Sähkötekniikan perusteita. Pekka Rantala Syksy 2016

Transkriptio

1 Sähkötekniikan perusteita Pekka Rantala Syksy 2016

2 Sisältö 1. Sähköasennuksia sääteleviä säännöksiä 2. Sähkötekniikan perusteita 3. 3-vaihejärjestelmä 4. Muutamia perusjuttuja

3 1. Sähköasennuksia sääteleviä säännöksiä Yleisesti ottaen sähkötyöt ovat luvanvaraisia töitä Ilman sähköalan koulutusta ei saa tehdä sähkötöitä Sähköturvallisuuslaki Sähköturvallisuusasetus Kauppa- ja teollisuusministeriön (Ktm) päätökset SFS-standardit (esim. Standardisarja SFS 6000) Vastaa entisiä sähköturvallisuusmääräyksiä Turvallisuus- ja kemikaaliviraston (Tukes) ohjeet ohjeessa S10 luetellaan voimassa olevat säännöt

4 SFS 6000 standardisarja (2012) Pienjännitesähköasennukset Standardisarja SFS 6000 sisältää 39 standardia Koskee sähköasennuksia, joiden nimellisjännite on korkeintaan 1000 V AC (tai 1500 V DC) Sovelletaan esimerkiksi seuraavissa kohteissa Asuinrakennukset Liikerakennukset Julkiset rakennukset Teollisuusrakennukset

5 Tukesin ohje S10 Tukes julkaisee ohjeen S10, jossa on lueteltu ne standardit, joiden mukaan toimittuna täytetään määräysten vaatimukset.

6 2. Sähkötekniikan perusteita

7 Virtapiiri Virta I Jännitelähde (teholähde) Jännite U Kuorma (= vastus R) valaisin, lämmitin, TV, Jännitelähde pyrkii antamaan vakiona pysyvää jännitettä U Kuormassa kuluu/häviää/käytetään teho P Vertaa sähkön virtaamista veden virtaamiseen!

8 Sähkösuureita ja -yksiköitä Jännite U voltti, V Virta I ampeeri, A Resistanssi R ohmi, Ω Teho P watti, W U = R I U R I P = U I P U I

9 Tasasähkö, DC = Direct Current Jännitelähteessä 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)

10 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.

11 Vaihtosähkö, AC Rinnastus veden virtaamiseen ei oikein toimi vaihtosähköllä. Vaihtosähkössä virta sahaa jatkuvasti edes takas. Vaihtosähköllä on tavoitteena siirtää sähköenergiaa, eli hetkellisesti sähkötehoa. Vertaa vaihtosähköä edes takas heiluvaan sahaan. Siinäkin saadaan tulosta (= tehoa) aikaiseksi, vaikka liike ei etene yhteen suuntaan. DC-sähkö olisi vastaavasti kuin sirkkeli tai vannesaha, joka liikkuu koko ajan yhteen suuntaan.

12 Kodin pistorasia Minkälaista sähköä saadaan tavallisesta pistorasiasta? Mikä merkitys on töpselin eri rei illä?

13 Kodin pistorasia nollajohdin N yhteydessä maahan vaihejohdin L kuuma karva suojamaajohdin PE yhteydessä maahan Pistorasia vaihe L 230 V nolla N Virta I Kuorma (= valaisin) maadoitus suojamaa PE Kodin sähköverkko on käyttömaadoitettu. = virtapiirin nollajohto on yhteydessä maahan.

14 Vaihtosähkö, AC = Alternating Current û T α[astetta] -5 Vaihtosähkö on sini-signaalin muotoista. Se syntyy luonnostaan tasaisesti pyörivästä generaattorista. 230 V on vaihtojännitteen tehollisarvo. Jännitteen hetkellinen huippuarvo û on = V 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).

15 3. 3-vaihejärjestelmä

16 Miksi 3-vaihejärjestelmä? Miksi kolmivaihejärjestelmä ( 3~) on niin yleisesti käytössä? Jotakin hyvää siinä varmasti pitää olla!? HUOM termi! Se on vaihe, ei vaihde! Vaihe 1 Vaihe 2 Vaihe 3

17 1-vaihe- ja 3-vaihejärjestelmä Miksi kannattaa käyttää 3-vaihejärjestelmää? L N L1 L2 L3 N Sama teho saadaan siirrettyä vähemmillä/ohuemmilla johtimilla kuin 1-vaihejärjestelmässä, myös siirtohäviöt ovat pienemmät.

18 3-vaihejärjestelmän etuja Vaiheiden välillä on 120 vaihesiirto saadaan helposti aikaan pyörivä magneettikenttä 3-vaihe sähkömoottori on yksinkertainen Eri vaiheiden virtojen huippuhetki ja virran kulkusuunta yhdellä hetkellä on eri tasaisella kuormituksella virtojen summa on nolla EI TARVITA NOLLAJOHDINTA lainkaan 3-vaiheteho on kokonaisuudessaan tasaista, vaikka yksittäisessä vaiheessa jännite ja virta sykkii

19 3-vaiheinen sähköliittymä 3-vaiheisella sähköliittymällä saadaan kohteeseen tuotua 3-kertainen sähköteho verrattuna 1- vaiheiseen sähköliittymään Nykyisin kaikki liittymät (kerrostalot, rivitalot, omakotitalot, kesämökit, ) ovat 3-vaiheisia. Tällä toiminnalla osaltaan varmistetaan sitä, että sähköverkon kaikkia vaiheita kuormitetaan mahdollisimman tasaisesti.

20 3-vaihejärjestelmä Û U pp Vaihe1 Vaihe2 Vaihe3 GND Û = huippuarvo Huipusta huippuun arvo U pp = 2 Û (= U hattu) (= peak to peak) Tehollisarvo U RMS = Û 2 RMS = Root Mean Square

21 Vaihe- ja pääjännite L1 L2 L3 N Vaihejännite 230 V Vaiheen ja nollan välillä valovirta L = line = vaihe Pääjännite 400 V Kahden vaiheen välillä voimavirta N = neutral = nolla

22 Valovirtaa ja voimavirtaa

23 Vaihe- ja pääjännite, osoitinkuvio L3 400 V N L1 230 V L2

24 4. Muutamia perusjuttuja Pienoisjännite (ELV = Extra Low Voltage) Max. 50 VAC Niin pieni jännite, että ei ole vaarallinen Pienjännite (LV = Low Voltage) Max VAC tavallinen jännitetaso rakennusten asennuksissa Suurjännite (HV = High Voltage) Yli 1000 VAC Sähkönsiirrossa ja suuritehoisissa järjestelmissä

25 Katkotaan jännitettä Sähkölaitteiden ohjauskytkimet kytketään vaiheeseen eli 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

26 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 ( ) L N PE KeVi KeVi keltavihreä

27 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