OAMK:n opinto-oppaassa

Transkriptio

1 Sähköturvallisuuden perusteet T Pekka Rantala Syksy 2014 OAMK:n opinto-oppaassa Osaamistavoitteet: Opiskelija tunnistaa sähkön vaaratekijät ja osaa suojautua niiltä. Opiskelija tuntee yleiseen sähköturvallisuuteen liittyvät säännökset. Opiskelija osaa toimia turvallisesti laboratorioharjoituksissa ja osaa käyttää tavanomaisia sähkömittauslaitteita. Sisältö: Rakennuksen pienjännitejärjestelmän rakenne ja ominaispiirteet. Sähkötapaturmat, sähkön fysiologiset vaikutukset Sähköalan turvallisuusmääräykset, suojausmenetelmät. Kosketus- ja vikasuojauksen toteutusesimerkkejä laitteissa ja asennuksissa. Sähkömittauslaitteiden käyttö ja laboratorioturvallisuus. 1

2 Toteutus Opintojakson sisällön voi jakaa kahteen suurempaan asiakokonaisuuteen: sähköturvallisuus ja sähkötyöturvallisuus + alussa sähkötekniikan perusteita Lähiopiskelua luokassa yhteensä 26 tuntia (sisältää kokeet) Lähiopiskelua laboratoriossa yhteensä 12 tuntia = 6 kpl töitä á 2 h Itsenäistä opiskelua 3 (op) 27 h 38 h = 43 tuntia yhteensä 81 tuntia Laboratoriossa tehtävät työt ovat kaikille pakolliset. Tällä opintojaksolla opiskelija perehdytetään sähkön vaaroihin ja opastetaan oikeisiin toimintatapoihin. Opintojakson teoria -kokeiden ja laboratoriotöiden hyväksytty suorittaminen on edellytys, jotta jatkossa pääsee tekemään töitä sähkölaboratorioissa. Arviointiperusteet Koemenestys (suurin painoarvo) Tuntiaktiivisuus ja asiallinen käyttäytyminen Laboratoriossa toimiminen Asiallinen käyttäytyminen Ohjeiden noudattaminen TURVALLISUUS! Tehtäviin paneutuminen 2

3 Sisältö Sähkötekniikan perusteita Tasa- ja vaihtosähkö Kiinteistön sähköverkko Sähköturvallisuus Minkälainen pitää sähkölaitteen ja -laitteiston olla, että se on turvallinen käyttää ja huoltaa Sähkön vaikutus ihmiseen, sähkötapaturmien ensiapu Luvalliset sähkötyöt, sähköpätevyydet Sähkötyöturvallisuus Miten sähkötyöt tehdään turvallisesti Laboratoriossa työskentely Sisältö 1. Sähköturvallisuutta sääteleviä säännöksiä 2. Sähkötekniikan perusteita 3. Kiinteistön sähköverkko 4. Suojaus sähköiskulta 3

4 1. Sähköturvallisuutta sääteleviä säännöksiä Sähköturvallisuuslaki Sähköturvallisuusasetus Kauppa- ja teollisuusministeriön (Ktm) päätökset SFS-standardit (Standardisarja SFS 6000 (2012)) Turvallisuus- ja kemikaaliviraston (Tukes) ohjeet (S10 (2012)) Sähköturvallisuuslaki 410/ 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. 4

5 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 Low-voltage electrical installations ja vastaavaan kansainväliseen standardisarjaan IEC Standardisarjassa on mukana myös kansallisia lisäyksiä, jotka on koottu SFS standardeiksi. 5

6 SFS 6000 standardisarjan soveltamisala (kohta 11) Sovelletaan esim. Asuinrakennukset Liikerakennukset Julkiset rakennukset Teollisuusrakennukset Maatalousrakennukset Lääkintätilat Näyttelyt, messut Rakennustyömaat EI sovelleta esim. Sähköratalaitteet Moottoriajoneuvojen sähkölaitteet Laivat, lentokoneet Sähköaitaukset Rakennusten salamasuojaus (Huom! Ylijännitesuojaus) Hissit Koneiden sähkölaitteet 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) 6

7 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. Keskeisimmät vanhat määräykset annettiin Sähkötarkastuskeskuksen julkaisussa A1 Sähköturvallisuusmääräykset (StM). (viimeisin 1989) 7

8 2. Sähkötekniikan perusteita Sähkösuureita 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 8

9 Virtapiiri Virta I Jännitelähde (teholähde) Jännite U Kuorma (= vastus R) 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 Aurinkopaneeli Sähkölähteenä kemiallinen pari tai elektroniikan kytkentä. 9

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. Kodin pistorasia Minkälaista sähköä saadaan tavallisesta pistorasiasta? 10

11 Kodin pistorasia Minkälaista sähköä saadaan tavallisesta pistorasiasta? nollajohdin N yhteydessä maahan vaihejohdin L kuuma karva suojamaajohdin PE yhteydessä maahan Pistorasia vaihe L nolla N Virta I Kuorma (= valaisin) maadoitus suojamaa PE Vaihtosähkö, AC = Alternating Current û α[astetta] T -5 Vaihtosähkö on sini-signaalin muotoista. Se syntyy luonnostaan tasaisesti pyörivästä generaattorista. Jaksonpituus T on aika, jonka jälkeen kuvio alkaa toistamaan itseään uudestaan, alkaa uusi kierros. Suomessa T = 20 ms. Sähköverkon taajuus f on Suomessa 50 Hz, sekuntiin mahtuu 50 jaksoa. û on jännitteen huippuarvo = V 11

12 3-vaihejärjestelmän vaihe- ja pääjännite Vaihejohtimet L1 L2 L3 Nollajohdin N Vaihejännite 230 V (tehollisarvo) Vaiheen ja nollan välillä valovirta Pääjännite 400 V (tehollisarvo) Kahden vaiheen välillä voimavirta Eri jänniteluokat Pienoisjännite (ELV = Extra Low Voltage) Max. 50 V AC tai 120 V DC suojajännite Pienjännite (LV = Low Voltage) Max V AC tai 1500 V DC Suurjännite (HV = High Voltage) Enemmän kuin pienjännite 12

13 Katkotaan jännitettä Sähkölaitteiden ohjauskytkimet kytketään kuumaan karvaan Nolla-johdin on jatkuvasti kytkeytyneenä laitteeseen Erikoistapauksissa voidaan katkoa 2-napaisesti sekä vaihetta että nollaa L L L N N N katkotaan jännitettä EI NÄIN 2-napainen kytkin Suojamaa Suojajohdin PE kytketään sähkölaitteen jännitteelle alttiiseen osaan eli tyypillisesti metallikoteloon Suojajohtimen liittimen tunnus on Suojajohtimen väri on AINA keltavihreä Keltavihreää EI SAA käyttää mihinkään muuhun Suojajohtimessa EI SAA olla kytkinlaitetta ( ) L N PE 13

14 3. Kiinteistön sähköverkko Pienen kiinteistön sähköverkko 14

15 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 (> mitoitusvirta), joka voi olla Ylikuormitusvirta (ei aina vikatilanne) tai Oikosulkuvirta (on vikatilanne) Hyvin usein ryhmäjohdoissa pitää olla suojalaitteena myös vikavirtasuoja (VVSK) 3 Ryhmäkeskus, ryhmäjohto syöttö L1, L2, L3 5 pistorasiaryhmä N PE (tai PEN) pääkytkin ylivirtasuojat vikavirtasuojat ryhmäjohdot valaisinryhmä Ryhmäkeskus = ryhmäjohtoja syöttävä keskus Ylivirtasuoja on joko sulake tai johdonsuojakatkaisija eli automaattisulake, stotsi 15

16 Termejä Äärijohdin (vaihejohdin): L, L1, L2, L3 = kuuma karva Nollajohdin: N Suoja(maadoitus)johdin: PE (Protected Earth) PEN-johdin: PE+N, yhdistetty suoja- ja nollajohdin Jännitteelle altis osa (on osa sähkölaitetta) Muu johtava osa (ei ole sähkölaitteen osa) L1 L2 L3 N PE TN-S järjestelmä (Terra Neutral Separate) 16

17 TN-C järjestelmä (Terra Neutral Combined) Järjestelmän maadoitus TN-S-C järjestelmä L1 L2 L3 PEN 17

18 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 Jakeluverkko TN-C järjestelmä 4-johdin järjestelmä liittymisjohto 4 Kiinteistön sisäverkko TN-S järjestelmä 5-johdin järjestelmä Paikallinen maadoituselektrodi Liittymispisteessä: PEN erilliset PE ja N N PE 18

19 4. 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 19

20 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 Tarpeeksi vanhoissa asennuksissa sai olla ainoastaan perussuojaus, uusissa asennuksissa Suojausluokka 0 ei ole enää luvallinen 20

21 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 21

22 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 enint. 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 (= suojajohdon jatkuvuus) 22

23 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 asennuksen jokaisessa pisteessä ja joka laitteessa. Poikkeuksena jotkin valaisinkytkimet 23

24 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 24

25 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) 25

26 Lisäsuojaus (maadoitetuissa pistorasioissa) Käytetään perussuojauksen ja vikasuojauksen lisänä, ei riitä yksinään Mitoitustoimintavirraltaan enintään 30 ma:n vikavirtasuojaa pitää käyttää suojaamaan esim: 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 26

27 Turvakytkin Jokaisen koneen (jota voidaan huoltaa) syötössä on oltava luotettava erotuskohta. Syötön erotus toteutetaan tyypillisesti turvakytkimellä. 27