Elektroinstallasjon 4 8205274843 [PDF]

Zitiervorschau

6V-o%oU

Helge Strømme

Elektroinstallasjon 4 VK 2 elektrikerfaget

ana ■ * i jf i h k)r(

GVLDENDAL YRKESOPPLÆRING

© Gyldendal Norsk Forlag AS 2000 1. utgave, 1. opplag

Omslag: Tor Berglie Tegning: Bjørn Norheim Sats: ide konsulenten Trykk: GCS A/S ISBN 82-05-27484-3 Denne boka er utgitt med forfatterstøtte fra Norsk faglitterær forfatter- og oversetterforening.

Henvendelser om denne boka kan rettes til: Gyldendal Yrkesopplæring Postboks 6860 St. Olavs plass 0130 Oslo Tlf.: 22 99 05 10

Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Forord Denne læreboka dekker målene 1-7, modul 1, elektriske installasjoner, i fellesdelen av læreplanen for VK II elektriker. Noen av emnene i disse målene er en del av de samme som på VK I, og en del emner er derfor med vilje «tynt» omtalt i boka. Noen av emnene i denne boka skal du også fortsette med i læreplanens fordypningsdel. I lærlingetida på 272 år er 1 år beregnet til opplæringstid, og resten er de­ finert som verdiskapningstid.

Av dette ene året er målet elektriske installasjoner beregnet til omtrent 17 % av læretida, hvorav 73 som teoretisk opplæring. Læreplanen anbe­ faler å bruke omtrent 70 timer på denne delen. Med alle oppgavene vil en nok bruke noe mer tid på denne boka, men mange emner i ulike deler griper inn i hverandre, så vi bør ikke henge oss opp i antall timer.

Dersom du føler at du trenger mer teori, kan du studere boka som dek­ ker dette emnet i VK I elektro. Det er etter min mening unødvendig å gjenta alt i denne boka, så det er i steden lagt vekt på at mest mulig skal læres ved å arbeide med oppgaver. Oppgavene er dels laget av meg, men også for en stor del hentet fra tidligere gitte eksamensoppgaver, ofte skrevet litt om. Oppgavene er forsøkt laget slik at vi må bruke både beregninger, forskrifter, normer og mye katalogmateriell for å løse dem. I boka er det brukt en del figurer fra blant annet Sønnico, Glamox, Osram, Phoenix, Hager, Eltek.

Kommentarer til endringer for forbedringer og eventuelle senere utgi­ velser mottas med takk!

Skien, høsten 2000 Helge Strømme

Innhold

1 Nettsystemer og fordelingsanlegg ........... Fordelingsnettet............................................... Sentralnettet................................................. Regionalnettet.............................................. Lokalnettet................................................... Overføringsavgift........................................ Lavspente nett............................................. Bruksområder.............................................. Jordfeil i de ulike nettsystemene.................... Jordfeil i IT-anlegg...................................... Jordfeil i TT-anlegg..................................... Jordfeil i TN-anlegg.................................... Kortslutningsstrømmer.................................... Reaktiv effekt og fasekompensering.............. Kjøp og salg..................................................... Strømtariffer ............................................... Strømregningen .......................................... Kjøp av energi ............................................ Tariffapparater ............................................ Oppgaver ........................................................

7 7 7 8 9 9 9 9 10 10 12 12 13 14 16 16 16 16 16 17

2 Jording ........................................................ Sentrale begreper............................................. Hovedjording ved boliginstallasjoner............. Inntak og jordingsanlegg............................. Atskilte jordingssystemer............................ Krav til størrelsen på jordlederen............... Krav til merking.......................................... Kontroll av jording (konduktivitetskontroll) Krav til isolasjonstilstand............................ Jordfeilvarsler.............................................. Jordfeilbryter............................................... Arbeidsjording............................................. Feilsøking og feilretting av jordfeil............ Skjerming, støy og jording............................... Electromagnetic Compatibility.................. Forskrifter for elektrisk utstyr (FEU)......... Reduksjon av støy....................................... Oppgaver.........................................................

21 21 23 23 24 24 24 25 25 25 25 26 26 27 28 28 28 29

3 Overspenningsvern og lynvem................. Overspenningsvem.......................................... Tåler utstyret overspenninger?...................

31 31 31

Lynnedslag.................................................. Forskrifter og overspenningsvem.............. Typer av vern.............................................. Valg av vern................................................ Plassering og tilkobling ............................. Tilkobling av overspenningsvem............... Instrumenters påvirkning av overspenninger Elektromagnetisk støy................................ Lynvemanlegg................................................. Forskrifter................................................... Oppfangeranlegg........................................ Nedlederanlegg........................................... Jording........................................................ Oppgaver.........................................................

32 32 33 34 35 36 37 37 37 38 38 38 39 40

4 Nødstrøm og reservestrøm........................ Lover, forskrifter og normer........................... Plan- og bygningsloven.............................. Forskrifter for elektriske forsyningsanlegg Valg og dimensjonering av anlegg.................. Avbruddsfri strømforsyning....................... Likeretter.................................................... Batteri anlegget............................................ Vekselretter................................................. Online......................................................... Line Interactive........................................... Offline......................................................... Kommunikasjon.......................................... Dimensjonering av UPS............................. Vedlikehold av UPS-er............................... Store belastninger....................................... Generatoranlegg.............................................. Start av generatorer..................................... Måling på generator.................................... Dimensjonering av generatoranlegg.......... Kontroll og vedlikehold av generatoranlegg Transportable generatorer........................... Oppgaver.........................................................

41 41 43 43 43 44 44 44 45 45 45 46 46 46 47 48 48 48 49 49 49 49 50

5 Belysning..................................................... Lyskilder......................................................... Belysning og målenheter................................ Belysning i boliger..........................................

51 51 52 53

Planlegging av lys i boliger......................... Belysning i større bygg................................... Planlegging av belysning i store bygg........ Lysstoffarmaturer........................................ Fasekompensering av lysstoffrør................ Valg av lysstoffrør....................................... Tekniske opplysninger................................ Lavvolts lysanlegg....................................... Lysregulering................................................... Styring med toledersystem........................... Utendørs belysning.......................................... Belysning og ENØK................................... Miljø, forurensning og belysning............... Belysning og sikkerhet................................ Nødlysanlegg................................................... Krav til lysstyrke......................................... Lover og forskrifter..................................... Planlegging og dimensjonering....................... Kontroll og vedlikehold av nødlysanlegg .... Selvovervåking............................................ Oppgaver.........................................................

53 54 54 55 55 57 57 58 59 61 61 61 61 62 63 63 64 65 66 67 68

6 Varmeanlegg................................................ Innendørs varme.............................................. Dimensjonering............................................ Åpent eller skjult varmeanlegg?.................. Skjult varmeanlegg.......................................... Krav til utførelse.......................................... Styring og regulering....................................... Store varmeanlegg....................................... Dimensjonering av kabel............................. Dimensjonering av kontaktor...................... Trinnkobler.................................................. Trinnløs regulering av varme...................... Utendørs varme............................................... Varmekabel på tak og takrenner................. Snøsmelteanlegg.......................................... Frostsikring av rør....................................... ENØK og varme.............................................. Elektrisk oppvarming og helse........................ Sikkerhet...................................................... Planlegging av varmeanlegg............................ Alternative oppvarmingsmetoder.................... Oppgaver.........................................................

70 70 70 73 73 73 74 74 76 77 77 78 78 78 79 79 79 80 80 81 82 83

7 Ventilasjonsanlegg...................................... Ventilasjonsanleggets oppgaver...................... Helse og luft................................................ Tilfredsstillende luftkvalitet ....................... Lover og forskrifter........................................... Installasjon og montering av ventilasjonsanlegg

89 89 89 89 89 92

Ventilasjonsanlegg i boliger........................ Store ventilasjonsanlegg............................. Ventilasjonsanleggets enkelte deler................ Filter............................................................ Filtervakt..................................................... Spjeld.......................................................... Spjeldmotor................................................. Vifter............................................................ Viftemotor................................................... Temperaturmåling....................................... Mengdemåling............................................ Fuktighetsmåling........................................ Elektrisk varmebatteri................................. Varmegjenvinnere............................................ Roterende varmegjenvinner........................ Kammervarmegjenvinner........................... Plate- og rørvarmegjenvinner..................... Væskevarmeveksler.................................... Ventilasjon og brann................................... Aggregat..................................................... Drift og vedlikehold av ventilasjonsanlegge Ventilasjon og enøk...................................... Sentral varmeanlegg.......................................... Kuldeanlegg.................................................... Arbeid på kuldeanlegg................................ Kjøle- og fryseanlegg................................. Kjøle- eller fryseprinsipper......................... Lover og forskrifter..................................... Flytskjema for kuldeanlegg........................ Styring og regulering.................................. Kjøling og ventilasjon................................. Kuldemedium............................................. Kuldeanlegg og enøk.................................. Dimensjonering av anlegg.......................... Oppgaver.........................................................

92 92 95 95 96 96 96 97 98 98 98 98 99 99 100 100 100 100 102 102 103 103 103 104 104 105 106 107 108 109 110 110 110 111 115

8 Blandingsoppgaver....................................

117

9 Eksamensoppgaver .................................... 136 Stikkord ........................................................... 215

1

Nettsystemer og fordelingsanlegg

Det elektriske nettet kan deles opp på mange måter: • høyspentnett og lavspentnett • sentralnett, regionalnett og lokalt fordelingsnett • IT-, TT- og TN-nett

Fordelingsnettet Det meste av den elektriske energien vår blir produseret i kraftstasjoner med generatorer med spenning fra 10 til 15 kV. Fra kraftstasjonene blir strømmen ført gjennom distribusjonsnettet som går på kryss og tvers av Norge. Overføring og distribusjon over så store avstander medfører store tap når vi bruker så lav spenning som genera­ torene gir. Overføringen foregår derfor med høyere spenninger. Vi bru­ ker spenninger opp til 420 kV. I utlandet er det gjort forsøk med spen­ ninger over 1000 kV. For å få best mulig utnyttelse og effektiv drift av distribusjonsnettet er det blitt delt inn i tre nivåer:

• sentralnettet • regionalnettet • lokalnettet

Sentralnettet Sentralnettet fører de største effektene og dekker det meste av landet. Nettet er også knyttet opp mot våre naboland Danmark, Sverige og Finland, og når dette skrives, er det satt igang prosjektering av kabler til Tyskland og Nederland slik at vi blir sammenkoblet med resten av Europa. Det meste av dette nettet har spenningene 300 og 420 kV, men spen­ ninger ned til 132 kV er i bruk. Statnett eier omtrent 80 % av nettet og er ansvarlig for driften av det. Alle som overfører effekt på sentralnettet, betaler en leieavgift til Statnett. Sentralnettet blir styrt av en sentral i Oslo og tre landsdelssentraler som har ansvaret for hver sine landsdeler.

7

Figur 1.0 Høyspentnettet i Norden

Regionalnettet Regionalnettet er det nettet som fører effekten fra sentralnettet til det lo­ kale nettet. Det kan dekke et fylke eller gå på tvers av fylkesgrensene. Spenningen på dette nettet kan variere fra 22 til 132 kV. 8

For å få best mulig effektiv distribusjon av den elektriske energien ser det ut til at det blir under 10 regionale nett i Norge. De eies av en rekker ulike energiverk som i mange tilfeller går sammen om å drive et nettselskap.

Lokalnettet Lokalnettet eies av det lokale energiverket som har konsesjon for sitt område. Høyspent distribusjon har hittil foregått på spenningsnivåene 3, 6, 12 og 22 kV. De fleste nyanlegg bygges nå med 22 kV spenning.

Det lokale høyspentnettet ender i en nettstasjon der spenningen blir transformert til det lavspente fordelingsnettet som det lokale energiver­ ket fører fram til forbrukerens inntakspunkt. Til husinstallasjoner bruker vi 230 og 400 V. Til industriinstallasjoner brukes det også andre spen­ ninger, for eksempel 690 V. I en del tilfeller, for eksempel til store industrikunder, kan regionalnettet gå direkte til forbruker.

Overføringsavgift Alle kunder som overfører energi på et nett, må betale en nettleie. Det er monopol på overføringsnettet, men prisen på overføring av energi kan likevel ikke settes så høyt en vil. Prisen fastsettes etter retningslinjer gitt av departementet. Alle som bruker sentralnettet, må betale en pris for overført energi til statnett som driver dette nettet.

Lavspente nett Fra energiverkenes nettstasjoner går strømmen fram til forbrukerne. Dette utgjør det meste av det lavspente fordelingsnettet. Nettet er ener­ giverkenes eiendom og ansvar fram til forbrukernes inntakspunkt. Derfra overtar eierne ansvaret. Fram til inntakspunktet gjelder forskrif­ terfor elektriske anlegg - forsyningsanlegg (FEA - F), og etter inntaks­ punktet gjelder forskrifter for elektriske lavspenningsanlegg (FEL). Lavspente nett kan bygges opp som IT-, TT- eller TN-nett (TN-C eller TN-S)

Det meste av nettet i Norge er fra tidligere år bygd opp som IT-nett, men TT-nett er også i bruk en del steder, blant annet på deler av Sørlandet og Vestlandet. I resten av Europa brukes det stort sett TN-nett, og i Norge er vi er også i gang å bygge om deler av nettet til TN-nett. De fleste nye anlegg blir bygd som TN-nett.

Bruksområder I et vedlegg til forskriften angir Produkt- og Elektrisitetstilsynet følgen­ de bruksområder for de ulike spenningssystemene:

9

TT-systemet TT-systemet kan brukes for alle formål med spenning inntil 230 V, med unntak av områder for medisinsk bruk og for nødstrømsforsyning.

IT-systemet IT-systemet kan brukes til alle formål med spenning inntil 230 V. For anlegg i industri og for spesielle formål kan det også brukes med spen­ ningene 400, 690 og 1000 V. Ved anlegg over 230 V kan en ikke bruke IT-systemet til lys, romoppvarming og styrestrøm. TN-S-systemet TN-S-systemet kan brukes til alle formål med spenning til og med 230/400 V med unntak av områder for medisinsk bruk og for nød­ strømsforsyning. Det kan også brukes for industrianlegg og spesielle formål med nominell spenning på 690 og 1000 V, men ikke for lys, rom­ oppvarming og styrestrøm.

TN-C-S Et TN-C-S-system kan brukes til alle formål med spenning til og med 230/400 V (som TN-C-system fram til første fordeling, og som TN-Sanlegg etter første fordeling). For industrianlegg og for spesielle formål også med nominell spenning på 690 og 1000 V, men ikke for lys, rom­ oppvarming og styrestrøm. TN-C-anlegg er ikke tillatt i eksplosjonsfarlig område.

Jordfeil i de ulike nettsystemene Jordfeil i IT-anlegg Det er ikke krav om utkobling ved første jordfeil i et IT-anlegg hvis for­ ventet berøringsspenning er lavere enn 50 V, men jordfeilen skal varsles. Andre jordfeil skal føre til utkobling. Krav til utkoblingstid er gitt i NEK-tabell 41 B. Ved første jordfeil i et IT-nett oppstår det en strøm som blir begrenset av kapasitansen mellom ledere og jord. Se figur 1.1. Det er vanskelig å be­ regne denne strømmen, men en rekke målinger og forsøk har vist at den er avhengig av nettransformatorens ytelse i kVA. Den maksimale jordfeilstrømmen er beregnet til 2 mA per kVA for transformatoren. En krets med en transformator på 300 kVA gir en maksimal jordfeilstrøm på 300 • 2 = 600 mA. Dersom transformatoren er på 500 kVA, blir den maksimale jordefeilstrømmen 500 • 2 = 1000 mA = 1 A

Grunnen til at vi må kjenne den strømmen som kan oppstå ved jordfeil, er at den er avgjørende for den berøringsspenningen som vi kan bli ut­ satt for ved jordfeil. I et 230 V anlegg er kravet at berøringsspenningen 10

skal være lavere enn 50 V, og vi kan da beregne kravet til overgangsmotstanden til jord etter ohms lov:

50 R =------I

I et anlegg med en nettrafo på 500 kVA blir kravet til overgangsmotstanden til jord: 50 R =--------- = 50 ohm 1 Kravet må altså være at overgangsmotstanden til jord er mindre enn 50 ohm. Det må vi kunne dokumentere for eksempel ved måling.

Ved første jordfeil i et IT-anlegg skal det varsles. Ved to jordfeil får vi i prinsippet en kortslutning, og den strømmen som oppstår, blir begrenset av resistansen i lederen eller jordlederen og kan beregnes etter forme­ len: U I =------------summen av kretsens resistanser

Figur 1.1 Jordfeilstrøm i et IT-system. Strømmen begrensen av størrelsen på nettet (bl.a. virker kapasitansen inn). Som en tommelfingerregel kan vi si at feilstrømmen er beregnet til 2 rnA per kVA trafostørrelse. På enkelte steder med stor effekt på små områder kan den bli større.

11

Jordfeil i TT-anlegg En jordfeil i et TT-anlegg gir en strøm som begrenses av overgangsmotstanden fra feilstedet til jord og overgangsmotstanden til transformato­ rens nullpunkt slik figuren viser.

Figur 1.2 Jordfeilstrøm i et TT-system. Strømmen begrensen av overgangs­ motstanden til jord ved feilstedets og trafoens jordelektrode. Den blir atskillig større enn ved jordfeil i et IT-system, men ikke stor nok til å slå ut sikringen TT-systemer er derfor utført med jordfeilbryter

Jordfeil i TN-anlegg En jordfeil i TT-anlegg gir en strøm som normalt går i kretsens PE/PEN leder slik figuren viser. Størrelsen på strømmen begrenses av impedan­ sen i kretsen.

Figur 1.3 Jordfeilstrøm i et TN-system. Strømmen begrenses av resistans/impedans i faseleder og jordleder, og blir vanligvis så stor at sikringen slår ut.

12

Kortslutningsstrømmer Når vi planlegger et anlegg, må vi få oppgitt den største kortslutningsstrømmen av den lokale nettleverandøren, slik at vi kjenner den strøm­ men som kan oppstå ved kortslutning i inntaket.

Data fra en nettleverandør kan se slik ut: Telemark Energi-nett A/S Kortslutningsberegninger i lavspentnett Abonnent: Helge Strøm Telemarksveien 198

230 V IT Nettstasjon ST 295

Resultater

Inndata

Spenning Maks. kortslytelse(MVA) Min kortslytelse(MVA) Trafoytelse Kortsl.spenning ek (%) 3,8 0,98 Kortsl.spenning er (%)

240 250 200 200

Maks. kortsl.strøm trafo: 12,4 kA Impedans fram til inntaket: R = 0,12 ohm per fase X = 0,08 ohm per fase Dimensjonerende jordslutningsstrøm: 0,4 A

70 0,95

Temperatur Spenningsfaktor Seksjon

Kabel

1 2 3

150 Cu 95 Al 50 Cu

Lengde (m)

6,84 15 140

Ikgmaks. (kA)

lk2min (kA)

5,26 5,72 1,49

4,27

1,09

Som vi ser av disse dataene, synker kortslutningsstrømmene jo lenger ut i nettet og jo lenger fra transformatoren vi kommer. Dersom vi kobler oss til i seksjon 1, må vi velge kortslutningsvem (f. eks. effektbryter) som har bryteevne på mer enn 6,84 kA. Mange leverandører har materi­ ell med standard bryteevne på 10 kA. I tillegg til å ha stor nok bryteevne må vi også sikre oss slik at vernet bryter før vi når grensetemperaturen til lederen. For kortslutninger inntil 5 sekunder kan dette tilnærmet beregnes etter formelen : ^2 t = k2---------I2

t = kortslutningens varighet i sekunder S = ledertverrsnitt i mm2 I = kortslutningsstrømmen i A

k er en konstant som er oppgitt i NEK tabell 43 A. Inntil 300 mm2 er k = 115 for kobber og k = 76 for aluminium.. Vi må også sikre oss at vernet slår ut ved den minste kortslutningsstrøm som kan oppstå i et anlegg. Den minste kortslutningsstrømmen får vi

13

ved kortslutning i enden av en kurs og er litt forskjellig avhengig av nettsystemet. I TT- og IT-nett er det topolig kortslutning (for eksempel mellom LI og L3) som gir minste kortslutningsstrøm. I TN-nett får vi minste kortslutningsstrøm ved kortslutning mellom en fase og jord (for eksempel mel­ lom LI og PE eller LI og PEN).

Figur 1.4 For å tilfredsstille NEK 434.3.2 må vi kontrollere vernet gjennomsluppet energi. Det kan vi gjøre ved ved hjelp av tabeller eller, som på figu­ ren, kurver som utgis av fabrikantene.

Reaktiv effekt og fasekompensering Ved induktive belastninger får vi en reaktiv effekt og en effektfaktor = cos cp som er lavere enn 1. Dette er ikke ønskelig, blant annet fordi det fører til at strømmen øker når effektfaktoren blir mindre. Det ser vi av formelen for I:

P I =-----------------U- ^3 • cos

n mes siexL-:sxs in;egc cg !c.-sxnt:»r urlercicet mea njemmei i cenoe loven, J 122.2.

Gt-iicnci

11:

j!

! Nr.

Forhåndsmelding/

|

0536090

s

• w. M.y-H.VlUU

------------------------------------------------------------ --------- -

| j E:encocrvnenv«niuuasfonene anvenceue

1

[

\ou-A