3. apr 2000 ... spenninger utover dette er det satt krav til maksimal varighet, se NEK 400 §413.1.
1.4. Det er også unntak eller strengere krav for ovennevnte ...
Norges teknisknaturvitenskapelige universitet NTNU
Utlevert: 41255 Elektroinstallasjoner
INST. FOR ELKRAFTTEKNIKK Faggruppe: Adresse: Telefon: Telefax:
Energiomforming og Elektriske anlegg 7491 Trondheim 7359 4241 7359 4279
Løsningsforslag øving nr: 7
Utlevert:
23.03.00
Utarbeidet av:
Oppgave nr. 1 Direkte skader av elektrisitet forårsakes av strøm gjennom kroppen. Skadens størrelse og konsekvenser er avhengig av forhold som strømbanen gjennom kroppen, strømmens størrelse og ikke minst strømmens varighet. De farligste strømveiene er når strømmen passerer hjerteregionen, dvs. strømgjennomgang fot-hånd eller hånd-hånd. Vekselstrøm med frekvens i området 10 - 100 Hz er særlig farlig for mennesker. Frekvensen i våre fordelingsnett ligger som kjent i dette området. En regner med at strømmer under ca. 25 mA ikke virker direkte skadelig. Strømmer under 0,5 mA er ikke følbar. Fra 0,5 mA opptil 10 - 12 mA er strømmen følbar og vil ved økende strøm føre til lammelser av de muskler den passerer. Ved fast grep om den spenningsførende anleggsdel vil imidlertid muskelkrampe kunne inntre ved strømmer ned til 15 mA, slik at en ikke greier å løsrive seg ved egen hjelp. Ved lang tids strøm-gjennomgang ved 15 mA kan døden inntre. Strøm i området 25 - 100 mA vil føre til akutt hjertelammelse. Faren for hjerteflimmer øker ved økende strøm, men fare for hjertekammerflimmer øker med varigheten. Da hjertekammerflimmer ikke opphører av seg selv når strømmen brytes, er denne å anse som farligst. En svikt i hjertefunksjonen kan tåles i 25 - 30 sekunder uten skade. For strømmer mellom 100 mA og 2 - 4 A blir virkningen langt alvorligere, da denne strømmen fører til hjertekammer-flimring. Ved strømmer over 500 mA er sannsynligheten for hjertekammer-flimmer meget stor selv ved kortvarig påvirkning. Strømgjennomgangen i kroppen utover 500 mA øker dessuten faren for indre forbrenningsskader. Strømmens varighet gjennom kroppen er av stor og avgjørende betydning. Desto større berøringsspenning, desto større og mer avgjørende betydning får varigheten av strømgjennomgang i kroppen. En kan ikke se bort fra at også mindre strømmer (under 15 mA) kan være farlige, idet de kan forårsake refleksbevegelser som lett kan føre til sekundære ulykker. Indirekte skader som følge av elektrisitet, elektriske støt og strøm gjennom kroppen, kan være termiske og mekaniske skader på grunn av lysbuer, skader pga. fall, utilsiktet start av maskiner osv. Det er altså ikke den spenning et legemet blir utsatt for, som først og fremst er avgjørende for graden av fare, men størrelsen på strømmen, varigheten av den og delvis strømbanen gjennom kroppen. Likevel benyttes gjerne berøringsspenning som kriterium. En anser normalt at det ikke er noen fare ved berøring når spenningen er under 50 V vekselspenning og 120 V likespenning. Ved spenninger utover dette er det satt krav til maksimal varighet, se NEK 400 §413.1.1.4. Det er også unntak eller strengere krav for ovennevnte spenningsgrenser for rom hvor berøringsfaren er betydelig. Dette gjelder rom som f. eks. bad, NEK 400 §§701, 702, midlertidige installasjoner NEK 400 §704, rom for husdyr NEK 400 §705 og rom for medisinsk bruk NEK 400 §710.
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 1 av 7
Figur 1. Soneinndeling for virkning av kort strømgjennomgang i kroppen. Sone 1:
Vanligvis ingen virkning.
Sone 2:
Følbar, men vanligvis ingen skadelig fysiologisk virkning. Fare for lammelse av muskler, som gjør at en ikke kan frigjøre seg.
Sone 3:
Vanligvis ikke organisk skade. Mulighet for muskellammelse. Sannsynligheten for pustevansker og hjertestans øker med strømmen og varigheten.
Sone 4:
Fare for hjerteflimmer i tillegg til faremomentene som er beskrevet over. Kurve C2 ca. 5 % risiko. Kurve C3 ca. 50 % risiko.
Veiledning: Figuren er hentet fra IEC-rapport 479-1 “Efforts of current passing through the human body. Chapter 2: Effects of alternating current in the range of 15 Hz to 100 Hz”
Oppgave nr. 2 a) Direkte berøring (kontakt): Person eller husdyrs direkte berøring med spenningsførende del. Beskyttelse mot direkte berøring: Mennesker og husdyr skal være beskyttet mot fare som kan oppstå ved direkte berøring av spenningsførende deler av installasjon og utstyr. Beskyttelse kan oppnås ved: å hindre at en strøm kan gå gjennom mennesker eller husdyr, eller ved å begrense slik strøm til ufarlig størrelse. b) Indirekte berøring (kontakt): Persons eller husdyrs berøring med utsatt del som er blitt spenningsførende som følge av feil. Beskyttelse mot indirekte berøring: Mennesker og husdyr skal være beskyttet mot fare som kan oppstå ved berøring av utsatte anleggsdeler. Beskyttelse kan oppnås ved
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 2 av 7
-
å hindre at en strøm kan gå gjennom mennesker eller husdyr, eller ved å begrense slik strøm til ufarlig størrelse, eller ved å sørge for automatisk utkobling av strømtilførselen når det oppstår en feil som kan føre til farlig strømgjennomgang for mennesker eller husdyr som er i berøring med utsatte anleggsdeler.
Figur 2. Direkte og indirekte berøring. c) Beskyttelse mot skadelige termiske virkninger ved normal drift: Elektriske installasjoner skal være slik utført at det ikke er noen fare for antennelse av brennbare materialer pga. for høy temperatur eller elektrisk lysbue. Det skal ved normal drift heller ikke være noen fare for at mennesker eller husdyr kan bli utsatt for forbrenning. d) Beskyttelse mot overstrøm: Mennesker, husdyr og eiendom skal være beskyttet mot skade fra for høye temperaturer, eller elektromagnetiske påkjenninger som skyldes noen form for påregnlige overstrømmer i strømførende ledere. Beskyttelse kan oppnås ved: - å sørge for automatisk utkobling av en overstrøm før denne antar farlig størrelse, varigheten tatt i betraktning, eller ved - å begrense overstrøm til ufarlig størrelse og varighet. e) Beskyttelse mot feilstrømmer: Andre ledere enn strømførende ledere og enhver annen del beregnet på å føre en feilstrøm, skal kunne føre feilstrømmen uten å anta for høy temperatur. f) Beskyttelse mot overspenning: Mennesker, husdyr og eiendom skal være beskyttet mot skadelig virkning som skyldes overledning mellom strømførende ledere i strømkretser med ulike spenninger. Mennesker, husdyr og eiendom skal være beskyttet mot skade som skyldes enhver annen påregnelig for høy spenning (f.eks. ved atmosfæriske utladninger eller koblingsoverspenninger).
Oppgave nr. 3 a) SELV - Safety Extra Low Voltage og PELV - Protective Extra Low Voltage er begge beskyttelse mot elektrisk støt ved bruk av spenning innenfor spenningsbånd I levert over en sikkerhetsstøm03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 3 av 7
kilde. Forskjellen ligger i at SELV-kretser er ujordet og at PELV-kretser (kretser og utsatte deler) kan være jordet. Spenningsbånd I betyr opptil 50 V AC eller 120 V DC. Sikkerhetsstrømkilde betyr tilførsel over vernetransformator eller tilsvarende eller separat batteri. SELV- og PELV-kretser skal ellers være adskilt fra hverandre og fra strømkretser med høyere spenning og i samsvar med NEK 400 411.1.3 - 411.1.5.2. b) FELV - Functional Extra Low Voltage var tidligere (NEK 400) eneste alternativ til SELV og nærmest lik dagens PELV, men uten tilstrekkelig isolering eller uten sikkerhetsstrømkilde. FELV er ikke nevnt i NEK 400 4111 og er derfor ikke tilstrekkelig som beskyttelse mot elektrisk støt i normal drift og ved feil.
Figur 3. Beskyttelse ved SELV. Det flyter ingen feilstrøm ved feil. Det oppstår dermed heller ingen farlig berøringsspenning.
En SELV-krets
går over til
PELV når
1) Isolasjonen mellom primær- og sekundærside er tilstrekkelig. 2) Spenningsførende krets er jordet. 3) Utsatte deler er jordet.
Figur 4. Prinsippiell forskjell på SELV- og PELV-krets.
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 4 av 7
Oppgave nr. 4 Høyeste tillatte varige berøringsspenning: Ub = 50 V AC Ub = 120 V DC Utløsekrav for systemene: TN-systemet: utløsning når Z s ⋅ I f > U b jfr. NEK 400 §413.1.3.3 TT-systemet: utløsning når R a ⋅ I f > U b jfr. NEK 400 §413.1.4.2 IT-systemet: utløsning når R a ⋅ I f > U b jfr. NEK 400 §413.1.5.3
Oppgave nr. 5 a) Med overstrøm menes enhver strøm som overstiger de nominelle verdier (merkeverdier), fra overbelastning til kortslutning. Strømmer som overstiger verdien ved normal drift pga. overbelastning betegnes som overbelastningsstrøm. Kortslutningsstrøm er overstrøm som følge av feil med ubetydelig impedans mellom punkter som i normal drift har ulike potensialer. Kortslutningsstrøm er strømmen som flyter på kortslutningsstedet i kortslutningsperioden. b) Smeltesikringer er bryteenheter, høyt teknisk utviklet, som kan bryte den høyeste kortslutningsstrømmen som er sannsynlig uten å oppta mye plass. Sikringene er kompakte bryteenheter. Samtidig skal de tilfredsstille krav om sikker operasjon, lave tap, optimale selektivitetsforhold, aldringsmotstandsdyktighet og effektiv strømbegrensning. Sikringer er bygget opp vha. lysbue-slukkemediet (silisium-sand) bryter strømmer pålitelig fra den laveste smeltestrømmen til den tilpassede (merke-) brytestrømmen. Smeltetiden avhenger av strømstyrken. Jo større strøm, jo kortere smeltetid. Utløsekarakterestikken for smeltesikringer er en kurve som består av forholdet mellom strøm og tid. Den forteller hvilken tid de enkelte vern trenger for å løse ut ved forskjellige verdier av overstrømmer. Smeltekarakterestikken (strøm-tid-karakteristikken) for sikringer er glatte kurver. Tilført varmeeffekt i sikringen øker med strømmen, slik at tiden strømmen, må stå før sikringen er tilført nok energi til at sikringstråden brenner av, avtar med strømmen. I virkeligheten har kurvene to linjer - kurven for smelteenergien og kurven for bryteenergien. Verdiene er normert og oppgis i tabellform eller i kurveform. Begrepet gjennomsluppet energi er en betegnelse på integralet I 2 ⋅ t som sier noe om hvor mye energi som slipper gjennom sikringen før den bryter strømmen (I er kortslutningsstrømmen og t er tiden fra kortslutning til strømmen brytes). På figur 5 er det vist et diagram for gjennomsluppet energi for noen sikringstyper.
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 5 av 7
Figur 5. Diagram for gjennomsluppet energi
I2 ⋅ t
.
c) Automatsikringer er et vern som består av to utløseelementer. -
Termisk element, gjerne bimetall, som kobler ut automatsikringen avhengig av strøm og tid før den tillatte temperatur i ledningene overskrides. Kortslutningsutløser, også kalt elektromagnetisk momentanutløser. Denne består av en magnetspole over et utløseanker som gir momentan utkobling (4 til 10 ms ved en definert verdi).
Sammenlignet med smeltesikringer for samme merkestrøm, tillater automatsikringer bedre utnyttelse av ledningstverrsnittet i overstrømsområdet, uten at det oppstår skadelig oppvarming. Med merkestrøm menes vernets påstemplede verdi, og indikerer til hvilken belastningsstrøm vernet kan brukes. Laveste prøvestrøm, I1 er en fastsatt prøvestrøm der en automatsikring ikke skal løse ut i løpet av fastsatt tid (normalt en time). Høyeste prøvestrøm, I2 er en fastsatt prøvestrøm der en automatsikring skal løse ut i løpet av fastsatt tid (normalt en time). Det er viktig å kjenne til disse slik at en kan velge riktig vern og kan tilfredsstille forskriftenes krav til beskyttelse ved overbelastning.
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 6 av 7
I2 ≤ 1,45 x Iz (NEK 400 §433.2) Vernets høyeste prøvestrøm I2 ikke overstiger kabelens maksimale strømføringsevne (PEs Forskrift om Elektriske lavspenningsanlegg, vedlegg 1 side 37) ved tverrsnitt opp til og med 4 mm2, dvs. I2 ≥ Iz. d) Med termisk utløsestrøm menes en utløsestrøm som påvirker bimetallutløser som løser ut forsinket avhengig av utløsestrømmens størrelse. Med elektromagnetisk utløsestrøm menes en overstrøm av en slik størrelse at den påvirker en elektromagnetisk momentanutløser. Utløsetiden er meget kort f. eks. 4 til 10 ms.
03.04.00
Fag nr. 41255 Løsningsforslag øving nr. 7
Side 7 av 7
