SÄHKÖTURVALLISUUS SÄHKÖVERKKO SÄHKÖLAITTEET SÄHKÖPIIRUSTUKSET Turun AMK NYMTES13 Jussi Hurri Syksy 2014 1
Sisältö 1) Sähköturvallisuus Suomessa 2) Sähköverkon rakenne 3) Sähkövirran vaikutukset 4) Sähkölaitteiden suojausluokat 5) Sähkölaitteiden kotelointiluokat 6) Sähkölaitteiden merkinnät 7) Sähköverkon suojalaitteet 8) Sähkömoottorit 9) Sähköpiirustukset 2
1. SÄHKÖTURVALLISUUS SUOMESSA TEM (aiemmin KTM) - lait ja asetukset Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (TUKES) - teknistä turvallisuutta valvova ja kehittävä viranomainen Henkilö -ja Yritysarviointi Seti Oy - henkilöpätevyyksien arviointi SGS Fimko Oy - laitteiden testaus Sähköturvallisuus Suomessa 3
TUKES Sähkö- ja hissiturvallisuus kemikaaliturvallisuus paloturvallisuus paineastiaturvallisuus Osoitteesta www.tukes.fi löytyy paljon hyödyllistä tietoa. Sähköturvallisuus Suomessa 4
Sähköalan säädöksiä ja määräyksiä Lait ja asetukset esim. Sähköturvallisuuslaki, Sähköturvallisuusasetus Kauppa- ja teollisuusministeriön päätökset ja asetukset EU-direktiivit TUKESin ohjeet. Näissä on lueteltu sovellettavat standardit esim. SÄHKÖLAITTEISTOJEN TURVALLISUUTTA JA SÄHKÖTYÖTURVALLISUUTTA KOSKEVAT STANDARDIT: -Standardisarja SFS 6000 Pienjännitesähköasennukset Standardi on uusiutunut syksyllä 2012 - SFS 6001 (2001) Suurjännitesähköasennukset - SFS 6002 (1999) Sähkötyöturvallisuus Sähköturvallisuus Suomessa 5
Sähköurakointi ovat luvanvaraista toimintaa Ilman urakointipätevyyksiä saa tehdä vähäisiä sähkötöitä kuten esim. - asunnon sulakkeen vaihtaminen - valaisimen liittäminen katossa olevaan sokeripalaan - sähkölaitteen rikkoontuneen pistotulpan vaihtaminen - yksivaiheisen jatkojohdon valmistaminen ja korjaaminen - pistorasian ja valaisinkytkimen kannen irroittaminen esim. tapetoinnin ajaksi - pienoisjännitteellä toimivien laitteiden asennus Näitä ns. maallikkosähkötöitä on esitetty tarkemmin Kodin Sähköturvallisuusoppaassa Tukesin kotisivuilla. Sähköturvallisuus Suomessa 6
MUISTA, ETTÄ Maallikkosähkötöitä saa tehdä, JOS VARMASTI OSAA TEHDÄ TYÖN OIKEIN JA TURVALLISESTI SINULLA ON VASTUU KÄYTTÄMÄSTÄSI JA KORJAAMASTASI SÄHKÖLAITTEESTA NOUDATA ANNETTUJA OHJEITA KÄÄNNY TARVITTAESSA SÄHKÖVOIMAALAN AMMATTILAISEN PUOLEEN VÄÄRIN KÄYTETTY SÄHKÖLAITE VOI AIHEUTTAA HENGEN- TAI TULIPALON VAARAN 7
Yrityksen, joka tekee sähkötöitä on täytettävä seuraavat edellytykset: 1) Yrityksen palveluksessa on oltava henkilö, jolla on riittävä pätevyys toimia sähkötöiden johtajana 2) Yrityksellä on oltava töiden tekemisen kannalta riittävät tilat ja välineet sekä sähköturvallisuuteet liittyvät määräykset ja säädökset 3) Yrityksen on ilmoittauduttava TUKESin sähköurakoitsijarekisteriin Sähköturvallisuus Suomessa 8
Sähköurakoitsijat jaetaan toimialansa perusteella yleisurakoitsijoihin ja erikoisurakoitsijoihin Yleisurakoitsijat jaetaan edelleen sähkötöiden johtajan pätevyyden perusteella: 1) Sähköpätevyys 1, kaikki sähkötyöt pl. erikoisurakointi 2) Sähköpätevyys 2, sähkötyöt korkeintaan 1000 V sähkölaitteistoissa 3) Sähköpätevyys 3, sähköverkkon liitettävien laitteiden kokoonpano-, huolto- ja korjaustyöt Erikoisurakointia on hissien asentaminen ja korjaaminen Sähköturvallisuus Suomessa 9
Kun teetät sähköasennuksia urakoitsijalla Varmista, että urakoitsija löytyy TUKESin sähköurakoitsijarekisteristä. Siellä ei ole jokaisen asentajan nimeä, vaan firmojen nimet ja tieto sähkötöiden johtajasta. Asennuksista pitää jäädä teettäjälle pöytäkirja käyttöönottotarkastuksesta. Käyttöönottotarkastuksen tekee urakoitsija, kun pääsulakkeet ovat korkeintaan 35 A. Suuremmat kohteet tarkastaa lisäksi valtuutettu tarkastaja. 10
Määritelmiä 1) Pienoisjännitelaitteisto ( aikaisemmin suojajännite) - vaihtojännitteen tehollisarvo korkeintaan 50 V - Sykkeetön tasajännite korkeintaan 120 V 2) Pienjännitelaitteisto - vaihtojännitteen tehollisarvo korkeintaan 1000 V vaiheiden välillä - Tasajännite korkeintaan 1500 V napojen välillä 3) Suurjännitelaitteisto - vaihtojännitteen tehollisarvo suurempi kuin 1000 V vaiheiden välillä - Tasajännite yli 1500 V napojen välillä Sähköturvallisuus Suomessa 11
2. SÄHKÖVERKON RAKENNE Jakelu- ja siirtojännitteet Suomessa kantaverkko 400, 220 ja 110 kv kaupunkien suurjännitejakeluverkko 20 tai 10 kv maaseudun suurjännitejakeluverkko 20 kv pienjännitejakeluverkko 400 V Sähköverkon rakenne 12
Sähköverkon rakenne 13
Pienjänniteverkko on säteittäinen. Tehoa syötetään järjestelmään yhdestä kohtaa (20 kv / 0,4 kv muuntaja) 20 kv / 0,4 kv 14
Sähkönjakelujärjestelmä Pienkuluttajille toimitetaan sähkö-energiaa joko kolmivaiheisella 400 V / 230 V tai yksivaiheisella 230 V vaihtojännitteellä. Yksivaiheisessa järjestelmässä on kaksi johdinta. - Toinen johdin on yhdistetty maahan. Tätä kutsutaan PEN-johtimeksi ( yhdistetty suoja- ja nollajohdin ) - Toisen johtimen ja PEN-johtimen ( maan ) välillä on tehollisarvoltaan 230 V jännite. Tätä johdinta kutsutaan vaihejohtimeksi ( lyhenne esim. L 1 ) Kolmivaiheisessa järjestelmässä on kolme vaihejohdinta ja PEN-johdin. - Jännite kahden vaihejohtimen välillä on 400 V - Jännite kunkin vaihejohtimen ja PEN-johtimen välillä on 400 / 3 = 230 V Sähköverkon rakenne 15
Sähköverkon rakenne 16
Johdinten värit Vaihejohdin: ruskea, musta, harmaa Nollajohdin: vaaleansininen Suojajohdin: kelta-vihreä-raidallinen PEN-johdin: kelta-vihreä-raidallinen; lisämerkintä PEN Vanhoissa asennuksissa on vielä käytössä muita värejä Sähköverkon rakenne 17
KOLMIVAIHEJÄRJESTELMÄ R (L1) U RS U TR U R, U S ja U T ovat vaihejännitteet U RS, U ST ja U TR ovat pääjännitteet S (L2) T (L3) U ST Pääjännitteen suuruus on 3 kertaa vaihejännitteen suuruus U R U S U T PEN U RS U R U ST U T U S U TR Sähköverkon rakenne 18
Miksi kolmivaihejärjestelmä? Yksivaihejärjestelmässä suurin teho on jakeluverkossa n. 3 kw, koska yksivaiheisen pistokytkimen nimellisvirta on 16 A Kolmella vaihejohtimella pystytään siirtämään kolminkertainen teho verrattuna yksivaihejärjestelmän kahteen johtimeen 3-vaiheiset moottorit ovat ominaisuuksiltaan parempia kuin yksivaiheiset Sähköverkon rakenne 19
Kolmivaiheinen sähkölaite voidaan kytkeä joko tähtikytkentään tai kolmiokytkentään. L1 L2 L3 N L1 L2 L3 Tähtikytkentä Kolmiokytkentä Tähtikytkennässä jokaisen käämin yli vaikuttaa vaihejännite, kolmiokytkennässä taas pääjännite Myöskin kolmivaiheisen generaattorin tai muuntajan käämitykset voivat olla kytketyt tähteen tai kolmioon Sähkölaittet kytketään joko yksivaiheisesti tai kolmivaiheisesti. Kaksivaiheisia kuormituksia ei Suomessa käytetä Sähköverkon rakenne 20
Sähköjohdon mitoituksesta Sähköjohto mitoitetaan suurimman kuormitusvirran mukaan. Mitä suurempi virta, sitä paksumpi johto. Johto on suojattava sekä ylikuormitusta että oikosulkua vastaan Ylikuormitussuoja valitaan siten, että sen nimellisvirta on suurempi kuin suurin kuormitusvirta.ylikuormitussuojan nimellisvirta määrittää johdon poikkipinnan. Seuraavan taulukon tarkoituksena on antaa jonkinlainen kuva eri kokoisten johtojen kuormitettavuudesta. Tässä ei ole tarkoitus oppia mitoittamaan sähköjohtoja! Edeltävä sähköverkko vaikuttaa johdon mitoittamiseen. Oikosulkutapauksessa suojalaitteen on toimittava riittävän nopeasti, useimmiten 0,4 tai 5 sekunnissa. Lisäksi mitoittamiseen vaikuttaa johtotyyppi, asennusolosuhteet, jännitteenalenema jne 21
3. SÄHKÖVIRRAN VAIKUTUS IHMISEEN Ihmisen hermotoimintoihin liittyy sähköisiä ilmiöitä. Lihasten toimintaa ohjaavat sähköisesti etenevät impulssit Koska kehon jännitteet ja virrat ovat pieniä, pystyy vähäinenkin ulkoinen sähkö häiritsemään järjestelmän toimintaa. Sähkövirran vaikutukset 22
Sydänlihas poikkeaa muista lihaksista siinä, että sillä on omaa supistus- ja tahdistuskykyä. Pienetkin ulkoiset sydämen kautta kulkevat virrat voivat sekoittaa sydämen sähköjärjestelmän. Mikäli virta on riittävän suuri, syntyy ns. sydänkammiovärinä Sähkövirran vaikutukset 23
Vaikka sydänkammiovärinää ei syntyisikään, sähkövirta saattaa aiheuttaa muita vaikutuksia - lihaskouristuksia - hengitysvaikeuksia - verenpaineen nousu - sydämen toimintahäiriöt ( muut kuin kammiovärinä) - palovammat - Yleensä oikosulkutapauksessa syntyvä valokaari voi lisäksi aiheuttaa myös vakavia tapaturmia. Oikosulkutapaturman aiheuttaa suuri lämpötila, roiskuva sula metalli ja kirkas säteily Sähkövirran vaikutukset 24
Sähkövirran vaarallisuus riippuu luonnollisesti kehon läpi kulkevan virran suuruudesta Virran vaarallisuus riippuu oleellisesti myös sen vaikutusajasta. Onnettomuustapauksissa tunnetaan yleensä vain jännite. Sähköiskun aiheuttama vaara riippuu taas virrasta Virran laskemiseksi on tunnettava ihmiskehon vastus. Useimmiten sähköiskun aiheuttaa vaihtojännite. Kehon impedanssi ei ole vakio, vaan se riippuu mm. jännitteestä, kosketuspinta-alasta, virtatiestä ja kosteudesta Sähkövirran vaikutukset 25
Virta saadaan laskettua Ohmin lain avulla, jos kehon impedanssi tunnetaan. I U Z Sähkövirran vaikutukset 26
Sähkövirran vaikutukset 27
Sähkövirran vaikutukset 28
4. SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT Vikasuojauksen (aikaisemmin kosketusjännitesuojauksen) perusteella sähkölaitteet jaetaan neljään eri suojausluokkaan: 1) Suojausluokka 0 2) Suojausluokka I 3) Suojausluokka II 4) Suojausluokka III ks. Kodin sähköturvallisuusopas SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 29
1) Suojausluokka 0 (peruseristetty ) Suojaus sähköiskulta on laitteen peruseristyksen varassa. Eristyksen vioittuessa turvallisuus riippuu käyttöolosuhteista. Suojausluokan 0 laitteen liitäntäjohdossa on kaksi johdinta, vaihe (L) ja nolla (N). Suojausluokan 0 sähkölaitetta saa käyttää ainoastaan niissä tiloissa, joissa on luokan 0 pistorasiat. Suojausluokan 0 sähkölaitteiden myynti ja pistorasioiden asentaminen on nykyään kielletty. SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 30
2) Suojausluokka I (suojamaadoitettu) suojamaadoituksen merkki Suojausluokan I laitteen liitäntäjohdossa on kolme johdinta, vaihe (L) ja nolla (N) ja suojamaa (PE). Pistotulppana käytetään suko-pistotulppaa. Suojaus sähköiskulta ei ole pelkästään laitteen peruseristyksen varassa. Sähkölaitteen jännitteelle alttiit osat on yhdistetty laitteen liitäntäjohdon suojajohtimen kautta sähköverkon maadoitukseen. (Kun laite on liitetty maadoitettuun pistorasiaan) SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 31
Jos laitteen runko tulee vikatilanteessa jännitteiseksi ja laite on kytketty suojamaadoitettuun pistorasiaan vikavirta kulkee suojajohtimen kautta sulake palaa SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 32
3) Suojausluokka II ( suojaeristetty ) suojaeristetyn laitteen merkki Suojaus sähköiskulta ei ole pelkästään laitteen peruseristyksen varassa, vaan laitteessa on kaksoiseristys tai vahvennettu eristys. Peruseristyksen pettäessä laitteen runko ei tule jännitteiseksi. SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 33
Suojaeristetyn sähkölaitteen liitäntäjohdossa on kaksi johdinta, vaihe (L) ja nolla (N). Pistotulppana käytetään joko litteää europistulppaa tai täysprofiilitulppaa Vioittuneen pistotulpan tilalle saa vaihtaa suojamaadoitetun laitteen pistotulpan. SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 34
4) Suojausluokka III ( pienois- eli suojajännitteinen ) suojajännitemuuntajan merkki Suojaus sähköiskulta on toteutettu pienemmän jännitteen avulla ja suuremman jännitteen syntyminen laitteessa on estetty. Suoja- eli pienoisjännite voi olla korkeintaan 50 V AC tai 120 V DC Yleisesti käytettyjä jännitteen arvoja ovat 6V, 12 V, 24 V, 42 V ja 48 V vaihtojännitteellä. Suojajännitemuuntajat on suojattava oikosululta ja ylikuormitukselta. SÄHKÖLAITTEIDEN SUOJAUSLUOKAT 35
5. SÄHKÖLAITTEIDEN KOTELOINTILUOKAT IP- luokitus (IP = international protection) IP XY X = kosketus- ja vierasainesuojausominaisuudet Y = vesisuojausominaisuudet Sähkölaitteiden kotelointiluokat 36
Kotelointiluokan kosketus- ja vierasainesuojausominaisuudet (1. numero) 0 Avoin, suojaamaton rakenne 1 Suuruudeltaan vähintään 50 mm kappaleiden sisääntunkeutuminen on estetty. Myös suurten kehon osien, kuten käsien tahaton sisäänpääsy on estetty. 2 Sormisuojaus. Suuruudeltaan vähintään 12 mm kappaleiden sisääntunkeutuminen on estetty. Enintään 80 mm pituisten ja halkaisijaltaan enintään 12 mm paksuisten osien ulottuminen vaarallisiin osiin on estetty. 3 Suuruudeltaan vähintään 2,5 mm kappaleiden esim. puikkojen, ruuvien ja työstöjätteiden sisääntunkeutuminen on estetty. 4 Suuruudeltaan vähintään 1 mm kappaleiden esim. lankojen, nauhojen ja työstöjätteiden sisääntunkeutuminen on estetty. 5 Laitteen toiminnan kannalta haitallisen pölyn sisääntunkeutuminen on estetty. 6 Pölyn sisääntunkeutuminen on estetty. Sähkölaitteiden kotelointiluokat 37
Kotelointiluokan vesisuojausominaisuudet (2. numero) 0 Avoin, suojaamaton. 1 Pystysuoraan pisaroina tippuva vesi ei aiheuta haittaa. 2 Pystysuoraan pisaroina tippuva vesi ei aiheuta haittaa, vaikka kotelo kallistetaan enintään 15 0 mielivaltaiseen suuntaan normaaliasennosta. 3 Enintään 60 0 kulmassa suihkuava vesi ei aiheuta haittaa. 4 Kaikista suunnista roiskuva vesi ei aiheuta haittaa. 5 Kaikista suunnista suuttimella ohjattu vesisuihku ei aiheuta haittaa. 6 Vesiaalto tai kaikista suunnista suuttimella ohjattu voimakas vesisuihku ei aiheuta haittaa. 7 Lyhytaikaisesti veden peittämään koteloon ei tunkeudu haitallisessa määrin vettä. 8 Laitetta voidaan pitää veteen upotettuna valmistajan antamien ohjeiden mukaisesti, jolloin kotelon sisään ei tunkeudu haitallisessa määrin vettä. Sähkölaitteiden kotelointiluokat 38
6. SÄHKÖLAITTEIDEN MERKINNÄT Suomessa ja muualla Euroopassa myytävissä sähkölaitteissa tulee olla CE-merkintä CE- merkintä on laitteen valmistajan tai tämän Euroopan talousalueella toimivan edustajan laitteeseen kiinnittämä Sähkölaitteesta on oltava saatavilla kirjallinen vaatimustenmukaisuusvakuutus sekä tekninen tiedosto. Näistä selviää mm. valmistajan tai tämän edustajan yhteystiedot, standardit joihin vakuutus perustuu ja laitteen testausselosteet Sähkölaitteiden merkinnät 39
Sertifiointimerkintä Ei ole sähkölaitteessa pakollinen Ilmoittaa, että laite on läpäissyt puolueettoman turvallisuustarkastuksen ja laite täyttää ko. maan määräyksien vaatimukset FI- merkki ilmoittaa, että laite on läpäissyt Fimkon testit ja että se täyttää suomalaiset turvallisuusvaatimukset Sähkölaitteiden merkinnät 40
Eri maiden kansallisten testauslaitosten merkkejä Sähkölaitteiden merkinnät 41
CE-merkin ja mahdollisten sertifiointimerkkien lisäksi laitteen arvokilvestä löytyy esim. seuraavat tiedot: valmistaja nimellisjännite teho (ja/tai virta) suojausluokka kotelointiluokka käyttöolosuhteet, johon laite on tarkoitettu energialuokka... Sähkölaitteiden merkinnät 42
7. SÄHKÖVERKON SUOJALAITTEET a) Sulake tai johdonsuojakatkaisija. b) Vikavirtasuojakytkin c) Suojaerotusmuuntaja d) Lämpörele e) Ylijännitesuoja jne Sähköverkon suojalaitteet 43
a) Sulake tai johdonsuojakatkaisija Suojaa asennuksia ylivirtaa vastaan. Ylivirta aiheutuu joko ylikuormituksesta tai oikosulusta. Oikosulkutapauksissa sulakkeen on toimittava nopeasti (korkeintaan 0,4 tai 5 sekunnissa) Sekä sulakkeita että johdonsuojakatkaisijoita on nopeita, hitaita jne. Hitaita sulakkeita käytetään moottorilähdöissä (suuri käynnistysvirta) Nopeita sulakkeita käytetään yleensä muissa asennuksissa Sähköverkon suojalaitteet 44
kolmivaiheinen kahvasulake sulake, yleispiirrosmerkki johdonsuojakatkaisija pienillä virroilla (63 A asti) käytetään tulppasulaketta Nykyään tulppasulakeen asemasta käytetään usein johdonsuojakatkaisijaa Suurilla virroilla (yli 63 A) käytetään kahvasulakkeita tai katkaisijaa Sähköverkon suojalaitteet 45
b) Vikavirtasuojakytkin Sulake ei suojaa ihmistä sähköiskua vastaan Vikavirtasuojaa käytetään pistorasiaryhmissä sulakkeen lisäksi henkilösuojana Vikavirtasuojan käyttö laajeni syksyn 2007 standardiuudistuksen yhteydessä ja edelleen syksyn 2012 painoksessa. Uusissa asennuksissa lähes kaikissa pistorasiaryhmissä käytetään vikavirtasuojaa. Sähköverkon suojalaitteet 46
Henkilösuojaukseen käytettävän vikavirtasuojan nimellistoimintavirta on 30 ma Vikavirtasuojana pitää käyttää A- tai B-tyypin suojaa. Aikaisemmin yleistesti käytetyn AC-tyypin suojan asentaminen on nykyään kielletty Tulipalosuojaukseen käytetään 300 tai 500 ma VVS:aa yhdellä vikavirtasuojalla ei voi suojata esim. koko rakennuksen sähköasennuksia (laitteiden vuotovirta) 47
vikavirtasuojakytkimen toimintaperiaate Sähköverkon suojalaitteet 48
c) Suojaerotusmuuntaja Suojaerotusmuuntajaa käytetään sähkölaitekorjaamoissa ja laboratorioissa Muuntajan toisiopiiriä ei ole maadoitettu. Vikatapauksessa ei voi syntyä virtapiiriä viallisen laitteen rungosta maahan, koska virralle ei ole paluureittiä Sähköverkon suojalaitteet 49
N 1 = N 2 Sähköverkon suojalaitteet 50
d) Lämpörele Lämpörelettä käytetään moottorilähdöissä ylikuormitussuojana. Lämpörele on yleensä sijoitettuna sähkökeskukseen kontaktorin yhteyteen Pienillä moottoreilla lämpörele voi olla myös kytkimen yhteydessä (moottorinsuojakytkin) e) Ylijännitesuoja Ylijännitesuojaa käytetään verkossa suojaamaan laitteita esim. ukkosylijännitteitä vastaan Sähköverkon suojalaitteet 51
9. SÄHKÖPIIRUSTUKSET Yleisimpiä piirosmerkkejä: http://www.sivustot.net/oppaat/piir.php 52
Esimerkki pienen kohteen sähköpiirustuksista: http://www.utinsahko.fi/index.php?pinc=2 53
Kirjallisuutta www.tukes.fi Sähköalan Säännökset 2010, Henkilö- ja yritysarviointi Seti Oy Pienjännitesähköasennukset SFS 6000, SFS Ry Sähkötyöturvallisuus SFS 6002, SFS Ry Sähkölaitostekniikan perusteet, Jarmo Elovaara Sähköasennustekniikka, Jukka Ahoranta Sähkötekniikkaa Sivuaineopiskelijoille, Erkki Ruppa Teoreettinen sähkötekniikka, Lauri Aura ja Antti J. Tonteri 54