän.
2. Laske tarvittava teho laskemalla yhteen kaikkien samanaikaisesti
   toimivien kriittisten kuormien tehoarvot ja lisää käynnistyshuippujen vaikutus.
3. Valitse aggregaatin koko siten, että nimelliskuorma on
   70 prosenttia aggregaatin nimellistehosta. Alhainen kuorma pitkällä
   aikavälillä kuluttaa dieselaggregaatin ennenaikaisesti.
4. Arvioi polttoainevaraston koko: laske polttoaineen kulutus täydellä
   kuormalla ja määritä, kuinka monen tunnin tai vuorokauden autonomia vaaditaan.
   Varasto mitoitetaan yleensä vähintään 24 tunnin toiminta-ajalle.
5. Huomioi aggregaatin sijoituspaikka: tarvitaan riittävä ilmanvaihto,
   pakokaasun johtaminen ulos, tärinäneristys ja polttoaineen täyttöyhteys.

Oikein mitoitettu aggregaatti toimii luotettavasti koko käyttöikänsä ajan eikä
ylikuormitu kriittisissä tilanteissa. Tarkista mitoitus vielä vertaamalla saatuja arvoja
valmistajan teknisiin tietoihin ja varmista, että aggregaatti täyttää kohteen
ympäristövaatimukset, kuten melutason ja pakokaasupäästöt.

Syötön automaattivaihdon ja kytkentäperiaatteiden suunnittelu

Syötön automaattivaihtokytkin — englanniksi
Automatic Transfer Switch (ATS) — on varavoimajärjestelmän sydän.
Sen tehtävä on havaita verkkosähkön katkeaminen ja siirtää syöttö varavoimalle ilman
vaarallista rinnankytkeytymistä. Suunnittele ATS-kytkennät huolellisesti, koska väärä
kytkentä voi johtaa aggregaatin ylikuormitukseen tai vakavaan vaurioon.

1. Valitse ATS-tyyppi: mekaaninen lukituskytkentä on luotettava ja
   yksinkertainen, sähköinen ohjaus mahdollistaa automaation ja etävalvonnan.
2. Sijoita ATS pääkeskuksen yhteyteen tai erilliseen
   varavoimakeskukseen riippuen kohteen laajuudesta.
3. Suunnittele varavoiman syöttöalue selkeästi: mitkä lähdöt ovat
   varavoiman piirissä ja mitkä jäävät pois käytöstä sähkökatkon aikana.
4. Huomioi prioriteettijärjestys: turvallisuusjärjestelmät kytkeytyvät
   ensimmäisenä, prosessilaitteet sen jälkeen, muut kuormat viimeisenä.
5. Varmista, ettei varavoiman ja verkkosähkön samanaikainen kytkentä
   ole mahdollinen missään tilanteessa. Tämä vaatii
   mekaanisen tai sähköisen lukituksen.

Kun ATS-suunnitelma on valmis, tarkista kytkentäperiaatteet vielä standardin
SFS 6000 ja mahdollisten turvallisuusmääräysten kannalta. Julkisissa
ja teollisuuskohteissa viranomaismääräykset voivat asettaa lisävaatimuksia
varavoimasyötön toteutukselle.

Kaapelointi, suojaus ja maadoitus varavoimapiireissä

Varavoimapiirin kaapelointi on suunniteltava siten, että se toimii myös
poikkeustilanteissa, kuten tulipalossa. Tämä koskee erityisesti
turvallisuusjärjestelmien syöttökaapeleita, jotka on toteutettava
palonkestävillä kaapeleilla standardin vaatimusten mukaisesti.

1. Valitse kaapelit kuorman tehon, asennustavan ja
   ympäristöolosuhteiden mukaan. Teollisuusympäristössä huomioi mekaaninen rasitus,
   kemikaalit ja lämpötila.
2. Mitoita kaapelit siten, että jännitteenalenema pysyy sallituissa
   rajoissa myös pitkillä kaapelivedoilla. Aggregaatin syöttökaapeli on usein pitkä,
   mikä kasvattaa jännitteenalenemaa.
3. Suunnittele suojalaitteet — sulakkeet ja johdonsuojakatkaisijat —
   jokaisen lähdön mukaan. Varmista selektiivisyys: vian tapahtuessa
   vain viallinen piiri irtoaa, ei koko varavoimasyöttö.
4. Toteuta maadoitus huolellisesti. Aggregaatilla on oltava
   asianmukainen maadoitus, ja sen maadoitusperiaate on yhteensovitettava rakennuksen
   olemassa olevan maadoitusjärjestelmän kanssa.
5. Merkitse kaikki varavoimapiirin kaapelit ja kojeet selkeästi.
   Värimerkintä tai tunnistekilvet helpottavat huoltoa ja vikaselvitystä.

Oikein toteutettu kaapelointi ja suojaus varmistavat, että varavoimajärjestelmä toimii
luotettavasti myös pitkien käyttötaukojen jälkeen. Erityistä huomiota kannattaa
kiinnittää liitoksiin ja liittimiin, jotka ovat yleinen vikakohta
pitkäaikaisessa käytössä.

Dokumentointi, tarkastukset ja käyttöönottotestaus

Dokumentointi on varavoimajärjestelmän suunnittelun viimeinen mutta
välttämätön vaihe. Puutteellinen dokumentointi tekee järjestelmän ylläpidosta vaikeaa
ja voi johtaa vakaviin virheisiin huolto- ja muutostöiden yhteydessä. Me toimitamme
kaikki suunnittelukohteet täydellisin piirustuksin ja asiakirjoin.

1. Laadi pääkaavio, josta käy ilmi koko varavoimajärjestelmä:
   aggregaatti, ATS, varavoimakeskus ja kaikki syötetyt kuormaryhmät.
2. Kokoa kaapeliluettelo, jossa on kaikkien varavoimapiirin kaapeleiden
   tyyppi, poikkipinta, pituus ja reitti.
3. Laadi käyttö- ja huolto-ohjeet, joissa kuvataan järjestelmän
   normaali toiminta, hälytykset ja testausmenettely.
4. Suorita käyttöönottotarkastus standardin SFS 6000
   mukaisesti: eristysresistanssimittaukset, suojajohtimien jatkuvuusmittaukset ja
   vikavirtapiirin impedanssimittaukset.
5. Toteuta kuormitustesti täydellä kuormalla vähintään kahden tunnin
   ajan. Mittaa jännite, taajuus ja kuormitusaste testin aikana ja kirjaa tulokset
   pöytäkirjaan.
6. Testaa ATS-toiminta simuloimalla verkkosähkön katkeaminen: mittaa
   vaihtoaika ja varmista, että kaikki kriittiset kuormat kytkeytyvät varavoimalle
   oikein.

Käyttöönottotestauksen jälkeen järjestelmä on valmis luovutettavaksi tilaajalle.
Luovutusaineistoon kuuluvat kaikki mittauspöytäkirjat,
tarkastuspöytäkirjat, piirustukset ja huolto-ohjeet.

Hyvin toteutettu varavoimajärjestelmä on investointi, joka maksaa itsensä takaisin
ensimmäisessä pitkässä sähkökatkossa, jossa tuotanto tai turvallisuus muuten
vaarantuisi.