Keskukset, osa 2: Mitoitus ja dokumentointi

Sivusto: DIGMA-oppimisympäristö
Kurssi: Sähköasennusten perusteet
Kirja: Keskukset, osa 2: Mitoitus ja dokumentointi
Tulostanut: Vierailija
Tulostettu: keskiviikko, 19. tammikuuta 2022, 19:02

Kuvaus

Keskuksen teknisiin tietoihin ja dokumentoiniin liittyvä aineisto

1. Mitoituksen lähtötiedot

Keskuksen valinnan tai suunnittelun pohjaksi tulee selvittää keskuksen jakelualueen kuormitusten määrä, laatu ja tehot sekä kuormitusten ajallinen käyttö. Näiden tietojen perusteella voidaan määrittää keskuksessa tarvittavien suojien määrä ja mitoitusvirta sekä tarvittavat ohjauskytkennät.

Keskukseen tulisi myös jäädä varaa laajentamista tai uusia ryhmiä varten. Uudisasennuksessa varalähtöjä tulisi olla vähintään:
- 10 % asuinrakennusten keskuksissa
- 30 % muiden rakennustyyppien keskuksissa.

Keskuksen rakenteita varten tulee myös selvittää sijantipaikan oikosulkuvirran suurin ja pienin arvo. Jakeluverkon haltijan (verkkoyhtiön) on tarvittaessa annettava liittymän mitoitusta ja suojauksen suunnittelua varten tarpeelliset tiedot.(SFS 6000-801.411.3.2 :2012)

2. Sähköiset ominaisuudet

Keskukselle määriteltäviä sähköisiä ominaisuuksia ovat:

Nimelliskäyttöjännite (Ue)
- keskuksen jonkin virtapiirin nimellisjännitteen arvo, joka yhdessä ko. piirin nimellisvirran kanssa määrää piirin käyttösovelluksen
- kolmivaiheisissa piireissä ilmoitetaan pääjännitteenä.

Nimelliseristysjännite (Ui)
- jännitteen arvo, johon eristystestit, ilmavälit ja pintavälit perustuvat
- minkään virtapiirin nimellisjännite ei saa ylittää nimelliseristysjännitettä (Ui> Ue)
- monivaiheisissa virtapiireissä käytettään nimelliseritysjännitteenä vaiheiden välistä jännitettä

Nimellinen syöksykestojännite (Uimp)
- standardissa määritetyn syöksyjännitteen huippuarvo, jonka keskuksen virtapiiri pystyy kestämään vahingoittumatta ja johon ilmavälien arvot perustuvat

Nimellisvirta (In)
- valmistaja määrittelee keskuksen kunkin piirin nimellisvirran ottaen huomioon keskuksen sähköisten komponenttien nimellisarvot, sijoituksen ja käytön
- virta voitava johtaa piirin kautta siten, että sen eri osien lämpeneminen jää annettuihin rajoihin testausolosuhteissa.

Oikosulkuvirta (Ic)
- ylivirta, joka johtuu vian tai virtapiirisissä tapahtuvat väärän kytkennän aiheuttamasta oikosulusta

Prospektiivinen oikosulkuvirta (Icp)
- virta, joka kulkisi piirissä, jossa kytkinlaitteiden tai sulakkeiden navat korvattaisiin johtimilla, jonka impedanssi on merkityksettömän pieni.

Terminen nimelliskestovirta (Icw)
- keskuksen virtapiirin lyhytaikaisen virran tehollisarvo, jonka virtapiiri kestää vahingoittumatta testiolosuhteissa
- ilmoitetaan yleensä 1 s:n pituista oikosulkua vastaavan keskimääräisen tehollinen oikosulkuvirran arvona

Dynaaminen nimelliskestovirta (Ipk)
- virran huippuarvo, jonka piiri kestää testiolosuhteissa

2.1. Tasoituskerroin

Keskuksen osan, joka sisältää useita pääpiirejä, kokonaiskuormitus voidaan määrittää tasoituskertoimen avulla. Koska keskuksen kaikkia virtapiirejä ei yleensä kuormiteta samanaikaisesti nimellisvirroilla, voidaan tasoituskertoimen avulla välttää ylimitoitusta. Tasoituskerroin on kaikissa piireissä satunnaisena ajankohtana kulkevien virtojen summan suhde ko. osan kaikkien pääpiirien nimellisvirtojen summaan.

Esimerkki

Taulukko: Standardin SFS-EN 61439-1 ja SFS-EN 61439-3 mukaiset tasauskertoimet, mikäli ei ole tiedossa todellista virtaa

Päävirtapiirien
lukumäärä
Tasauskerroin
kiinteistökeskukset
Tasauskerroin
muut
2-3 0,8 0,9
4-5 0,7 0,8
6-9 0,6 0,7
>10 0,5 0,6

2.2. Jakelujärjestelmä

Sähköverkon jakelussa on eri maissa käytössä useita erilaisia järjestelmiä. Ne jaotellaan jännitteisten johtimien järjestelmien ja maadoitustavan mukaan.

Vaihtosähköjärjestelmät voi olla yksi-, kaksi- tai kolmivaihejärjestelmä. Useissa vaihtosähköjärjestelmissä on käytössä jännitteisten johtimien (L1, L2, L3, yms) lisäksi maan potentiaalissa oleva virrallinen paluujohdin (=nollajohdin N).

Käyttömaadoitetussa järjestelmässä yksi virtapiirin piste on yhdistetty maan potentiaaliin (yleensä muuntajan tähtipiste).

Suojaustarkoituksia varten on virrallisten johtimien lisäksi suojajohdin PE.

TN-C-S : Jakeluverkkossa on yhdistetty PEN-johdin ja kiinteistöverkossa on erilliset N ja PE-johtimet,

2.3. Suojausluokka

Sähkölaitteen suojausluokka kertoo, mikä on laitteessa käytössä oleva vikasuojaus. Metallikuoriset keskukset ovat yleensä suojausluokan 1 sähkölaitteita, jolloin niiden kuoret (jännitteelle alttiit osat) on suojamaadoitettu.

Keskus voi olla myös suojaeristetty, jolloin sen koteloa ei saa suojamaadoittaa. Suojaeristetyt keskukset ovat yleensä muovikuorisia.

3. Keskuksen dokumentointi

Kiinteistön sähköverkosta tulee olla riittävä dokumentointi piirustuksina, kaavioina ja taulukoina. Niistä tulee ilmetä vähintään virtapiirien laji ja rakenne sekä suoja-, kytkin- ja erotuslaitteiden ominaisuudet ja sijainti.

Dokumenteissa tulee olla seuraavat tiedot kaikista virtapiireistä:

  • johtimien tyypit ja poikkipinnat
  • virtapiirien pituudet jännitteenalenemanja suojausta koskeviin laskelmiin
    • yleensä riittää mitoituksen maksimipituudet
  • suojalaitteiden mitoitusvirrat tai asettelut
  • prospektiiviset oikosulkuvirrat ja suojalaitteiden katkaisukyvyt.

Kiinteistön sähköverkon kokonaisrakennetta kuvataan usein pääjohtokaaviolla (nousujohtokaavio). Siinä esitetään yleensä liittyminen sähkönjakeluverkkoon ja jakelujärjestelmään liittyvät pää-, mittaus- ja ryhmäkeskukset sekä näiden väliset johdot kaapelityyppeineen.

Keskusten rakenteet ja suunnitellut toiminnat esitetään yleiskaaviossa, piiri- ja johdotuskaavioissa.

Yleiskaaviossa (keskuksen pääkaavio) esitetään sähköverkon pääpiirit (energian jakoon tarvittavat rakenteet, laitteet yms.) sekä keskusrakenteessa olevat muut laitteet (ohjauskytkimet, apukontaktorit, ohjauslaitteet yms.).

Piirikaavioissa ja johdotuskaavioissa esitetään ohjauksen tarkempi toiminta ja laitteiden keskinäinen kytkeytyminen.

Keskuksen pääkaaviossa esitetään:

  • keskuksen tärkeimmät tekniset tiedot
  • Keskuksen rakenne
  • Keskukseen liittyvät johdotukset
  • Lähdöt
  • Keskuksessa olevat komponentit nimellisvirtoineen
    • kytkimet
    • mittarit
    • kontaktorit
    • suojalaitteet (sulakkeet, johdonsuojakatkaisijat),
    • vikavirtasuojakatkaisijat ja releet

Piirikaavio

Keskuksen piirikaavioissa esitetään sähköpiiriin kuuluvat komponentit ja niiden väliset yhteydet. Ohjaus- tai valvontapiirien piirikaaviossa voi olla myös pääpiirin kytkentä (johdotuskaavio).

Ohjauspiirikaaviossa esitetään komponenttien väliset kytkennät sekä riviliittimet. Keskuksen ulkopuolella sijaitsevat komponentit rajataan esimerkiksi pistekatkoviivoin ja niiden sijainti ja laitetunnus merkitään kaavioon.

Komponentit ja riviliittimet merkitään tunnuksin, joita käytetään piirikaavioiden sisäisissä viittauksissa sekä komponenttien merkinnöissä.
Piirikaaviot laaditaan yleensä A4-kokoon sovitettuina.

Piirikaavioesimerkki:SLY-kytkentä

4. Ryhmien suunnittelu

Keskuksen ryhmityksen ja suojalaitteiden suunnittelun lähtökohtana on keskuksen jakelualueen sähköpisteet ja -laitteet sekä niiden vaatimat lisäsuojaukset, ohjaukset ja valvonta.

Kun keskuksena käytetään valmista vakiokeskusta, tulee ryhmityksen suunnittelussa olla mukana jo tieto käytettävästä keskuksesta. Toisaalta keskuksen valinnassa tulisi tietää jo tarvittavien ryhmien määrä. Suuritehoisille laitteille asennetaan omat ryhmäjohdot. Pienitehoisia valaisin- ja pistorasiapisteitä voidaan kytkeä samaan 10 A:n suojalaitteen suojaamaan ryhmäjohtoon n. 10 pistettä ja 16 A:n suojalaitteen suojaamaan ryhmäjohtoon n. 15 pistettä.

Eri lampuilla syntyy kytkeytymishetkellä virtapiikki. Valaisinvalmistajat antavat taulukoita valaisimien ryhmäkoista.

Yksivaiheiset sähköpisteet voidaan kytkeä myös kolmivaiheiseen ryhmään. Tällöin on kuitenkin tarkistettava, ettei yhteisen nollajohtimen virta nousu liian suureksi esimerkiksi 3.yliaallon aiheuttamana.

Mikäli valaisinryhmä kytketään kolmivaiheiseen ryhmään, tulee kaikki ryhmäjohtimet voida erottaa samanaikaisesti. (SF 6000:2012-559.6.4)

Asuinrakennuksessa on tyypillisesti seuraavia ryhmiä:

  • Suuritehoiset, omaan ryhmäjohtoon kytkettävät koneet
    • liesi, kiuas
  • Koneiden ja laitteiden pistorasiat
    • ei vikavirtasuojausta
  • Koneet ja laitteet pesutiloissa
    • vikavirtasuojaus
  • Pesutilojen ja saunan valaistus ja pistorasiat
    • vikavirtasuojaus
  • Tavanomaiset pistorasiat
    • vikavirtasuojaus
  • Valaistus
    • ei vikavirtasuojausta
  • Lattialämmitys
    • vikavirtasuojaus
    • lämmityksen ohjaus
  • Sähkölämmittimet
    • lämmityksen ohjaus
  • Lämminvesivaraaja
    • vikavirtasuojaus, jos sijoitetaan pesutilaan tai saunaan
  • Ulkoasennukset
    • pistorasioille vikavirtasuojaus

Esimerkki asunnon ryhmityksen suunnittelusta

5. Muutos ja lisäys


Tyyppitestattuun keskukseen saattaa olla tarvetta tehdä muutoksia, kuten komponenttien lisäys, suojalaitteen vaihto toisen tyyppiseksi tai ohjauskytkennän muuttaminen tai lisääminen. Tälläisiä muutoksia ovat esimerkiksi:

  • johdonsuojakatkaisijan vaihtaminen toiseen kokoon (A) tai käyrään (B, C)
  • johdonsuojakatkaisijan lisääminen keskukseen varatilaan
  • vikavirtasuojakytkimen lisääminen keskuksen varatilaan
  • kontaktorin, ohjauskytkimen yms. kojeen lisääminen
  • ohjausvirtapiirin muokkaaminen kohteen mukaiseksi
  • kellokytkimen, soittokellomuuntajan tai muun Din-kojeen lisääminen

Keskuksen syöttöpiiriin ei saa tehdä muutoksia eli keskuksen nimellisvirtaa ei saa muuttaa suuremmaksi.

Muutosta tehtäessä tulee varmistua, että keskus edelleen on standardien mukainen testaamalla tai laskemalla. Kojeita lisättäessä pitää aina käyttää testattuja / hyväksyttyjä kojeita. Pelkkä CE-merkki kojeessa ei riitä vaan siinä pitää olla myös kojeen koestaneen sertifiointilaitoksen merkki tai kojeesta pitää olla sertifikaatti.

Muutetun keskuksen dokumentointi

- Keskuskuvat (kokoonpanokuva, pääkaavio ja piirikaavio) korjataan muutoksia vastaaviksi
- keskuksen arvokilven läheisyyteen kiinnitetään lisäkilpi, jossa on muutospäivämäärä ja urakoitsijan nimi
- keskuksesta laaditaan tarvittavat käyttöohjeet haltijan käyttöön.

Muutetun keskuksen tarkastus

Keskuksen rakenne tarkastetaan silmämääräisesti:
- Keskuksen maadoitus, ruuviliitosten kireys
- N-PE yhdistys, jos keskuksessa sellainen on
- Kotelointiluokan tarkastus
- Kosketussuojaus.

Tarvittaessa tehdään eristysvastusmittaus, 500V DC. Mitatun arvon arvon pitää olla vähintään 1 MΩ sekä muut standardin määrittämät testaukset.
Muutoksen tekijä (sähköurakoitsija) vastaa keskukseen tekemistään muutostöistä, niiden dokumentoinnista ja tarkastuksesta.

5.1. Johdotus

Johdintyypit

Keskuksen sisäiset johtimet tulee valita niin, että ne täyttävät keskuksen eristysjännitevaatimuksen. Yleisesti käytössä olevat ML, MK- ja MKEM. johtimet ovat eristysjännitteeltään 750 V, joten ne soveltuvat hyvin tavanomaisten 400 V:n keskusten kytkentöihin.

Samaan johdintilaan (esimerkiksi usean johtimen liittämiseen tarkoitettuun liittimeen) tulee liittää vain samantyyppisiä johtimia (yksi-, muutama- tai hienolankainen).

Johtimen mitoitus

Keskuksen eri osien tai komponenttien välillä on keskuksen sisäisiä johdotuksia. Valmiissa keskuksissa on lämpenemistestien perusteella määritetyt johdinpoikkipinnat.

Mikäli keskukseen lisätään tai muutetaan varokkeita tai johdonsuojakatkaisijoita, eikä niihin liitettäviä kuormituksia tunneta, voidaan niitä syöttävien johtimien mitoituksessa käyttää laskentamenettelyllä määriteltyä tasoituskerrointa.

Varokkeiden yhden vaiheen nimellisvirrat lasketaan yhteen ja summa jaetaan suurimman varokkeen nimellisvirralla. Tulokseksi saadaan luku n, joka on sama kuin varokkeiden lukumäärä, jos ne olisivat kaikki yhtä suuria. Tämän luvun n mukaan voidaan määrittää tasoituskerroin k.

Keskuksen sisäiset johtimien mitoituksen ohjearvot

Johtimen poikkipinta on valittava suuremmaksi, mikäli ympäristön lämpötila, liittimeistä johtimeen johtuva lämpö ja johtimen oma lämpeneminen yhteisvaikutukseltaan ylittävät johtimen eristeen kestämän lämpötilan.
Esimerkki:

Keskukseen lisätään 2 kpl 3x10 A ja 1kpl 3x16 A:n johdonsuojakatkaisijaryhmiä.
Varokkeiden laskennallinen määrä:
n= (10 A+ 10 A + 16 A)/16 A = 2,25
Tasoituskerroin k = 0,75
Kuormitusvirta = 0,75 * (10 A + 10 A + 16 A) = 27 A
=> lisäyksen johdotus 6 mm2

5.2. Kojeen lisäys

Vakiokytkentäsiin keskuksiin voidaan vaihtaa tai lisätä komponentteja valmistajan ohjeiden mukaisesti.

Tyypillisiä muutoksia ja lisäyksiä ovat:

  • B-tyypin vaihto C-tyypin suojaksi
    • ryhmäjohdon pituus tarkastettava, jotta automaattinen poiskytkentä toimii
  • Suojan mitoitusvirran pienentäminen vastaamaan johdotusta
  • Suojan mitoitusvirran suurentaminen
    • tulee tarkistaa, että keskuksen sisäinen johdotus on riittävä
    • Johdonsuojakatkaisijan vaihto

DIN-kiskoon kiinnitetyt johdonsuojakatkaisijat ja myös vikavirtasuojakytkimet voidaan vaihtaa aukaisemalla kojeen kiinnitysruuvit virtakiskosta ja vapauttamalla kojeen kiinnitys DIN-kiskosta pohjassa olevalla kiinnitysvivulla. Uusi koje kiinnitetään vastaavalla tavalla.






Johdonsuojakatkaisijoiden lisääminen

Keskukseen voidaan lisätä uusia johdonsuojakatkaisijoita valmistajan ohjeiden mukaisesti. Johdonsuojakatkaisijat ovat rakenteeltaan pienempiä kuin varokkeet ja niiden häviöt ovat suurempia. Lisättäessä on erityisesti huolehdittava, etteivät suojat aiheuta liian suurta lämpötilan nousua keskuksessa.

Esimerkiksi keskukseen ESNV365.42 voidaan lisätä 12 johdonsuojaa, koska keskusrakenne on hyväksytty 54:n ryhmän mukaisesti (ESNV365.54).

Lisäys voidaan tehdä käyttäen hyväksi mahdollisia vapaita yhdyskiskon kytkentäpaikkoja tai jatkamalla lisättävälle ryhmälle jännitekiskostoa johdotuksella. Uusi johdotus on mitoitettava keskuksen sisäisen johdotuksen mitoituksen perusteella.

Kiskoston jatkaminen

Johdonsuojakatkaisijoiden asennuksessa käytetään usein syötön puolella yhdyskiskoja, joka kytkeytyy johdonsuojan kytkentäruuvin alapuolelle omaan kytkentätilaansa. Tällöin johtojen liittimet jäävät vapaaksi, jolloin niitä voidaan hyödyntää jatkettaessa syöttökiskoa seuraavaan ryhmään.

5.3. Esimerkki

Liitteessä on esimerkki Lomakiinteistön verkon mitoituksesta ja keskuksen muutoksista. (avaa Adobe Acrobatilla).