Ønsker noen mer informasjon/data vedr. temaer i resymeet, kan jeg kontaktes.

Transkript

1 KORT RESYMÉ AV KURS I JORDFEILBRYTERE, JORDFEILVARSLERE OG OVERSPENNINGSVERN I BYGNINGSINSTALLASJONER 25. OG 26. SEP. 1995, HMS-SENTERET, STARUM VED MJØSA Jordfeilbrytere og jordfeilvarsler har de senere år gjennomgått en betydelig utvikling, men har gjennom tiden vært oppfattet som upålitelige på grunn av uønskede utkoblinger og varslingen. Mange problemer skyldes manglende kunnskap om virkemåten og feil valg og dimensjonering av slikt utstyr. Erfaringer og statistikk viser en sammenheng mellom branner og bruk av jordfeilbrytere/varslere og overspenningsvern. Dette kurset hadde som målsetting å gi en faglig oppdatering om virkemåte, valg og bruk av jordfeilbrytere og jordfeilvarslere, samt om driftserfaringer og spesielle forhold å ta hensyn til. Videre å gi deltakerne en orientering om erfaring med bruk av overspenningsvern relatert til brannstatistikken. Ønsker noen mer informasjon/data vedr. temaer i resymeet, kan jeg kontaktes. Bård Aune TEMA: Sivilingeniør John Sievert, Norsk Elektroteknisk komité (NEK) med temaet: JORDFEILBRYTERE OG JORDFEILVARSLERE - HISTORIKK. Først i 1950 kom de første serieproduserte jordfeilbrytere på markedet i Tyskland. I USA begynte man for alvor å anvende jordfeilbrytere - først for utendørskontakter - fra 1971 av. I USA har man i dag forskrifter foråbeskyttehusholdningsinstallasjonermed6niajordfeilbrytere. Han gjennomgikk forskjellige konstruksjoner og virkemåten av utløsningskretsen. Jordfeilbrytere skal tåle kortvarige strømstøt til jord. Dette prøves med en pulsstrømgenerator som gir en kortvarig svingende impuls - ca 15 ms - med en amplitude på 200 A. Når jordfeilbryteren består denne prøven klarer den de fleste tilfeller av overspenninger enten de skyldes bryterbetjeninger eller tordenvær. For å unngå at begge jordfeilbryterne løser ut ved seriekobling, fremstilles også jordfeilbrytere med tidsforsinkelse. Disse bryterne kalles S-type, og har en utløsningstid på opptil 500 ms. For disse er også angitt en minimum utløsningstid som ligger godt over de ms som de vanlige jordfeilbryterne løser ut ved. Bare bryter med utløsningsstrøm høyere enn 30 ma fremstilles med tidsforsinkelse. Tidsforsinkede brytere er også mindre følsomme for støtstrømmer. For å prøve jordfeilbryteren er det innebygget en prøvekrets som aktiveres ved en prøveknapp, og som simulerer en lekkasjestrøm, idet en strøm som gjerne er noe høyere enn merkeutløsningsstrømmen ledes forbi strømtransformatoren - fra sekundær til primærsiden. Dette medfører utløsning av jordfeibryteren. Det er meget ønskelig at brukerne av jordfeilbryterne ville "mosjonere" jordfeilbryterne på denne måten noen ganger i året for å oppnå økt pålitelighet. Det viser seg nemlig at et foruroligende høyt antall jordfeilbrytere simpelthen ikke løser ut ved jordfeil. For dette problemet finnes det et enkelt botemiddel, nemlig at brukerne betjente prøveknappen en gang i måneden eller så. Det er bare det kjedelige at det er helt umulig å få brukerne til å gjøre dette. I andre land har det vært forsøkt med omfattende kampanjer - presse, radio og TV - uten merkbar virkning. Og det er kanskje ikke så rart når vi tenker på at strømutkobling medfører behov for resetting av alle elektroniske klokker ete. Undersøkelser viser at mellom 2 og 9 % av jordfeilbryterne virket ikke av ca jordfeilbrytere som ble kontrollert i Tyskland, Østerrike og talia. I Italia virket ikke 2,3% av de bryterne som var blitt prøvet med prøveknappen av og til, og tallet var 8,9% for brytere som aldri var blitt prøvet med prøveknappen. Undersøkelser av de sviktende bryterne viser at mer enn halvparten av feilene skyldtes den mekaniske del av utløsningsmekanismen ("klebing" eller annen treghet) og det meste av resten skyldtes holdemagneten, dvs at det bevegelige

2 ankeret "kleber" til polskoene. Dette skjer over tid. Krav om mer pålitelige jordfeilbrytere styrer nå en del av det videre normarbeidet, og det er en egen ad-hoc arbeidsgruppe under IEC komité 23E som utarbeider forslag til endringer i normene som skal sikre at jordfeilbryterne ikke aldres med slike konsekvenser som vi har sett til nå. Det vil sannsynligvis også bli innført mer rutinekontroll - med kontinuerlig oppfølging av den løpende produksjon. Det virker for øvrig som om utviklingen beveger seg noe i retning av mer bruk av stikkontakter med innebygde jordfeilbrytere, samt kanskje også mer bruk av flyttbare jordfeilbrytere, sannsynligvis kombinert med en hovedjordfeilbryter for hele installasjonen, med utløsningsstrøm på 100 eller 300 ma og med forsinket utløsning for å oppnå selektivitet Avd. leder Torleif Korneliussen, Oslo Energi AS - FORSKRIFTENES KRAV OM BRUK AV JORDFEILBRYTERE OG JORDFEILVARSLERE. Hm gikk gjennom en god del (for oss tilsynsinspektører kjent) teori fra FEB91. Strømmens virkninger på kroppen. Målinger viser at kroppsimpedansen varier avhengig av den påtrykte spenningen, men kan også variere betydelig fra person til person. Kroppsimpedansen består i hovedsak av overgangsmotstanden i huden i serie med kroppens indre motstand. Motstanden varierer mellom ca 650 og 6100 Ohm, hvorav den indre motstand ligger i størrelsesområde Ohm. Berøring fra en hånd til begge føtter gir ca 75 % av verdien, og berøring fra begge hender til begge føtter gir ca 50 % av verdien. Selve berøringssituasjonen har stor betydning for utfallet av støtet. Strømbanen gjennom kroppen er viktig, og strømbaner som passerer hjertet er særlig farlig. Det har også vist seg at dersom en person er forberedt på støt vil denne normalt tåle mer enn tilfellet ville vært dersom støtet kommer helt uforberedt. I tillegg til strømstyrken og varigheten av denne er frekvensen også av betydning for utfallet av støtet. Høye frekvenser gir strømfortrengning ut mot huden, og en unngår da strømgjennomgang av vitale indre organer. Strøm med frekvens fra Hz er særlig farlig, og med frekvensen mellom som farligste område. (Farlig strøm for mennesket begynner i området ma, BA anm.) Enpolet og topolet jordslutning i TT - nett ble behandlet med regningseksempler. 1-polet jordslutning i IT-system: For IT-system kreves det ikke at berøringsspenninger (produktet av jordslutningsstrømmen Id og jordingsresistansen for installasjonens jordelektrode Ra) som er lavere enn høyeste tillatte varige berøringsspenning (50V AC), utkobles med hensyn på berøringsfaren. Isolasjonsfeilen må imidlertid selvsagt rettes! Det kreves at det for hver installasjon skal være installert utstyr for isolasjonsovervåkning for å indikere en første feil mellom en spenningsførende del og utsatt del eller jord. Utstyret skal enten gi hørbart og synlig signal, eller automatisk koble ut strømtilførselen. Produkt- og Elektrisitetstilsynet har angitt at det med installasjon her menes den delen av den elektriske installasjonen som tilhører de respektive brukere. I en boligblokk vil dette eksempelvis være for hver leilighet. I FEB angis at utstyret skal varsle dersom isolasjonsnivået i installasjonen reduseres vesentlig, og det angis at dersom det brukes strømstyrt jordfeilvarsel skal dette gi varsel dersom feilstrømmen overstiger 30 ma. PE har tidligere uttalt at strømstyrt jordfeilvarsel var tenkt som en rimelig og enkel løsning for mindre installasjoner. Det har imidlertid vist seg at selv mindre installasjoner har så vidt høy lekkasjestrøm til jord ved feil utenfor installasjonen at strømstyrte jordfeilvarslere med utløsestrøm 30 ma har gitt feilvarsler. Dette problemet unngås med bruk av såkalte selektive eller retningsbestemte varslere, men dette er noe mer kostbar løsning. Kravet om varsel dersom feilstrømmen overstiger 30 ma gir imidlertid mulighet til å velge en faktisk høyere varselstrøm dersom lekkasjestrømmen i installasjonen er kjent. Varselstrømmen kan da velges slik at ID = I1 + If hvor ID = varselstrømmen for det strømstyrtejordfeilvernet (ma), I1 =

3 lekkasjestrømmen i installasjonen (ma), If = feilstrømmen som skal gi varsel, f. eks. 30 ma. Med krav om varsel ved 30 ma i en installasjon med lekkasjestrøm 50 ma kan det velges vern med varselstrøm på 80 ma. Dersom kravet til dokumentasjon av høyeste tillatte berøringsspenning (50 V AC) ikke er oppfylt, må det benyttes strømstyrt jordfeilvern for å koble ut første feil. Det kan også velges strømstyrt jordfeilvern, men da har PE uttalt at eier/bruker skal gjøres oppmerksom på ulempene med denne løsning, og ha akseptert dette. En 30 ma jordfeilbryter forankoblet hele installasjonen for kombinasjon med krav til f. eks bad er en dårlig løsning som ikke oppfyller kravene som angitt under punkt 2. Det har også vært oppfattet at dersom det i stedet for strømstyrt jordfeilvarsel (med krav om varselstrøm på 30 ma) skal velges strømstyrt jordfeilvern, må dette også ha utløsestrøm 30 ma. Dette er ikke riktig. Det er kravet om maksimal varighet av berøringsspenningen som angitt i figur 41 A, tabell 41 B, og figur 41 C som skal oppfylles Dersom jordingsresistansen for installasjonens jordelektrode (Ra) er kjent, kan det velges strømstyrt jordfeilvern med utløsestrøm (ID) slik at: Ub < Iu*Ra hvor: Ub = høyeste tillatte berøringsspenning Iu = utløsestrømmen for det strømstyrte jordfeilvernet Ra = jordingsresistansen for installasjonens jordelektrode. Dersom jordingsresistansen for installasjonens jordelektrode er Ra = 100 Ohm, høyeste tillatte berøringsspenning Ub = 50 V, kan det velges et strømstyrt jordfeilvern med utløsestrøm: Iu = Ub/Ra = 50 V/100 = 0,5 A = 500 ma Det er fra PE angitt at den maksimale jordslutningsstrømmen ved 1-polet jordslutning i IT-system kan forventes å være i størrelsesorden: Id (ma) ~ 1,5*Sn (kva) hvor: Id = 1-polet jordslutningsstrøm (ma) Sn = matende transformatorytelse i kva For en installasjon som mates fra enn 1000 kva transformator må det påregnes en 1-polet jordslutningsstrøm: Id (ma) = 1,5*1000 = 1500 ma = 1,5 A (Id = Un*sqr3* w * Cj)

4 2-polet jordslutningsstrøm ble gjennomgått. Beskyttelse mot brann: Unntatt for beskyttelse i husdyrrom (500 ma jordfeilbryter ), er det ikke indirekte eller direkte krevet bruk av jordfeilbryter som brannbeskyttelse. Det er imidlertid kjent at bruk av strømstyrte jordfeilvern også gir beskyttelse mot brann ved at det kobler ut den kursen hvor det utvikles en brann med elårsak. Ved brannutvikling vil nemlig ofte isolasjonen rundt de elektriske lederne, i kabler /ledninger, plugger, kontakter, utstyr m. v., smelte og ofte føre til jordslutning. Bruk av strømstyrte jordfeilvern vil da besørge utkobling.

5 Bruk av strømstyrte jordfeilvern i størrelsesorden ma vil gi tilleggsbeskyttelse mot brann. (Lars B. Grøn i PE hevder at l % av branner skyldes jordfeil.) ( skyldtes 22 % av alle brannene 'elektrisk årsak'. 17 % skyldtes feil bruk av elutstyr. (i følge: "Brann & Sikkerhet".) Han gjennomgikk også emnet: ERFARINGER MED JORDFEILBRYTERE OG JORDFEILVARSLERE I 230V IT- SYSTEM. Forskriftenes krav ( , , og 701) ble gjennomgått. Jordfeil i lavspenningsnettet (230 V IT-System). Statistikk fra Oslo Energi viser at antall jordfeil fra årene 1989 til 1992 ligger årlig mellom ca. 400 og 800, og ca. l 0% av disse er jordfeil på everkets eget nett. Han var inne på kapasiteter i installasjoner, og feilaktig utløsning av strømstyrte jordfeilvern (jordfeilbrytere) ved store kapasiteter. (Emnet blir behandlet grundig nedenfor av Asle Schei). Da FEB 91 trådte i kraft, var hovedproblemet her, for strømstyrte jordfeilvarslere, som for jordfeilbrytere at de ble forankoblet anlegg med for stor kapasitans til jord. Forskriftene krever at slikt utstyr skal gi varsel ved en feilstrøm på 30 ma, og det ble derfor i det alt vesentlige brukt utstyr med varselgrense på 30 ma selv om dette strengt tatt ikke var nødvendig. Elektrisitetstilsynet, ET (nå PE) har uttalt at slikt utstyr primært var tenkt som en enkel og rimelig løsning for mindre installasjoner, og at de derfor var tilbakeholdne med å gi dispensasjoner fra kravet om 30 ma varselgrense. Etter hvert har dette kravet blitt mer smidig behandlet, og problemene avtatt i takt med det. I en del tilfelle er strømstyrte jordfeilvarslere også brukt som jordfeilbrytere ved at det ved signal fører til nullspenningsutløsning av utvalgte sikringskurser. Dette er tillatt forutsatt at det oppnås samme sikkerhet som ved bruk av jordfeilbrytere. Vår erfaring er at retningsbestemte jordfeilvarslere har fungert relativt problemfritt når det gjelder feilvarsling. Det har imidlertid hendt at slikt utstyr ikke har virket som følge av at forutsetningen for virkemåten ikke har vært til stede. Bruk av slikt utstyr i stedet for jordfeilbryter som angitt over kan ikke tilrådes. Isolasjonsovervåkning Isolasjonsovervåkning, som det egentlig stilles krav om for IT-system, er lite utbredt. Det skyldes hovedsakelig at utstyret er kostbart, og det er vanskelig å få' dette til å virke for annet enn installasjoner som forsynes fra egen trafo. Prinsippet for isolasjonsovervåkning er at det er isolasjonsresistansen i installasjonen som overvåkes, og ikke lekkstrøm til jord. Hovedprinsippet er at det påtrykkes en likestrøm eller et lavfrekvent signal mellom faseleder og jord som detekteres av en spesiell strømtang dersom dette signal slippes gjennom via en for lav isolasjonsresistans i installasjonen. Våre erfaringer med utstyret er begrensede, men meget positive erfaringer. Etter som det med tiden ble installert stadig mer strømstyrt utstyr, og problemene med feilfunksjonering stadig økte, ble det gjennom faglig informasjon fra flere hold gitt tekniske forklaringer på hvorfor slike utilsiktede utkoblinger og varslinger oppsto. Jordfeil utenfor installasjonen var hovedårsaken. Jordfeil utenfor installasjonen ble da synonymt med jordfeil i everkets nett, noe som ikke er en helt presis diagnose når vi ser på statistikken over jordfeil. Det var imidlertid lett for installatørene å bruke everkene som knagg for å henge disse problemene på, idet "skylda" for feilfunksjonering kunne legges på everket. Dette førte til en rekke henvendelser til everkene. Everket kommer inn i et forhold mellom en kunde og installatøren etter at installasjonen er ferdig og betalt. Det var en krevende oppgave å overbevise kunden om at everket ikke har ansvaret for at jordfeil i everkets nett forårsaker utkobling av jordfeilbrytere i kundenes feilfrie anlegg, men at dette skyldes en dårlig installasjonsteknisk løsning.

6 Mye av årsaken til disse problemene har vært at bransjen ikke har vært tilstrekkelig faglig oppdatert. Som en oppsummering om Oslo Energis erfaringer med bruk av jordfeilbrytere og jordfeilvarslere i 230 V IT-system kan sies: Fra innføringen av FEB 91 hadde vi en meget turbulent periode fulgt av en periode med en faglig oppdatering av bransjen med påfølgende kunnskap og vilje til å gjøre det bedre, til nå å ha en situasjon hvor forholdene er overkommelige, men egentlig ennå ikke gode nok. Det synes å være en generell oppfatning om at installasjon av strømstyrte jordfeilvern vil gi absolutt sikkerhet mot berøring i installasjoner forsynt fra IT-system, men så vel er det ikke. Berøringsspenninger vil kunne oppstå i feilfrie anlegg uten at jordfeilbrytere/varslere vil reagere på dette, f. eks. dersom forskjellige installasjoner er knyttet sammen via et felles jordingssystem, eller hvis det er feil i en installasjon på en annen trafokrets. (Berøringsspenningen er definert som spenningsfallet over overgangsmotstanden til jord. Jo høyere overgangsmotstand, jo høyere berøringsspenning.)

7

8 Størrelsen av en installasjons kapasitet til jord: En installasjonskapasitet mot jord bestemmes hovedsakelig av: Lengde på installasjonskabel med skjerm som benyttes i åpne anlegg og i elkanaler, total lengde av varmekabel, lengde på tilførselskabel til varmekabelanlegget og forbruksapparatenes kapasitet. Varmekabelens kapasitet er ca 0,19 uf/km, mens tilførselskabel av type PFSP har ca 0,27 uf/km. Installasjonskabel som benyttes i åpne anlegg, f eks ofte i kjelleretasjen i eneboliger og i elkanaler i kontorbygg, har jordet skjerm (PR), og har en kapasitet mellom leder og skjerm på ca 0,3 uf/km.

9 Aktuelle forbruksapparater i en enebolig har til sammen totalt pr 2 faser en kapasitet på ca 90 nf. En stor enebolig med mye varmekabelanlegg kan ha en kapasitet på nf/fase. Dette vil gi en usymmetristrøm i jordfeilvarsler/ jordfeilbryter på 35 ma. Dette vi gi uønsket varsling/utkobling ved direkte enfase jordfeil utenfor installasjonen (spenning fase-jord 230 V) om ikke selektiv varsler benyttes. Problemene med feilaktig varsling/utkobling bekreftes også av tilbakemeldinger fra installatører og abonnenter de siste årene. Kort oppsummert kan de fleste feilsituasjoner tilbakeføres til to forhold: 1: Et anlegg utvides / ombygges f eks i samband med varmekabelanlegg. Kapasiteten mot jord øker i anlegget, og allerede installert jordfeilbryter / ikkeretningsbestemt jordfeilvarsler begynner å varsle feil, dvs varsling skjer ved enfase jordfeil utenfor egen bolig. 2: I eksisterende anlegg begynner jordfeilbryter / ikke retningsbestemt varsler å gi feilaktig varsling / utkobling tilsynelatende helt tilfeldig. Kontroll av installatør viser at det ikke er jordfeil i eget anlegg. Årsaken har i de fleste tilfellene vært periodevis forhøyet spenning pga jordfeil over reaktor utenfor egen installasjon. Et spesielt eksempel i denne sammenhengen er feil varsling I utkobling som inntreffer i en periode når elverkenes gatelys tenner. I tenningsperioden genereres høy spenning i lysarmaturene som kan forårsake overslag og jordfeil på drosselen. Jordfeilen er imidlertid ikke blitt permanent. Den opphører når de høye tennspenningene ikke lenger genereres, dvs når lysarmaturen er tent. Spesielle forhold som en hør være klar over ved jordfeilvarsling / jordfeilovervåkning. Ved jordfeil i egen installasjon vil størrelsen på jordfeilstrømmen som flyter gjennom jordfeilvarsleren og inn til feilstedet være bestemt av kapasiteten til jord i everkets nett og hos de andre abonnentene. Kapasiteten i egen installasjon vil ikke påvirke usymmetristrømmen som registreres av jordfeilvarsleren. I luftlinjenett kan kapasiteten til jord for 230 V anlegget utenfor egen bolig være så liten at en ikke kommer opp i 30 ma ved enfase jordfeil. Løsningen er da å montere tilleggskapasiteter mellom fase og jord på matesiden av jordfeilvarsler, i transformatornullpunktet på everkets fordelingstransformator parallelt med disneuteren (nullpunktsikringen), eller benytte en jordfeilvarsler som gir signal ved en lavere jordfeilstrøm enn 30 ma (f eks 6 ma - 12 ma). Ved tilleggskapasiteter på alle tre faser-jord montert er 0,24uF nok, ved tilleggskapasiteter i transformatornullpunktet (koblet parallelt med disneuter) er 0,72uF (3*24uF) nok for å gi 30 ma enfase jordfeilstrøm. Problemet er også svært aktuelt i kabelnett for større installasjoner som forsynes fra egen transformator. Ofte er det bare korte forbindelser (skinneføring, kabel) fra everkets fordelingstransformator til abonnentens fordelingstavle hvor jordfeilvarsler er montert. Kapasiteten til jord utenfor egen installasjon blir da ofte for liten til å gi en jordfeilstrøm på 30 ma ved jordfeil i egen installasjon. Hvis det er flere jordfeilvarslere i fordelingen f. eks separat overvåkning av spesielle kurser / stigeledninger etc., vil problemet normalt unngås. Et stort problem er feilaktig utkobling av jordfeilbrytere i anlegg som varmekabelanlegg i fortauer. I disse anleggene er det krav om jordfeilbryter. Disse anleggene er ofte oppbygd med flere utgående kurser, og med jordfeilbryter for hver kurs. Hver kurs har ofte stor utstrekning, og da jordfeilbryteren ikke er "retningsbestemt", er feilaktig utkobling en gjenganger. Tidligere var det vanlig at en foretok en oppdeling av kursene slik at den totale kapasitive lekkstrøm fra hver enkelt kurs var mindre enn ma. I dag er det beste alternativet å benytte retningsbestemte jordfeilvarslere med kontaktorutgang, og en kan redusere antall varmekabelkurser, og en er sikker på at det ikke forekommer feilaktig utkobling.

10 (Om retningsbestemte jordfeilvarslere med kontaktorutgang generelt kan erstatte jordfeilbryter i hht. FEB , er et spørsmål som er stilt til PE i disse dager (1996), BA anm.) Feilaktig varsling kan skje i enfase likeretteranlegg f eks i forbindelse med UPS. Kompensasjon er løsningen. Elektrodekjeler er ofte en kilde til stor usymmetri, lekkasjer og dermed feilvarsling. En kan også oppleve feilaktig varsling pga usymmetri som følge av svært ulik kabellengde og dermed ulik kapasitans mot jord for de tre fasene. Av samme grunn bør/må termostatstyrte varmekabelanlegg være trefasestyrt. Generelt er det i de fleste anlegg mulig å utbalansere kapasitiv usymmetristrøm til under 30 ma, hvis en på planleggingsstadiet tilstreber å få en størst mulig symmetrisk belastning. Ved stor usymmetristrøm er det ikke uvanlig at installatøren øker varselgrensen ut over 30 ma for å unngå feilvarsling. Prøving av jordfeilvarsler med testknapp. Bruk av testknapp vil normalt gi indikasjon på at jordfeilvarsleren fungerer. Imidlertid er det en del forhold som kan medføre at en ikke får signal ved bruk av testknapp. Installatør / DLE, det lokale eltilsyn bør legge på en direkte jordfeil i anlegget etter montasje av varsler. For å unngå fare for sikringsbrudd ved topolet jordslutning, bør trafokretsen kontrolleres for jordfeil på annen fase. Hvis det er jordfeil på en av fasene, og samme fase benyttes for testing av varsleren, vil varsleren kunne testes. Ved bruk av testknappen, legges det inn en ohmsk motstand mellom jord og en fase (for å begrense strømmen ved 2 polet jordslutning, og faren for sikringsbrudd hvis det er jordfeil på annen fase hos nabo). Testknappen kan prøves i 2 retninger (mot 2 avfasene). Hvis testknappen ikke fungerer i en retning, indikerer dette at det er jordfeil på samme fase hos en annen abonnent. Hvis jordfeilvarsleren ikke fungerer ved pålegging av direkte jordfeil i installasjonen betyr dette enten: at jordfeilstrømmen er for liten, eller at det er svært usymmetriske spenningsforhold i trafokretsen. En må her være obs på at noen fabrikater fungerer slik at kun internt signal i varsleren simuleres, og ikke simulert jordfeil. Her vil en kunne oppleve at testknappen fungerer men at varsleren ikke fungerer ved jordfeil i anlegget. Ved kontroll etter montasje er derfor pålegging av direkte jordfeil i anlegget som angitt ovenfor, den absolutt sikreste måten å kontrollere varsleren på. Jordfeilvarsling ved enfase jordfeil på samme fase hos forskjellige abonnenter tilkoblet samme trafokrets. Vil den da varsles hvis det er jordfeilvarsler i egen installasjon, men ikke hos naboen? Maksimal jordfeilstrøm ved enfase jordfeil i 230 V IT-nett er bestemt av trafokretsens totale kapasitans til jord. Hvis det er 2 jordfeil på samme fase, vil jordfeilstrømmen fordeles omvendt proporsjonalt med overgangsmotstanden til jord på stedet. Ved tofase jordfeil vil også strømmen fordeles omvendt proporsjonalt med overgangsmotstanden på stedet, og en vil da naturligvis få varsel om jordfeil i egen installasjon når andel av tofase jordfeilstrøm inn til egen installasjon overskrider 30 ma. Grunnen til at problemet med feilaktig utkobling av jordfeilbryter ved feil utenfor installasjonen, som beskrevet for IT-nett ikke vil forekomme ved TT- og TN-nett, ble forklart slik: Da jordingsmotstanden i transformatorens nullpunkt i de fleste tilfeller vil være lav i forhold til impedansen på feilstedet, vil nullpunktet ligge i nærheten av tyngdepunktet i trekanten. Dermed vil den resulterende kapasitive strømmen fra en installasjon til et feilsted utenfor installasjonen bli liten.

11 TRANSIENTE OVERSPENNINGSFORHOLD Vurdering av AQ2 området. Tiltak som kreves for beskyttelse mot atmosfæriske overspenninger (lynutladninger og koblingsoverspenninger) er angitt i FEB 91, kap 44. Det skal "foretas en vurdering av de overspenninger som kan opptre ved installasjonens inntak og forventet fare for atmosfæriske overspenninger", og videre står det at "overspenningsvern skal være plassert slik og ha slike karakteristiske egenskaper at sannsynligheten for skade pga overspenning ligger på et akseptabelt nivå med hensyn til sikkerhet for mennesker, eiendommer og forsyningssikkerhet". "et akseptabelt nivå" er ikke definert i FEB 91. Behovet for overspenningsvern på inntaket er bestemt av om ytre påvirkning i form av transienter er tilsvarende AQ2. Hvordan skal "en ytre påvirkning tilsvarende AQ2" defineres? NVE mener at lokale kunnskaper må legges til grunn. IEC definerer AQ2 områder som områder der det minst er 25 dager med hørbar torden pr år. De mest utsatte områder i Norge og Sverige har maksimalt 15 dager med hørbar torden pr år. (2-8 dager i Trøndelag og Nord-Norge). Erfaringer i Norge og Sverige (400V TN-system) viser at skader som følge av lynoverspenninger er et stort problem, og IECs definisjon kan derfor ikke brukes for oss. IECs vurderinger blir sannsynligvis tatt opp til revisjon. Overspenningsvernets rekkevidde. Generelt vil overspenningsvern ha en begrenset rekkevidde, f. eks. vil vern på fordelingstransformator i kiosk eller ute på linjene ikke gi noen effektiv beskyttelse for tilknyttede installasjoner. Ved et beregningseksempel viste han at for å oppnå tilfredsstillende overspenningsbeskyttelse inne i en installasjon, er det nødvendig å plassere vern her også. Da overspenningsvernet som nevnt vil ha begrenset rekkevidde, er det imidlertid også nødvendig å analysere om f. eks. vern ved inntak er tilstrekkelig for å beskytte hele anlegget. Prinsipielt vil det være slik at det vil inntreffe spenningssvingninger i et anlegg når det påtrykkes en overspenningsimpuls. De svingefrekvenser som oppstår, blir bestemt av egenfrekvensene i installasjonen. I et IT-system ligger som kjent belastningen mellom fasene, og vil generelt ha liten betydning for spenningsforløpet mellom fase og jord. De enkelte forbruksapparatenes kapasiteter til jord sammen med induktivitetene i ledningsopplegget for de enkelte kurser vil være avgjørende for egenfrekvensene i installasjonen.

12 Ved beregningseksempler viste han at spenningssvingningene øker og svingefrekvensene avtar med økende lengde på kursen og tilkoblede forbruksapparater, dvs. med økende kapasiteter på kursen. Et

13 eksempel var et lynnedslag 200 m fra en lavspennings luftlinje som forsyner installasjonen, med toppverdi på 34 ka (midlere verdi) og med fronttid 1 ms. Videre er det forutsatt tilkoblet et apparat med høy kapasitet til jord, f. eks. en mikrobølgeovn i endepunktet av en ledningskurs på 18 m (kapasitet til jord 17 nf). Overspenningsvernet begrenser spenningen ved inntaket til en konstant verdi på ca 1 kv i det betraktede tidsintervall (Se figuren), mens spenningssvingningene har hatt maksimalverdier på nesten 2 kv på enden av kursen. Maksimalverdiene nærmer seg altså det dobbelte av overspenningsvernets nivå! Ved nedslag 1 km fra lavspenningslinje i stedet for 200 m blir spenningsoppsvinget nå vesentlig mindre med maksimalverdier mellom 1,1 og 1,5 kv. I det strømpåkjenningen i varistorvernet ved inntaket nå blir vesentlig mindre, er også begrensningsspenningen her redusert til knapt 0,9 kv. Beregningene viser at spenningene inne i en installasjon kan bli vesentlig større enn på det sted (her: ved inntak) overspenningsvernet er plassert. Han analyserte ved beregninger overspenningsforholdene ved overspenningsvern plugget inn i stikkontakt. Ved et eksempel med alle andre forutsetningene samme som foregående eksempel, fremgår det at et overspenningsvern plugget i stikkontakt ved mikrobølgeovnen gir vel så god beskyttelse for hele kursen som fast montert vern f. eks. i sikringsskapet. Han undersøkte om dette gjelder generelt. Ved nedslag 200 m fra luftlinjen viste beregninger betydelig større spenningsoppsving ved inntak/sikringstavle med spenningstopper helt oppe i 4 kv for en kurs med høy kapasitet. Fast ledningsopplegg m.v. skal klare spenningstopper på 4,5 kv. Følgelig fremgår at pluggvern ute på en kurs vil kun gi god beskyttelse for tilfeller med moderate overspenningspåkjenninger. Konklusjonen blir at det ofte vil være behov for flere sett overspenningsvern i en installasjon for å sikre fullgod beskyttelse, og det vil da være behov for koordinering av beskyttelsesnivåene, spesielt med tanke på fordeling av strømpåkjenningene mellom de ulike vernene. I en tidlig fase ble det fra noen produsenter av overspenningsvern markedsført såkalte primærvern eller "grovvern" (for fast installasjon) med relativt høyt vernenivå, og som tåler store strømpåkjenninger. Dessuten er markedsført "finvern" med lavere beskyttelsesnivå og vesentlig mindre evne til å tåle kraftige utladninger. Hensikten er at grovvernet skal plasseres nærmest inntak/sikringstavle og oppta størst energi, mens finvernet tenkes plassert inne i installasjonene, f eks. ved utstyr som skal beskyttes. Det er feilaktig hevdet at ledningsinduktansen som kommer i serie med finvernet vil hindre at en betydelig del av impulsstrømmen kommer inn til finvernet. Fast opplegg i 230 V's anlegg skal klare overspenninger på minimum 4,5 kv, mens elektronisk utstyr ikke kan påregnes å tåle mer enn ca. 1,5 kv uten at skade inntreffer. Ved et eksempel på beregninger av strømpåkjenninger i en installasjon, er anlegget beskyttet med et grovvern og et finvern. Beskyttelsesnivået i grovvernet er 4 kv, mens finvernets nivå er på 1,5 kv (ved l ka impulsstrøm).

14

15 Det sees at grovvernet begrenser spenningen til ca. 3,2 kv, og finvernet gir en maksimalspenning på knapt 1,5 kv slik som forutsatt. Den største strømpåkjenningen opptrer imidlertid for finvernet i punkt 2. Når det benyttes flere vern i et anlegg, må det vanligvis forventes at størst strømpåkjenning (størst energiopptak) inntreffer på det vern som har lavest beskyttelsesnivå. For å forklare forholdet, kan det ved en først tilnærmelse sees bort fra ledningsinduktansene i slike tilfeller. Det fås da en parallellkobling av flere vern mot jord, og det vil være slik at det vern som har lavest vernenivå vil ha minst motstand. Følgelig vil den største strømmen flyte her. Det fremgår at for å oppnå størst påkjenning på et evt. kraftig vern i eller ved inntak til en installasjon. må vernenivået her være noe lavere enn for evt. ytterligere vern inne i anlegget. I praksis varierer nivået for standard varistorer av samme type (5-10%), og derfor bør det, for å sikre seg mot overpåkjenninger på pluggbare vern inne i installasjonene, følgelig sørges for at vernenivået for evt. grovvern er 5-10% lavere. Dersom et grovvern består av et rent gnistgap, vil alltid begrensningsspenningen etter tenning være lavere enn for et evt. varistorvern som finvern. Hvis grovvernet trer i funksjon (tenner), vil følgelig gnistgapet ta det vesentligste av energien. Dersom stigetiden for spenningspåkjenningen er relativt lang (liten steilhet), vil imidlertid varistorvernet beskytte grovvernet slik at dette ikke trer i funksjon i det hele tatt. I så fall vil finvernet måtte oppta hele energien, og det vil være stor risiko for havari på dette. Hovedprinsippet bør være at det kraftigste vernet (nærmest inntak) skal ha lavest begrensningsspenning. Videre bør det unngås at bruk av pluggvern forhindrer tenning av evt. kraftig gnistgapvern (som benyttes i spesielle tilfeller). Ellers vil et slikt forholdsvis kostbart vern være bortkastet. Viktige forhold ved bruk av overspenningsvern 1. Vernet må klare langvarige spenningsstigninger ved jordfeil. 2. For lav merkespenning kan gi høy havariprosent. 3. Vernet må ikke medføre skade- og eller brannrisiko ved overbelastning. 4. Overspenninger i tordenvær opptrer primært mellom faseleder og jord, og denne er viktigst å begrense. 5. Vernets effektivitet er avhengig av fysiske avstander til de anleggsdeler/ apparater som skal beskyttes. Vern på inntak ikke alltid tilstrekkelig. 6. Vernet bør tilkobles mest mulig direkte uten tilledninger. Alle jordforbindelser bør være sammenkoblet. 7. Korte jordforbindelser med lav overgangsmotstand til jord er gunstig. Et godt samlet jordsystem vil redusere kravet til overgangsmotstand til jord. 8. Overspenningsvern i stolpe med separat jording og lang jordforbindelse vil ikke utgjøre noen effektiv beskyttelse alene.

16 9. Flere vern i samme installasjon må koordineres. Det kraftigste vernet ( grovvernet nærmest inntak) bør ha lavest begrensningsspenning f. eks 5-10% lavere enn finvernet Planingeniør Rannveig Eidem, Stavanger Energi AS: ERFARINGER MED JORDFEILBRYTERE I 230 V TT-SYSTEM OG FOR NYE OG OMBYGDE INSTALLASJONER MED 230/400 V TN-SYSTEM. TN-nett for alminnelig forsyning har de stort sett hatt bare på Sør-Vestlandet hvor ca. 50% av alle anlegg i regionen har dette forsyningssystemet. Installasjonene ble bygd som TN-C anlegg, dvs. N og PE leder ble ikke skilt før i stikkontaktene, tidligere kalt nulla anlegg. Ingen av disse anleggene har jordfeilbrytere da de har felles N og PE-leder. Jordfeilbryteren krever atskilte N og PE-ledere for å kunne fungere. I Stavanger Energi mener de at: Montering av jordfeilbryter som tilleggsbeskyttelse er sannsynligvis det mest kostnadseffektive tiltak man har for å høyne sikkerheten mot berøring og brann. Dette gjelder både i nye og bestående installasjoner uansett fordelingssystem. I deres forskyningsområde blir det for boliginstallasjoner montert jordfeilbryter foran hele installasjonen uansett fordelingssystem. De har følgelig lang og god erfaring med jordfeilbrytere. Jordfeilbrytere i TT-system: I hht. FEB 91 er det krav om jordfeilbryter i installasjoner forsynt fra TT-nett. Problemet med uønskede utkoblinger er ikke stort med dagens støtstrømssikre jordfeilbrytere (dvs. utkoblingstiden er for f.eks. en støtstrømsikker jordfeilbryter inntil 3 ka, forsinket med ca. 10 ms), men før i tiden var dette et større problem med den gamle typen jordfeilbrytere som ikke hadde noen immunitet ovenfor transiente strømmer (produsert fra 1966 og utover). Årsaker til uønskede utkoblinger: Utløsegrensen ligger ned mot 15 ma, og store kapasitive lekkstrømmer til jord i installasjonen. Jordfeil hos naboen. Mye PR kabler i installasjonen / høy kapasitet til jord. I et TT nett er nullpunktet låst fast og en vil ikke kunne få de samme problemene med utsvinging av nullpunktet ved en jordfeil over en reaktans utenfor installasjonen, og påfølgende forhøyet spenning til jord som i et IT-nett. Noe som medfører en høyere lekkasjestrøm, denne er ofte så høy at den er i utløseområdet for jordfeilbryteren. Jordfeilbrytere i TN-system: Jordfeilbrytere som ble montert fra 1976 og utover har de hatt en del problemer med uønskede utkoblinger, men dette har bedret seg betraktelig etter at man fikk støtstrømsikre jordfeilbrytere på 80-tallet.

17 Årsaker til utkoblinger kan være: Utløsegrensen ligger ned mot, og under 15 ma, og store kapasitive lekkstrømmer til jord i installasjonen. Transienter som følge av jordfeil utenfor installasjonen. Mye PR-kabler i installasjonen / høy kapasitet til jord. Koblingstransienter fra overliggende nettnivå, bl.a. kobling av kondensatorbatterier. Transienter ved innkobling av større belastningsobjekter med høy kapasitet mot jord. Atmosfæriske overspenninger. Installasjonen har for høy kapasitet mot jord: Det måles ofte kapasiteter som gir en beregnet lekkasjestrøm langt inne i utløseområdet for jordfeilbryteren i installasjoner som har problemer med utilsiktede utkoblinger. I et trefaseanlegg skal en rent teoretisk ved jevn fordeling av utstyret på alle tre fasene få lik kapasitet mot jord. Dersom dette hadde vært tilfelle, ville den vektorielle summen av de kapasitive avledningsstrømmene vært lik null. Men det viser seg i praksis at man alltid har en asymmetri i kapasitetene mot jord og påfølgende lekkasjestrøm. I et enfaseanlegg vil man ikke ha en slik utjevningsmulighet og hele installasjonens kapasitet til jord vil bidra til lekkasjestrømmen. Lekkasjestrømmen beregnes ut fra følgende formel: (3 - fase nett) Ij = Uc 3 w C1 der: Ij er lekkasjestrømmen til jord Uc er spenningen til jord, 230 V i 230/400 V TN w er vinkelfrekvensen = 314 i et 50 Hz nett C1 er installasjonens kapasitet til jord pr. fase (Ved enfasenett er da C1 installasjonens totale kapasitet til jord, og divider på 3) Kunder med for høy kapasitet og utilsiktede utkoblinger har flere valg: dele opp installasjonen, og montere flere jordfeilbrytere. Ofte ligger kapasiteten på en eller to kurser, særlig varmekabelanlegg montere en jordfeilbryter med utløsestrøm opp mot 30 ma (verifiseres ved måling) Undersøkelser blant 150 av de ansatte i Stavanger Energi, der halvparten forsynes med TN-system, og resten vha. IT-system viser: 230/400 V TN: Jordfeil 21%, uønsket utkobling 5% og ingen utkobling 74%. 230 V IT: Jordfeil 2 l %, uønsket utkobling 25 % og ingen utkobling 54%.

18 Stavanger Energis erfaringer med jordfeilbrytere i TN-system i ombygde anlegg i løpet av de 4 siste årene viser ikke noen forskjell på antall utilsiktede utkoblinger på ombygde anlegg sammenlignet med anlegg bygd som TN-system. Erfaringene fra øvrige anlegg med jordfeilbrytere (ca ) i nettet er meget god, selv med mange jordfeilbrytere av den gamle typen. Erfaringer med jordfeilbrytere i TN-system i ombygde anlegg I vårt område har vi bygd om ca l 000 boliginstallasjoner fra 230 V IT til 230/400 V TN system i løpet av de siste 3-4 årene. Vi startet ombygging til TN system i 1991 med en egen dispensasjon fra forskriftene. I 1993 ble det laget en rapport RT i regi av Norenergi (EnFO) basert på blant annet våre erfaringer med ombygging kalt: «Overgang til 230/400 V TN-C-S i bestående 230 V IT/TT/TN installasjoner». Denne gir generelle regler for hvordan en ombygging av 230 V IT/TT installasjoner til 230/400 V TN skal utføres. I praksis innebærer det at alle boligene far montert hver sin jordfeilbryter ( noen også flere). Før vi bygger om boligene til 230/400 V TN system foretar vi en periodisk kontroll av anlegget og kundene far pålegg om å sette anlegget i forskriftsmessig tilstand. Dette er viktig slik at det ikke er jordfeil på anlegget ved montering av jordfeilbryter. Ved montering av jordfeilbrytere orienterer vi også kunden om hvordan de skal forholde seg ved en eventuell utkobling av jordfeilbryteren. I tillegg får de en brosjyre med en oppskift på hvordan de kan lokalisere jordfeilen og få koblet inn igjen jordfeilbryteren. Et år etter at det første feltet på 133 anlegg var ombygd foretok vi en spørreundersøkelse der vi blant annet spurte om deres erfaringer med jordfeilbryteren. Det var 36 % som hadde hatt utkobling av jordfeilbryteren og av de var det 16 % som ikke hadde funnet ut hvorfor. Vi sendte folk ut og det viste seg at det i alle tilfellene var jordfeil på anlegget. Av de som hadde funnet årsaken til utkobling oppgav 73 % at det var feil på elektrisk utstyr. Det som var mest positivt var at hele 68 % oppfattet anlegget som sikrere etter ombyggingen og ingen synes det har blitt dårligere sikkerhetsmessig. Med en svarprosent på 33 % er dette et svært lite erfaringsgrunnlag men det gir visse indikasjoner. Tilbakemeldinger fra de andre anleggene vi har ombygd tyder på at antall utkoblinger er betydelige lavere en i hht. spørreundersøkelsen, en mulig årsak kan være at de som ikke har hatt problemer med utkoblinger av jordfeilbryteren har ikke tatt seg tid til å svare på skjemaet. Våre erfaringer i løpet av 4 siste årene viser ikke noen forskjell på antall utilsiktede utkoblinger på ombygde anlegg sammenlignet med anlegg bygd som TN-system besøk siden 7/8 00. Bård Aune

19