Eksempler til hjelp i en del tema Dimensjonering av kabel og vern + kortslutning, jordfeil og berøringsspennings -beregninger

Løsningsforslag oppgave 5 Feilstrømmer 2 1. Forklar hva som menes med feilstrømmer i et elektrisk anlegg, og hvilken vei feilstrømmen tar i de forskjellige nettypene (IT, TT og TN). En feilstrøm er en jordfeil. Jordefeil oppstår når strømførende leder får kontakt med jordpotensialet, enten som følge av isolasjonssvikt eller vann etc.

IT-nett

TT-nett

TN-nett

2. Beskyttelse mot elektrisk sjokk. Hva menes med ”grunnleggende beskyttelse” ? Beskyttelse mot direkte berøring; Kapsling, utenfor rekkevidde, isolasjon etc Det oppstår feil i den grunnlegende beskyttelsen, hvordan sier forskriftsteksten, i FEL kapittel 5, at beskyttelse kan oppnås? FEL §21:Mennesker og husdyr skal være beskyttet mot fare som kan oppstå ved berøring av utsatte deler som er blitt spenningsførende som følge av feil (indirekte berøring). Hvilke 4 tiltak beskrives i normen NEK 400, for å tilfredstille forskriftens krav til beskyttelse ved feil? 411:Beskyttelse ved automatisk utkobling av strømtilførselen. 412:Beskyttelse ved dobbel- eller forsterket isolasjon. 413:Beskyttelse ved elektrisk adskillelse. 414:Beskyttelse ved ekstra lav spenning.

Hvilket av disse 4 tiltakene er mest anvendt? I alle elektriske installasjoner, vil automatisk utkopling ved hjelp av jordfeilbryter være den beste og mest brukte metoden.

3. Tilleggsbeskyttelse. Hva menes med tilleggsbeskyttelse? Beskyttelsestiltak i tillegg til grunnleggende beskyttelse og/eller beskyttelse ved feil. F.eks jordfeilbryter. Gi eksempler på tilfeller hvor jordfeilbryter benyttes som tilleggs beskyttelse. Jordfeilbrytes benyttes på områder som er spesielt utsatt. F.eks bad og utendørs må det benyttes JFB med 30mA utløsestrøm.

4. Forklar kort om jordfeilbryterens virkemåte. Jordfeilbryter. 1: Strøm inn. 2: Strøm ut. 3: PÅ/AV bryter. 4: Et av reléets to kontaktpunkter. 5: Relé. 6: Følespole. 7: Forsterkerkretsløp for følespolen. Denne transistoren sørger også for å tidsforsinke jordfeilbrytereni henhold til forskriftene. 8: Test-knapp. 9: Ledning som ved bruk av test-knappen sender litt ekstra strøm utenom følespolen på en av ledningene. http://www.elskole.no/eskole/files/task_attachment/pictures/jordfeilbryter_66_595.swf

Forts….. En jordfeilbryter består av en metallring med en «følerspole» rundt, som alle fasene og eventuelt n-leder går igjennom. Når det ikke er jordfeil vil det være en perfekt balanse mellom strømmene som går inn i en av fasene og kommer ut av den andre. Det vil ikke bli indusert noen spenning i «følerspolen» og jordfeilbryteren vil ikke koble ut. Om det oppstår jordfeil så vil all strømmen gå igjennom ringen og indusere et magnetfelt Det vil det oppstå en overskuddsstrøm i «følerspolen». Denne spolen vil da levere strøm til en transistor som så vil gi spenning ut til et relè inne i jordfeilbryteren og enheten vil kutte strømmen. Denne prosessen vil skje lynraskt i henhold til fastsatte reaksjonstider i forskriftene.

5. Kopling, feilsøking og selektivitet Du har blitt kontaktet av en kunde som har en 3faset jordfeilbryter, i et TT anlegg. For å vedlikeholde denne har han fått beskjed om å trykke på testknappen en gang hvert ½ år, men bryteren løser ikke ut. Vi forutsetter at bryteren ikke er ødelagt og at kursen har spenning. Hva er mest sannsynelige årsak til feilen? Jordfeilvern i trefasekretser er 4- polet, tesknappen leder en liten strøm via en motstand utenom jordfeilvernets spole, hvis denne ligger mellom N og faseklemme (som er det vanligste), må det laskes til N- klemmen på vernet (I IT- og TT-nett). Her er det da tydeligvis ikke lagt noen lask mellom fas og nøytral Du har montert en jordfeilbryter. Under verifikasjonen virker testknappen og du måler at det er spenning i stikkontakten, men når du skal teste jordfeilbryterens funksjon med en installasjonstester, løser ikke bryteren ut. Hva kan være årsaken? Vi forutsetter at bryteren ikke er ødelagt og at kursen har spenning. Testknappen brukes til å teste vernet, men ikke funksjonen i anlegget. For at vernet skal virke i anlegget må det være kontinuitet i beskyttelseslederen, dette kan med andre ord tyde på at det ikke er kontinuitet i beskyttelseslederen

Forts….. En kunde har kjøpt en firemannsbolig som skal ha nytt elektrisk anlegg. For å gjøre installasjonen billigere ønsker hun at hver leilighet kun skal ha en jordfeilbryter for alle 5 utgående kurser. Lag en begrunnelse for at dette ikke er en gunstig løsning og referer til riktig punkt i NEK 400- 2006. Felles jordfeilvern for hele installasjonen gir dårlig selektivitet i anlegget, Dette er ikke en anbefalt løsning. Ref. NEK 400, 411.6.01.01.

Hvilke krav setter NEK 400 for å  sikre selektivitet i forbindelse med jordfeilbrytere som er seriekoplet? REF: NEK400 535.5: Jordfeilvernet som ligger nærmest feilstedet skal ha en lavere strøm/tid karakteristikk og en lavere merkeutløserstrøm enn vernet som ligger i forkant.

Løsningsforslag oppgave 7 Berøringsspenning 1. Hva legger du i begrepet berøringsspenning ?  Med berøringsspenning menes den forventede spenningen du kan bli utsatt for i et anlegg med jordfeil, hvis man samtidig berører utsatte deler, og/eller andre ledende deler. Denne spenningen varierer med fordelingssystemet.

2. Hvordan beregnes, og hvor stor blir berøringsspenningen i et: IT-nett, når Ra er 23Ω og Ij =  0,8A ? Ra= installasjonens overgangsmotstand til jord. Ij= Feilstrømmen Vi bruker ohms lov: Ub=Ra x Ij = 23 x 0,8= 18,4 V TT-nett, når Ra er 13Ω og Ij =  7A ? Vi bruker ohms lov: Ub=Ra x Ij = 13 x 7= 91 V

TN-C-S-nett, når resistansen i beskyttelseslederen, Rpe = 0,33Ω og feilstrømmen er 403,5 A ? Rpe er beskyttelseslederens impedans (motstand), mellom feilstedet og trafo. Vi bruker ohms lov: Ub=Rpe x Ij = 403,5x 0,33= 133,2 V

Løsningsforslag oppgave 8 Forlegningsmåter (installasjonsmetoder) En tofaset elektrisk ovn som er påstemplet 230 V og 24 A, skal forsynes fra en underfordeling som er plassert i samme rom. Ovnen er fast montert. Kabelen fra underfordelingen og frem til ovnen skal delvis legges i rør i termisk isolert vegg, og delvis klamres direkte på en trevegg. Kabelen skal være PVC-isolert og ledermaterialet er kobber. Beregn størrelsen på kabel og vern. Fordelingssystem: IT. Vi vet: Spenning, U=230 V, 2-fas Strøm, I=24 A Referanseinstallasjonsmetode A2 og C Fast last

Vi må finne ut hvilken installasjonsmetode som gir minst strømføringsevne: Tabell 52-A1; A2. Vi finner størrelse på vern, større enn belastningsstrøm: 25 A Krav om koordinering mellom vern og leder : Ib ≤ In ≤ Iz 24A ≤ 25 A≤ 25 A v/4mm2 (Ifølge tab 52-A2) Dette er ok! Krav 2: I2 ≤ 1,45 * Iz (denne kan vi se bort fra da alle automater har I2 på 1,45) Sjekke med NEK400 533.2 (tabell MHB s. 189), vi må øke tverrsnittet til 6mm2.

2. Spørsmål som skal besvares ved bruk av NEK 400 2. Spørsmål som skal besvares ved bruk av NEK 400. Husk referanse til punkt i normen. Hva menes med PEN, PE og N-leder og hvordan skal disse merkes ? PEN-leder er kombinert PE og N leder, merkes gul/grønn (og blå i tilkoblingspunkter) PE-leder er jordleder, merkes gul/grønn (ev.blank) N-leder er nøytralleder/nulleder/midtleder og skal merkes blå NEK400 ; 514

Hvordan er det anbefalt at faselederne skal merkes? Merkes i samsvar med HD 308/NEK EN 60446. L1=svart, L2=brun, L3=hvit (grå) NEK400; 514.3.2

Løsningsforslag oppgave 10 Spenningsfall Hva menes med spenningsfallet i en elektrisk krets og hva er årsaken til at vi får spenningsfall ? Med spenningsfall menes differansen mellom tilført spenning og avgitt spenning (ved elektrisk apparat). Årsak er motstand: (elektronene/strømmen ”kræsjer” med atomene i ledningsmaterialet). Tykkelse, lengde og materiale i leder påvirker spenningsfallet.

Hvilke anbefalinger gjøres i NEK 400 og hvilke krav stilles i FEL, til spenningsfallet i elinstallasjoner ? Det anbefales at max spenningsfall fra inntaket frem til forbrukerutstyret ikke skal overstiger 4% av installasjonens nominelle spenning. (pkt 525 i NEK400) Anlegget skal være planlagt og utført slik at spenningsfall i anlegget ikke er til hinder for at utstyret får den spenningen det er beregnet for. (FEL § 27)

Ta utgangspunkt i forrige oppgave (se under) og bestem spenningsfallet i kretsen når kabelen er 23 meter lang. Vi vet: Spenning, U=230 V, 2-fas Strøm, I=24 A Tverrsnitt A= 2 x 6 mm2 Lengde l= 23m Cos ρ= 1 Spenningsfallet kan her regnes ut på flere forskjellige måter. Vi kan bruke tabeller for maksimale kabellengder, vi kan regne ut på ”tradisjonell” måte (s.195 MHB), eller vi kan bruke formler og tabell på s.196/197 i MHB.

Løsning (hentet fra MHB s.196/197): Vi bruker følgende formel: ΔU= avlest verdi x strøm x lengde / 1000 = 7,39 x 24 x 23 / 1000 = 4,01 V I prosent: Δu= ΔU x 100 / U = 4,01 x 100 / 230 = 1,7 %

Hva ville spenningsfallet blitt hvis det hadde vært en trefasekurs, men forøvrig samme strøm,lengde og tverrsnitt? Løsning (hentet fra MHB s.196/197): Vi bruker følgende formel: ΔU= avlest verdi x strøm x lengde / 1000 = 6,4 x 24 x 23 / 1000 = 3,5V I prosent: Δu= ΔU x 100 / U = 3,5 x 100 / 230 = 1,5 %

Løsningsforslag oppgave 11 Kortslutningsberegninger Ta utgangspunkt i oppgave; Forlegningsmåter. Bestem den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i kretsen når kabelen er 23 meter lang. Data for anlegget:  Fordelingssystem: IT, 3-fase.   Nettspenning = 230 V   Ik3p maks i fordelingsskapet er 4 kA.   Ik2p min i fordelingsskapet er 2 kA. Cos φ = 1.0   Tverrsnitt 6mm2    

Løsning: (hentet fra MHB s. 139-140)

Kan det valgte vernet fra oppgaven under (25A B- karakteristikk) benyttes med hensyn til beskyttelse ved Ik min?  Vernet har en momentan utløsning ved 5xIn (se karakteristikk) dvs. 5x25= 125 A. Ikmin er over denne verdien, altså utløsning raskere enn 0,1 sek, og kravet er 0,4 s. i følge tab 41A. 

Tilfredstiller valgt vern kravene til beskyttelse ved Ik3p maks ? Vernet må ha en bryteevne minst tilsvarende kortslutningsstrøm på montasjestedet. Hvis vi bruker automatsikringer, vet vi at dette er tilfredstilt da alle automatsikringer har en bryteevne på minst 6000 A, og i tillegg har strømbegrensningsfaktor  3. (strengeste krav)  Formel… S 127 i MHB ??