Väitös: Vaaralliset valokaariviat kuriin ennakoivalla suojauksella

lauri-kumpulainen-2-low-res

Padasjoella vuonna 1962 syntynyt Lauri Kumpulainen kirjoitti vuonna 1981 ylioppilaaksi Padasjoen lukiosta. Hän valmistui diplomi-insinööriksi Tampereen teknillisestä korkeakoulusta vuonna 1987 ja vuonna 2000 hän suoritti TTKK:ssa tekniikan lisensiaatin tutkinnon. Kumpulainen on urallaan työskennellyt mm. Hämeen Sähkö Oy:ssä kehitysinsinöörinä, Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulussa sähkötekniikan yliopettajana, VTT:llä tutkijana, Vamp Oy:ssä tutkimusjohtajana ja Merinova Oy:ssä ohjelmajohtajana. Hän on tunnettu erityisesti tulevaisuuden sähköverkkoja visioivien kansallisten hankkeiden käynnistäjänä ja vastuunkantajana. Tällä hetkellä hän toimii projektitutkijana Vaasan yliopistossa.

Lauri Kumpulainen tarkastelee sähkötekniikan alan väitöskirjassaan valokaarisuojauksen kehityssuuntia. Kojeistossa tapahtuvaa valokaarivikaa voidaan luonnehtia sähköiseksi räjähdykseksi, joka on erittäin vaarallinen ihmisille ja tuhoisa laitteille.

– Autoista tuli olennaisesti turvallisempia, kun turvavyöt otettiin laajasti käyttöön. Vastaavasti koko maailmassa sähköjärjestelmien käyttövarmuutta ja turvallisuutta voidaan parantaa soveltamalla valon havaitsemiseen perustuvaa valokaarisuojausta. Vaasalainen teollisuus on tässäkin tekniikassa eturintamassa kolmen valmistajan voimin, sanoo Vaasan yliopistolla väittelevä Kumpulainen.

Hyvää voidaan parantaa

Kumpulainen on kehittänyt väitöstutkimuksessaan kokonaiskuvan valokaarisuojauksesta. Hän tunnisti erityisesti kolme kehityskohdetta eli ennakoivan suojauksen, suojausjärjestelmän tietoliikenteen ja suojauksen nopeuttamisen.

Kumpulainen vertaa jälleen valokaarisuojauksen tekniikan kehittymistä autoissa käytettyyn tekniikkaan. Hän muistuttaa, että autoihin on viime vuosina lisätty huomattavasti sensoreita, jotka palvelevat sekä auton kunnonvalvontaa että turvallisuutta.

– Vastaavasti sähköverkon kojeistot voidaan varustaa sensoreilla, jotka jatkuvatoimisesti haistelevat hitaasti kehittyviin vikoihin liittyviä ilmiöitä. Niiden avulla osa vioista voidaan tunnistaa, ennen kuin vika kehittyy räjähdysmäiseksi valokaariviaksi.

Tutkimustyössä on selvitetty erityisesti osittaispurkauksia ja liitoskohtien lämpötilaa tarkkailevien sensorien soveltuvuutta ennakoivaan valokaarisuojaukseen.

Toisena kehityskohteena tutkimuksessa on ollut suojausjärjestelmän tietoliikenne. Työssä on osoitettu, että kansainväliseen IEC 61850 -standardiin pohjautuvaa tekniikkaa voidaan soveltaa myös valokaarisuojausjärjestelmissä, mikä muun muassa tuo kustannussäästöjä, mahdollistaa laajemmat järjestelmät ja helpottaa järjestelmän itsevalvontaa.

Koska valokaari on räjähdysmäinen vika, suojaukselta vaaditaan poikkeuksellista nopeutta. Nopeuden kehittämisessä pullonkaulana on katkaisijatekniikka, jonka kehittyessä valokaarisuojauskin paranee. Tälläkin hetkellä on jo tarjolla äärimmäisen nopeaa tekniikkaa vikavalokaaren sammuttamiseen. Erityisesti herkissä ympäristöissä, joissa halutaan pienentää myös valokaaren painevaikutusta, voi olla perusteltua käyttää erityisiä oikosulkulaitteita. Niiden avulla valokaari saadaan sammumaan muutamassa millisekunnissa, minkä ansiosta vauriot jäävät minimaalisiksi.

Suomalainen osaaminen maailmalle

Kumpulaisen väitöskirja koostuu pääosin kansainvälisissä tiedelehdissä julkaistuista artikkeleista, minkä lisäksi väittelijä on julkaissut huomattavan määrän konferenssiartikkeleita.

– Työn suurin merkitys lienee siinä, että julkaisut tekevät suomalaista osaamista tunnetuksi ja osaltaan edistävät Vaasan teollisuuden menestystä, arvioi Kumpulainen. – Vaasa on varmasti valokaarisuojauksen ykköskaupunki maailmassa. Meillähän on täällä kolme yritystä, jotka vievät näitä järjestelmiä maailmalle.

 

Väitöskirjan pdf: http://www.uva.fi/materiaali/pdf/isbn_978-952-476-705-7.pdf

Väitöskirjan tilaukset: https://verkkokauppa.juvenes.fi/kategoria/318/vaasan-yliopisto

Väitöstiedot

TkL Lauri Kumpulaisen sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirjatutkimus ”Aspects and Directions of Internal Arc Protection” tarkastetaan keskiviikkona 2.11.2016 klo 12 alkaen auditorio Kurtenissa (Tervahovi), Vaasan yliopistossa.

Vastaväittäjänä tilaisuudessa toimii Associate Professor  Petr Toman (Brno University of Technology) ja kustoksena professori Kimmo Kauhaniemi (Vaasan yliopisto).