BL10A3000 Sähköturvallisuus

Transkriptio

1 BL10A3000 Sähköturvallisuus Luento 6: Kiinteistöjen sähköasennukset I Asennusten peruskriteerit Kuormitettavuus ja ylivirtasuojaus Vikasuojauksen mitoittaminen Suojalaitteet Tero Kaipia 1

2 Laitteiden valinta ja asennukset Peruskriteerit Tero Kaipia 2

3 Käyttöominaisuudet (SFS ) Jännite laitteiden tulee sopia käytetyn järjestelmän jännitteelle Virta laitteiden on kestettävä järjestelmässä esiintyvät normaalin käytönaikaiset ja vikatilanteiden aikaiset virrat Taajuus laitteen mitoitustaajuuden on vastattava järjestelmän taajuutta Teho laitteiden tehon on sovittava yhteen järjestelmän kuormitettavuuden ja kuormitusasteen kanssa Yhteensopivuus laitteet on valittava siten, etteivät ne normaalissa käytössä ja kytkentätoimenpiteiden aikana aiheuta häiriötä muille laitteille tai sähkön syötölle (ks. SFS ja SFS ) Impulssiylijännitteet laitteiden impulssiylijännitteen kestävyystason on oltava vähintään yhtä suuri kuin järjestelmässä mahdollisesti esiintyvä prospektiivinen ylijännite (ks. SFS ) Ulkoiset tekijät laitteen valinnassa on huomioitava sen asennusympäristön olosuhteet Lämpötila, kosteus, vesi, säätila (em. yhdessä) Jokainen sähköpiiri voitava erottaa sähköverkosta tarkoituksenmukaisella keinolla Erotuslaitteen oltava laitteiston haltijan käytettävissä Tero Kaipia 3

4 Tero Kaipia 4 Keskinäisvaikutukset ja yhteensopivuus SFS : Kaikkien sähkölaitteiden on täytettävä sopivat sähkömagneettista yhteensopivuutta (EMC) koskevat vaatimukset ja niiden pitää olla asiaankuuluvien EMC-standardien mukaisia. Sähköasennuksen suunnittelijan pitää harkita toimenpiteitä, joilla pienennetään sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) vaikutuksia, menettelyt on esitetty osassa SFS SFS : Sähkölaitteet on valittava ja asennettava siten, että vältetään haittavaikutukset sähköasennuksen ja sähköasennukseen kuulumattomien osien välillä. Kun eri virtalajeilla ja eri jännitteillä toimivat sähkölaitteet sijoitetaan samaan asennuksen osaan on laitteet erotettava toisistaan siten, että vältytään laitteiden välisiltä haittavaikutuksilta Laitteiden häiriönsietotasot on valittava ottaen huomioon asennusympäristössä mahdollinen häiriötaso Käytettävillä laitteilla pitää olla riittävän alhainen häiriönpäästöjen taso. Tarvittaessa on käytettävä esim. SFS mukaisia menetelmiä häiriöpäästöjen minimoimiseksi ja niiden vaikutusten lieventämiseksi

5 Jänniterasitus (SFS ) Käyttötaajuinen jännite U V, kun ylijännitteen vaikutusaika on alle 5 s U V, kun ylijännitteen vaikutusaika on yli 5 s Impulssiylijännitteet, jaettu neljään luokkaan (IEC ): I U 0 = laitteen nimellisjännite Herkät esim. elektronisia piirejä sisältävät laitteet, jotka liitetään transienttiylijännitteiltä suojattuun syöttöön. Ei suoraa liitäntää yleiseen jakeluverkkoon II Kiinteisiin asennuksiin liitettävät siirrettävät laitteet, esim. pistorasiaan kytkettävät kojeet III Kiinteistöverkon kiinteät asennukset pääkeskuksessa ja siitä eteenpäin IV Asennuksen syöttöpisteen (liityntäpisteen) ja pääkeskuksen syöttöpuolen laitteet ml. yleinen pienjännitejakeluverkko Lähde: SFS Tero Kaipia 5

6 Ryhmittely ja luoksepäästävyys Asennusten ryhmittely (SFS ) Jokainen asennus ryhmitellään riittävän useaan virtapiiriin siten, että: vältetään vaara ja rajataan haittavaikutukset vikatapauksissa mahdollisimman pieniksi asennusta voidaan käyttää, huoltaa ja testata turvallisesti vältetään vaara, joka voi aiheutua yksittäisen virtapiirin, esim. valaistuksen vioittumisesta. minimoidaan vikavirtasuojakatkaisijoiden virhetoiminnot välttämällä liian suuria suojajohtimen virtoja (<10 ryhmää/vikavirtasuoja) lievennetään sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) vaikutusta ehkäistään jännitteettömäksi tehtyjen piirien tulemista epäsuorasti jännitteiseksi. Luoksepäästävyys (SFS ) Kaikki sähkölaitteet johdotus mukaan luettuna on sijoitettava ja asennettava siten, että niitä voi käyttää, tarkastaa ja huoltaa sekä päästä käsiksi liitoksiin Sähkölaitteiden sijoittaminen koteloihin tai vastaaviin ei saa merkittävästi haitata em. toimenpiteiden suorittamista Tero Kaipia 6

7 Tero Kaipia 7 Ympäristöolosuhteet (SFS ) Ulkoiset olosuhteet on luokiteltu eri tekijöiden perusteella esim. AA1: -60 C +5 C, tai AD6: Aallot, Vesiaallot ovat mahdollisia Otettava huomioon jää ja lumi kiinteät aineet ja pöly korroosiota tai likaantumista aiheuttavat aineet mekaaniset rasitukset (iskut, värähtelyt ja muut mekaaniset vaikutukset) muut mekaaniset vaikutukset kasvusto tai home eläimet sähkömagneettiset, sähköstaattiset ja ionisaatiosta johtuvat vaikutukset auringon säteily seismiset vaikutukset ukkonen, kerauninen taso llman liikkeet, tuuli

8 Tero Kaipia 8 Ympäristöolosuhteet (SFS , Liite 51A) Ulkoisten olosuhteiden määritys ja vaikutus laitteiden valintaan (mm. vaadittaviin IP-luokituksiin) Erityistilojen vaatimuksiin palataan luennolla 8

9 Johtojärjestelmät (SFS ) Asennustapa ja paikka vaikuttaa sallittuihin ratkaisuihin Vaihtovirtapiirin kaikki johtimet on oltava saman metallivaipan tai suojuksen sisällä Yhdessä kaapelivaipassa tai asennusputkessa saa olla useiden virtapiirien johtimia Johtoja ei asenneta eristyksen sisään, asennus lämpimälle puolelle Tero Kaipia 9

10 Tero Kaipia 10 Johtojärjestelmät tunnusvärit Ilman suojajohdinta Suojajohtimella

11 Johtojärjestelmät tunnusvärit Eristetty suojajohdin tai PEN-johdin on oltava keltavihreäraitainen Suojajohdin saa olla kuitenkin muun värinen, kun käytetään kaapelin konsentristä johdinta vähintään 120 mm 2 johdinta Jos suojajohtimen väri muu kuin keltavihreäraitainen on johtimen pää merkittävä keltavihreäraitaisella lisämerkinnällä tai suojamaadoituksen merkillä Eristetty nollajohdin on vaalean sininen. Jos kaapelissa ei sinistä johdinta, käytetään sinistä lisämerkintää päässä Eristetyn PEN-johtimen päässä on oltava sininen lisämerkintä Vähintään 120 mm 2 yksijohdinkaapelilla PEN voi olla muun värinen jos päissä on sininen ja keltavihreäraitainen lisämerkintä Tero Kaipia 11

12 Johtojärjestelmät (SFS ) Johdon asennustapa on valittava tilanteen mukaan Suositellut asennustavat taulukoitu Standardissa esitetyistä asennustavoista saa poiketa, jos ne täyttävät muut standardin yleiset vaatimukset Lähde: SFS 600e-käsikirja Tero Kaipia 12

13 Johtojärjestelmät (SFS ) Lähde: SFS 600e-käsikirja Tero Kaipia 13

14 Asennus putkeen Samassa asennusputkessa tai johtokanavassa voi olla useita virtapiirejä edellyttäen, että kaikkien johtimien eristys on valittu jännitteeltään suurimman virtapiirin johtimien eristyksen mukaiseksi Asennustapa vaikuttaa vaadittavaan asennusputken lujuusluokkaan 1 5 (erittäin kevyt.erittäin luja) Kuivissa tiloissa putkessa käytetään johtimena ML tai MK (myös MMJ sallittu) Seinällä asennusputket kulkevat pysty- vaaka- tai huoneen särmän suuntaisesti Katossa ja lattiassa johtoreitti voidaan valita vapaasti Metallista suojaputkea ei saa käyttää suojajohtimena Asennusputken sisään jäävässä johdon osassa ei saa olla jatkosta Tero Kaipia 14

15 Asennus ilman putkea Edullinen pientaloasennuksissa Käytettävä vaipallisia kaapeleita, yleensä MMJ,MCMK,SSJ Suositellaan käytettäväksi asennusvyöhykkeitä Huolellinen suunnittelu, ei muutosmahdollisuutta Liikkuvuus sallittava, vaakasuorilla osuuksilla ei tarvitse kiinnittää Kattoihin, seiniin, rakennusten muihin onkaloihin Myös betonin sisään Tero Kaipia 15

16 Kaapelien asentaminen maahan tai veteen Maahan asennettavat kaapelit HD /1 kv Metallivaipalliset MCMK, AMCMK,AXCMK Metallivaipattomat AXMK, AXMKE Asennussyvyydeksi suositellaan vähintään 0.7 metriä ja metrin syvyydelle värikäs muovinen merkkinauha sekä putkisuoja tai hieno hiekka kaapelin suojana Tero Kaipia 16

17 Ryhmäjohdon jatkaminen Yleisimmin jatkaminen suoritetaan jakorasiassa Voidaan jatkaa myös kulutuskojeessa, jos jatkamiselle on tilaa Suositus muualla jatkamiseen Ryhmäjohdon poikkipintaa ei muuteta Liittimeen kytketään vain sellainen määrä johtimia kuin liittimelle on tarkoitettu Voidaan vetää katkaisemattomana kojerasian tai kytkimen läpi Jos kojeessa on kiinteät liittimet tai tila liittimien asentamista varten Tero Kaipia 17

18 Tero Kaipia 18 Johtojen poikkipinnat Äärijohtimen pienimmät sallitut poikkipinnat kiinteistöasennuksissa: Poikkipinnan riittävyys tarkastettava kuormitettavuuden ja vikasuojauksen näkökulmasta

19 Tero Kaipia 19 Johtojen poikkipinnat Nollajohdin vähintään vaihejohtimen poikkipintainen, kun Yksivaiheinen piiri Monivaihepiiri, kun vaihejohtimen poikkipinta on enintään 16 mm 2 kuparia tai 25 mm 2 alumiinia Muulloin seuraavien ehtojen on oltava voimassa Suurin nollajohtimen virta < kuormitettavuus Nollajohdin ylivirtasuojattu Poikkipinta on vähintään 16 mm 2 kuparia tai 25 mm 2 alumiinia

20 Suojajohtimen poikkipinta Pienin poikkipinta I = vikavirran tehollisarvo, k = kerroin, jonka arvo riippuu johtimen ja eristyksen materiaalista t = suojalaitteen toiminta-aika tai taulukon mukaisesti A = I k 2 t Äärijohtimen poikkipinta A<= 16 16<A<= 35 A> 35 Pienin suojajohtimen poikkipinta A 16 A/2 tehdasvalmisteisten jakokeskusten tai jakelukiskojärjestelmien metallisia koteloita tai runkorakenteita saa käyttää suojajohtimena, jos osien sähköinen jatkuvuus on varmistettu, niillä on riittävä johtokyky (poikkipinta) ja osissa on suojajohtimille liittimet Aiheeseen palataan maadoituksia käsittelevien luentojen yhteydessä Tero Kaipia 20

21 Tero Kaipia 21 Jännitteenalenema SFS 6000 ei suoraan aseta vaatimusta Suositellaan, että käytännössä jännitteenalenema ei saa olla sähköasennuksen liittymiskohdan ja sähkölaitteen välillä suurempi kuin 4 % sähköasennuksen nimellisjännitteestä Suurempi jännitteenalenema voidaan hyväksyä moottoreissa käynnistyksen aikana ja sellaisissa sähkölaitteissa, joiden kytkentävirta on suuri Tilapäiset olosuhteet, kuten jännitetransientit ja jännitteen vaihtelut epänormaalin toiminnan takia voidaan jättää ottamatta huomioon SFS-EN Yleisestä jakeluverkosta syötetyn sähkön jänniteominaisuudet Jännitteen ominaisuudet liittymispisteessä jännitetason vaihtelut normaalitilanteessa enintään ±10 % nimellisjännitteestä jakelujännitteen tehollisarvojen 10 minuutin jaksoilta mitatuista keskiarvoista 95 % tulee olla välillä Un ± 10 %, ja kaikkien jakelujännitteen tehollisarvojen 10 minuutin keskiarvojen tulee olla välillä Un + 10 % / - 15 % Yleensä julkiset jakeluverkot suunnitellaan siten, että jännitteenalenema liittymispisteessä huippukuorman aikaan on enintään n. 5 % verkon normaalin käyttötilanteen aikana

22 Tero Kaipia 22 Johtimien rinnankytkentä Kun kaksi tai useampia johtimia kytketään rinnan samassa vaiheessa tai navassa, on noudatettava seuraavia vaatimuksia. a) Varmistetaan, että kuormitusvirta jakautuu tasan rinnankytkettyjen johtimien välillä. Tämän vaatimuksen katsotaan täyttyvän, jos johtimet ovat samaa materiaalia, niillä on sama poikkipinta, ne ovat suunnilleen yhtä pitkiä ja niitä ei haaroiteta ja rinnankytketyt johtimet ovat monijohdinkaapeleita tai kierrettyjä yksijohdinkaapeleita tai eristettyjä johtimia, tai rinnankytketyt johtimet ovat taso- tai kolmiomuodossa olevia yksijohdinkaapeleita, joiden johtimen poikkipinta on pienempi tai yhtä suuri kuin 50 mm 2 kuparia tai 70 mm 2 alumiinia, tai rinnankytketyt johtimet ovat taso- tai kolmiomuodossa olevia yksijohdinkaapeleita, joiden johtimen poikkipinta on suurempi kuin 50 mm 2 kuparia tai 70 mm 2 alumiinia, ja käytetään tällaisille kaapelijärjestelmille tarkoitettuja erikoismuodostelmia. Nämä järjestelmät koostuvat eri vaiheiden tai napojen välisistä sopivista ryhmityksistä ja asennusväleistä. Kaapelijärjestelmän valmistaja antaa tarkempia ohjeita. b) Käytetään erikoismenettelyjä, joiden avulla kuormitusvirtojen mahdollinen epätasainen jakautuminen ei johda yksittäisen johdon kuormitettavuuden/suurimman sallitun käyttölämpötilan ylittymiseen Lisäksi johtojen rinnankytkentä on otettava huomioon vika- ja ylivirtasuojauksessa

23 Tero Kaipia 23 Pistorasiat Ilman suojakosketinta sallittu vain suojaerotetuissa piireissä Myös luokan II laitteille tarkoitetut suojamaadoittamattomat pistorasiat sallitaan jos tilassa on myös suojamaadoitettu pistorasia. Sallittu esim. kaksoiseristettyjen elektroniikkalaitteiden syöttämiseen Jos ei suojattu / ei tarvitse suojata vikavirtasuojalla, sijoitetaan siten ettei käyttö muuhun kuin alkuperäiseen tarkoitukseen onnistu tahattomasti, esim sijoitus uunin tai lieden takana, jääkaapin takana, jne. Pistorasiaryhmäjohdoiksi suositellaan Vähintään 1.5 mm 2 jos ylivirtasuojalaitteen nimellisvirta 10 A Vähintään 2.5 mm 2 jos ylivirtasuojalaitteen nimellisvirta 16 A Tiloissa joihin lapsilla on pääsy, vaaditaan jokin seuraavista Turvapistorasiat TAI Korkeus >1.7 metriä TAI Pistorasia lukitussa kotelossa

24 Kuormitettavuus Tyypillisten asennuskaapeleiden suurimmat sallitut lämpötilat PVC-eristeinen 70 C (esim. MK, MMJ) PEX, EPR-eristeinen 90 C (esim. AXMK-maakaapelit, kumikaapelit) Mineraalieristeiset C, jopa korkeampi eristeen kestävyydestä ja asennusolosuhteista riippuen Johdon suurin sallittu kuormitettavuus määräytyy siten, ettei em. arvot ylity Huomioidaan kaapelin jäähtyminen, eli asennustapa Huomioidaan ympäristön lämpötila Eristettyjen johtimien ja armeeraamattomien kaapelien katsotaan täyttävän SFS vaatimukset, jos niissä kulkeva virta ei ylitä em. standardin liitteen 52A taulukoissa esitettyjä taulukkoon 52-3 viittaavia arvoja ja on käytetty tarvittavia liitteessä 52A esitettyjä korjauskertoimia Korjauskertoimilla otetaan huomion asennustapa ja ympäristöolosuhde Tero Kaipia 24

25 Tero Kaipia 25 Lämmön vaikutukset ja paloturvallisuus Ylivirralla kaksi vaikutusta lämpötilan kohoaminen ja mekaaniset vaikutukset Suojaus rajoittamalla vaikutusaikaa tai estämällä liiallinen lämpötilan kohoaminen Luoksepäästävä osa Luoksepäästävänn osan materiaali Maksimilämpötila Kädessä pidettävä Metalli 55 Muu 65 Tarkoitettu koskettavaksi Metalli 70 Muu 80 Ei tarkoitettu koskettavaksi Metalli 80 Muu 90

26 Tero Kaipia 26 Suunnittelun perustehtävät Mitoitusarvojen selvittäminen Ylikuormitussuojien valinta Johdon poikkipinta äärijohtimet nollajohdin suojajohdin potentiaalintasausjohtimet Oikosulkusuojauksen toteutuminen Kosketusjännitesuojaus yl. syötön nopean poiskytkennän ehdot Suojalaitteiden selektiivisyys Jännitteenalenema Yleensä tehdään ylikuormitussuojaus ja tarkastetaan sen jälkeen oikosulku- ja kosketusjännitesuojauksen toteutuminen. Mitoitusarvot suurimman kuormituksen mukaan, osakuormitusten eriaikaisuus voidaan ottaa huomioon. Vuorottelukytkennät. Suunnittelussa huomioitava kustannukset ylimitoitus kallista!

27 Kuormitettavuus ja ylivirtasuojaus Tero Kaipia 27

28 Tero Kaipia 28 Kuormitettavuus SFS , liite 52A: vaatimukset on tarkoitettu takaamaan johtimien ja niiden eristysten tyydyttävä käyttöikä normaalissa käytössä pitkiä aikoja esiintyvien termisten rasitusten alaisina Muita johtimien poikkipinnan valintaan vaikuttavia seikkoja ovat: suojaus sähköiskulta ( ), suojaus lämmön vaikutuksilta ( ), ylivirtasuojaus ( ), jännitteenalenema ( ) ja liittimien rajalämpötilat ( ) Ympäristöolosuhteet Taulukkoarvot vertailulämpötiloissa ilmassa oleville johtimille ja kaapeleille asennustavasta riippumatta: 25 C maahan asennetuille kaapeleille joko suoraan maassa tai maassa olevissa suojaputkissa15 C. Kun kaapelien tai eristettyjen johtimien aiotun sijoituspaikan lämpötila poikkeaa vertailulämpötilasta käytetään korjauskerrointa Suomessa käytetään maan lämpöresistiivisyyden perusarvona 1,0 K m/w todellisen arvon poiketessa käytetään korjauskerrointa Mitoituksessa käytetään liitteen A 52 taulukoiden mukaisia kuormitettavuuksia ja niille asennusympäristöstä riippuvia korjauskertoimia

29 Kuormitettavuuden määrittäminen Valitaan asennustapa, joka vastaa suunniteltua asennusta (A,B,C,D,E,F,G) A. eristetyt johtimet tai monijohdinkaapeli lämpöeristettyyn seinään upotetussa putkessa B. eristetyt johtimet tai monijohdinkaapeli putkessa puuseinällä C. yksi- tai monijohdinkaapelit puuseinällä (pintasennus) kaapeli lattialla tai katon alapinnalla (kattoasennukseen yksilöity korjauskerroin) tai kaapelihyllyasennus D. yksi- tai monijohdinkaapelit maassa E. F. ja G. yksi- tai monijohdinkaapeli vapaasti ilmassa (kaapeli on tuettu siten, että lämmön haihtuminen ei ole estetty) Tikashylly, pienat, ripustimet Katsotaan asennustapaa ja käytettyä kaapelin eristemateriaalia vastaava peruskuormitettavuus (taulukot A.52-2 A.52-9) ns. normaaliolosuhteissa Tero Kaipia 29

30 Tero Kaipia 30 Kuormitettavuuden määrittäminen Korjataan taulukosta saatua peruskuormitettavuutta ympäristö-olosuhteista ja ryhmittelystä riippuvalla korjauskertoimella Lämpötila: taulukot A A Maakaapeliasennuksissa maaperän lämpöresistiivisyys: taulukko A Korjataan ympäristöolosuhteilla korjattua kuormitettavuutta lisäkertoimella, jolla otetaan huomioon muiden mitoitettavan kaapelin läheisyyteen sijoitettujen kaapelien kuormituksen vaikutus mitoitettavan kaapelin lämpötilaan ns. korjauskertoimet ryhmille (taulukot A A.52-21) HUOM! Korjausten tarkoitus on pienentää ylikuormitusvaaraa, mutta se voi johtaa myös ylimitoitukseen asennusryhmän poikkipinnaltaan suurimmilla johdoilla suositellaan välttämään useiden poikkipintojen asentamista samoihin putkiin/hyllyille

31 Kuormitettavuus Jos useita johtimia/monijohdinkaapeleita samassa putkessa/johtokanavassa, voidaan kuormitettavuudelle laskea turvallinen korjauskerroin: Kaapelihyllyasennuksessa on kiinnitettävä huomiota erityisesti hyllyllä olevien pienimpien poikkipintojen kuormitettavuuteen Yleisesti edellä esitetty korjauskerroin johtaa myös hyllyasennuksessa turvalliseen mitoitukseen Määritetään yksittäisen johdon kuormitettavuus ja korjataan sitä em. ns. nippuasennuksen korjauskertoimella Tero Kaipia 31

32 Kuormitettavuus ja ylivirtasuojaus Vaikka johdot on mitoitettu kestämään niihin kohdistuva kuormitus, on ne suojattava ylivirtasuojilla Ylivirtasuojauksella asennukset suojataan oikosulkujen ja ylikuormien vaikutuksilta Oikosulkusuojaus Ylikuormitussuojaus Jos vika- eli kosketusjännitesuojaus on toteutettu vian automaattisella poiskytkennällä, toteutuu tyypillisesti myös oikosulkusuojauksen vaatimukset Ylikuormitussuojauksen vaatimusten toteutuminen on tarkastettava aina erikseen perustuen asennuksen kuormitettavuuteen Ylivirtasuojaus: SFS mukaan jännitteiset johtimet on suojattava ylikuormitukselta ja oikosululta yhdellä tai useammalla syötön automaattisesti pois kytkevällä suojalaitteella. Poikkeukset: Ylivirran rajoittaminen syöttöjärjestelmällä, joka ei voi syöttää johtimen kuormitettavuutta ylittävää virtaa Tyypillisesti ensin suunnitellaan ylikuormitussuojaus ja sen jälkeen tarkastetaan oikosulku- ja kosketusjännitesuojauksen toteutuminen. Tero Kaipia 32

33 Ylivirtasuojaus (SFS ) Ylikuormitussuojaus Jokainen virtapiiri on varustettava ylikuormitussuojalla siten, että ylikuormitusvirta katkaistaan ennen kuin lämpötila nousee eristystä, jatkoksia, liitoksia, tai johtimien ympäristöä vahingoittavalle tasolle Ylikuormitussuojat on sijoitettava sellaiseen kohtaan, jossa muutos esim. johtimen poikkipinnassa, johdinlajissa, asennustavassa tai muussa rakenteessa pienentää johtimen kuormitettavuutta Johdon ylikuormitussuojan saa sijoittaa mihin tahansa kohtaan johtoa, ellei (johtimen poikkipinnan, johdinlajin, asennustavan tai muun rakenteen) muutoskohdan ja ylikuormitussuojan sijoituspaikan välillä johtoa haaroiteta eikä välillä ole pistorasioita Lisäksi toisen seuraavista ehdoista pitää täyttyä: a) johto on oikosulkusuojattu b) johto on enintään 3 m pitkä ja se on tehty siten, että oikosulun vaara on mahdollisimman pieni, eikä johtoa ole sijoitettu lähelle palavaa ainetta Tero Kaipia 33

34 Ylivirtasuojaus (SFS ) Oikosulkusuojaus Jokainen virtapiiri on varustettava oikosulkusuojalla, joka katkaisee piirin oikosulkuvirran ennen kuin se aiheuttaa vaaraa, joka johtuu johtimien ja liitosten lämpötilasta ja mekaanisista vaikutuksista Oikosulku on nopea tapahtuma, joten ympäristön lämmönjohtavuudella ei ole suurta vaikutusta termiseen tuhoutumiseen, vaan eristysten lämpötilan kestoisuus ja lämpökapasiteetti ovat ratkaisevia Missä tahansa virtapiirin kohdassa esiintyvät oikosulkuvirrat on katkaistava viimeistään silloin, kun johtimet saavuttavat suurimman sallitun rajalämpötilan Oikosulkuvirta on määritettävä tarpeellisissa asennuksen pisteissä laskemalla tai mittaamalla Silmukkamittareilla, jotka tuottavat riittävän virran, määritetään 1-, 3-vaiheinen vikavirta ja impedanssit TAI Lasketaan 1-vaiheiset vikavirrat kuten kosketussuojausta mitoitettaessa sekä monivaiheryhmissä 3-vaiheinen tai kahden vaiheen välinen oikosulkuvirta Tero Kaipia 34

35 Oikosulkusuojien sijoitus Oikosulkusuoja on sijoitettava sellaiseen kohtaan, jossa johtimen poikkipinta pienenee tai ominaisuudet muutoin muuttuvat. Oikosulkusuojan saa sijoittaa myös muualle seuraavien ehtojen mukaisesti: Se johdon osa, joka sijaitsee johtimen poikkipinnan pienenemiskohdan tai muun muutoskohdan ja suojalaitteen sijoituspaikan välissä, täyttää samanaikaisesti seuraavat kolme ehtoa: a) johdon pituus on enintään 3 m b) asennus toteutetaan siten, että oikosulun vaara on mahdollisimman pieni c) johtoa ei sijoiteta lähelle palavia materiaaleja Suojalaite voidaan sijoittaa johtimen poikkipinnan pienenemiskohdan tai muun muutoskohdan syöttöpuolelle, edellyttäen että sen käyttöominaisuudet ovat sellaiset, että se suojaa kuormituspuolella olevan johdon oikosululta Tero Kaipia 35

36 Tero Kaipia 36 Oikosulkusuojan ominaisuudet Suojalaitteen katkaisukyky ei saa olla pienempi kuin suojalaitteen asennuspaikalla esiintyvä suurin oikosulkuvirta (tyypillisesti keskuksen 3- vaiheinen oikosulkuvirta), ellei suojalaitteen syöttöpuolella ole riittävän katkaisukyvyn omaavaa toista suojalaitetta Varmistuttava, ettei (I 2 t eli Joulen integraali) ylitä arvoa, jonka kuormituspuolen suojalaite ja suojattavat johtimet vahingoittumatta kestävät Enintään 5 s kestävissä oikosuluissa voidaan laskea aika t, jonka kuluessa johtimen lämpötila nousee sallittuun rajalämpötilaan: t = k A I 2 t = kestoaika sekunteina A = johtimen poikkipinta (mm 2 ) I = todellinen oikosulkuvirta (A) tehollisarvona k = kerroin, joka ottaa huomioon johdinmateriaalin resistiivisyyden, lämpötilakertoimen ja lämmönvarauskyvyn sekä sopivat alku- ja loppulämpötilat. Vaihejohtimien kertoimen k arvot normaalisti käytetyille eristemateriaaleille on annettu taulukossa 43A. Johtimen oletetaan olevan normaalissa suurimmassa sallitussa käyttölämpötilassa ennen oikosulkua Lähde: SFS

37 Oikosulkusuojan ominaisuudet Lähde: SFS Moottorin oikosulku vahingoittanut johtimia suuriresistiivisessä liitoskohdassa Johtanut lopulta kaapelin oikosulkuun Tero Kaipia 37

38 Oikosulkusuojien pois jättäminen Oikosulkusuojia ei vaadita: kun kyseessä on johtimet, jotka liittävät generaattoreita, muuntajia, tasasuuntaajia tai akkuja niihin liittyviin suojalaitteet sisältäviin keskuksiin, tai kyseessä on virtapiiri, jonka katkeaminen voisi aiheuttaa vaaraa, tai kyseessä on tietyt mittauspiirit (esim. virranmittauspiiri) Tällöin seuraavien kahden ehdon pitää kuitenkin täyttyä samanaikaisesti: johto asennetaan siten, että oikosulun vaara on mahdollisimman pieni johtoa ei sijoiteta lähelle palavia materiaaleja Tero Kaipia 38

39 Tero Kaipia 39 Rinnankytkettyjen johtimien oikosulkusuojaus Rinnankytketyt johdot voidaan suojata yhdellä suojalaitteella, jos voidaan varmistua suojauksen toimimisesta vian sattuessa vain yhdessä rinnankytketyistä johdoista Mitoituksessa huomioitava: Oikosulkuvirran jakautumiseen eri johtimien välille on kiinnitettävä huomiota Vikakohtaan voi tulla virtaa rinnankytketyn johtimen kummastakin päästä Kunkin yksittäisen johdon on kestettävä oikosulku Jos yhteiseen suojalaitteeseen perustuvan suojauksen toiminnasta ei voida olla varmoja, on käytettävä yhtä tai useampaa ao. menetelmistä: Yhtä suojalaitetta voidaan käyttää jos johto asennetaan siten, että pienennetään kaikkien rinnankytkettyjen johtimien oikosulun vaara minimiin esimerkiksi mekaanisella suojauksella tai johto on sijoitettu palamattomaan ympäristöön Kahdelle rinnankytketylle johtimelle oikosulkusuojalaite sijoitetaan kunkin rinnankytketyn johtimen alkuun. Useamman kuin kahden rinnankytketyn johtimen oikosulkusuojalaitteet sijoitetaan kunkin johtimen alkuun ja loppuun esim. 1-vaiheinen oikosulku syöttö I kuorma

40 Rinnankytkettyjen johtimien oikosulkusuojaus Käytännössä jos kaksi johdinta kytketään rinnan, suojataan molemmat johdot erikseen Jos kolme tai useampia johtimia kytketään rinnan, vikavirralla voi olla useita kulkureittejä, joka huomioitava sulakkeiden sijoituksessa ja mitoituksessa ao. kuvan mukaisesti Suojien mitoituksessa on huomioitava kaikki vikavirran reitit Suuritehoisissa piireissä syytä harkita releistyksen ja koko piirin jännitteettömäksi kerralla tekevän katkaisijan käyttöä sulakkeiden sijaan Lähde: SFS , liite 43A Tero Kaipia 40

41 Ylikuormitussuojaus Johtimien ja suojalaitteiden yhteen sovittaminen Johdinta ylikuormitukselta suojaavan suojalaitteen ominaisuuksien on täytettävä seuraavat ehdot: 1) I B I N I Z, missä I B = virtapiirin mitoitusvirta I N = suojalaitteen nimellisvirta I Z = johtimen jatkuva kuormitettavuus 2) I x I Z, missä I 2 = virta, joka varmistaa suojalaitteen toimimisen suojalaitteelle määritellyssä tavanomaisessa toiminta-ajassa Sulakkeella ylemmän toimintakäyrän mukainen virta (esim. n. 1,6 x I N ) Johdonsuojalle laukaisurajavirta (n. 1,45 x I N ) Tero Kaipia 41

42 Ylikuormitussuojien sijoitus Ylikuormitussuojat on sijoitettava sellaiseen kohtaan, jossa muutos esim. johtimen poikkipinnassa, johdinlajissa, asennustavassa tai muussa rakenteessa pienentää johtimen kuormitettavuutta. Ylikuormitussuojan voi sijoittaa joko johdon alku- tai loppupäähän Jos sijoitetaan johdon loppupäähän, ei johdossa saa olla haaroituspisteitä matkalla ja johdon on oltava oikosulkusuojattu alkupäästä Johtohaaran ei tarvitse olla oikosulkusuojattu, jos haara enintään 3 m pitkä Oikosulun vaara tulee olla arvioitu pieneksi, eikä johto saa olla sijoitettu lähelle palavaa ainetta Lähde: SFS Tero Kaipia 42

43 Ylikuormitussuojien pois jättäminen Ylikuormitussuojaa ei vaadita (TN-järjestelmässä): a) johdossa, joka sijaitsee (johtimen poikkipinnan, johdinlajin, asennustavan tai muun rakenteen) muutoskohdan kuormituspuolella, jos syöttöpuolen suojalaite suojaa johdon tehokkaasti ylikuormitukselta b) jos johto ei todennäköisesti ylikuormitu, se on oikosulkusuojattu,sitä ei ole haaroitettu eikä siinä ole pistorasioita c) televiestintään, ohjaukseen, merkinantoon ja vastaaviin liittyvissä asennuksissa d) jakeluverkoissa, jotka koostuvat maahan asennetuista kaapeleista tai ilmajohdoista, joiden ylikuormitus ei aiheuta vaaraa. (Näissä tapauksissa on varmistettava, ettei niiden maanpinnan yläpuolella olevat päät aiheuta vaaraa) Tero Kaipia 43

44 Ylikuormitussuojien pois jättäminen e) Kun johto syöttää sähkölaitetta, jossa on oma ylikuormitussuoja, joka on sopiva johdolle (lämmityslaitteet, moottorit yms. (ei pistorasiat)) f) Johto syöttää erikseen ylikuormitukselta suojattuja haaroituspiirejä, ja haaroituspiirien suojalaitteiden nimellisvirtojen summa on pienempi kuin kyseessä olevan johdon vaatiman ylikuormitussuojan nimellisvirta Erikoistiloissa erilliset määräykset Lähde: SFS Tero Kaipia 44

45 Ylikuormitussuojien pois jättäminen Ylikuormitussuojat suositellaan jätettäväksi pois sellaisista virtapiireistä, jotka syöttävät sähkölaitteita, joissa virtapiirin odottamaton avautuminen voi aiheuttaa vaaraa Esimerkkejä tällaisista tapauksista ovat: pyörivien koneiden magnetoimispiirit nostomagneettien syöttöpiirit virtamuuntajien toisiopiirit Tero Kaipia 45

46 Tero Kaipia 46 Rinnankytkettyjen johtimien ylikuormitussuojaus Mikäli virta jakaantuu tasan rinnankytkettyjen johtimien kesken, yhtä suojalaitetta voidaan käyttää suojaamaan kaikkia johtimia Rinnankytkettyjen johtimien suojauksen tulisi saada aikaan riittävä suojaus kaikille rinnankytketyille johtimille Kun yksittäinen suojalaite suojaa useita rinnankytkettyjä johtimia, niissä ei saa olla haaroituspiirejä tai erotus- tai kytkinlaitteita Kun yksi suojalaite suojaa useita rinnankytkettyjä johtimia, joissa virta jakautuu tasaisesti, on asennuksen kuormitettavuus eri johtimien kuormitettavuuksien summa Jos yhden johtimen käyttö vaihetta kohti on epäkäytännöllistä ja virrat poikkeavat toisistaan yli 10 %, on kunkin johtimen kuormitettavuus ja suojaus käsiteltävä erikseen. Erot esim. rinnankytkettyjen johtimien välisessä impedanssissa johtaa epätasaiseen virranjakoon rinnankytketyille johdoille sama poikkipinta ja pituus tai suojattava kukin johto erikseen

47 Tero Kaipia 47 Ylikuormitus- ja oikosulkusuojauksen yhteensovittaminen Ylikuormitussuojana käytettävän suojalaitteen katsotaan suojaavan kuormituspuolen johtimet myös oikosulkuvirralta Kun ylikuormitussuoja on mitoitettu ja asennettu ohjeiden mukaisesti ja sen katkaisukyky on vähintään yhtä suuri kuin asennuskohdassa esiintyvä prospektiivinen oikosulkuvirta Ylikuormitussuojan on vaurioitumatta kestettävä oikosulkusuojan sallimat oikosulun aikaiset rasitukset kestettävä oikosulkuvirtaa Ylikuormitus- ja oikosulkusuojalaitteiden ominaisuudet on valittava siten, että oikosulkusuojan läpi kulkeva energia ei ylitä sitä energian arvoa, jonka ylikuormitussuoja kestää vaurioitumatta. Johtimia pidetään suojattuina ylikuormitus- ja oikosulkuvirroilta, kun johtimia syötetään virtaa rajoittavasta teholähteestä, joka ei voi syöttää johtimen kuormitettavuutta ylittävää virtaa (esim. moottorin taajuusmuuttajasyöttö yms.) TN-järjestelmissä ylivirtasuojat on valittava ja asennettava em. SFS ohjeiden mukaisesti ja niiden on täytettävä SFS mukaiset syötön automaattisen poiskytkennän vaatimukset (SFS )

48 Tero Kaipia 48 Ylikuormitus- ja oikosulkusuojauksen yhteensovittaminen Suojalaitteet jotka toimivat sekä ylikuormitus että oikosulkusuojina Ylikuormitussuojilla varustetut oikosulkuvirran katkaisukykyiset katkaisijat Ylikuormitussuoja yhdessä oikosulkusuojavarokkeiden kanssa Varoke, jossa käytetään gg-sulaketta ja joka mitoitettu sekä ylikuormitus- että oikosulkusuojaksi Johdonsuojakatkaisija joka mitoitettu sekä ylikuormitus- että oikosulkusuojaksi Ylivirtasuoja joka toimii vain ylikuormitussuojana Ylikuormitussuojalla varustetut kytkimet/katkaisijat (esim. lämpöreleellä varustettu moottorikytkin) Varokkeet ja varokeautomaatit joiden katkaisukyky ei riitä oikosulkuvirtojen katkaisuun sovelluskohteessaan Ylivirtasuoja joka toimii vain oikosulkusuojana Oikosulkulaukaisijalla varustetut katkaisijat varokkeet ja varokeautomaatit

49 Järjestelmärakenteen asettamat vaatimukset ylivirtasuojaukselle Tero Kaipia 49

50 Tero Kaipia 50 Esimerkki Teollisuuskiinteistön erään rakennuksen kokonaiskuorma on 150 kw. Kuormituksen tehokerroin cosφ = 0,84. Rakennuksessa on oma alakeskus, johon syöttö tulee pääkeskuksesta PVC-eristeistä Cu-kaapelia käyttäen. Valitse syöttökaapelin poikkipinta ja sen suojasulakkeiden koko, kun tiedetään, että kaapeli (ilman suojaputkea) kulkee 50 m maassa 0.7 m syvyydessä ja 50 m rei ittämättömällä kaapelihyllyllä. Kaapelin kanssa välittömästi vierekkäin kulkee kaksi muuta kaapelia. Maan lämpötila on 25 o C, maan lämpöresistiivisyys on 2.0 Km/W, ympäristön lämpötila on 30 o C.

51 Tero Kaipia 51 Esimerkki Selvitetään järjestelmän nimellisjännite, vaihtoehdot käytännössä 230/400 V 400/690 V Lasketaan mitoitusvirta (kolmivaihejärjestelmän vaihevirta) I B P = 3 U cosϕ Jos U = 400 V, niin I B 258 A Jos U = 690 V, niin I B 150 A Jos U = 1000 V, niin I B 103 A

52 Tero Kaipia 52 Esimerkki Valitaan suojaavan ylivirtasuojan nimellisvirta 400 V pääjännitteellä, yhdelle kaapelille I Zmin = 348 A

53 Tero Kaipia 53 Esimerkki Käytetään PVC-eristeisiä kuparikaapeleita, joiden peruskuormitettavuus maakaapelija hyllyasennuksessa löytyy taulukosta A.52-2 Tarkastetaan asennusympäristöstä riippuvat korjauskertoimet maakaapeliosuus (50 m), asennustapa D: maaperän lämpötila, C Tmaa = 0,9 (Taulukko A.52-15) maaperän lämpöresistiivisyys, C Km/W = 0,75 (Taulukko A.52-16) Vierekkäisten välittömästi toisiaan koskettavien kaapelien lukumäärä C RyhM3-10 = 0, Hyllyasennuksen osuus (50 m), asennustapa C: (Taulukko A.52-18), riippuu montako kaapelia valitun mitoitusjännitteen perusteella tarvitaan ympäristön lämpötila C Tymp = 0,94 (Taulukko A.52-14) Vierekkäisten välittömästi toisiaan koskettavien kaapelien lukumäärä C RyhH_3-9 = 0, (Taulukko A.52-17), riippuu montako kaapelia valitun mitoitusjännitteen perusteella tarvitaan Kokonaiskorjauskerroin, jos mitoitettavaan tehonsiirtoon käytetään yhtä kaapelia Maakaapeliosuus: C TOTmaa = 0,9 x 0,75 x 0,69 0,466 Hyllyasennusosuus C TOThylly 0,743 Maakaapeloitu osuus ratkaiseva Kaikki samalla reitillä olevat rinnakkaiset kaapelit (myös ne joita ei tässä mitoiteta) on huomioitava korjauskertoimissa

54 Tero Kaipia 54 Esimerkki Kaapeleilta vaadittava kuormitettavuus I = Z I C Zmin TOTmaa Yhdeltä 400 V kolmivaihekaapelilta edellytetään n. 747 A kuormitettavuutta Kaapelien jatkuva kuormitettavuus eri asennustavoilla eri poikkipinnoille ja eristysmateriaaleille luetaan SFS , taulukosta A.52-2 Yksi kaapeli ei riitä, tarvitaan kaksi Taulukosta B.52-1 tai raykaisemalla I Z yhtälöstä: I x I Z Ed. kalvon korjauskertoimista

55 Esimerkki Kaapelien taulukoituja maksimikuormitettavuuksia ei saa ylittää Jaetaan kuorma kahdelle rinnankytketylle kaapelille Valitaan ylivirta- ja oikosulkusuojauksen toteutus Samoilla vai erillisillä suojilla? Suojataanko molemmat kaapelit omilla suojillaan? Valitaan rinnakkaisten kaapelien suojaus omilla ylivirtasuojilla Valinnan jälkeen palataan valitsemaan sulakkeen nimellisvirtaa, jonka perusteella saadaan taas uusi I zmin Kuormitusvirta jaetaan tasan rinnakkaisille saman poikkipinta-alan kaapeleille -> molempia kaapeleita kuormitetaan n. 129 A virralla Valitaan kuormitusvirran perusteella molempien kaapeleiden ylikuormitussuojaksi 160 A sulake -> yksittäisen kaapelin uusi I zmin = 177 A Tarkastetaan korjauskertoimet, nyt muuttuu samassa nipussa olevien kaapeleiden lukumäärä kolmesta neljään -> uusi kokonaiskorjauskerroin ratkaisevalla maakaapeliosuudella C TOTmaa = 0,9 x 0,75 x 0,63 0,425 Yhdeltä kaapelilta edellytetään siten 177/0, A kuormitettavuus -> taulukon A.52-2 perusteella 185 mm 2 kaapelien kuormitettavuus riittävä Toteutetaan ryhmäkeskuksen syöttö kahdella rinnankytketyllä ja omilla 160 A sulakkeilla suojatulla 185 mm 2 kolmivaihekaapelilla Tero Kaipia 55

56 Vikasuojauksen toteutus vian automaattisella poiskytkennällä Mitoitus ja suojalaitteet Tero Kaipia 56

57 Tero Kaipia 57 Vikasuojauksen mitoittaminen (SFS ) Suojaus, jonka avulla estetään ihmistä tai kotieläintä koskettamasta vian seurauksena jännitteiseksi tulevia osia siten, että siitä aiheutuisi vaaraa. Syötön automaattinen (nopea) poiskytkentä Suojaus käyttämällä suojaeristystä Suojaus käyttämällä suojaerotusta Yleisimmin käytetään syötön automaattista poiskytkentää Suojalaitteen kytkettävä automaattisesti syöttö pois suojattavasta piiristä tai laitteesta niin, että jännitteisen osan ja jännitteelle alttiina olevan osan tai suoja- tai PEN- johtimen välisen vian aikana ei esiinny yli 50 V (120 VDC) jännitettä niin kauan, että siitä aiheutuisi haittaa samanaikaisesti kosketeltavissa olevia osia koskettavalle henkilölle. Suojaustavassa pitää sovittaa yhteen järjestelmän maadoitustapa sekä suojajohdinten ja suojalaitteiden ominaisuudet Jännitteelle alttiit osat on kytkettävä suojajohtimeen tai PENjohtimeen kunkin maadoitusjärjestelmän ehtojen mukaisesti Samanaikaisesti kosketeltavissa olevat jännitteelle alttiit osat on yhdistettävä samaan maadoitusjärjestelmään (potentiaalintasaus)

58 Syötön automaattinen poiskytkentä Suojaus sähköiskulta (SFS ) syötön automaattisen poiskytkennän avulla vaaditaan, kun vian sattuessa aiheutuvan kosketusjännitteen suuruudesta ja kestoajasta johtuen on olemassa vaara, että henkilöön kohdistuu haitallisia fysiologisia vaikutuksia Automaattista poiskytkentää ei vaadita, jos viassa kosketusjännite laskee vaaditussa poiskytkentäajassa (taulukko 41.1) korkeintaan arvoon 50 V:iin vaihtojännitettä tai 120 V:iin tasajännitettä Tällaisissa tapauksissa on harkittava poiskytkennän käyttöä muusta syystä kuin sähköiskulta suojaamisen takia Laiteturvallisuus, paloturvallisuus Vaadittuja pidemmät poiskytkentäajat voidaan hyväksyä mm. yleisissä sähkönjakelujärjestelmissä Jakeluverkkoja koskevat erityisehdot/vaatimukset on esitetty standardissa SFS Lähde: SFS 600e-käsikirja Tero Kaipia 58

59 Syötön automaattinen poiskytkentä Korkeintaan 32 A suojalaitteella suojatuille ryhmäjohdoille suurimmat sallitut poiskytkentäajat on esitetty taulukossa TN-järjestelmässä korkeintaan 5 s poiskytkentäaika ja TT järjestelmissä korkeintaan 1 s poiskytkentäaika on sallittu pääjohdoille ja yli 32 A piireille (joita ao. taulukko ei koske) Lähde: SFS 600e-käsikirja Tero Kaipia 59

60 Poiskytkentäaikojen perusteet Suojaus käytännössä: Yleensä kosketusjännite U t on noin x U 0 (vaihejännite) Laskemalla arvolla c= 0.8 U t = V 2 = 92V Sallitun kosketusjännitteen käyrästä saadaan poiskytkentäajaksi 0.4 sek Tero Kaipia 60

61 Syötön automaattinen poiskytkentä Jos ryhmäkeskuksesta syötetään siirrettäviä tai käsikäyttöisiä laitteita, voidaan 0.4 sek (230V) suurempia aikoja soveltaa ryhmäkeskusta syöttävässä piirissä vain, jos ryhmäkeskuksessa pääpotentiaalintasaukselle vaadittavat ehdot täyttävä potentiaalintasaus tai vian aikainen kosketusjännite ei ole suurempi kuin 50 V Yli 32 A ryhmät ja pääjohdot (siis kiinteät laitteet), poiskytkentäaika 5 s vian todennäköisyys on pienempi kuin kädessä pidettävillä tai siirrettävillä laitteilla kiinteän laitteen koskettaminen vian aikana on epätodennäköistä kiinteissä sähkölaitteissa ei ole yleensä kahvaa, joten irrottautuminen on helpompaa kosketusjännite on pienempi pääpotentiaalintasauksen vuoksi Tero Kaipia 61

62 Syötön automaattinen poiskytkentä Jos poiskytkentää ei voida saavuttaa kohdissa vaaditussa ajassa, on käytettävä lisäpotentiaalintasausta Vaihtosähköjärjestelmissä pitää käyttää lisäsuojana mitoitustoimintavirraltaan enintään 30 ma vikavirtasuojaa: Suojaamaan mitoitusvirraltaan enintään 20 A tavanomaisia maallikoiden käyttämiä pistorasioita Yleisesti kaikki pistorasia, ei pelkästään kosteat tilat Suojaamaan ulkona käytettävää, mitoitusvirraltaan enintään 32 A pistorasiaa tai siirrettävää laitetta Poikkeus lisäsuojausvaatimuksista voidaan tehdä: Erityiselle määrätyn laitteen liittämiseen tarkoitetulle pistorasialle, tai pistorasioille, joita käytetään ammattihenkilön tai opastetun henkilön valvomana teollisissa tai kaupallisissa rakennuksissa Siis kiinteät asennukset kuten lämmityskattilat, lämminvesivaraajat, kiinteästi asennetut (integroidut) keittiökoneet ja vastaavat Tero Kaipia 62

63 Automaattisen poiskytkennän mitoitus Selvitettävä pienin sallittu oikosulkuvirta, jolla valittu suojalaite toimii vaaditussa poiskytkentäajassa (0.4 sek, 5 sek). Onko suojattavan piirin oikosulkuvirta riittävä? Tarkista piirin sähköteknisesti kauimmainen piste Kosketusjännitesuojauksen kannalta tulee tarkastaa oikosulkuvirta vaihe- ja suojajohtimen välillä Oikosulkutapaus vaiheen ja suojamaadoitetun laiterungon välillä Oikosulkuvirtaa rajoittaa vain johtimien impedanssi Suoja- ja vaihejohtimessa yleensä yhtä suuri impedanssi Laiterungon jännite nousee puoleen vaihejännitteestä, eli 230V vaihejännitteellä 115 V :iin!! Kosketusjännite on vaarallisen voimakas!! Suojalaitteen täytyy laukaista syöttö nopeasti pois!! Oikosulkuvirran tulee olla riittävän suuri laukaistakseen johdonsuojalaitteen määräajassa! Tero Kaipia 63

64 Tero Kaipia 64 Automaattisen poiskytkennän mitoitus I Yksivaiheinen oikosulku 1k = c U P 3 Z = c U Z V I 1k = yksivaiheinen oikosulkuvirta c = 0.95 U P = pääjännite (esim. 400 V) U V = vaihejännite (esim. 230 V) Z = virtapiirin kokonaisimpedanssi yksivaiheisessa viassa Oikosulkuvirta on pienimmillään silloin, kun verkkojännite on pienimmillään. Huomioidaan toleranssi ± 5%, josta saadaan kerroin c = 0,95 Kokonaisimpedanssi mudostuu syöttävän verkon (julkinen jakeluverkko) impedanssista ja kiinteistön asennusten impedanssista. Jakeluverkon haltija ilmoittaa liityntäpisteen yksivaiheisen oikosulkuvirran, josta saadaan syöttävän verkon impedanssi Z SV c U = I V-PK 1kPK Z SV = syöttävän verkon kokonaisimpedanssi yksivaiheisessa viassa c = 0.95 U V-PK = vaihejännite (esim. 230 V) liityntäpisteessä (pääkeskuksessa) I 1k-PK = yksivaiheinen oikosulkuvirta liityntäpisteessä (pääkeskuksessa)

65 Tero Kaipia 65 Automaattisen poiskytkennän mitoitus Johtimen impedanssi / resistanssi R X L = L = r l x l r on ominaisresistanssi ja x on ominaisimpedanssi pituusyksikköä kohden [Ω/m, Ω/km] (Yleensä ei kannata laskea ominaisresistanssia tai impedanssia johtavuuksien ja kaapeligeometrian avulla, vaan käyttää taulukoituja arvoja) Reaktanssia ei ole tarpeen ottaa huomioon, jos johtimen poikkipinta on korkeintaan 70 mm 2 käytettäessä kaapeleita tai asennusputkeen asennettuja johtimia. Ilmajohdoilla reaktanssi on otettava huomioon. Käytännössä lasketaan suurin sallittu johtopituus, jolla vielä saavutetaan riittävä yksivaiheinen oikosulkuvirta (suojalaitteen toimintavirta) Johtimen maksimipituutta määriteltäessä huomioidaan sekä vikaantuneen virtapiirin johtojen impedanssi että virtapiiriä syöttävän lähteen (verkon) impedanssi.

66 Tero Kaipia 66 Automaattisen poiskytkennän mitoitus l = Sallittu johtopituus Kun suojalaitetta edeltävän verkon impedanssi Z v tai oikosulkuvirta tunnetaan tehtävänä on määrittää suurin sallittu johtopituus. c U 3 I k 2 z Z v l = johtopituus c = kerroin 0.95 U = pääjännite I k = oikosulkuvirta, jolla suojalaite toimii sallitussa ajassa Z v = impedanssi ennen suojalaitetta z = suojattavan johtimen ominaisimpedanssi

67 Tero Kaipia 67 Automaattisen poiskytkennän mitoitus Johtimen impedanssina käytetään johtimen impedanssia +80ºC lämpötilassa. (eli suojalaitteen toimintavirta)

68 Tyypilliset ylivirta- ja vikasuojauksen toteuttamiseen käytettävät suojalaitteet Tero Kaipia 68

69 Tero Kaipia 69 Automaattisen poiskytkennän toteutus - Suojalaitteet Pääsuojat: Sulakkeet Johdonsuojakatkaisijat Lisäsuojaksi vikavirtasuojakatkaisija Kaikkien max. 20 A vapaasti käytettävien pistorasioiden syötöt suojattava 30 ma vikavirtasuojilla, lisäsuojaukseen voidaan käyttää A- tai B-tyypin vikavirtasuojia. Jos vikavirtasuojaa käytetään palosuojauksen parantamiseen, pitää TN-S ja TN- C-S järjestelmissä myös nollajohdin kytkeä pois Voi olla ainoa vaihtoehto, jos esimerkiksi: Liityntäpisteen pienin 1-vaiheinen oikosulkuvirta on pieni (suositeltu minimi 250 A, SFS ) Ryhmäjohto on hyvin pitkä ja potentiaalintasauksella ei voida luotettavasti rajoittaa kosketusjännitettä korkeintaan 50 V Asennusta syötetään varavoimaverkosta tai UPS-järjestelmästä Syötön automaattiseen poiskytkentään voidaan käyttää A- tai B-tyypin vikavirtasuojia Suoja ja kytkentä- ja ohjauslaitteiden ominaisuuksista ja käytöstä ohjeistetaan standardissa SFS

70 Tero Kaipia 70 Automaattisen poiskytkennän toteutus Sulakkeet Tulppasulakkeet I N = 2-63 A (nimellisvirta) Kahvasulakkeet I N = A poiskytkentäajan määrää sulamiskäyrät (+Joulen integraali) Käyrämuodot standardoitu käyttötarkoituksen perusteella Johdonsuojakatkaisijat Tyypillisesti I N = < 100 A Samassa laitteessa erillinen ylikuormitus- ja oikosulkusuoja-alue kaksiosainen laukaisukäyrästö käyrästöt standardoitu käyttötarkoituksen perusteella Vikavirtasuojakatkaisijat Tyypillisesti I N = < 100 A Nimellisvikavirrat alkavat muutamasta milliampeerista, yleisimmät: 10, 30, 100, 300, 500 ma ja 1 A nimellisvikavirralla tarkoitetaan mitattua erovirtaa joka laukaisee katkaisijan kolme standardoitua perustyyppiä mitattavan vikavirran ominaisuuksien perusteella

71 Sulakkeet käyttöluokat (sulaketyypit) Käyttöluokka kertoo sulakkeen tyypin ja käyttökohteen (am, gg ) ensimmäinen kirjain kertoo sulakkeen rajavirran ja toinen käyttötarkoituksen Ensimmäinen kirjain: g = rajavirta hieman nimellisvirtaa suurempi (ylikuormitus/ylivirtasuoja) a = rajavirta moninkertainen nimellisvirtaan verrattuna (vain vara/oikosulkusuoja) Toinen kirjain: G = Yleiskäyttö, kaapeli-, johdonsuoja M = Laite, moottori, kontaktori ym. oikosulkusuoja (hidas) R = Puolijohdesuoja (erittäin nopea) Tr = Muuntaja Lisäksi N ja D-tyypit: Amerikan johto- ja moottorisuojasulakkeet (ANSI-standardi) Kahvasulakkeiden katkaisukyky on yli 100 ka Tulppasulakkeiden katkaisukyky on yli 20 ka Tero Kaipia 71

72 Sulakkeet Sulakkeiden yleisin käyttöalue on jännitteet 500 V asti ja nimellisvirrat 800 A asti Suurjännitteillä sulakkeiden käyttö on rajoittunut pääasiassa koje- ja laitesuojiksi Sulake on osa suojalaitetta eli varoketta varokepohja/-pesä sulake varokekansi Jakelu ja teollisuusverkkojen yleisimmät sulakemallit: tulppasulake PJ-sulaketyypit kahvasulake putkisulake SJ-sulaketyyppi Tero Kaipia 72

73 Tulppasulakkeet Tero Kaipia 73

74 Tero Kaipia 74 Automaattinen poiskytkentä sulakkeilla Vaaditun poiskytkentäajan ja vikavirran määräämän toimintapisteen täytyy olla sulakkeen ylemmän virta-aika-ominaiskäyrän yläpuolella. vaadittu poiskytkentäaika t 0 vikavirran määräämä poiskytkentäaika t 1

75 Automaattinen poiskytkentä sulakkeilla Esimerkki sulakkeiden toimintakäyristä (ylemmät sulamiskäyrät eli laukaisukäyrät) Lähde: ABB Tero Kaipia 75

76 Tero Kaipia 76 Sulakkeet - sulamiskäyrä Sulakkeen sulamisajan riippuvuus virrasta esitetään sulamiskäyrillä keskiarvokäyriä, hajonta noin 5 10 % Rajavirta on pienin virta jolla sulake sulaa sulamisaika useita tunteja (8-10 h) pienin laukaisuvirta: 1,25 2,1 x nimellisvirta kestorajavirta / sulamisrajavirta: virta jolla sulake ei saa laukaista / jolla täytyy laukaista raja-ajassa esim A sulakkeille määrätty 1 h raja-ajassa kestorajavirta: 1,25 x I N sulamisrajavirta: 1,6 x I N suuremmilla sulakkeilla kertoimet samat, mutta raja-aika pidempi

77 Tero Kaipia 77 Sulakkeet - sulamiskäyrä gg-sulakkeiden virta-aika-ominaisuuksien raja-arvot (IEC ) am-sulakkeiden virta-aika-ominaisuuksien raja-arvot (IEC )

78 Tero Kaipia Sulakkeet jouleintegraali, rajakuormaintegraali Kuvaa sulakkeen sulamiseen ja valokaareen tarvittavaa energiaa (I 2 t) Toimintaenergia on jännitteestä riippuva suure ja suurempi, kuin sulamisenergia sulamisenergia sisältää vain sulakelangan palamiseen tarvittavan energian toimintaenergiassa sulamisenergiaan lisätään valokaaren käyttämä energia Nopeilla sulakkeilla tai muutoin tilanteessa jossa sulamisaika on lyhyt tarvitaan jouleintegraalikäyriä sulakkeiden selektiivisyyden määrittämiseksi

79 Sulakkeet - virranrajoitus Nimelliskatkaisukyky ja virranrajoitus sulakkeen toimiessa valokaari palaa maksimissaan ensimmäiseen virran nollakohtaan saakka (10 ms) tyypillisesti PJ-sulake katkaisee virran ennen nollakohtaa kun sulake on saanut riittävän sulamisenergian, lanka sulaa Väliaineena toimiva hiekka jäähdyttää valokaarta ja sammuttaa sen nopeasti rajoittaa vikavirtaa, pienentää termisiä rasituksia PJ-sulakkeet ovat lähes kauttaaltaan virtaa rajoittavaa tyyppiä Lähde: ABB Tero Kaipia

80 Tero Kaipia 80 Johdonsuojakatkaisijat Johdonsuojakatkaisijan toiminta vastaa sulakkeita Toiminnan edellytyksenä selvät vikavirrat Virtaa rajoittavia (laukaisee ennen jännitteen nollakohtaa) Johdonsuojakatkaisija on pienjänniteverkon ilmaeristeinen katkaisija, johon on integroitu kaksiportainen sähkömekaaninen rele toiminta-arvot ei aseteltavissa käyttökohteina mittaus-, suojaus ja sisäasennusjohtojen ylikuormitus- ja oikosulkusuojaus sekä kojeistosuojaus Toimintaperiaate Ylikuormitustapauksissa bimetalliliuskan taipuma (terminen laukaisu) Oikosulussa pikalaukaisu sähkömagneettisesti (solenoidi) Virta katkeaa valokaaren sammuttua sammutus toteutetaan jakamalla valokaari osiin katkaisukammiossa

81 Johdonsuojakatkaisijat Tero Kaipia 81

82 Tero Kaipia 82 Johdonsuojakatkaisijat toiminta-aikakäyrä Osa 1 ylikuormasuoja (bimetalliliuska) Osa 2 oikosulkusuoja (magneettinen) Osa2 Suojalaitteen nimellisvirta, A gg-sulake 0,4 s gg-sulake, 5 s B-tyypin johdonsuojakat kaisija, 0,4 s ja 5 s 6 46, , C-tyypin johdonsuojakat kaisija,0,4 s ja 5 s Lähde: ABB

83 Johdonsuojakatkaisijat toiminta-aikakäyrät Toiminta-aikakäyrän valinta riippuu siitä mitä suojataan Saatavilla on B, C, D, K ja Z-käyrät B C D K Z resistiiviset kuormat, lämmitys ja valaistus lievästi induktiiviset ja kapasitiiviset kuormat, pistorasiaryhmät voimakkaasti induktiiviset ja kapasitiiviset kuormat ts. kuormat joissa on suuri käynnistysvirtasysäys. kuten D, lisäksi se soveltuu D-käyrää paremmin laitesuojaukseen, automaatiojärjestelmiin, instrumentointiin sekä moottoreiden ja muuntajien suojaukseen puolijohteet, tyristorit, diodit ja mittamuuntajat, lisäksi virtapiirit joissa on hyvin alhainen oikosulkuvirta kuten ohjausvirtapiirit Mitoitetaan johtojen kuormitettavuuden ja tarvittavan laukaisuajan mukaan Perusmallien katkaisukyky on 6 ka, vaativampaan käyttöön löytyy 10, 25 ja 50 ka:n malleja Jos johdonsuojakatkaisijan sijaintipaikassa esiintyvä oikosulkuvirta on suurempi kuin johdonsuojakatkaisijan katkaisukyky, on sen edessä käytettävä etusulaketta tai toista katkaisijaa varasuojana. Tero Kaipia 83

84 Tero Kaipia 84 Johdonsuojakatkaisimet toimintakoearvot Johdonsuojien koestaminen Tyypilliset vikasuojaukseen käytettävät laukaisukäyrät: B: 3I N <I mb <5I N C: 5I N <I mc <10I N D: 10I N <I md <50I N

85 Automaattinen poiskytkentä johdonsuojalla Johdonsuojakatkaisijalla vikavirran oltava I a I m Missä I a on vikavirta I m on johdonsuojakatkaisijan pikalaukaisuvirta Yleensä saadaan alle 0.1 sek. poiskytkentä (esim. 20 ms) Tero Kaipia 85

86 Tero Kaipia 86 Automaattinen poiskytkentä johdonsuojalla Esimerkki laukaisukäyristä Lähde: ABB

87 Suojauksen selektiivisyys Missä tahansa kohtaa asennusta tapahtuva vika erotetaan aina syöttösuunnasta vikaa lähimpänä olevalla suojalaitteella ilman että sen edellä olevat suojalaitteet toimivat Pyritään rajaamaan vian vaikutusalue mahdollisimman pieneksi Selektiivisyys selvitetään toiminta-aikakäyrien ja/tai Jouleintegraalin avulla Johdonsuojakatkaisijoiden välillä riittää yleensä peräkkäisten katkaisijoiden toiminta-aikakäyrien vertailu - jos käyrät eivät leikkaa on suojaus selektiivinen Sulakkeita sisältävän suojausjärjestelmän tapauksessa on toisinaan tarpeen tarkastella Joule-integraalia (I 2 t [ka 2 s]), eli energianläpäisyä ennen suojalaitteen toimintaa Suunniteltaessa uutta suojausta selektiivisyys on helpointa toteuttaa käyttämällä yhden valmistajan tuotteita Valmistajalta saa yleensä selektiivisyys taulukon, josta voi valita peräkkäisille sulakkeille selektiivisyyden toteuttavat arvot Tero Kaipia 87