Prosjekteringsoppgave Oppgaven er basert på at strømforsyningen er fra egen transformator i bygget. Det er 400 V TN-S forsyning fra hovedfordelingen. Oppgave 1 Gi en beskrivelse av hvordan du vil gå frem, og hvilke konkrete resultater du forventer å sitte igjen med, når du skal risikovurdere og kartlegge ytre påvirkninger i forbindelse med de elektriske installasjonene i et nytt mekanisk verksted. Det skal monteres både nye og gamle verktøymaskiner i verkstedet. I verkstedet utføres det diverse mekanisk arbeid som dreiing, fresing samt mindre sveise- og slipearbeider Løsningsforslag: Oppgave 1 Starter med vurdering av ytre påvirkninger i verkstedet: Vil vurdere de påvirkninger som er mest relevante. Har vurdert det slik at bruk av vann til rengjøring vil være aktuelt. Tilstedeværelse av korrosive og forurensede stoffer er vurdert, og forkastet. Klassifiseringen blir utført i samarbeid med eier/bruker, hvor tabell 51 A blir benyttet som referanse. Vurderer derfor kun følgende forhold: Spyling (vann) AD Ikke brannfarlig støv (faste fremmedlegemer) AE Mekaniske støt og slag AG Vibrasjoner AH Personers kontakt med jordpotensialet BC Stroboskopvirkning Varme arbeider (regulerer krav til personer)? Spyling (vann) AD: Har sammen med eier kommet frem til at det kan forekomme spyling av gulvet i perioder. Det forutsettes at det ikke skal spyles direkte på vegger eller tak. Elektrisk utstyr blir følgelig ikke utsatt for direkte spyling, men kan bli utsatt for sprut. Vurderer derfor området (sonen) til AD5 fra gulvet og opp til 1,4 m over gulvet. Dette innebærer at utstyr montert lavere enn 1,4 m må ha min. IP X5. Over 1,4 m vil det bli AD4, noe som innebærer at utstyret har min. IP X4.
. Ikke brennbart støv AE: Ettersom det skal monteres både nye og gamle verktøymaskinene antar jeg at en del av disse mangler lokalt avsug på maskinen. Klassifiseringen AE vil være avhengig av mengden støv. Dette har igjen sammenheng med antall maskiner (antall arbeidere) vedlikeholdsrutiner med mer. Det er ingen hensikt å dele rommet i flere områder med hensyn på mengde støv. Klassifiserer rommet som AE3 i samarbeid med eier/bruker, og utarbeidede vedlikeholdsrutiner. Dette innebærer at utstyret må ha min. IP 4X Slag AG: Det vil forekomme til dels store påkjenninger på utstyr/kabler i rommet ved at store trillevogner med stål skal flyttes kuttes, lagres og behandles. Dette kan resultere i at elektrisk utstyr som blir montert lavere enn arbeidshøyde blir spesielt utsatt. Antar at dette kan dreie seg om 1.4 meter over gulvet. Høyden blir tilpasset innredning og bruken av rommet, men lavere montasjehøyde aksepteres ikke uten ekstra beskyttelse mot slag. Dette innebærer at alle kabler som legges lavere enn 1,4 m og ikke har naturlig beskyttelse skal dekkes med kabelvernrør. Utstyr som kontakter o.l skal monteres høyere enn dette. Dersom det blir vanskelig å få til denne montasjehøyden (over 1,4 m) på grunn av spesielle forhold, må utstyret beskyttes spesielt mot mekanisk skade. Dersom montøren finner spesielle områder høyere enn 1,4 m som blir utsatt for mekaniske påkjenninger skal dette vurderes spesielt på stedet. Klassifiseringen blir derfor AG 3 lavere enn 1,4 m, og AG 2 høyere enn dette (industriutstyr). Alle verktøymaskiner som ikke står langs veggene skal ha tilførsel via taket. Vibrasjoner: Vurderer det slik at en del av maskinene er av en slik størrelse at de ikke står 100% støtt/stille på underlaget. Dette innebærer at vi må vurdere vibrasjoner AH 2/3. Alle maskiner får tilkobling via bevegelig kabel og stikkontakt eller bevegelig ledning tilkoblet koblingsboks/bryter. De bevegelige kablene skal ha kvalitet minst tilsvarende NMHV. Det kan benyttes andre kabler som er tilstrekkelig beskyttet.
Personers kontakt med jordpotensialet BC Verkstedet er i betong, med mange synlige jernsøyler. Vurderer derfor rommet til BC3. Dette innebærer en sterk anbefaling om bruk av allpolig bryter på lyset. (530.3.3 side 230) Det skal benyttes allpolig bryter i rommet. Stroboskopvirkning Vi takler problemet ved å benytte flere kurser tilkoblet ulike faser eller glødepærer over maskinene. Eventuelt må vi benytte armaturer som er konstruert for å hindre problemet. (HF forkobling) Problemet er løst ved bruk av HF armaturer. Varme arbeider Kun enkle (små) sveisearbeider foregår i verkstedet, slik at dette ikke får innvirkning på installasjonen. Oppgave 2 Det skal installeres en ny fresemaskin som ligger 75 m fra fordeling +VD Maskinen er merket 400V, 3 fase, 8 KW, cos phi 0,78 og virkningsgrad 0,8. Tilførselskabelen ligger på murvegg fra fordelingen og opp til kabelstigen. Her (på muren) ligger den ved siden av 2 andre kabler. Fra kabelstigen og ned til maskinen ligger den alene. Kabelstigen er 30 cm bred, og det ligger en kabel der fra tidligere. Foreta full dimensjonering av tilførselskabelen med valg av vern. Løsningsforslag oppgave 2: Maskinen er merket 8 KW, og dette er maskinens avgitte effekt (Pa). Maskinen vil trekke: In = 8000/(400 x 1,73 x 0,78 x 0.80) = 18,5A Risikovurdering: Det er ikke krav til, og ikke ønske fra eier/bruker (eller undertegnede) å benytte strømstyrt jordfeilvern på kursen. Alle nye maskiner skal være CE merket, og samsvarserklæring skal foreligge før tilkobling av maskinen. (Ved montasje av gamle maskiner må det foretas en spesiell risikovurdering.)
Antar at maskinen har vern for beskyttelse mot overbelastning (bimetall) og kortslutningsbeskyttelse av bimetall installert i maskinen (koordinasjonsklasse 2). Nullspenningsbeskyttelse (kontaktor med holdekrets) er også innebygd i maskinen. Antar også at nødstopp er montert på maskinen (om behov) Baserer løsningen på at sikkerhetsbryter ikke er montert på denne maskinen, og ønsker derfor å tilkoble maskinen fast via sikkerhetsbryter som monteres så nær maskinen som mulig. Fra sikkerhetsbryteren og inn i maskinen benytter jeg en bevegelig ledning av typen NMHV eller tilsvarende. Installasjonsmåte for kabler: Tilførselskabelen ligger på vegg og på kabelstige. Den ligger på vegg ved siden av 2 andre kabler. På kabelstigen ligger den sammen med en annen kabel. Selv om det ikke ligger flere enn 2 kabler totalt på stigen (30 cm bred) vil jeg uansett ta høyde for at det blir flere i fremtiden. Benytter derfor reduksjonsfaktoren 0,65/0,7 på kabelen. Denne faktoren er generell, men vurdert etter kjennskap til vanlig drift i tilsvarende anlegg med mange kabler på stigen. (NEK 400:2010 52B-4-1 s. 195) Tilførselskabelen skal bare beskyttes mot kortslutning i forkant av kabelen (fast tilkoblet). Forutsetter at maskinen (motoren) og kabelen er beskyttet mot overbelastning internt i maskinen. Forutsetter at maskinen totalt har en startstrøm på 6,5 x merkestrøm. Dette innebærer en startstrøm på 18,5 x 6,5 = 120,25 A. Vernets I4 verdi må være høyere enn 120,25 A. Starttiden antas å være 2 sekunder. Avlest i kurve at 25 A (C) automat tåler en startstrøm på 120,25 A i 2,2 sekunder OK! Benytter en Automat type 25 A (C) i fordeling +VD. Denne har en I5 verdi på 10x In. I5 er 10 x In = 10 x 25 = 250 A I4 er 5 x In = 5 x 25 = 125 A (Dette er høyere enn startstrømmen) NB! Dersom maskinen har høyere startstrøm, eller lenger starttid, må vi benytte vern med høyere I4 verdi. Dette vil igjen kreve kabel med større tverrsnitt. Ved bruk av 32 A C automat må vi benytte 25 mm 2 kabel. Gjør oppmerksom på at automater ikke er det beste i forkant av motorer, grunnet innrusjstrøm og eventuelt vern i forkant av bimetall. Benytter allikevel dette, ettersom bimetallet har forrankoblet smeltesikring i maskinen, og at jeg mangler underlagsdata for evt. effektbryter.
Spenningsfall frem til maskinen bør begrenses til maksimalt 3-4% totalt. Selektivitet i anlegget bør tilstrebes, men det kan i praksis være svært kostbart å få selektivitet mellom vernet i +VD og kortslutningsvernet i maskinen. Det er heller ikke nødvendigvis ønskelig i dette tilfelle. Kan ikke sjekke selektiviteten, ettersom vi ikke har opplysning om alle vern. Valg av kabel: Før dokumentasjon av kabel vil jeg sjekke hvilke kabeltverrsnitt som kreves for momentan utkobling: Vi benytter ikke jordfeilvern på kursen, slik at beskyttelse mot sjokk blir ivaretatt ved automatisk utkobling. Ij1pmin vil være minste feilstrøm (jordfeil) på kursen. PFSP 3x10 mm 2 har Ij1pmin på 267 A. Dette gir momentan utkobling. Kursen er dimensjonert uten bruk av jordfeilvern, og momentan utkobling ved jordfeil gir beskyttelse mot sjokk (< 0,4 s). Sjekker spenningsfall på 10 mm 2 kabel: Spenningsfall: (q x l x1,73/s) x 1,2 x 18,5 x cos phi = 4,2 V Spenningsfall: (100% x 4,2)/400 = 1,2% som er meget bra. NB: Dette spenningsfallet er beregnet ved 70 grader ledertemperatur. Ved lange kabler hvor tverrsnittet er unormalt stort for å sikre utkobling ved kortslutning kan lavere temperatur legges til grunn. 1. Installasjonsmetode: På vegg: Installasjonsmetode 20 (tabell 52 A-2 i NEK 400:2010 side 189) På kabelstige: Installasjonsmetode 34 (tabell 52 A-2 i NEK 400:2010 side 190) 2. Referanseinstallasjonsmetode (forlegningsmåte): På vegg: Installasjonsmetode 20 viser til referanseinstallasjonsmetode C På kabelstige: Installasjonsmetode 34 referanseinstallasjonsmetode E
3. Strømføringsevnen: Ref.metode E: 10 mm 2 har Iz = 60 A Ref.metode C: 10 mm 2 har Iz = 57 A 4. Omgivelsestemperatur (tabell 52A-14): Antar at omgivelsestemperaturen er maksimalt 30 grader. Iz som under punkt 3 (ingen endring) 5. Antall kabler (reduksjonsfaktor tabell 52B-17 side 214): På vegg (C) ligger kabelen sammen med 2 til: Iz = 57 x 0,79 = 45 A På kabelstige ligger det kun 2 kabler totalt, men benytter reduksjonsfaktor på 0,65 som er vurdert ut fra godt skjønn og kjennskap til samtidig belastning. (NEK 400:2010 52B.4.1) På stige (E) blir Iz = 60 x 0,65 = 39 A 6. Overharmoniske: Kun aktuelt i stigeledninger i TN hvor vi har mye enfaselaster i etterkant som genererer 3 harmoniske strømmer. (PC, lysarmaturer med mer) Valg av vern: 1. Merkestrøm Kortslutningsvernets merkestrøm er 25 A. Dette vernet skal beskytte mot kortslutning, og vurderes ikke mot kabelens tåleevne. OV vernet er bimetallet i maskinen, og beskytter kabelen mot overbelastning. (dette er stilt på 18,5 A) Ettersom 25 A C automaten i tavla kun skal beskytte kabelen mot kortslutning, vil bimetallet i maskinen ivareta beskyttelsen mot overbelastning. ( under punkt 1 og 2). Krav: Ib In Iz 18,5 18,5 39 OK! 2. Vernets I2 verdi: I2 for vernet er 1,45 (antatt) x In = 1,45 x 18,5 = 26,8 A Krav: I2 1,45 x Iz (1,45x39) 26,8 A 56,55 A OK!
3. Vernets bryteevne Ic for vernet er 10 KA (både Ics og Icu) Krav: Ic Ik3pmax 10 KA 2,4 KA OK! 4. Minste feilstrøm Beskyttelse mot sjokk er ivaretatt ved automatisk utkobling (uten jordfeilvern) Ij1pmin blir minste feilstrøm ( kortslutningsstrøm ) på tamp av kabelen, og er 267 A. Vernet kobler ut momentant: OK! (I5 = 250A) 5. Gjennomsluppet energi Den energien vernet slipper igjennom (I 2 t) skal være mindre enn den energien kabelen (k 2 S 2 ) tåler: Krav: I 2 t k 2 S 2 I 2 x t må avleses i produsentens kurve/tabell for gjennomsluppet energi. Du må avlese gjennomsluppet energi ved maks kortslutningsstrøm på kabelen. I 2 x t er avlest til: 9 000 A 2 s Kabelen tåler: k 2 S 2 = 115 2 x 10 2 = 1,32 x 10 6 A 2 s Ok! Oppgave 3 Etter ombyggingen av det mekaniske verkstedet viser det seg at tilførselen til fordeling +VD må forsterkes. Tilførselskabelen frem til fordeling +VD består av en PFSP 4 x 50 mm 2 Al som er 140 m lang. Hvordan vil du forsterke tilførselen til fordeling +VD? Hvilke konsekvenser kan dette få for vern/utstyr som allerede er plassert i fordeling +VD? Dersom det får konsekvenser, hvilke tiltak vil du iverksette for å løse problemet?
Forsterking av tilførsel til fordeling +VD: Løsning: Dersom fordelingen får høyere belastning må vi sjekke effektbehovet etter utvidelsen (samtidighetsfaktor). Ved forsterking av hovedkursen må vi parallellkoble eksisterende kabel med en kabel som har samme impedans (Z). I praksis innebærer dette parallellkobling ved bruk av samme kabel (eventuelt flere) og samme lengde som ligger der. Dette innebærer en eller flere PFSP 4 x 50 mm 2 Al. Et alternativ kan være å bytte til større kabel. Dette alternativet vil bl.a være avhengig av alder og belastning (over tid) på eksisterende kabel. Konsekvenser: Kortslutningsstrømmen i +VD vil øke etter parallellkoblingen (mindre impedans i tilledningen). Dette får konsekvenser for: Bryteevne for eksisterende vern Gjennomsluppet energi for eksisterende vern Selektiviteten i anlegget Fordelingen/tavlens støtholdfasthet ( tåleevne ved kortslutning ) Temperatur Skinner/interne forbindelser i fordeling +VD Plass i fordelingen (for tilkobling av nye kabler og plassering av backup vern) Tiltak: Dersom fordelingen/tavla er av nyere dato, enten fabrikkbygd eller bygd etter et typegodkjent systen (CE merket med tilhørende samsvarserklæring) skal utvidelser/endring foretas etter anvisning fra produsent. For fordelinger/tavler som ikke er produsert etter EN 60439 (tavlenormen) skal utvidelser/endring foretas etter en dokumentert risikovurdering (NEK 400-8-810) Vi beholder alle eksisterende vern som har bryteevne som takler den nye kortslutningsstrømmen (Ik3pmax/Ik2pmax/Ij1pmax)). Forutsetningen for å beholde disse er at gjennomsluppet energi etter utvidelser er lavere enn det etterfølgende kabler tåler. Vern som ikke har bryteevne som takler den nye kortslutningsstrømmen i fordeling +VD kan sikres ved at vi monterer ett eller flere strømbegrensende vern i forkant av disse etter den såkalte backup eller kaskademetoden. Dersom det er få (eventuelt gamle) vern, kan alternativ til punktet over være å skifte vernene som ikke holder mål. Vi må sjekke selektiviteten i anlegget etter at kortslutningsstrømmene er øket. Vi må vurdere både temperatur og plass (tiltak vi være og utvide tavle evt. sikre tilluft). Forsterke/skifte interne forbindelser som ikke holder mål. Beskyttelse mot direkte berøring og merking av tavla.
Oppgave 4 Etter avsluttet arbeid skal du foreta sluttkontroll (verifikasjon) av arbeidet med fresemaskinen. Hvordan vil du gjøre denne jobben, og hvilke måleresultater vil du forvente å sitte igjen med etter sluttkontrollen? Løsningsforslag oppgave 4 Verifikasjon (sluttkontroll): Vi må foreta en visuell kontroll, og noen målinger: Målinger: Kontinuitet av beskyttelsesleder. Bruker måleinstrument med 200 ma målestrøm, og forventer et måleresultat på ca. 0,133 ohm. o Ikke krav om dokumentert måleresultat, men kan være ønskelig. Isolasjonsmåling ( megging ) Her er kravet 1 Mohm pr. kurs. Forventet måleresultat betydelig høyere enn dette på den nye kursen (mange/titals Mohm). o Måleresultatet må dokumenteres. Overgangsmotstand på jordelektroden. Ingen direkte krav ved TN. Utfører måling, eller vurderer etter tabell. (anbefalt < 100 ohm). På gammelt anlegg kan dette utelates. Automatisk utkobling. Bruker vedlagte tabell som viser at Ij1pmin skal være ca. 267A. Benytter en kortslutningsmåler som måler Ij1pmax, på tamp av kabelen. Denne målerverdien må kompenseres for spenning og temperatur. Vi multipliserer målt verdi Ij1pmax med 0,76. Forventet måleverdi etter kompensering bør ligge i denne størrelsen. (Målt x 0,76 = > 250A) Krav: For momentan utkobling skal Ij1pmin (målt etter korrigering) være høyere enn I5 (250A) for vernet. Alternativt kan vi beregne kabelen (kursen) i FEBDOK, og kontrollmåle lengden. Spenningsfallet er beregnet, slik at kontrollen består i å sjekke om kabellengden er i henhold til grunnlaget for beregningene. Funksjonstest. Dette innebærer at vi må sjekke om anlegget virker i tråd med forutsetningene. o Dreieretning for maskinen (e). o Utkobling av bimetall?
Strømstyrt jordfeilvern (jordfeilbryter) Ikke aktuelt for denne oppgaven. o Jordfeilbryteren skal koble ut. Benytter et instrument som er beregnet for dette. Ikke krav om dokumentert utløsestrøm og utløsetid. Visuell kontroll: Her skal vi se over anlegget før det testkjøres, og følgende punkter vil være aktuelle: CE merket utstyr (nytt utstyr) Rett IP grad på utstyret tilpasset omgivelsene (Beskyttelse i tavla) Sjekke at jordelektroden er tilkoblet i kjelleren Forlegning og festing av kabler og utstyr Sjekk av instilling på vern i fresen? Branntetting av kabel gjennom brannceller Tiltrekking av riktig moment i fordelingen (ute i anlegget) Merking i fordelingen og eventuelt ute i anlegget Oppdatering av dokumentasjon Test av nødstopp og sikkerhetsbryter (funksjonstest) Antall punkter som skjemaet skal inneholde vil avhenge av montørens erfaring og kompetanse i sluttkontroll. Rapport fra sluttkontroll, risikovurderingen, brukerveiledninger og dokumentasjon skal overleveres eier sammen med samsvarserklæringen.