AVDELING FOR TEKNOLOGI PROGRAM ELEKTRO- OG DATATEKNIKK Emne: Elektriske lavspent installasjoner TELE2005-A LØSNINSFORSLAG Mål: Trening i dimensjonering av kabel og vern Trening i beregning av feilstrømmer Faglærer: Ola Furuhaug Utlevert: 23.04.2015 Side 1 av 15
1. Dimensjonering av kabel og vern Et rådgivende ingeniørfirma får følgende prosjekteringsoppgave fra et mekanisk verksted og du har oppgaven med å dimensjonere anlegget. 1.1. Motorinstallasjon En trefasemotor skal tilkobles et TN-S-nett 230/400V ved hjelp av en kabel, type PFSP (PVC), tverrsnitt ukjent. En anleggsbefaring gir følgende informasjon: - Kabelen skal forlegges på perforert kabelbro sammen med to andre kabler. - Kabelføringen går i et rom med romtemperatur 15 C, men en del av den (ca.1 m) går gjennom et rom med romtemperatur på 50 C. Motoren har følgende data: UN = 400 V Pavg = 7,5 kw η = 93 % cos φ = 0,80 Svar: a) Finn nødvendig strømføringsevne, velg ledertverrsnitt og fastlegg vern for kursen. Finner nominell strøm P avg 7500 η I = U 3 cos φ = 0,93 400 3 0,8 = 14,55A Kabel på perforert bro er installasjonsmetode 31, dvs. referanseinstallasjonemetode E (NEK 400 tab.52a-2) Korreksjonsfaktorer: Temperatur o Deler av kabelen går min.1 m igjennom et område med temperatur på 50 C. Denne temperaturen vil derfor bli dimensjonerende. Finner korreksjonsfaktor i NEK 400:14. o K temp. = 0,71 (NEK 400 tab 52B-14) Parallell føring o Kabelen forlegges sammen med 2 andre kabler og strømførignsevnen reduseres derfor. o K parallell = 0,82 (NEK 400 tabell 52B 17) Finner nødvendig strømføringsevne: I I z min = = 14,55 K temp K parallell 0,71 0,82 = 25A Nødvendig strømføringsevne er 25A Velger kabel dimensjon: Finner strømføringsevne til kabel i NEK 400 tabell 52A-10 3x2,5 : 25A 3x4mm2: 34A 2,5mm2 CU har en strømføringsevne like motorstrømmen. Det er ikke bra å risikere at kabelen belastet varig 100% av strømføringsevnen. Det kan også bli vanskelig å stille inn vern. Jeg velger derfor å bruke 3x4mm2 CU kabel i dette tilfellet. Side 2 av 15
Ser om 16A vern oppfyller kravene i NEK 400: Automatsikring type B/C/D-16 A: 14,55 < 16 < 19,79 krav 1 er oppfylt For vern med karakteristikk B,C eller D er krav 2 automatisk oppfylt. Nasjonalt krav (jmf. NEK400. 533.2) for 4,0 mm2: 16 < 25 OK Velger automatsikring type D-16 A. En bør velge et vern med stor elektromagnetisk utløsning og som tåler motorens startstrøm (denne kan være i størrelsesorden 6 ganger motorens merkestrømverdi). Alternativt kan en benytte eget motorvern og foran koblet kortslutningsvern. 1.2. Varmevifte En del klager på arbeidsmiljøet fører til at arbeidsgiveren velger å installere en varmluftsvifte i rommet med 15 C. Viften vil nå sørge for at temperaturen holdes konstant 20 C. Ettersom han var fornøyd med det tidligere utførte arbeidet ønsker han at samme person skal prosjektere ekstra-arbeidet også. Tilførselskabelen til denne vifta ønskes lagt sammen med kablene i oppgave 1.1. Viften har følgende data: UN = 400 V Pavg = 5,0 kw η = 98 % a) Hvilken innvirkning får dette på det allerede prosjekterte anlegget? Side 3 av 15
En ekstra kurs i det allerede eksisterende anlegget medfører at vi må kontrollere at vår tidligere prosjekterte kurs fremdeles tilfredsstiller NEK 400 (vi antar her at den nye kursen legges på samme kabelbro, og at de andre kursene er ok). Tabell 52A-17 gir korreksjonsfaktor for grupper av flere kurser. Alternativ 4: Enkelt lag på perforert horisontal eller vertikal bro, fire kurser gir en korreksjonsfaktor på 0,77. Korrigert strømføringsevne for 4,0 mm2 Cu, forlegning E, 4 kabler, 50 C: Iz = 34 0,77 0,71 = 18,59 A Kontrollerer det valgte vernet med hensyn på kravene (se forrige side): Automatsikring type D-16 A: 14,55 < 16 < 19,59 - Krav 1 er oppfylt 1,45 16 < 1,45 18,59 - Krav 2 er oppfylt Den eksisterende kursen blir ikke påvirket av den nye kursen. b) Dimensjoner anlegget; Finn strømføringsevne, tverrsnitt og vern for kursen. P avg 5000 η I = U 3 cos φ = 0,98 400 3 1 = 7,36A Installasjonsmetoden og korreksjonsfaktorene blir som for motorkursen; forlegning E, 4 kurser gir en korreksjonsfaktor på 0,77 og høyeste omgivelsestemperatur 50 oc gir en korreksjonsfaktor på 0,71. Tabell 52A-10 viser strømføringsevne for PVC-isolerte kabler fritt forlagt eller i luft. Korrigert for temperatur og flere kurser samlet får vi for tverrsnittene: 1,5 mm2 Cu Iz = 18,5 0,77 0,71 = 10,11 A 2,5 mm2 Cu Iz = 25 0,77 0,71 = 13,67 A 4,0 mm2 Cu Iz = 34 0,77 0,71 = 18,59 A Det ser altså ut til at det går greit med det minste tverrsnittet siden belastningsstrømmen er på 7,36 A. Fastlegning og kontroll av vern: Automatsikring type B/C/D-10 A: 7,36 < 10 < 10,11 - Krav 1 er oppfylt 1,45 10 < 1,45 10,11 Krav 2 er oppfylt Nasjonalt krav (jmf. NEK400) for 1,5 mm2: 10 < 13 Krav er oppfylt. Velger automatsikring type C-10 A. Side 4 av 15
2. Kabeldimensjonering av lysanlegg Et industrianlegg er forsynt fra et 230V IT-nett. Kortslutningsytelsen i anleggets fordelingstavle er Trepolet kortslutningsstrøm Ik3p,max = 7 ka cosφ = 0,9 Topolet kortslutningsstrøm Ik2p,min = 2 ka cosφ = 0,8 Nettselskapet oppgir dimensjonerende jordslutningsstrøm til å være 900 ma på transformatorkretsen. Lysanlegget i en del av bygget består av 30 lysrørarmaturer 2x36W med konvensjonelt forkoblings-utstyr. Reaktortapene kan regnes lik 10W pr. lysrør. Armaturene er fasekompensert, og har cosφ = 0,9 Tilførselen forlegges som PVC-isolert ledning (PN) i rør i isolert vegg. Ledningslengden vil være 40m. Omgivelsestemperaturen regnes lik 35 C. Lysanlegget skal ha egen kurs eller kurser. Som overbelastningsvern på lysanlegget skal det benyttes automatsikring(er). a) Finn lysanleggets dimensjonerende effekt. Hvordan vil du dele inn lysanlegget i kurser? Side 5 av 15
b) Bestem ledertverrsnitt for kursen(e) ut fra belastningsstrømmen. Side 6 av 15
c) Bestem egnet overbelastningsvern for kursen(e), og kontroller at dette tilfredsstiller kravene i NEK400. Side 7 av 15
d) Kontroller om ledertverrsnittet du har valgt også er tilstrekkelig ut fra termiske forhold ved kortslutning. Side 8 av 15
3. Jording og berøringsspenning a) Forklar prinsipiell virkemåte for et strømstyrt jordfeilvern. Et bolighus forsynes fra et 230V IT-system. Huset er bygget på 1990-tallet, og er utstyrt med jordfeil-varsler, men ikke jordfeilbryter. Nettselskapet oppgir dimensjonerende jordfeilstrøm til å være 1,2 A. Husets jordelektrode er lagt som ringjord av en 25 mm2 rund kobberwire. Ringen rundt huset kan regnes å ha diameter 20 meter. Jordsmonnet i området har spesifikk resistivitet 80 Ωm. Side 9 av 15
b) Bestem jordelektrodens overgangsmotstand. 2 Husets vannledning ligger slik at overgangsmotstanden til jord varierer en del med værforhold og årstid. En kan regne at overgangsmotstanden varierer mellom 30 og 60Ω. Montøren som har utført elektroinstallasjonene i huset har slurvet, og glemt å legge utjevningsforbindelse til vannledningen. På kjøkkenet oppstår det feil slik at en av faselederne kommer delvis i kontakt med vannledningen. Overgangsmotstanden mellom faseleder og vannledning kan regnes lik 15Ω. c) Bestem den største berøringsspenningen en vil få om en samtidig er i kontakt med kranen på kjøkkenvasken og komfyren, som er tilkoblet husets jordelektrode via PE-leder. Side 10 av 15
d) Bestem den største effektutviklingen i feilstedet. Kommenter resultatene. Etter et kraftig tordenvær i området, blir nullpunktsikringen i transformatoren gjennombrent. Overgangsmotstand mellom nullpunktet og jord blir 12 Ω e) Bestem igjen den største berøringsspenningen en vil få med samtidig kontakt med kranen på kjøkkenvasken og komfyren. Side 11 av 15
f) Bestem den største effektutviklingen i feilstedet. Kommenter resultatene. Side 12 av 15
4. Feilstrømmer I en enebolig forsynt med 230 V IT-system oppstår det med kort mellomrom jordfeil på to ulike faser. Feil nr. 1 oppstår på et kjøleskap tilkoblet en kurs forsynt via 15m PVC-isolert kabel (PR) 2x1,5mm2 med PEleder 1,5mm2. Det er ingen overgangsmotstand ved feil mellom fase- og PE-leder. Feil nr. 2 oppstår på vaskemaskinen, som er tilkoblet via 10m PVC-isolert kabel (PR) 2x2,5mm2 med PE-leder 2,5mm2. I dette tilfellet er det en overgangsmotstand mellom fase- og PE-leder lik 15Ω. Anlegget har en jordelektrode med overgangsmotstand 10Ω. Kortslutningsytelser i fordelingstavlen som kursene er tilkoblet er: - Trepolet kortslutningsstrøm Ik3p = 6 ka, cos φ = 0,9 - Topolet kortslutningsstrøm Ik2p = 1,5 ka, cos φ = 0,9 a) Bestem feilstrømmen som oppstår. (Tallsvar: 14,6 A) Side 13 av 15
b) Hva kan du si om berøringsspenningen på vaskemaskinen? I dette tilfellet, der det er koblet PE-ledere til felles jordskinne, vil det i feilsituasjonen ikke flyte strøm i jordelektroden. Berøringsspenningen blir derfor: c) Bestem effektutviklingen på de to feil stedene. Side 14 av 15
Vedlegg Side 15 av 15