Sähköasennusten perusteet
Transcription
Sähköasennusten perusteet
6.1.2015 Sähköasennusten perusteet Pekka Rantala Kevät 2015 Sisältö 1. 2. 3. 4. 5. 6. Sähkötekniikan perusteita Sähköasennuksia sääteleviä säännöksiä 3-vaihejärjestelmä Muutamia perusjuttuja Kiinteistön sähköverkko Suojaus sähköiskulta 1 6.1.2015 1. Sähkötekniikan perusteita Sähkösuureita • • • • Jännite Virta Resistanssi Teho U I R P voltti, V ampeeri, A ohmi, Ω watti, W U = R×I P = U×I U R×I P U×I 2 6.1.2015 Virtapiiri Virta I Jännitelähde (teholähde) Kuorma (= vastus R) valaisin, lämmitin, TV,… Jännite U Teholähde tuottaa tehon P Kuormassa kuluu/häviää/käytetään teho P Vertaa sähkön virtaamista veden virtaamiseen! Tasasähkö, DC = Direct Current • Sähkölähteessä on kiinteät plus- ja miinus-navat. • Virta kulkee koko ajan samaan suuntaan. • Esimerkkejä tilanteista, joissa on tasasähköä: – – – – – Paristot ja akut Auton akku Kännykän tai tietokoneen laturin antama sähkö Elektroniikan käyttöjännite (esim. PC:n sisällä) Aurinkopaneeli • Sähkölähteenä on – kemiallinen pari (paristot, akut, aurinkopaneeli) – tai elektroniikan kytkentä (laturit, teholähteet) 3 6.1.2015 Vaihtosähkö, AC = Alternating Current • Virran kulkusuunta vaihtuu jatkuvasti, virta kulkee edestakas. • Sähkölähteessä ei ole pysyvää plus ja miinus-napaa. • Esimerkkejä tilanteista, joissa on vaihtosähköä: – – – – Kodin pistorasiat Liesituulettimen moottori Pellolla näkyvät sähköjohdot Muuntajat • Sähkölähteenä tyypillisesti pyörivä generaattori, esim. vesivoimalaitos tai tuulimylly. Kodin pistorasia • Minkälaista sähköä saadaan tavallisesta pistorasiasta? • Mikä merkitys on ”töpselin eri rei’illä”? 4 6.1.2015 Kodin pistorasia vaihejohdin L ”kuuma karva” nollajohdin N yhteydessä maahan suojamaajohdin PE yhteydessä maahan Pistorasia vaihe L Kuorma (= valaisin) Virta I 230 V nolla N suojamaa PE maadoitus • Kodin sähköverkko on käyttömaadoitettu. • = virtapiirin nollajohto on yhteydessä maahan. Vaihtosähkö, AC = Alternating Current 5 4 3 û 2 1 0 -1 0 90 180 270 360 450 540 630 720 α[astetta] -2 -3 -4 T -5 • • • • Vaihtosähkö on sini-signaalin muotoista. Se syntyy luonnostaan tasaisesti pyörivästä generaattorista. Suomessa sähköverkon taajuus f = 50 Hz, ”50 kierrosta sekunnissa” Jaksonpituus T on aika, jonka jälkeen kuvio alkaa toistamaan itseään uudestaan, alkaa uusi kierros. Suomessa T = 20 ms (= 1/50 Hz). • û on jännitteen huippuarvo = 2 × 230 V • 230 V on vaihtojännitteen tehollisarvo. 5 6.1.2015 2. Sähköasennuksia sääteleviä säännöksiä • Sähköturvallisuuslaki • Sähköturvallisuusasetus • Kauppa- ja teollisuusministeriön (Ktm) päätökset • SFS-standardit (Standardisarja SFS 6000 (2012)) • Turvallisuus- ja kemikaaliviraston (Tukes) ohjeet (S10 (2012)) Sähköturvallisuuslaki 410/1996 2 LUKU Sähköturvallisuuden taso, 5§ Sähkölaitteet ja –laitteistot on suunniteltava, rakennettava, valmistettava ja korjattava niin sekä niitä on huollettava ja käytettävä niin, että: 1. Niistä ei aiheudu kenenkään hengelle, terveydelle tai omaisuudelle vaaraa; 2. Niistä ei sähköisesti tai sähkömagneettisesti aiheudu kohtuutonta häiriötä; sekä 3. Niiden toiminta ei häiriinny helposti sähköisesti tai sähkömagneettisesti. 6 6.1.2015 KTM:n päätös Sähkölaitteistojen turvallisuudesta 1193/1999 • Sähköasennusten turvallisuutta koskeva velvoittava julkaisu • Ei anna yksityiskohtaisia teknisiä määräyksiä, vaan periaatteita, että vaatimukset täyttyvät, kun noudatetaan aihetta koskevia standardeja. • HUOM! Standardien käyttö ei ole pakollista, vaan niistä voidaan tietyin menettelyin poiketa. Standardien käyttö on kuitenkin aina helpoin tapa toteuttaa vaatimukset ja tämän vuoksi standardeja yleensä noudatetaan. SFS 6000 –standardisarja (2012) Pienjännitesähköasennukset • Standardisarja SFS 6000 sisältää 39 standardia • Koskee sähköasennuksia, joiden nimellisjännite on korkeintaan 1000 V AC (tai 1500 V DC) • Perustuu pääosin eurooppalaisiin harmonisointiasiakirjoihin Genelec HD 60364 Low-voltage electrical installations ja vastaavaan kansainväliseen standardisarjaan IEC 60364. • Standardisarjassa on mukana myös kansallisia lisäyksiä, jotka on koottu SFS 6000-8 –standardeiksi. 7 6.1.2015 SFS 6000 –standardisarjan soveltamisala (kohta 11) Sovelletaan esim. EI sovelleta esim. • • • • • • • • • Sähköratalaitteet • Moottoriajoneuvojen sähkölaitteet • Laivat, lentokoneet • Sähköaitaukset • Rakennusten salamasuojaus (Huom! Ylijännitesuojaus) • Hissit • Koneiden sähkölaitteet Asuinrakennukset Liikerakennukset Julkiset rakennukset Teollisuusrakennukset Maatalousrakennukset Lääkintätilat Näyttelyt, messut Rakennustyömaat Sovelletaanko auton lämmitystolppien asennuksiin? Sovelletaanko matkailuajoneuvojen sähköasennuksiin? SFS 6000 sisältö karkeasti, osa 1 Perusperiaatteet, termit, yleisten ominaisuuksien määrittely Osa 4: Suojausmenetelmät – – – – Suojaus sähköiskulta (4-41) Suojaus lämmön vaikutuksilta (4-42) Ylivirtasuojaus (4-43) Suojaus jännite- ja sähkömagn. häiriöiltä (4-44) Osa 5: Sähkölaitteiden valinta ja asentaminen – – – – – Johtojärjestelmät (5-52) Erottaminen, kytkentä ja ohjaus (5-53) Maadoittaminen ja suojajohtimet (5-54) Muut sähkölaitteet (5-55), esim. valaisimet Turvajärjestelmät (5-56) Osa 6: Tarkastukset – Käyttöönottotarkastus (61) 8 6.1.2015 SFS 6000 sisältö karkeasti, osa 2 Osa 7: Erikoistilojen asennukset (alla lueteltu vain osa) – – – – – – – – Kylpy- ja suihkutilat, uima-altaat, saunat (701, 702, 703) Rakennustyömaat (704) Maa- ja puutarhatalouden tilat (705) Leirintäalueet, Venesatamat (708, 709) Lääkintätilat (710) Valosähköiset laitteet (Aurinkokennot) (712) Kalusteet (713) Huvipuistojen tilapäiset asennukset (740) Osa 8: Eräitä asennuksia koskevat täydentävät vaatimukset (Suomessa noudatettavat kansalliset lisäykset) – Asennusten korjaus-, muutos- ja laajennustyöt (vanhat asennukset) (802) – Sähkölaitekorjaamot ja laboratoriot (803) Tukesin ohje S10 Turvallisuus- ja kemikaalivirasto • Tukes julkaisee ohjeen S10, jossa on lueteltu ne standardit, joiden mukaan toimittuna täytetään määräysten vaatimukset. http://tukes.fi/Tiedostot/julkaisut/S10-2012.pdf • Keskeisimmät vanhat määräykset annettiin Sähkötarkastuskeskuksen julkaisussa A1 Sähköturvallisuusmääräykset (StM). (viimeisin 1989) 9 6.1.2015 3. 3-vaihejärjestelmä Miksi 3-vaihejärjestelmä? • Miksi kolmivaihejärjestelmä ( 3~) on niin yleisesti käytössä? • Jotakin hyvää siinä varmasti pitää olla!? 10 6.1.2015 1-vaihe- ja 3-vaihejärjestelmä Miksi kannattaa käyttää 3-vaihejärjestelmää? L N L1 N L2 L3 Sama teho saadaan siirrettyä vähemmillä (tai ohuemmilla) johtimilla kuin 1-vaihejärjestelmässä. 3-vaihejärjestelmän etuja • Vaiheiden välillä on 120 ° vaihesiirto → saadaan helposti aikaan pyörivä magneettikenttä (sähkömoottori) • Eri vaiheiden virtojen huippuhetki on eri → tasaisella kuormituksella summa on nolla, EI TARVITA NOLLAJOHDINTA lainkaan Miksi 2- tai 4-vaihejärjestelmä ei ole yhtä hyvä? 11 6.1.2015 3-vaihejärjestelmä 120 ° 120 ° 120 ° 400 Vaihe1 300 Û Vaihe2 200 Vaihe3 100 0 0 Upp 90 180 270 360 450 540 630 720 GND -100 -200 -300 -400 Û = huippuarvo Huipusta huippuun arvo Upp = 2×Û Tehollisarvo URMS = Û 2 (= U hattu) (= peak to peak) RMS = Root Mean Square Vaihe- ja pääjännite L1 L2 L3 N Vaihejännite 230 V (tehollisarvo) Vaiheen ja nollan välillä Pääjännite 400 V (tehollisarvo) Kahden vaiheen välillä 12 6.1.2015 Vaihe- ja pääjännite L3 400 V N L1 230 V L2 4. Muutamia perusjuttuja • Pienoisjännite (ELV = Extra Low Voltage) – Max. 50 VAC – Niin pieni jännite, että ei ole vaarallinen • Pienjännite – Max. 1000 VAC – ”tavallinen” jännitetaso asennuksissa • Suurjännite – Yli 1000 VAC – Sähkönsiirrossa ja suuritehoisissa järjestelmissä 13 6.1.2015 ”Katkotaan jännitettä” • Sähkölaitteiden ohjauskytkimet kytketään ”kuumaan karvaan” • Nolla-johdin on jatkuvasti kytkeytyneenä laitteeseen • Erikoistapauksissa voidaan katkoa 2-napaisesti sekä vaihetta että nollaa (pistotulppa-liitos) L L L N N N ”katkotaan jännitettä” EI NÄIN 2-napainen kytkin Suojamaa, PE (= Protected Earth) • Suojajohdin PE kytketään sähkölaitteen jännitteelle alttiiseen osaan (tyypillisesti metallikotelo) • Suojajohtimen liittimen tunnus on • Suojajohtimen väri on AINA keltavihreä • Keltavihreää EI SAA käyttää mihinkään muuhun • Suojajohtimessa EI SAA olla kytkinlaitetta (543.3.3) L KeVi keltavihreä N PE KeVi 14 6.1.2015 Suojamaa • Normaalitilanteessa, kun kaikki on kunnossa → suojamaajohdossa ei kulje virtaa • Suojamaajohto on ”varaventtiili” vikatilanteita varten • Jos laitteen runko tulee viassa jännitteiseksi → ”sähkö pääsee pois” suojamaajohtoa pitkin L N PE KeVi 5. Kiinteistön sähköverkko 15 6.1.2015 Suomen sähköverkon rakenne Voimalaitos Suomen Kantaverkko Jakeluverkko Fingrid Voimalaitos Jakeluverkko Jakeluverkko kiinteistöjen sähköverkot Pienen kiinteistön sähköverkko 16 6.1.2015 Etäluettava mittari • Etäluettavan mittarin pitää olla kytkettynä verkkoon koko ajan. • Mittarin lukemisen ja vikatilanteiden selvittämisen vuoksi pitää olla sähköt päällä jatkuvasti. Termejä, osa1 • Liittymisjohto, liittymiskohta • Maadoitus ja potentiaalintasaus – Potentiaalintasaus on johtavien osien sähköinen liitäntä, jonka tarkoituksena on saavuttaa tasapotentiaali. (826-13-19) – Maadoitus on sähköinen liitäntä järjestelmän ja paikallisen maan välillä. (826-13-03) • Ryhmäjohto (Final Circuit) – Voimalaitokselta kuluttajalle ulottuvan sähköverkon ”viimeinen pätkä” 17 6.1.2015 Ryhmäjohto • Kulutuskojetta tai pistorasiaa syöttävä johto • Johdolla on tietty kuormitettavuus – Millä virralla johtoa voi jatkuvasti kuormittaa, niin että se ei kuumene liikaa = mitoitusvirta • Ryhmäjohdon suojalaitteiden pitää reagoida ylivirtaan, joka voi olla – Ylikuormitusvirta (ei vikatilannetta) tai – Oikosulkuvirta (on vikatilanne) • Lähes kaikissa kotitalouden ryhmäjohdoissa pitää olla suojalaitteena myös vikavirtasuoja (VVSK) Ryhmäkeskus, ryhmäjohto 5 pistorasiaryhmä syöttö L1, L2, L3 3-vaiheryhmä N PE (tai PEN) valaisinryhmä pääkytkin ylivirtasuojat vikavirtasuojat ryhmäjohdot energian kulkusuunta • Ryhmäkeskus = ryhmäjohtoja syöttävä keskus • Ylivirtasuoja on joko sulake tai johdonsuojakatkaisija eli automaattisulake, ”stotsi” 18 6.1.2015 Johdon kuormitettavuus • Johdolla on tietty kuormitettavuus [A], johon vaikuttaa: – – – – Johtimen paksuus (= poikkipinta-ala mm2) Johtimen eriste (PVC vai PEX) Materiaali (Al vai Cu) Asennustapa • pinta-asennus, uppo-asennus, maakaapeli, ilmajohto – Muut tekijät, esim. ympäristön lämpötila, useita johtoja nipussa, läpivienti lämpöeristeen läpi • Nyrkkisääntö: – 1,5 mm2 ↔ 10 A sulake 2,5 mm2 ↔ 16 A sulake Ryhmäjohtoon liitettävä teho P [W] • 1-vaiheinen ryhmäjohto, jännite UV = 230 V P = UV × I – 10 A:n sulake, max. teho on 2300 W = 2,3 kW – 16 A:n sulake, max. teho on 3680 W = 3,6 kW • 3-vaiheinen ryhmäjohto, jännite UP = 400 V P = 3 × UP × I (= 3 × UV × I) – 10 A:n sulake, max. teho on 6,9 kW – 16 A:n sulake, max. teho on 11 kW 19 6.1.2015 Termejä, osa 2 • Äärijohdin (vaihejohdin): L, L1, L2, L3 = ”kuuma karva” (ruskea, musta, harmaa) • Nollajohdin: N (sininen) • Suoja(maadoitus)johdin: PE (Protected Earth) • PEN-johdin: PE+N, yhdistetty suoja- ja nollajohdin • Jännitteelle altis osa (on osa sähkölaitetta) – Esim. sähkölaitteen metallikotelo • Muu johtava osa (ei ole sähkölaitteen osa) – Esim. vesikiertoiset lämmityspatterit, yhteys maahan Ison kiinteistön sähköverkko • Pienessä kiinteistössä (esim. omakotitalo) on vain yksi keskus, joka hoitaa kaikki tehtävät. • Isossa kiinteistössä (esim. kerrostalo) on useita sähkökeskuksia, joilla on omat tehtävänsä: – – – – Pääkeskus (liittyminen jakeluverkkoon) Mittauskeskus (eri käyttöpaikkojen energiamittarit) Ryhmäkeskukset (jokaisella käyttöpaikalla omansa) Nousukeskus (pää- ja ryhmäkeskuksen välissä) • Samassa sähkötilassa voi olla useampi keskus ”kylki kyljessä”, esim. mittaus- ja nousukeskus. 20 6.1.2015 Kiinteistön sähköverkon osia Pääkeskus Jakeluverkko Sähköliittymä Jakokeskuksia ja johdotuksia Kulutuslaitteet Rivi- tai kerrostalon sähköverkko 21 6.1.2015 Jakelujärjestelmät • Sähkönjakelujärjestelmien luokittelun keskeinen peruste on se, miten järjestelmä on maadoitettu. • TN–järjestelmät (Terra Neutral) Virtapiirin yksi piste on suoraan maadoitettu. Tavallisesti maadoitettu piste on kolmivaihejärjestelmän tähtipiste. = on tehty käyttömaadoitus • Suomessa kaikki ”tavalliset” sähköverkot ovat TNjärjestelmien mukaisia. TN-S –järjestelmä (Terra Neutral Separate) 22 6.1.2015 TN-C –järjestelmä (Terra Neutral Combined) TN-C-S –järjestelmä L1 L2 L3 PEN 23 6.1.2015 TT- ja IT-järjestelmä TT-järjestelmä IT-järjestelmä Kumpikin näistä järjestelmistä on harvinainen Suomessa pienjänniteasennuksissa. Euroopassa näitä kyllä käytetään muissa maissa. IT-järjestelmää käytetään Suomessa esim. leikkaussaleissa. Jakeluverkko ja sisäverkko Kiinteistön sisäverkko Jakeluverkko TN-C –järjestelmä 4-johdin järjestelmä liittymisjohto 4 TN-S –järjestelmä 5-johdin järjestelmä Paikallinen maadoituselektrodi Liittymispisteessä: PEN→ erilliset PE ja N 24 6.1.2015 6. Suojaus sähköiskulta Lähtökohtana jännitteellinen johto Miten tilanne tehdään turvalliseksi, kun 1. Sähkölaite (asennus) on täysin ehjä → tarvitaan perussuojaus 2. Kun sähkölaitteeseen tulee vika? → tarvitaan vikasuojaus 25 6.1.2015 Suojaus sähköiskulta 1/2 (ihmisiltä ja kotieläimiltä) Perusperiaate (asennuksissa ja laitteissa): • Vaaralliset jännitteiset osat eivät saa olla kosketeltavissa → Perussuojaus Yhden vian tilanne: • Kosketeltavat johtavat osat eivät saa tulla vaarallisesti jännitteisiksi → Vikasuojaus Suojaus sähköiskulta 2/2 (ihmisiltä ja kotieläimiltä) • Normaalissa asennuksessa pitää olla sekä perusettä vikasuojaus. • Suojausmenetelmän pitää koostua: – Sopivasta yhdistelmästä, jossa on erilliset perusja vikasuojaus TAI – Menetelmästä, jolla saadaan aikaan molemmat • Pelkkä perussuojaus vastaa suojausluokkaa 0 – Suojausluokka 0 ei uusissa asennuksissa ole luvallinen 26 6.1.2015 Perussuojaus (ent. kosketussuojaus) Suojaa sähköiskulta, kun kaikki OK (ei vikaa) Tarkoitus estää jännitteisten osien koskettaminen Toteutuskeinoja: • Jännitteisten osien peruseristys – Voidaan poistaa vain rikkomalla • Suojukset ja kotelot – Voidaan avata vain avaimella tai työkalulla • Esteet tai sijoitus kosketusetäisyyden ulkopuolelle – Vain kun ammattihenkilöt valvovat käyttöä – EI SAA käyttää esim. asunnoissa Vikasuojaus (ent. kosketusjännitesuojaus) Suojaa sähköiskulta yhden vian tilanteessa Toteutuskeinoja: 1. Syötön automaattinen poiskytkentä (yleisin tapa asennuksissa) 2. Kaksoiseristys tai vahvistettu eristys 3. Pienoisjännite 4. Sähköinen erotus syöttämään yhtä kulutuskojetta 27 6.1.2015 Suojausmenetelmä: Syötön automaattinen poiskytkentä kiinteässä asennuksessa = suojausluokka I • Perussuojauksen on oltava kunnossa • Jännitteelle alttiit osat yhdistetään suojamaadoitusjohtimeen • Pistorasiat ovat maadoitettuja suojakosketinpistorasioita Syötön automaattinen poiskytkentä • 230 VAC, poiskytkentäaika enintään 0,4 s – Erityistilanteissa saa olla 5 s (esim. pääjohdot) • Rakennuksessa on oltava suojaava potentiaalintasaus, jossa liitetään yhteen mm. – Maadoitusjohdin (maadoituselektrodi) – Metalliset vesi- ja ilmanvaihtoputket • PE-johtimella pitää olla hyvä yhteys maahan kaikista asennuksen kohdista – käyttöönottotarkastuksessa mitataan suojajohdon jatkuvuus 28 6.1.2015 Suojausmenetelmä: Kaksoiseristys tai vahvistettu eristys = suojaeristys = suojausluokka II • Perussuojaus on toteutettu peruseristyksellä ja vikasuojaus lisäsuojauksella TAI • Perus- ja vikasuojaus on toteutettu yhdistetyllä vahvistetulla eristyksellä • Tunnus • Laitteessa mahdollisesti myös merkki Luokan II laitteita syöttävä asennus • Luokan II laitteita syöttävissä piireissä pitää olla suojamaadoitusjohdin, joka kulkee piirin mukana. • Suojamaadoitusjohdin liitetään kiinteän asennuksen jokaisessa pisteessä ja joka laitteessa. • Poikkeuksena jotkin valaisinkytkimet 29 6.1.2015 Suojausmenetelmä: pienoisjännite (= suojajännite) = suojausluokka III • Perus- ja vikasuojaus saavutetaan, kun: – nimellisjännite ei ylitä 50 VAC tai 120 VDC (= ELV = Extra Low Voltage = Pienoisjännite) – Syöttö tehdään standardin mukaisesta jännitelähteestä – Muut standardin vaatimukset täyttyy (414.4) • Tunnus ”vaakuna” vastaa pienoisjännitettä (joka saadaan suojaerotusmuuntajasta) Suojausmenetelmä: sähköinen erotus (ei numeroitua luokkaa) • Perussuojaus on toteutettu peruseristyksellä • Vikasuojauksena käytetään erotettujen osien sähköistä erotusta muista piireistä ja maasta • Tunnus tai 30 6.1.2015 Suojaerotus • Erotetun virtapiirin mikään osa ei saa olla yhteydessä toisiin virtapiireihin eikä maahan. • Toteutetaan ”kelluva virtapiiri” • Suojaerotetulla virtapiirillä saa syöttää vain yhtä laitetta. (muutama poikkeus) • Vertaus: toimii kuin auton akusta saatava sähkö, täysin oma virtapiiri, irrallaan maasta Yhteenveto: Suojausluokat • Luokka 0 – Pelkkä peruseristys – ei saa käyttää uusissa asennuksissa • Luokka I – Syötön nopea poiskytkentä – Suojamaadoitettu • Luokka II – Suojaeristetty • Luokka III – Suojajännite (pienoisjännite) • Suojaerotus (ei omaa numeroa tälle tavalle) 31 6.1.2015 Lisäsuojaus vikavirtasuojalla (maadoitetuissa pistorasioissa) • Käytetään perussuojauksen ja vikasuojauksen lisänä, ei riitä yksinään • Mitoitustoimintavirraltaan enintään 30 mA:n vikavirtasuojaa pitää käyttää suojaamaan esim: – Lähes kaikki mitoitusvirraltaan enintään 20 A tavanomaiset maallikoiden käyttöön tarkoitetut pistorasiat (ei tarvitse esim. pakastimen, APK:n pistorasia) – Ulkona käytettävät enintään 32 A pistorasiat tai siirrettävät laitteet VVSK, vikavirtasuoja(kytkin) Ehjä sähkölaite Viallinen sähkölaite 32 6.1.2015 Turvakytkin • Jokaisen koneen (jota voidaan/tarvii huoltaa) syötössä on oltava luotettava erotuskohta. • Syötön erotus toteutetaan tyypillisesti turvakytkimellä. 33