Analys av frdelningssystem fr bostadshus

  • Published on
    31-Dec-2016

  • View
    213

  • Download
    0

Transcript

  • UME UNIVERSITET

    Institutionen fr

    Tillmpad fysik och elektronik

    2012-06-20

    Analys av frdelningssystem fr bostadshus

    Johan Larsson

    Examensarbete 15 hp fr hgskoleingenjrsprogrammet i energiteknik

    Handledare: Tyrns AB, Gustav Lundqvist

    Ume universitet, Dan Weinehall

  • I

    Frord

    Detta examensarbete har genomfrts vid Tyrns AB som en del i hgskoleingenjrsutbildningen i

    energiteknik vid Ume universitet. Mlet med examensarbetet r att studenten sjlv ska utveckla sina

    under studietiden frvrvade kunskaper genom att tillmpa, bredda och frdjupa dessa inom ett

    specifikt omrde, samt att ka frmgan att skriftligt och muntligt redovisa resultatet av en strre

    uppgift.

    Jag vill rikta ett stort tack till mina handledare:

    Gustav Lundqvist vid Tyrns AB fr all hjlp med detta examensarbete.

    Dan Weinehall vid Ume universitet fr det std och den hjlp han bidragit med under arbetets gng.

    Slutligen vill jag ocks tacka vriga personer som tagit sig tid att besvara mina frgor och kommit

    med intressanta synpunkter.

    Ume, juni 2012

    Johan Larsson

  • II

    Sammanfattning

    Syftet med detta examensarbete r att analysera frdelningssystem fr bostadshus och genom

    praktiska mtningar och en teoretisk analys skdliggra konsekvenserna av mjliga fel som kan

    intrffa inom anlggningen och i det verliggande elntet.

    Bakgrunden till detta r att varje byggnad numera ska frses med ett potentialutjmningssystem kallat

    skyddsutjmning. Frutom detta ska ven utrymmen fr bad eller dusch om ndvndigt frses med

    kompletterande skyddsutjmning.

    Genom praktiska mtningar verifieras att potentialskillnader i en anlggning kan bero p spnningsfall

    i PEN-ledaren mellan bostadshusets anslutningspunkt och ntstationen.

    Utifrn en teoretisk analys av olika felsituationer grs bedmningen att kravet p kompletterande

    skyddsutjmning i badrum i de flesta fall kan ifrgasttas d basskydd, felskydd och tillggsskydd i

    form av jordfelsbrytare och allmn skyddsutjmning redan utgr en tillrcklig skyddsniv.

    Vid ett PEN-ledaravbrott kan skyddsutjmnade delar brja fungera som jordelektroder och

    skyddsutjmningen kan ka frekomsten av vagabonderande strmmar. Frses ett TN-C-S-system

    med ett fr byggnaden lokalt jordtag fs ett redundant system mot PEN-ledaravbrott, vilket inte r

    fallet med ett neutralledaravbrott i ett TN-S-system. Frses fjrrvrmerr med isolerande flnsfrband

    frhindras vagabonderande strmmar och frmmande potential som uppstr i det verliggande

    fjrrvrmentet kan inte spridas in i byggnaden

  • III

    Abstract

    The purpose of this project is to analyze earthing systems for houses. By practical measurements and

    theoretical analyzes consequences of possible faults, that can occur within the facility and in the

    low-voltage distribution network, is illustrated.

    The reason for this project is that nowadays one has to arrange with a main equipotential bonding

    system for buildings. Apart from that, if necessary, bathrooms must be provided with a supplementary

    equipotential bonding system.

    The practical measurements verify that potential differences in facilities may be due to voltage drops

    in the PEN conductor between the origin of the electrical installation and the power transformer.

    Based on the theoretical analyzes of possible faults, it is considered that the requirement for

    supplementary equipotential bonding systems for bathrooms in most cases can be questioned, when

    basic insulation, fault protection, residual current devise and main equipotential bonding system

    already provides an adequate level of protection.

    A PEN conductor loss may result in a situation where metallic parts attached to the equipotential

    bonding system starts working as earth electrodes. Equipotential bonding system may also increase the

    incidence of stray currents. If TN-C-S systems is provided with a local connection to earth a redundant

    system against PEN conductor loss is obtained. That is not the case for neutral conductor loss in TN-S

    systems with a local connection to earth. If district heating pipes is supplied with insulated flanges it

    prevents stray currents and foreign potential to be spread in the district heating network.

  • IV

    Innehll 1 Inledning ...................................................................................................................................... 1

    1.1 Syfte ........................................................................................................................................ 2

    1.2 Ml .......................................................................................................................................... 2

    1.3 Avgrnsningar ......................................................................................................................... 2

    2 Teori ............................................................................................................................................ 3

    2.1 Impedans ................................................................................................................................. 3

    2.2 Frdelningssystem ................................................................................................................... 4

    2.2.1 TN-system ....................................................................................................................... 5

    2.2.2 TN-C-system ................................................................................................................... 5

    2.2.3 TN-C-S-system ................................................................................................................ 6

    2.2.4 TN-S-system .................................................................................................................... 7

    2.3 System med flera matningar .................................................................................................... 8

    2.3.1 TN-system med flera matningar ...................................................................................... 8

    2.4 PEN-ledaravbrott ................................................................................................................... 10

    2.4.1 TN-C-system ................................................................................................................. 10

    2.4.2 TN-C-S-system .............................................................................................................. 10

    2.5 Neutralledaravbrott TN-S ...................................................................................................... 10

    2.6 Jordningar .............................................................................................................................. 11

    2.6.1 Jordningssystem ............................................................................................................ 11

    2.7 Berringsspnning ................................................................................................................. 11

    2.7.1 Berkning av berringsspnning ................................................................................... 12

    2.8 Jordfelsbrytare ....................................................................................................................... 12

    2.9 Potentialutjmning ................................................................................................................. 13

    2.9.1 Skyddsutjmning ........................................................................................................... 13

    2.9.2 Kompletterande skyddsutjmning ................................................................................. 13

    2.10 Jordtag ................................................................................................................................... 14

    2.11 Vagabonderande strmmar .................................................................................................... 16

    2.11.1 Vagabonderande strmmar TN-C-system ..................................................................... 17

    2.11.2 Vagabonderande strmmar TN-C-S-system ................................................................. 17

    2.11.3 Vagabonderande strmmar TN-S-system ..................................................................... 18

    2.12 Transienter ............................................................................................................................. 18

    2.13 EMC ...................................................................................................................................... 19

    2.14 vertoner ............................................................................................................................... 19

    3 Metod......................................................................................................................................... 21

    3.1 Mtning av potentialskillnader i badrum ............................................................................... 21

    3.1.1 PEN-ledarens belastning och potentialskillnad ............................................................. 21

  • V

    3.1.2 Provisoriskt jordtag ....................................................................................................... 23

    3.1.3 Jordtagsmtning med svagstrmsmetoden .................................................................... 23

    3.2 Teoretisk analys av potentialutjmnade TN-system .............................................................. 25

    4 Resultat ...................................................................................................................................... 25

    4.1 Mtning av potentialskillnader i badrum ............................................................................... 25

    4.1.1 PEN-ledarens belastning och potentialskillnad ............................................................. 25

    4.1.2 Jordtagsresistans fr provisoriskt jordtag och golvbrunn .............................................. 28

    4.2 Teoretisk analys av potentialutjmnade TN-system .............................................................. 28

    4.2.1 Isolationsfel i last i TN-system ...................................................................................... 28

    4.2.2 Kortslutning mellan fas- och neutralledare i TN-C-S-system ....................................... 32

    4.2.3 Kortslutning mellan fas- och neutralledare i TN-S-system ........................................... 33

    4.2.4 PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system............................................................................... 33

    4.2.5 Neutralledaravbrott i TN-S-system ............................................................................... 34

    4.2.6 PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system med eget jordtag ................................................... 35

    4.2.7 Neutralledaravbrott i TN-S-system med eget jordtag .................................................... 35

    4.2.8 Isolering av frmmande ledande del .............................................................................. 36

    4.2.9 Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr ..................................................................... 36

    4.2.10 Kabelkostnader fr TN-C-S- och TN-S-system ............................................................ 38

    5 Diskussion ................................................................................................................................. 39

    5.1 Mtning av potentialskillnader i badrum ............................................................................... 39

    5.2 Potentialutjmning ................................................................................................................. 39

    5.3 Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr ............................................................................. 40

    5.4 Eget jordtag ........................................................................................................................... 40

    6 Slutsats....................................................................................................................................... 41

    7 Referenser .................................................................................................................................. 42

  • 1

    1 Inledning

    I takt med moderniseringen av samhllet har vi gjort oss allt mer beroende av elektriskt utrustning och

    drigenom en vlfungerande och tillfrlitlig kraftfrsrjning.

    De vanligaste frdelningssystemen vid ny kraftfrsrjning av bostadshus r TN-C-S- och

    TN-S-system. Sverige har till skillnad frn mnga andra europeiska lnder inget krav p eget jordtag

    vid fastigheten. Istllet terfinns jordtaget vid ntstationen, dr det r sker en direkt frbindelse mellan

    transformatorns neutralpunkt och jord.

    Fr att ka elskerheten ska varje byggnad numera ha ett potentialutjmningssystem kallat

    skyddsutjmning. Frutom allmn skyddsutjmning ska ven badrum om ndvndigt frses med

    kompletterande skyddsutjmning. Den allmnna skyddsutjmningen har till uppgift att lyfta

    frmmande potential som frs in via ledande delar som till exempel vatten- och fjrrvrmerr till

    samma niv i hela anlggningen. Den kompletterande skyddsutjmningen fungerar som ett

    tillggsskydd d frnkopplingstiderna inte kan uppfyllas eller d automatisk frnkoppling inte ger

    tillrcklig skyddsverkan.

    Fr alla uttag upp till 20 A samt gruppledningar i utrymmen fr bad eller dusch r det krav p

    jordfelsbrytare med mrkutlsningsstrm som inte verstiger 30 mA samt frnkopplingstid p hgst

    0,4 s. Utver detta s tillkommer basskydd i form av isolation och felskydd i form av skringar. Fr

    badrum gller sledes att det krvs fem skyddsniver varav tre r tillggsskydd: Jordfelsbrytare,

    skyddsutjmning och kompletterande skyddsutjmning.

  • 2

    1.1 Syfte

    Syftet med detta examensarbete r att analysera potentialutjmnade TN-C-S- och TN-S-system och

    genom praktiska mtningar och en teoretisk analys skdliggra konsekvenserna av mjliga fel som

    kan intrffa inom anlggningen och i det verliggande ntet.

    1.2 Ml

    Mlet med den teoretiska analysen r att visa p mjliga tgrder fr att minimera konsekvenserna av

    fel som kan uppst, vilka konsekvenser tgrderna kan ge och hur frdelningssystem br utformas.

    Mlet med de praktiska mtningarna r att verifiera att potentialskillnader i fastigheter kan bero p

    spnningsfall i PEN-ledaren mellan fastigheten anslutningspunkt och ntstationen.

    1.3 Avgrnsningar

    Examensarbetet behandlar inte TT- och IT-system, d det fr allmn eldistribution i Sverige endast r

    tilltet med TN-system.

  • 3

    2 Teori

    2.1 Impedans

    I en vxelstrmskrets gller enligt Ohms lag:

    (1)

    dr r spnningen (V), r impedansen () och r strmmen (A).

    Impedans r det elektriska motstndet i en vxelstrmskrets och bestr av tv mot varandra

    strmhindrande ortogonala komponenter, resistans och reaktans. Impedansen ges av [1]:

    (2)

    dr r resistansen () och r reaktansen ().

    Resistansen i en ledare ges av [2]:

    (3)

    dr r resistiviteten (m), r ledarens lngd (m) och A r ledarens tvrsnittsarea (m2).

    Fr koppar r resistiviteten m och fr aluminium m.

    Reaktansen i en ledning bestr av tv motstende strmhindrande egenskaper, induktans och

    kapacitans [2]:

    (4)

    (5)

    (6)

    dr r den induktiva reaktansen (), r den kapacitiva reaktansen (), r vxelspnningens

    frekvens (Hz), r ledarens induktans (H) och r ledarens kapacitans (F).

    Ekvation (1) skrivs om frn komplex form till absolutbeloppet [1]:

    | | (7)

    Ekvation (7) kan i sin tur, med hjlp av ekvation (3), (4), (5) och (6), skrivas om till:

    | | (

    )

    (

    )

    (8)

    dr | | r ledarens impedans () i en vxelstrmskrets.

  • 4

    Potentialen i en viss punkt i vxelstrmskrets ges av spnningsdelningsformeln [3]:

    (9)

    dr r den skta potentialen (V) ver impedansen (), r matningsspnningen (V)

    och och r kretsens vriga impedanser ().

    Den resulterande impedansen () av de parallellkopplade impedanserna , och ges av [3]:

    (

    )

    (10)

    dr , och r parallella impedanser ().

    Strmdelningslagen ger att delstrmmen i en parallellkopplad vxelstrmskrets r [3]:

    (11)

    dr r strmmen (A) genom impedansen (), r den parallella impedansen () och r

    summan av de bda delstrmmarna (A).

    2.2 Frdelningssystem

    Den nominella spnningen ska i allmnna lgspnningsnt vara 230 V mellan fas- och neutralledare

    och mellan faserna 400 V. Under normala driftsfrhllanden, undantaget situationer som uppsttt p

    grund av fel eller avbrott, ska under varje period om en vecka, 95 % av 10-minuters effektivvrdet hos

    matningsspnningen vara inom 10 % av den nominella spnningen [4].

    I vxelstrmsnt frekommer det fem olika frdelningssystem och dessa r TN-C, TN-C-S, TN-S,

    TT och IT. TT- och IT-systemet behandlas inte i denna rapport d det fr allmn eldistribution i

    Sverige endast r tilltet med TN-system [5].

    Den frsta bokstaven i beteckningen anger frdelningssystemets jordfrbindelse, dr [6]:

    T (Terra) = Direkt frbindelse mellan jord och en punkt i frdelningssystemet.

    I (Insulated) = Frdelningssystemet r isolerat frn jord, eller en punkt r jordfrbunden

    genom en impedans.

    Den andra bokstaven i beteckningen anger hur utsatta delar r frbundna mot jord, dr [6]:

    N (Neutral) = Direkt frbindelse mellan utsatta delar och frdelningssystemets jordfrbundna

    punkt, vilket normalt r neutralpunkten.

    T (Terra) = Direkt frbindelse mellan jord och utsatta delar oberoende av

    frdelningssystemets eventuella jordfrbindelse.

  • 5

    Eventuella drp fljande bokstver anger hur skydds- och neutralledare r framdragna, dr [6]:

    C (Combined) = Skydds- och neutralledare r utfrd i en och samma ledare, PEN-ledare,

    S (Separate) = Skydds- och neutralledare r separat framdragna,

    C-S (Combined-Separate) = PEN-ledare framdragen till elcentral dr den sedan separeras till skydds- och neutralledare.

    Eftersom skyddsledare ocks benmns PE-ledare, Protect Earth, kallas den kombinerade skydds- och

    neutralledaren ven PEN-ledare [2].

    2.2.1 TN-system

    Frn och med 1939 rs freskrifter krvs att en srskild ledare, skyddsledare eller PEN-ledare, direkt

    ska frbinda den anslutna anlggningen med transformatorns neutralpunkt [5]. I TN-systemet,

    dr beteckningen str fr Terra Neutral, r transformatorns neutralpunkt direkt ansluten till jord. Detta

    r ndvndigt fr att skapa en sluten krets vid ett jordfel, och leder till en kraftig jordfelsstrm som

    gra att felskydd i form av skringar och tillggsskydd i form av jordfelsbrytare kan lsa ut [7].

    Fr 230 V fasspnning ska felet frnkopplas inom hgst 0,4 s fr gruppledningar upp till 32 A. Detta

    gller oavsett om de matar uttag eller fast anslutet materiel [6].

    Figur 1: TN-C-system dr jordfel intrffar i tvfaslast och skring lser ut.

    Det finns tre olika varianter av TN-system: TN-C, TN-C-S och TN-S.

    2.2.2 TN-C-system

    I TN-C-systemet, Terra Neutral Combined, r skydds- och neutralledaren utfrda i en gemensam

    ledare, PEN-ledaren. Anvnds systemet fr att driva enfaslaster mste PEN-ledaren anvndas som

    neutralledare och uttagen till dessa blir d ojordade. Anvnds systemet fr att driva tv- eller

    trefaslaster kan PEN-ledaren anvndas som skyddsledare. I ett bostadshus r merparten av de laster

    som ansluts till elntet enfaslaster vilket medfr att dessa r ojordade om TN-C-systemet anvnds [8].

  • 6

    Figur 2: TN-C-system.

    Avsaknaden av skyddsledare fr uttag som matar enfaslaster medfr att TN-C-systemet r dligt ur ett

    personskerhetsperspektiv. Om ett apparathlje blir spnningssatt lser inte skringar och

    jordfelsbrytare ut vilket kan medfra personskador om ngon vidrr apparathljet och ett naturligt

    jordtag, som till exempel ett element anslutet till ett vattenburet vrmesystem [6].

    TN-C-system kan identifieras med att uttag r ojordade, vilket r vanligt frekommande i ldre

    byggnader [8].

    2.2.3 TN-C-S-system

    Beteckningen TN-C-S str fr Terra Neutral Combined Separate, vilket betyder att skydds- och

    neutralledaren inkommer till byggnaden som en gemensam PEN-ledare och separeras sedan i

    huvudcentralen. Detta medfr att inkommande matning sker via en fyrledare som sedan vergr till

    femledare [8], se figur 3 och 4.

    Figur 3: Fyrledare vergr till femledare i ett TN-C-S-system.

    Figur 4: PEN-ledarens anslutning i huvudcentral vid TN-C-S-system.

  • 7

    I ldre byggnader r det vanligt att TN-C- och TN-C-S-system r kombinerade p sdant stt att ett

    fyrledarsystem anvnds ven efter huvudcentralen fr att sedan verg till ett femledarsystem i ngon

    undercentral enligt figur 5 [8].

    Figur 5: Kombinerat TN-C- och TN-C-S-system.

    Idag r TN-C-S-system standard inom allmnna installationer och vid nyinstallation r merparten av

    alla uttag skyddsjordade till skillnad frn i TN-C-system. Jordade uttag mjliggr enkel jordning av

    apparathljen vilket i sin tur skerstller funktionen hos skringar och jordfelsbrytare [8]. Det r sedan

    den 1 januari 1994 krav p jordade uttag i bostder. I elanlggningar uppfrda innan dess krvs endast

    jordade uttag i kk, badrum och andra vta utrymmen [6].

    Om en installation frn ngon punkt r utfrd med separata skydds- och neutralledare r det inte tilltet

    att efter denna punkt frbinda dessa med varandra [6].

    2.2.4 TN-S-system

    Beteckningen TN-S str fr Terra Neutral Separate, vilket betyder att serviskabeln r av femledartyp

    samtidigt som jord- och neutralledaren r separerade frn varandra frutom i en punkt dr systemets

    jordfrbindelse sker [9], se figur 6 och 7.

    Figur 6: TN-S-system. Skydds- och neutralledare hlls separerade.

    Figur 7: Skydds- och neutralledarens anslutning i huvudcentral vid TN-S-system.

    I ett TN-S system kan vagabonderande strmmar i praktiken elimineras om installationen r korrekt

    utfrd [2], se avsnitt 2.11.3. Skyddsledaren anvnds endast fr skydd och vid normaldrift fr ingen

    strm flyta i den [10].

  • 8

    2.3 System med flera matningar

    I de fall ett system med flera matningar r olmpligt utfrt kan driftstrmmar flyta genom kretsar som

    inte r avsedda fr detta. Sdana strmma kan orsaka [6]:

    brand

    korrosion

    elektromagnetiska strningar.

    2.3.1 TN-system med flera matningar

    Vid tillmpning av system med flera matningar kan inte TN-S-system anvndas. Istllet br TN-C-S-

    system anvndas [6]:

    Figur 8: TN-C-S-system med tv matningar.

    Frklaring till figur 8 [6]:

    a) Direkt anslutning frn strmkllornas neutralpunkter r inte tillten.

    b) Den ledare som kopplar samman strmkllornas neutralpunkter ska vara isolerad.

    c) Endast en anslutning ska gras mellan strmkllornas neutralpunkter och skyddsledaren.

    Denna anslutning ska gras i huvudcentralen.

    d) Kompletterande jordning av skyddsledaren kan vara ndvndigt.

    Anvnds TN-S-system i ett system med flera matningar skapas en krets dr det kan flyta cirkulerande

    neutralstrmmar. TN-S-systemet kommer fr varje strmklla att erbjuda en koppling mellan

    skydds- och neutralledaren [8].

  • 9

    .

    Figur 9: TN-S-System med tv matningar.

    Figuren ovan illustrerar varfr TN-S-system inte kan tillmpas i system med flera matningar. Vad som

    hnder i figuren r inte sjlvklart och vilka banor som de cirkulerande neutralstrmmarna vljer att ta

    beror bland annat av [8]:

    resistansen fr jordtagen

    jordtagsimpedansen, som har ett frekvensberoende [11]

    frekomster av vertonsstrmmar i neutralledaren

    ledningarnas lngd, area och material.

    Felaktigt utfrda TN-C-S-system med flera matningar kan ocks erbjuda mer n en koppling mellan

    skydds- och neutralledaren:

    Figur 10: TN-C-S-system med tv matningar, dr mer n en anslutning mellan skydds- och neutralledaren finns.

    I figur 10 kommer summan av de delstrmmar som flyter i installationen inte lnge att vara noll, och

    de cirkulerande neutralstrmmarna kommer att skapa ett vagabonderande magnetiskt flt [8].

  • 10

    2.4 PEN-ledaravbrott

    2.4.1 TN-C-system

    Ett avbrott i PEN-ledaren i ett TN-C-system mellan den matande transformatorn och huvudcentralen

    kan skapa en kritisk situation med frhjda spnningsniver. Detta beror p att ett trefassystem

    balanseras av transformatorns neutralpunkt som r ansluten till jord, ven om strmmen i respektive

    fas r olika stor beroende p osymmetrisk last [8].

    Konsekvenserna av ett PEN-ledaravbrott blir ofta frstrd elektronik p grund av den kade

    spnningen. Det finns dock ingen verhngande risk att enfaslasters apparathljen blir spnningsatta,

    d de i ett TN-C-system r ojordade [8].

    2.4.2 TN-C-S-system

    Ett PEN-ledaravbrott i ett TN-C-S-system resulterar i en liknande situation som vid ett

    PEN-ledaravbrott i ett TN-C-system. Frutom frhjd spnningsniv i uttag kommer ven jordade

    apparathljen att spnningssttas, vilken skapar en mycket farlig situation dr det freligger risk fr

    personskador och brand [8].

    Figur 11: PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system.

    Som figuren ovan illustrerar leder ett PEN-ledaravbrott till att strmmen inte lngre kan ledas tillbaka

    till transformatorns neutralpunkt i ntstationen. Genom sammankopplingen av neutral- och

    skyddsledarskenan i huvudcentralen kommer d apparathljen som r skyddsjordade att

    spnningssttas. Detta leder i sin tur att det finns en potentialskillnad mellan spnningssatta

    apparathljen och freml som r jordade men inte tillhr installationen. Ett sdant freml kan till

    exempel vara ett vattenledningsrr.

    2.5 Neutralledaravbrott TN-S

    Eftersom PEN-ledaren inte ingr i ett TN-S-system kan inte ngot PEN-ledaravbrott intrffa, men det

    finns dremot risk fr skydds- och neutralledaravbrott. Vid ett skyddsledaravbrott blir konsekvensen

    att apparathljen blir ojordade. Vid ett neutralledaravbrott skapas obalans i trefassystemet och laster

    kan seriekopplas mellan tv fasledare dr spnningen r 400 V.

  • 11

    Figur 12: Neutralledaravbrott TN-S-system.

    Som figuren ovan illustrerar kan inte strmmen lngre ledas tillbaka till ntstationen genom

    neutralledaren. I detta fall kommer de laster som r inkopplade att seriekopplas mellan L1 och L2

    vilket ger felaktiga spnningsniver ver lasterna, dr spnningsnivn beror av lastfrdelningen mellan

    faserna. Jordade apparathljen blir dock inte spnningssatta [8].

    2.6 Jordningar

    2.6.1 Jordningssystem

    Anlggningar fr allmn eldistribution mste i Sverige vara av TN-utfrande vilket innebr att den

    matande transformatorn vanligtvis har en sekundrlindning som r Y-kopplad och drmed en

    neutralpunkt som direktjordas. Det blir dock mer och mer vanligt att man via distribuerad

    kompensering av kapacitiva jordfelsstrmmar ansluter nollpunktsreaktorer till transformatorns

    neutralpunkt [12]. Systemjordningen i ntstationen har till uppgift att vid ett jordfel snabbt

    stadkomma en bortkoppling av felbehftad del [2]. Detta stadkoms genom att det vid ett jordfel

    skapas en sluten krets som gr att skringar och jordfelsbrytare snabbt kan lsa ut. Se figur 1.

    Med skyddsjordning menas jordning som har till uppgift att fixera en utsatt dels potential till nra noll

    fr att frhindra farlig spnning fr person, djur eller egendom [3].

    Med funktionsjordning menas jordning i en eller flera punkter i ett system, installation eller utrustning

    som r ndvndig fr att upprtthlla en korrekt funktion hos det anslutna objektet.

    Funktionsjordningen fr inte pverka skyddjordningen p sdant stt att skerheten frsmras [6].

    En jordning kan vara avsedd fr bde skydds- och funktionsndaml eller enbart en av dessa.

    Skyddsjordningen har dock alltid fretrde, detta fr att upprtthlla god skerhet [6].

    2.7 Berringsspnning

    Med berringsspnning menas spnningen mellan ledande freml nr de samtidigt berrs av en

    person eller ett djur. Frvntad berringsspnning r spnningen mellan samtidigt berrbara ledande

    freml d de inte r i kontakt med en person eller ett djur [6].

    En grundregel nr det gller berringsspnning r att den vid 50 Hz vxelspnning inte fr verstiga

    50 V under sdan lng tid, att det kan uppst personfara vid samtidig berring av ledande freml [5].

  • 12

    2.7.1 Berkning av berringsspnning

    I en anlggning som inte r potentialutjmnad, se avsnitt 2.9, kan oacceptabel berringsspnning

    uppst vid kortslutning mellan fas- och neutralledare p grund av spnningsfall i PEN-ledaren mellan

    huvudcentralen och ntstationens neutralpunkt. Spnningsfallet kommer via skydds- och

    neutralledarskenorna att spnningsstta utsatta delar i anlggningen tills dess att skring eller

    jordfelsbrytare lser ut [5]. Med utsatt del menas en fr berring tkomlig ledande del av elmateriel

    som p grund av ett fel kan anta en farlig spnning [6].

    Figur 13: Kortslutning i enfaslast, dr skring eller jordfelsbrytare nnu inte lst ut, som leder till berringsspnning.

    Berringspnningen U berknas enligt omskrivning av ekvation 9:

    dr r berringsspnningen i volt (V), r impedansen i PEN-ledaren (), r impedansen

    i serviskabelns fasledare (), r impedansen i gruppens fasledare (), r impedansen i gruppens

    neutralledare () och r fasspnningen (V).

    2.8 Jordfelsbrytare

    En jordfelsbrytare r konstruerad som ett differentialskydd och detekterar kontinuerligt om det

    frekommer lckstrmmar till jord.

    I ett felfritt TN-system gller [3]:

    (13)

    dr , och r strmmen (A) i faserna L1, L2 och L3 och r strmmen (A) i neutralledaren.

    Genom att lta de tre faserna och neutralledaren passera genom jordfelsbrytarens

    summastrmtransformator kan lckstrmmar till jord detekteras och vid fel kan jordfelsbrytaren

    automatisk lsa ut. Detta intrffar om summan av ekvation 13 inte lngre r noll.

    Krav p jordfelsbrytare med mrkutlsningsstrmmen 30 mA gller fr [6]:

    alla uttag 20 A som r avsedda fr allmnbruk

    flyttbar elmateriel 32 A som anvnds utomhus

    alla gruppledningar i utrymmen avsedda fr bad eller dusch.

    (12)

  • 13

    2.9 Potentialutjmning

    Begreppet potentialutjmning innebr en elektrisk frbindelse mellan utsatta och frmmande delar fr

    att uppn en spnningsutjmning mellan dessa och minimera berringsspnningen. Potentialutjmning

    utfrs dels som skyddsutjmning och dels som kompletterande skyddsutjmning [5].

    2.9.1 Skyddsutjmning

    Skyddsutjmning innebr att ledande delar inom en anlggning sammanbinds i ett gemensamt system

    genom att de ansluts till en huvudjordningsskena [5]. Detta medfr att de ledande delarna i

    anlggningen fr en potential som r i princip densamma svl under drift som vid ett felfall, till

    exempel ett PEN-ledaravbrott. Huvudjordningsskenan r placerad intill installationens huvudcentral,

    och r drmed inte detsamma som skydds- och neutralledarskenorna, Se figur 14.

    Till huvudjordningsskenan, som kan betraktas som installationens elektriska referenspunkt, ansluts [5]:

    skyddsledare eller PEN-ledare

    jordtagsledare, om sdan finns

    rrledningar av metall

    byggnadsdelar av metall, centralvrmeanlggningen och luftkonditioneringssystemet, om

    tillmpligt

    armeringsjrn i betong, om detta r mjligt.

    Ledande delar som inkommer till byggnaden, till exempel vattenlednings- och fjrrvrmerr,

    br fras in nra varandra och frbindas till huvudjordningsskenan nra det stlle dr de frs in i

    byggnaden. Huvudjordningsskenan placeras i omedelbar nrhet till huvudcentralen [5].

    Skyddsutjmningen ska ocks innefatta metallmantlar p kablar fr kraft, tele och data, vilket

    frutstter samrd med kablarnas innehavare. Till huvudjordningsskenan ansluts ven i frekommande

    fall skskyddets jordtag, elinstallationens jordtag och antennjordningar [5].

    2.9.2 Kompletterande skyddsutjmning

    Kompletterande skyddsutjmning innebr att samtidigt berrbara ledande freml, lokalt, frbinds

    med varandra. Detta fr att frhindra att potentialskillnaden mellan utsatta och frmmande ledande

    delar, till exempel vid ett isolationsfel till jord i en apparat, inte ska bli oacceptabelt stor [5].

    Kravet p automatisk frnkoppling inom 0,4 s anses inte tillrckligt d ett badrums fuktiga milj leder

    till god kontakt mellan elektriskt ledande delar [13].

    Definitionen p vad som r en frmmande ledande del eller inte baseras p fljande antaganden enligt

    elinstallationsreglerna avsnitt 411.3.1.2 [6]:

    Vid en kortslutning mellan fas- och skyddsledare i en last bortses kroppens resistans och maximal

    berringsspnning antas. Dessutom antas maximal acceptabel strm genom kroppen till 30 mA. Detta

    ger:

  • 14

    (14)

    dr r den ledande delens resistans () till jord, r fasspnningen (V) och r strmmen (A)

    genom kroppen.

    Fr ett TN-system som har fasspnningen 230 V, blir resistansen till jord enligt ekvation 14 och en

    maximal acceptabel strm p 30 mA genom kroppen:

    (15)

    Detta ger slutsatsen att ledande delar som har en resistans till jord som verstiger 4 k inte anses vara

    frmmande ledande delar.

    Kompletterande skyddsutjmning kan anordnas p sdant stt att den omfattar alla utsatta och

    frmmande delar i en lokal. I Sverige ska numera kompletterande skyddsutjmning utfras i badrum

    [13]. Sammanbindningen av utsatta och frmmande delar behver dock inte gras inne i badrummet,

    d kravet anses vara uppfyllt om den kompletterande skyddsutjmningen r utfrd i nrhet av den

    gruppcentral som matar utrymmet [6], [14].

    Figur 14: Olika typer av skyddsledare i en installation.

    Som figur 14 illustrerar ska PEN-ledarens isolering vara grn och gul med bl markering, isolerade

    skydds- och jordtagsledare grn och gul och funktionsjordledare fr vara valfri frg med undantag fr

    grn och gul [6]. Skydds- och jordtagsledare kan ven vara oisolerade vilket r frdelaktigt dr man

    vill reducera brandrisken och tillhrande rkutveckling [12]. Fr minimiarea fr de olika ledarna, se

    bilaga 1.

    2.10 Jordtag

    Ett jordtags uppgift r att begrnsa potentialskillnader och berringsspnningar i ett system i hndelse

    av ett fel. Ett jordtag bestr av en jordelektrod och den omgivande jordmassan och vrderas genom

    dess jordtagsresistans, ven kallat jordtagsvrde. Jordtagsvrdet definieras som det motstnd strmmen

    upplever nr den gr frn jordtagselektroden till sann jord. Sann jord definieras som en jordmassa som

    har nollpotential [15].

  • 15

    Ett jordtag kan konstrueras p en mngd olika stt, bland annat som ytjordtag, djupjordtag, krkfot och

    ringledare:

    Figur 15: Olika typer av jordtag. Vnster vre: ytjordtag, hger vre: djupjordtag, vnster nedre: krkfot och hger nedre:

    ringledare.

    Vid ytjordtag r det vanligt att jordelektroden bestr av en eller flera linor horisontellt nedgrvda i

    marken. Vid djupjordning, till minst 2 meters djup, bestr jordelektroden av linor eller stnger

    neddrivna i marken [6]. Krkfotskonstruktionen anvnds fr att ett enskilt jordtag ska tcka en strre

    yta och anvnds frmst d jordtaget kombineras med skledare [16].

    Fr att enskilda jordtag ska uppfylla kravet p jordtagsresistansens varaktighet och motsvara

    anlggningens gllande skerhetskrav, br dess resistans vara hgst 50 fr ytjordtag. Fr

    djupjordtag gller hgst 100 . Till den kategorin hr ven krkfotskonstruktionen [6].

    Jordtagets resistans beror p dess dimension, dess form och markens beskaffenhet. Olika marktyper

    har olika resistivitet, se tabell 1, och varierar ocks beroende p djup, fuktighet och temperatur. Om

    fuktigheten kar kommer markresistiviteten att minska. Tjle kar markresistiviteten avsevrt och kan

    vid frusna jordlager uppg till flera tusen m. Detta medfr att jordtagsresistansen kommer att variera

    med rstiderna [6].

    Tabell 1: Ungefrlig resistivitet fr ngra olika marktyper [6].

    Markegenskaper Resistivitet (m)

    Krrmark Ngra f m 30

    Matjord 10 150

    Fuktig torv 5 100

    Formbar lera 50

    Lerig sandmark 50 500

    Stenmark 1500 3000

    Stenmark tckt med grs 300 - 500

    Markresistiviteten kan beskrivas som resistansen hos en cylindrisk sektion i marken med

    tvrsnittsarean 1 m2 och hjden 1 m [6].

  • 16

    Det finns en mngd olika freml som kan anvndas som jordelektroder [6]:

    Jordspett och rr.

    Jordningsband och linor.

    Jordpltar.

    Nedgrvda metallkonstruktioner som r inbddade i grundanlggningar.

    Metallmantlar och andra metallhljen p kablar i enlighet med lokala frhllanden och

    fodringar.

    Andra lmpliga nedgrvda metalldelar.

    Vatten- och gasrr fr inte anvndas som jordelektroder d det freligger risk fr galvanisk korrosion,

    vattenlckor och risk fr brnder i gasrr [15].

    Galvanisk korrosion kan uppst om metaller med olika delhet, och drigenom olika

    spnningspotential, sammanbinds med varandra. Denna korrosion accelererar i fuktig milj samt d

    det frekommer vagabonderande strmmar [15].

    Tabell 2: Elektrokemisk spnningspotential fr olika mnen [6].

    mne Potential (V)

    Aluminium -1,67

    Zink -0,76

    Jrn -0,44

    Tenn -0,14

    Bly -0,13

    Vatten 0,00

    Koppar +0,35

    silver +0,81

    Rostfritt stl har en elektrokemisk spnningspotential som ligger nra den fr koppar, vilket gr att

    dessa tv material direkt kan sammanbindas med varandra utan att ngon galvanisk korrosion uppstr

    [17].

    Enligt tabell 2 br inte ledare av aluminium och koppar, som r tv vanligt frekommande

    ledarmaterial, direkt sammanbindas med varandra. Fr att undvika korrosion i skarvar, avgreningar

    och anslutningar br man undvika skruvfrband i fuktiga miljer som till exempel under mark. Istllet

    br man anvnda kontaktpressat frband, svetsfrband eller hrdldningsfrband [6].

    Fundamentjordelektroder av stl som r inbddade i betong har en elektrokemisk potential som ligger

    nra den fr koppar [6].

    2.11 Vagabonderande strmmar

    Med vagabonderande strmmar menas lckstrmmar som flyter i jorden eller nedgrva

    metallkonstruktioner och som beror p att konstruktionen r avsiktligt eller oavsiktligt jordade.

    Med lckstrm menas en elektrisk strm som flyter en ovntad vg under normaldrift i en anlggning

    [6].

  • 17

    Vagabonderande strmmar kan bland annat ge upphov till [7]:

    brnder

    galvanisk korrosion

    lagerskador p maskiner

    kad frekomst av magnetflt.

    Lckstrmmar i en anlggning r en vanlig freteelse, d de flesta elektriska produkter som ansluts till

    anlggningen bidrar till detta. Det r frst nr lckstrmmarna uppgr till cirka 300 mA som det

    uppstr en brandrisk [7]. Hur stor dessa lckstrmmar r varierar beroende p vilka laster som r

    anslutna.

    Tabell 3: Ungefrliga niver p lckstrmmar frn olika laster i nyskick [6].

    Produkt Lckstrm (mA) Produkt Lckstrm (mA)

    Elspis, fyra plattor, tv ugnar 10 Motorvrmare 1

    Elspis, tre plattor och ugn 6-7 Handdukstork 1

    Spisflkt 3,4 Strykjrn 0,75

    Mikrovgsugn 5 Brdrost 0,75

    Diskmaskin 3-5 Kaffebryggare 0,75

    Kyl, frys 1,5 Dammsugare klass II 0,25

    Tvttmaskin 3-5 Elvisp klass II 0,25

    Cirkulationspump 3 Ljusarmatur klass I 1

    Bastuaggregat 3-5 Ljusarmatur klass II 0,5

    Ptaglig frekomst av lckstrmmar kan leda till en sjlvgende process, d lckstrmmar kan ge

    upphov till sm urladdningar som frkolnar kabelisoleringen. Detta kommer i sin tur leda till kad

    frekomst av lckstrmmar och processen har blivit sjlvgende [18].

    2.11.1 Vagabonderande strmmar TN-C-system

    Eftersom enfaslaster i TN-C-system inte har ngon anslutning till skyddsjord kan mindre isolationsfel

    frekomma utan att skringar lser ut. Kraftiga lckstrmmar kommer heller inte att lsa ut skringar,

    vilket i sin tur kan ka frekomsten av vagabonderande strmmar. Det r dock inte skert att det finns

    ngra sjlvklara strmvgar fr de vagabonderande strmmarna att ta, d enfaslasterna r ojordade [7].

    2.11.2 Vagabonderande strmmar TN-C-S-system

    I ett TN-C-S-system frekommer vagabonderande strmmar p grund av sammankopplingen mellan

    neutral- och skyddsledarskenan, dr en strmdelning uppstr:

    Figur 16: Vagabonderande strm i TN-C-S-system p grund av strmdelning.

  • 18

    Omskrivning av ekvation 11 ger att den vagabonderande strmmen i figur 16 r:

    (16)

    dr r den vagabonderande strmmen (A), r strmmen i neutralledaren (A), r PEN-

    ledarens impedans () och r den vagabonderande strmbanans impedans ().

    2.11.3 Vagabonderande strmmar TN-S-system

    I ett TN-S-system kan vagabonderande strmmar i princip elimineras, d serviskabeln r av

    femledartyp och jord- och neutralledaren r separerade frn varandra frutom i ntstationens

    neutralpunkt.

    Figur 17: Princip fr eliminering av vagabonderande strmmar i TN-S-system.

    Returstrmmen till ntstationen i figur 17 har ingen alternativ vg och kommer drfr att flyta i

    neutralledaren. Jordledaren anvnds endast som skydd och vid normaldrift fr ingen strm flyta i den

    [10].

    2.12 Transienter

    En transient r en mycket snabb och vergende frndring p spnningsamplituden, ven kallat

    spnningsspik. Transienter kan komma frn kopplingar i verliggande nt eller genom sknedslag

    [19]. Nr en brytare i elntet slr ifrn uppkommer kopplingstransienter som kan ha en amplitud som

    r fyra gnger hgre n fasspnningens toppvrde. Kopplingstransienterna kan ha en rckvidd p upp

    till 80 mil, d de inte r lika bengna att orsaka verslag som blixttransienter [10].

    Transienter frn ett blixtnedslag r energirika men kortvariga. Stigtiden fr transienten r mellan

    1-19 s och falltiden r 50-1000 s [2], [12]. Strmstyrkan och spnningen fr en genomsnittlig blixt

    r 20 kA och 30 MV, men kan i vissa fall uppg till 100 kA och 100 MV [20].

    Att en villa trffas av ett direkt blixtnedslag r ovanligt i Sverige d detta sker i genomsnitt en gng

    vart 1500:e r. Indirekta blixtnedslag r dremot mer vanligt, d blixtnedslag i eller i nrheten av

    kraftledningar frmedlas ver elntet och kan orsaka skador p elektrisk utrustning och brnder [10].

    Fr att skydda elanlggningar mot transienter kan verspnningsskydd installeras. Fr ett fullgott

    skydd mot verspnningar koordineras verspnningsskydden och delas in i olika niver.

  • 19

    Figur 18: TN-C-S-system med olika niver av verspnningsskydd.

    Grovskyddet placeras vid huvudcentralen, ansluts till huvudjordningsskenan som i sin tur br vara

    ansluten till ett fr installationen lokalt jordtag. Mellanskyddet placeras i undercentralen och

    finskyddet placeras antingen fr att skydda en enskild grupp eller i eluttaget fr den apparat som ska

    skyddas [10].

    2.13 EMC

    EMC str fr Electromagnetic compatibility, vilket kan versttas till elektromagnetisk frenlighet.

    Med EMC menas apparaters frmga att arbeta tillsammans utan att stra varandra [19].

    I takt med att allt mer elektronikbaserade komponenter installeras i vra anlggningar s kar kraven

    p att dessa inte pverkas av strningar, och inte heller sjlva genererar strningar.

    EMC-direktivet 2004/108/EC har som huvudml att [19]:

    skerstlla att sdana elektromagnetiska strningar som genereras av elektrisk utrustning inte

    pverkar den riktiga funktionen hos andra utrustningar, liksom radio- och

    telekommunikationsnt, tillhrande utrustning och nt fr elkraftsdistribution

    skerstlla att elektrisk utrustning har en lmplig niv av egen tlighet mot elektromagnetiska

    strningar, s att de kan fungera som avsett.

    2.14 vertoner

    I det svenska elntet r grundfrekvensen 50 Hz, men olinjra belastningar ger upphov till vertoner

    eftersom frhllandet mellan strm och spnning inte r konstant under en period [19]. vertoner har

    alltid funnits i elntet, men det r frmst under de senaste decennierna som vertonshalterna blivit s

    pass hga att de orsakar driftstrningar, skador p ansluten utrustning och utgr en brandrisk [2].

  • 20

    I TN-systemen r strmmen i neutralledaren noll vid symmetrisk belastning av de tre faserna. Detta

    gller dock inte om belastningarna r olinjra. vertonstrmmar vars frekvens r heltalsmultipler av

    tre r av nollfljdskaraktr och kommer drfr att summeras i neutralledaren. Till dessa hr

    vertonsstrmmar med frekvensen 150 Hz, 300 Hz, 450 Hz och s vidare [2].

    Tabell 4: Respektive vertons frekvens och faslge fr en grundton p 50 Hz [21].

    Nummer 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    Frekvens (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450

    Fasfljd + - 0 + - 0 + - 0

    I vra elnt frekommer framfrallt vertoner av udda ordningstal. vertoner av jmna ordningstal

    uppkommer endast om spnningens positiva och negativa halvperioder deformeras olika [19]. De

    jmna vertonerna tar enligt ovanstende tabell ut varandra medan de som r av nollfljdskaraktr

    summeras i neutralledaren.

    Den totala harmoniska distorsionen, som r ett mtt p avvikelsen frn sinusformationen, ges av [19]:

    ( )

    (17)

    ( )

    (18)

    dr r distorsionen i procent (%), r vertonsnumret och respektive r spnningen (V)

    och strmmen (A) i grundtonen om 50 Hz.

    Exempel p laster som ger upphov till vertoner r lgenergilampor, lysrrsarmaturer, datorer och

    annan hemelektronikutrustning.

  • 21

    3 Metod

    Detta avsnitt bestr av tv olika huvuddelar, dr avsnitt 3. 1 behandlar praktiska mtningar av

    potentialskillnader i ett badrum, och avsnitt 3. 2 utgr en teoretisk analys av potentialutjmnade

    TN-system.

    3.1 Mtning av potentialskillnader i badrum

    Ett antal mtningar genomfrdes i en villa med TN-C-S-system dr mrkbara potentialskillnader

    ibland upptrder i kllarvningens badrum. Potentialskillnaderna upplevs som obehagliga kittlingar i

    fingertoppar d samtidig berring sker mellan duschblandare och golvbrunn och det r frmst barnen i

    familjen som knner av detta.

    Villans kraftmatning kan illustreras med fljande figur:

    Figur 19: Frenklad versiktsbild av kraftmatning till villan.

    Figur 19 visar att villans jordtag terfinns 184 m ifrn anslutningspunkten i fasadmtarskpet. I de tv

    frdelningsskpen sker frgreningar av kraftmatningen till andra frdelningsskp, villor och

    vgbelysning. Dessa r dock inte utritade i figuren ovan. Fr versiktskarta av kraftmatningen, se

    bilaga 3.

    Vid mtningarna anvndes fljande mtinstrument:

    Fluke 41 Power Harmonics Analyzer med tillhrande tngamperemeter.

    Soar multimeter 4040 fr att mta potentialskillnaden.

    Norma Unilap GEO fr att mta jordtagsresistans.

    3.1.1 PEN-ledarens belastning och potentialskil lnad

    Fr att mta strmbelastning i PEN-ledaren och distorsionen av strmmens sinusformation anslts

    mtinstrumentet Fluke 41 Power Harmonics Analyzer med tillhrande tngamperemeter runt

    inkommande PEN-ledare, enligt figur 20. PEN-ledaren ansluter till huvudcentralen belgen i

    kllarvningen via fasadmtarskpet.

  • 22

    Figur 20: Fluke 41 med tillhrande tngamperemeter ansluten runt inkommande PEN-ledare i huvudcentral.

    Genom att endast belasta fas L1 erhlls en medveten snedbelastning av trefassystemet, och drmed

    ocks belastning av PEN-ledaren.

    I badrummet anslts en multimeter av typen Soar 4040 mellan slangen till duschmunstycket och

    golvbrunnen som bda r i rostfritt stl, fr att mta hur potentialskillnaden varierar med belastningen i

    PEN-ledaren. Denna multimeter mter endast potentialen fr grundtonen om 50 Hz.

    Fr att verifiera den med multimetern uppmtta potentialskillnaden och kontrollera om spnningar

    med andra frekvenser n grundtonen om 50 Hz fanns mellan duschslangen och golvbrunnen anslts

    ven Fluke-instrumentet mellan dessa.

    Figur 21: Multimeter Soar 4040 ansluten mellan duschslang och golvbrunn fr

    mtning av potentialskillnad mellan dessa.

  • 23

    Frutom att mta potentialskillnaden mellan duschslang och golvbrunn mttes ocks

    potentialskillnaden mellan bastuaggregat och tillhrande golvbrunn, mellan badkarets vred och

    golvbrunn, mellan skyddsjord i eluttag och golvbrunn och mellan jordat hlje i armatur och golvbrunn.

    Spnningsfallet i PEN-ledaren ges av:

    (19)

    dr r den totala PEN-ledarresistansen () mellan villan och ntstationen och r

    strmbelastningen (A) i PEN-ledaren.

    Den totala PEN-ledarresistansen r summan av resistanserna fr respektive lednings PEN-ledare och

    ges enligt omskrivning av ekvation 3:

    (

    ) (

    ) (

    )

    (20)

    Ekvation 19 och 20 ger att spnningsfallet i PEN-ledaren kan berknas enligt:

    * (

    ) (

    ) (

    )+

    (21)

    dr r det berknade spnningsfallet (V), , och r resistiviteten (m) fr respektive

    ledningsmaterial, , och r lngden (m) fr respektive ledning, , och r

    tvrsnittsarean (m2) fr respektive PEN-ledare och r den uppmtta strmbelastningen (A) i PEN-

    ledaren.

    Det berknade spnningsfallet jmfrs sedan med den uppmtta potentialskillnaden.

    3.1.2 Provisoriskt jordtag

    I anslutning till leveranspunkten i fasadmtarskpet drevs tv provisoriska jordelektroder i form av

    1,2 m lnga 15 mm2 kopparrr ned i marken vilka parallellkopplades med varandra.

    Potentialskillnaden mttes mellan de parallellkopplade jordelektroderna och servisledningens

    PEN-ledare fr att verifiera att potentialskillnaden i badrummet beror p spnningsfall i PEN-ledaren.

    3.1.3 Jordtagsmtning med svagstrmsmetoden

    Fr att mta det provisoriska jordtagets resistans anvndes jordtagsmetern Norma Unilap GEO.

    Frutom att mta det provisoriska jordtagets resistans mttes ocks golvbrunnens resistans till jord.

  • 24

    Figur 22: Jordtagsmeter Norma Unilap GEO.

    Den mtteknik som anvndes var trepolig svagstrmsmetod dr det jordtag som ska mtas,

    hjlpjordspett och spnningssond placeras i en triangelformation enligt figur 23.

    Figur 23: Placering av hjlpjordspett (H) och spnningssond (S) vid mtning av jordtag (E).

    Hjlpjordtaget och spnningssonden som r av galvaniserat stl med lngden 0,8 m drevs ned i marken

    cirka 40 m ut i vinkel frn kabelvindan och anslts till jordtagsmetern tillsammans med det

    provisoriska jordtaget.

    Jordtagsmetern inducerar en strm i ett hjlpjordtaget som flyter i marken till jordtaget som ska mtas.

    Spnningsfallet ver jordtaget mts med spnningssonden och jordtagsmetern visar jordtagsresistansen

    som kvoten mellan spnningsfallet och strmmen [22].

  • 25

    Figur 24: Jordtagsmeter Norma Unilap GEO och kabelvindor, dr rd

    kabel ansluter till hjlpjordtag (H) och svart kabel till spnningssond (S).

    3.2 Teoretisk analys av potentialutjmnade TN-system

    En teoretisk analys genomfrdes fr att jmfra potentialutjmnade TN-C-S- och TN-S-system utifrn

    mjliga fel som kan intrffa inom anlggningen och i det verliggande ntet. De fel som tas upp r

    isolationsfel och kortslutning som kan leda till oacceptabla berringsspnningar samt frlust av

    inkommande servislednings PEN- eller neutralledare. Mjliga tgrder fr att minimera

    konsekvenserna av dessa fel samt vilka konsekvenser tgrderna kan ge undersks och presenteras i

    resultatavsnittet.

    4 Resultat

    4.1 Mtning av potentialskillnader i badrum

    Nedan redovisas de mtningar som beskrivs i avsnitt 3. 1.

    4.1.1 PEN-ledarens belastning och potentialskil lnad

    Enligt kabeldata i bilaga 3 och ekvation 20 r det totala PEN-ledarresistansen mellan villans

    anslutningspunkt och ntstationen 0,194 . Den totala PEN-ledarresistansen multipliceras med den

    uppmtta strmbelastningen i PEN-ledaren enligt ekvation 19 och frs in i tabell 5 som berknad .

    D samma potentialskillnad uppmttes mellan duschslanggolvbrunn, bastuaggregat golvbrunn,

    badkarets vred golvbrunn, skyddsjord i eluttag golvbrunn och jordat hlje i armatur golvbrunn,

    redovisas endast resultatet fr mtningen mellan duschslang badrum.

  • 26

    Tabell 5: Strmbelastning, distorsion, uppmtt potentialskillnad och berknad potentialskillnad. r strmbelastningen i PEN-ledaren, r den totala harmoniska distorsionen, uppmtt r uppmtt potentialskillnad mellan duschslang

    och golvbrunn och berknad r berknad potentialskillnad mellan duschslang och golvbrunn.

    Mtning Uppmtt (A)

    Uppmtt

    (%) Uppmtt

    (V) Berknad

    (V)

    1 0,84 86,9 0,52 0,16

    2 1,23 27,8 0,62 0,24

    3 2,56 17,4 1,56 0,50

    4 2,96 14,8 1,33 0,57

    5 6,10 5,4 3,11 1,18

    6 9,32 4,2 3,52 1,81

    7 9,42 3,1 3,49 1,83

    8 10,48 6,6 3,33 2,03

    9 14,70 4,8 3,41 2,85

    Som tabell 5 visar kar inte potentialskillnaden linjrt med belastningen i PEN-ledaren. Differensen

    mellan den uppmtta potentialskillnaden om 50 Hz och den berknade potentialskillnaden, som beror

    av spnningsfallet i PEN-ledaren mellan anslutningspunkten och ntstationen, kan illustreras med

    fljande figur:

    Figur 25: Uppmtt och berknad potentialskillnad(V) fr respektive strmbelastning (A) i PEN-ledaren.

    Ekvation 19 tar endast hnsyn till det spnningsfall mellan anslutningspunkten och ntstationen som

    PEN-ledarens strmbelastning i den aktuella villan bidrar med. Kraftmatningen som frsrjer villan r

    i sjlva verket frgrenad, se bilaga 3, och PEN-ledarbelastningar frn andra anslutningspunkter

    kommer ocks att bidra till det totala spnningsfallet. Differensen mellan uppmtt potentialskillnad

    och berknad potentialskillnad i figur 25 utgrs drmed av det spnningsfall som andra anslutningar

    bidrar med.

    Att den totala harmoniska distorsionen minskar med kad strm mellan mtning 17 i tabell 5 beror p

    att de laster som anslts till fas L1 fr att erhlla en hgre strmbelastning i PEN-ledaren var till

    strsta del resistiva, vilket leder till att avvikelsen frn strmmens sinusformation kommer att minska

    med bibehllen andel olinjra laster. Att den totala harmoniska distorsionen kar mellan mtning 7 och

    8 beror troligtvis p att ngon olinjr last slogs igng i villan.

  • 27

    Frekomsten av vertonshalten i mtning 1 i tabell 5 illustreras i nedanstende frn Fluke 41-

    instrumentet loggade figur:

    Figur 26: Loggat vrde frn Fluke 41 Power Harmonics Analyzer i mtning 1, tabell 5. vre bilden visar strmmens

    avvikelse frn sinusformationen och nedre bilden visar strmmen fr respektive vertonsnummer.

    I figur 26 r strmmens avvikelse frn sinusformationen 86,9 % och strmmens effektivvrde i PEN-

    ledaren r 0,84 A. Strmmen frn den tredje vertonen p 150 Hz r strre n strmmen i grundtonen

    p 50 Hz. Detta beror p att anslutna laster vid mtning 1 var frmst olinjra i form av lgenergilampor

    och en UPS-enhet till vilken tre datorer var anslutna. Figur 26 kan jmfras med loggen frn mtning

    9:

    Figur 27: Loggat vrde frn Fluke 41 Power Harmonics Analyzer i mtning 9, tabell 5. vre bilden visar strmmens

    avvikelse frn sinusformationen och nedre bilden visar strmmen fr respektive vertonsnummer.

    I figur 27 r strmmens avvikelse frn sinusformationen endast 4,8 % och strmmens effektivvrde i

    PEN-ledaren r 14,70 A. Andelen vertonsstrmmar r liten i frhllande till grundtonsstrmmen p

    50 Hz.

    Genom att kontrollmta potentialskillnaden i badrummet med Fluke-instrumentet skerstlldes att inga

    potentialer med hgre frekvens n grundtonen p 50 HZ fanns.

  • 28

    4.1.2 Jordtagsresistans fr provisoriskt jordtag och golvbrunn

    I nedanstende mtningar var jordtagsvrdet fr spnningssonden 5,4 k och fr hjlpjordtaget 2,4

    k.

    Vid en frsta mtning av det provisoriska jordtaget erhlls ett jordtagsvrde p 886 , och genom

    olika frsk att driva ned kopparrren snett ner i marken erhlls ett jordtagsvrde p 490 . Ett lgre

    vrde n s gick inte att erhlla p grund av markens beskaffenhet och tillgnglig utrustning. Villan

    ligger p ett litet berg och marken kring det omrde dr kopparrren drevs ned bestr av ett tunt lager

    grsbetckt jord ovanp stenrik mark vilket tyder p hg markresistivitet.

    I ett frsk att minska jordtagsvrdet ytterligare spolades vatten ver det provisoriska jordtaget vilket

    inte pverkade resultatet, d marken redan var fuktig efter flera dagar ihrdigt regn.

    Den uppmtta potentialskillnaden som redovisas i tabell 5 frekom ven mellan inkommande PEN-

    ledare i fasadmtarskpet och det provisoriska jordtaget, vilket verifierar att potentialskillnaden beror

    p spnningsfall i PEN-ledaren mellan villans anslutningspunkt och ntstationen.

    Golvbrunnens jordtagsvrde uppmttes till 8,8 k och r drmed inte att betrakta som en frmmande

    ledande del enligt ekvation 15.

    4.2 Teoretisk analys av potentialutjmnade TN-system

    4.2.1 Isolationsfel i last i TN-system

    Intrffar ett isolationsfel i en last i ett badrum kan en potentialskillnad som leder till oacceptabel

    berringsspnning uppst mellan lastens hlje och en frmmande ledande del. Detta beror p att

    impedansen i skyddsledaren medfr ett spnningsfall mellan den utsatta delen och den punkt dr

    skyddsledaren r ansluten till skyddsutjmningen.

    Hur stor potentialskillnaden blir i ett skyddsutjmnat TN-system som inte r utfrt med

    kompletterande skyddsutjmning kan illustreras med fljande exempel:

  • 29

    Figur 28: Potentialskillnad mellan skyddsjordade och skyddsutjmnade delar vid lnga ledningar i ett TN-system som inte r

    utfrt med kompletterande skyddsutjmning.

    I figur 28 sker matningen till undercentralen i en av lgenheterna hgst upp i huset via en kopparkabel

    dr skyddsledaren har tvrsnittsarean 10 mm2 och lngden 100 m. I lgenheten sker ett isolationsfel i

    en enfaslast i badrummet, dr lastens hlje r anslutet till en 2,5 mm2 skyddsledare av koppar med

    lngden 10 m.

    Frsummas reaktansen kan potentialskillnaden p grund av isolationsfelet, som r detsamma som den

    frvntade berringsspnningen, berknas enligt omskrivning av ekvation 1 och 3:

    ( )

    (22)

    dr r potentialskillnaden(V), r resistiviteten (m), och r lngden (m) respektive

    tvrsnittsarean (m2) fr skyddsledaren mellan huvudcentralen och undercentralen, L2 och r

    lngden (m) respektive tvrsnittsarean (m2) fr skyddsledaren mellan undercentralen och lastens hlje

    och r den strm (A) som isolationsfelet ger upphov till.

    Om frutsttningarna i figur 28 gller och isolationsfelet ger upphov till en strm p 20 A, blir

    potentialskillnaden mellan lastens skyddsjordade hlje och den i nrheten av huvudcentralen

    skyddsutjmnade delen enligt ekvation 22:

    (

    )

    (23)

    Om skyddsledaren vore 2,5 mm2 hela vgen frn badrummet till huvudcentralen blir

    potentialskillnaden 13,8 V. Fr att potentialskillnaden ska bli 50 V med ovanstende frutsttningar,

    och drmed rknas som oacceptabel berringsspnning [5], krvs antingen att skyddsledaren med

    10 mm2 tvrsnittsarea r 1,4 km lng eller att skyddsledaren med 2,5 mm

    2 tvrsnittsarea r 340 m lng.

  • 30

    Det som har strst inverkan p potentialskillnaden i detta fall r hur stor strm isolationsfelet ger

    upphov till i skyddsledaren, d det r strmmen som pverkar hur stort spnningsfallet i ledaren blir.

    Skyddsledaren mellan undercentralen och lastens hlje i figur 28 r 10 m lng och har tvrsnittsarean

    2,5 mm2. Skyddsledaren mellan undercentralen och huvudcentralen har tvrsnittsarean 10 mm

    2. Hur

    potentialskillnaden varierar med lngden fr skyddsledaren mellan huvudcentralen och undercentralen

    och den strm isolationsfelet ger upphov till ges av nedanstende figur, vilken baseras p ekvation 22:

    Figur 29: Potentialskillnadens beroende av lngden fr 10 mm2 skyddsledaren

    mellan huvudcentralen och undercentralen och den strm isolationsfelet ger upphov till.

    Som figur 29 visar ger en stor strm i skyddsledaren med tvrsnittsarean 10 mm2 ven en stor

    potentialskillnad mellan lastens hlje och den i nrheten av huvudcentralen skyddsutjmnade delen.

    Vid ett isolationsfel r det dock inte skert att all strm leds genom skyddsledaren, d kontakt med

    neutralledaren sannolikt fortfarande finns. Det finns ven en viss vergngsresistans mellan

    isolationsfelet och det skyddsjordade hljet vilket gr att strmmen i skyddsledaren begrnsas

    ytterligare. Att strmmen ska bli s pass hg att oacceptabel berringsspnning uppstr r inte rimligt

    d jordfelsbrytare i badrum ska ha en mrkutlsningsstrm p 30 mA och skringar lser ut lngt

    innan potentialskillnader p 50 V uppstr. Om varken jordfelsbrytare eller skringar frnkopplar felet

    kommer dessutom ledningarna att brinna av innan oacceptabel berringsspnning uppstr.

    Om skyddsledaren mellan huvudcentralen och undercentralen i figur 28 erstts av en skyddsledare

    med tvrsnittsarean 16 mm2, kan figur 29 ersttas med fljande figur som baseras p ekvation 22:

  • 31

    Figur 30: Potentialskillnadens beroende av lngden fr 16 mm2 skyddsledaren

    mellan huvudcentralen och undercentralen och den strm isolationsfelet ger upphov till.

    I figur 30 framgr vid en jmfrelse med figur 29 att en kning av tvrsnittsarean fr skyddsledaren

    ger lgre potentialskillnad fr respektive ledningslngder. En kning av tvrsnittsarean kommer ocks

    leda till frbttrade frnkopplingstider.

    Om en kompletterande potentialutjmning anordnas i nrhet av undercentralen som matar badrummet

    och drmed ocks anses vara uppfylld [6], se figur 31, blir potentialskillnaden 1,4 V om isolationsfelet

    ger upphov till en strm p 20 A enligt ekvation 22.

    Figur 31: Potentialskillnad mellan skyddsjordade och skyddsutjmnade delar vid lnga ledningar i ett TN-system som r

    utfrt med kompletterande skyddsutjmning.

  • 32

    Fr alla uttag 20 A samt gruppledningar i utrymmen fr bad eller dusch r det krav p

    jordfelsbrytare med mrkutlsningsstrm som inte verstiger 30 mA samt frnkopplingstid p hgst

    0,4 s. Utver detta s tillkommer basskydd i form av isolation och felskydd i form av skringar. De

    jordfelsbrytare som sljs idag lser normalt ut inom 0,01 till 0,03 s [6]. Detta medfr att den

    potentialskillnad som kan uppst vid en korrekt utfrd elinstallation hgst varar i 0,4 s, men ofta

    betydligt kortare tid n s.

    4.2.2 Kortslutning mellan fas- och neutralledare i TN-C-S-system

    Sker en ren kortslutning mellan fas- och neutralledare i lasten i figur 28 uppstr en potentialskillnad

    mellan lastens skyddsjordade hlje och den i nrheten av huvudcentralen skyddsutjmnade delen p

    grund av spnningsfall i PEN-ledaren. Hur stor potentialskillnaden blir beror delvis p om

    separationen av skydds- och neutralledaren sker i undercentralen eller huvudcentralen.

    Figur 32: Skyddsutjmnat TN-C-S-system dr kortslutning sker i last i badrum och separationen av skydds- och

    neutralledarskenan sker i undercentralen som matar utrymmet.

    Frutsatt att separationen av skydds- och neutralledaren sker i undercentralen som i figur 32, kan

    potentialskillnaden berknas enligt omskrivning av ekvation 3 och 9:

    (24)

    dr r potentialskillnaden (V) mellan lastens hlje och den i huvudcentralen skyddsutjmnade

    delen, , och r respektive lednings resistivitet (m), lngd (m) och tvrsnittsarea (m2) och r

    fasspnningen (V) i huvudcentralen.

    Om alla ledare r av koppar, fas-, neutral- och PEN-ledaren har samma tvrsnittsarea och lngd fr

    respektive delstrcka och om reaktansen frsummas, ges potentialskillnaden enligt omskrivning av

    ekvation 24:

    (

    )

    (25)

    dr r potentialskillnaden mellan lastens hlje och den i huvudcentralen skyddsutjmnade delen,

    och r PEN-ledarens lngd (m) respektive tvrsnittsarea (m2), och r neutralledarens

    lngd (m) respektive tvrsnittsarea (m2) och r fasspnningen (V) i huvudcentralen.

  • 33

    Vid en kortslutning mellan fas- och neutralledare i en last med de frutsttningar som gller i figur 28

    och 32 blir potentialskillnaden enligt ekvation 25:

    (

    )

    (26)

    Potentialskillnaden p 82,1 V som upptrder mellan det skyddsjordade hljet och den i undercentralen

    skyddsutjmnade delen r drmed att betrakta som oacceptabel berringsspnning.

    Ekvation 24 och 25 frutstter att det sker en ren kortslutning, det vill sga att fas- och neutralledare

    fr sdan kontakt att inte ngon vergngsresistans uppstr. Fr att potentialskillnaden ska bli under 50

    V krvs endast att vergngsresistansen mellan fas- och neutralledaren vid kortslutningen

    r > 0,31 .

    Separeras skydds- och neutralledaren istllet i huvudcentralen enligt figur 33 kommer

    potentialskillnaden att bli ungefr 0 V, d skydds- och neutralledaren frbinds i nrheten av

    huvudjordningsskenan och drmed antar lastens skyddsjordade hlje och den i nrheten av

    huvudcentralen skyddsutjmnade delen i princip samma potential.

    Figur 33: Skyddsutjmnat TN-C-S-system dr kortslutning sker i last i badrum och separationen av skydds- och

    neutralledarskenan sker huvudcentralen.

    4.2.3 Kortslutning mellan fas- och neutralledare i TN-S-system

    Intrffar en kortslutning mellan fas- och neutralledare i ett TN-S-system uppstr ingen

    potentialskillnad mellan skyddsjordade hljen och skyddsutjmnade delar. Detta tack vare att skydds-

    och neutralledare hlls separerade hela vgen frn ntstationen, se figur 6 och 7.

    4.2.4 PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system

    Vid ett PEN-ledaravbrott i ett potentialutjmnat TN-C-S-system kommer potentialen att lyftas till

    ungefr samma niv fr de delar som r anslutna till huvudjordningsskenan och den kompletterande

    skyddsutjmningen. Dessvrre kan ledande material som r anslutna till huvudjordningsskenan, till

    exempel vatten, fjrrvrme- och gasrr, brja fungera som jordelektroder och strmmen kommer ledas

    tillbaka till matningens jordtag via skyddsutjmningsledaren, rren och marken enligt figur 34.

  • 34

    Figur 34: PEN-ledaravbrott i potentialutjmnat TN-C-S-system.

    Om de vatten, fjrrvrme- eller gasrr vilka fungerar som jordelektroder har lg impedans r det inte

    skert att PEN-ledaravbrottet upptcks.

    4.2.5 Neutralledaravbrott i TN-S-system

    Ett neutralledaravbrott i ett potentialutjmnat TN-S-system enligt figur 35 kommer inte leda till farliga

    berringsspnningar, d skydds- och neutralledarna hlls separerade hela vgen frn ntstationen.

    Neutralledaravbrottet kan dock leda till frhjda spnningsniver mellan fas- och neutralledare p

    grund av att trefassystemet fr en svvande neutralpunkt, och ansluten elektrisk utrustning kan ta

    skada och i vrsta fall brja brinna.

    Figur 35: Neutralledaravbrott i potentialutjmnat TN-S-system.

  • 35

    4.2.6 PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system med eget jordtag

    Frses ett potentialutjmnat TN-C-S-system med eget jordtag skapas ett redundant system mot PEN-

    ledaravbrott:

    Figur 36: PEN-ledaravbrott i TN-C-S-system med eget jordtag.

    I figur 36 kommer jordtaget att fungera som trefassystemets neutralpunkt vilket frhindrar att frhjda

    spnningsniver uppstr inom anlggningen. Strmmar kommer att vagabondera i marken mellan

    jordtaget och ntstationen, men till skillnad frn i figur 34 sker nu detta i en kontrollerad vg om

    jordtaget r korrekt utfrt. Om impedansen i rret r lg finns det dock en risk att en del av strmmen

    vljer att g via rret istllet.

    Storleken hos den vagabonderande strmmen i rret i figur 36 kan berknas enligt omskrivning av

    ekvation 11:

    (27)

    dr r delstrmmen (A) som flyter i rret, r jordtagets impedans (), r rrets impedans

    () och r strmmen (A) i neutralledaren.

    Med eget jordtag freligger en risk att PEN-ledaravbrottet inte upptcks, vilket i sig inte blir ett

    problem frrn jordtaget kopplas bort frn huvudjordningsskenan.

    4.2.7 Neutralledaravbrott i TN-S-system med eget jordtag

    I ett TN-S-system kommer det egna jordtaget inte ge ngot skydd mot frhjda spnningsniver vid ett

    neutralledaravbrott, d skydds- och neutralledaren hlls separerade hela vgen frn ntstationen:

  • 36

    Figur 37: Neutralledaravbrott i ett TN-S-system med eget jordtag.

    I figur 37 gr strmmen tillbaka till ntstationen bakvgen via lasten som r ansluten mellan L2 och

    huvudcentralens neutralledarskena, och de tv lasterna har seriekopplats mellan L1 och L2. Inga

    vagabonderande strmmar leds tillbaka till ntstationen via marken, men p grund av fasernas

    seriekoppling kan frhjda spnningsniver uppkomma beroende p lasternas frdelning.

    4.2.8 Isolering av frmmande ledande del

    Fr att frhindra att oacceptabla berringsspnningar uppstr lokalt kan frmmande ledande delar

    isoleras. Vid nybyggnation r idag inkommande vatten- och avloppsledningar i plast dominerande,

    vilket medfr att dessa inte r att betrakta som en frmmande ledande del enligt ekvation 15 och

    behver inte heller ing i skyddsutjmningssystemet.

    Vid primranslutning av fjrrvrme i ett bostadshus mste inkommande rr vara av stl eller koppar d

    rren normalt dimensioneras fr ett maximalt tryck p 16 bar och temperaturen 120C [23], [24].

    4.2.9 Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr

    VRMEK och SVT AB har utvecklat ett tryck- och vrmetligt isolerande flnsfrband som monteras

    mellan fjrrvrmerrens avstngningsventiler och fjrrvrmecentralen [25], Se bilaga 2. Packningen i

    flnsfrbanden frhindrar metallisk kontakt ver rrskarven, och drmed kan inga vagabonderande

    strmmar och frmmande potentialer som uppstr i verliggande fjrrvrment ta sig in i

    anlggningen. Vagabonderande strmmar som uppkommer inom anlggningen kommer heller inte

    kunna sprida sig i verliggande fjrrvrment.

  • 37

    Figur 38: Fjrrvrmesystem dr rren r frsedda med isolerande flnsfrband och fjrrvrmecentralen r ansluten till

    huvudjordningsskenan.

    Fjrrvrmecentralen i figur 38 krver elektrisk matning till bland annat cirkulationspumpen och

    reglerutrustning, och r drmed ocks ansluten till skyddsjordningssystemet. Detta kan medfra att

    rret i badrummet som har kontakt med fjrrvrmecentralen r att betrakta som en frmmande ledande

    del enligt ekvation 15, trots de isolerande flnsfrbanden.

    Intrffar ett PEN-ledaravbrott kommer jordtaget fungera som trefassystemets neutralpunkt som i figur

    36, vilket frhindrar att frhjda spnningsniver uppstr inom anlggningen. Tack vare de isolerande

    flnsfrbanden kommer vagabonderande strmmar i fjrrvrmerren att elimineras, d i

    ekvation 27.

    Vid ett neutralledaravbrott i ett TN-S-system med eget jordtag och dr fjrrvrmerren r frsedda

    med isolerande flnsfrband kommer situationen bli liknande som i figur 37, med frhjda

    spnningsniver som fljd.

    Monteras isolerande flnsfrband kan det uppst en potentialskillnad ver skarven p grund av

    frmmande potential som uppkommer i verliggande fjrrvrment eller p grund av fel inom

    anlggningen. Detta kan medfra en risk vid arbete i fjrrvrmesystemet och varningsmrken som

    upplyser om eventuella potentialskillnader br sttas upp i flnsfrbandens nrhet. Ngon form av

    skydd, exempelvis en plastkpa, som isolerar minst 2,5 m av rrens lngd br ocks monteras ver

    rren fr att frhindra samtidig berring av var sida om flnsfrbandet. Vid arbete i

    fjrrvrmesystemet som medfr risk fr samtidig berring av var sida om flnsfrbandet kan en

    potentialutjmning utfras med hjlp av tv i ledande material sammanbundna klmmor, liknande

    startkablage fr bilbatterier.

  • 38

    4.2.10 Kabelkostnader fr TN-C-S- och TN-S-system

    Nedan redovisas listpriser p ngra vanlig frekommande serviskablar:

    Tabell 6: Kostnader fr serviskablar. Kostnaderna avser Elektroskandias listpriser 2012-05-09.

    Kabel-

    Beteckning

    Area per

    ledare (mm2)

    Pris TN-S

    (kr/m)

    Pris TN-C-S

    (kr/m)

    Prisskillnad

    per m (kr/m)

    Besparing vid

    300 m (kr)

    EKKJ (Cu) 10 297 231 66 19 800

    FKKJ (Cu) 10 510 467 43 12 900

    N1XV (Cu) 10 344 279 65 19 500

    FKKJ (Cu) 16 550 407 143 42 900

    N1XV (Cu) 16 575 466 109 32 700

    FKKJ (Cu) 25 810 645 165 49 500

    N1XE (Al) 25 313 263 50 15 000

    FKKJ (Cu) 35 1150 825 325 97 500

    AKKJ (Al) 50 364 272 92 27 600

    AKKJ (Al) 150 865 655 210 63 000

    Ovanstende tabell baseras p listpriser exklusive moms och tar inte hnsyn till de rabatterade priser

    som gller fr stora entreprenrer. Listpriset varierar ven beroende p rdande rvarunoteringar.

    Vid nyinstallation av den 184 m lnga kraftmatningen till villan i figur 19, om den stolpmonterade

    hngspiralkabeln ALUS som inte frekommer som femledare erstts av motsvarande lngd nedgrvd

    AKKJ-kabel, skulle kabelkostnaden fr ett rent TN-S-system enligt tabell 6 uppg till:

    (

    ) (

    ( ) ) (

    )

    (28)

    Fr motsvarande TN-C-S-system uppgr kostnaden till:

    (

    ) (

    ( ) ) (

    )

    (29)

    Kostnadsskillnaden med ovanstende frutsttningar r sledes 25 616 kr och TN-S-systemet r 32 %

    dyrare n motsvarande TN-C-S-system. Utfrs samma berkning som i ekvation 28 och 29 fr en mer

    frgrenad kraftmatning kommer kostnadsskillnaden att ka och kan snabbt bli mycket stor.

    Kabeltyperna N1XV och N1XE saknar koncentrisk ledare och har tagits fram fr att erstta bland

    annat EKKJ- och FKKJ-kablar. Den koncentriska ledaren, ven kallad skrm, gr att kabeln blir mer

    styv och drmed ocks mer svrjobbad [26]. Att erstta skrmade kablar med oskrmade ger ocks

    lgre kostnader, men kan pverka skerheten d skrmen gr kabeln mindre knslig fr mekanisk

    pverkan.

  • 39

    5 Diskussion

    5.1 Mtning av potentialskillnader i badrum

    Den hgsta potentialskillnaden som uppmttes i badrummet var 3,52 V, men detta skedde inte d

    PEN-ledaren i villans servisledning var som mest belastad. Potentialskillnaden kade inte linjrt med

    belastningen och vid samma belastning kunde den uppmtta potentialen skilja sig t mellan tv olika

    mtningar.

    Villans gare har vid tidigare tillfllen uppmtt en potentialskillnad p 5 6 V. Fr en sdan

    potentialskillnad krvs att PEN-ledaren ven belastas frn andra anslutningspunkter som ansluter till

    samma ntstation. Mtningarna skedd under dagtid en regnig men varm dag i maj och drmed kan det

    antas att den totala belastningen var lg. Skulle samma mtningar genomfras en kall och mrk

    vinterdag skulle resultatet troligtvis bli annorlunda. I en anlggning planerar man fr en jmn

    lastfrdelning ver de tre faserna fr att undvikas stora huvudskringar. En jmn lastfrdelning gr att

    strmmen i neutralledaren minimeras, men samtidigt adderas vertonsstrmmar frn olinjra laster i

    neutralledaren vilket kar spnningsfallet i PEN-ledaren.

    Frutom att mta potentialskillnaden mot det provisoriska jordtaget var en tanke att det skulle anslutas

    till inkommande PEN-ledare i fasadmtarskpet. P s stt skulle spnningsfallet mellan

    anslutningspunkten och ntstationens neutralpunkt motverkas och potentialskillnaden i badrummet

    minimeras. P grund av markens beskaffenhet och tillgnglig utrustning var dock inte detta mjligt d

    jordtagsresistansen var alltfr hg.

    Golvbrunnens jordtagsresistans var enligt mtningar 8,8 k och resistansen mellan ett jordbleck i

    eluttag och golvbrunnen uppmttes till 13,6 k. Drmed r inte golvbrunnen att betrakta som en

    frmmande ledande del. Vid mtningarna antogs frst att golvbrunnens avloppsrr var i ett ledande

    material, men det framkom dock senare att detta var i plast vilket verifieras av den hga

    jordtagsresistansen. Att potentialskillnaderna nd r direkt knnbara beror p att golvbrunnen kan

    lagra en viss mngd laddning d betongplattan som inte r skyddsutjmnad kan fungera som en

    laddningsreservoar. Antalet laddningar som golvbrunnen kan lagra r dock begrnsad och

    urladdningarna upphr nr duschblandaren och golvbrunnen har erhllit samma potential [12].

    5.2 Potentialutjmning

    Fr att det ska uppst stora potentialskillnader i ett badrum krvs antingen mycket lnga ledningar

    eller att till exempel ett isolationsfel eller en kortslutning ger upphov till mycket hga strmmar.

    Sannolikheten fr att man vid just det tillflle ett fel intrffar i en last samtidigt r i kontakt med en

    spnningssatt utsatt del och en i huvudcentralen skyddsutjmnad del r mycket liten. Intrffar detta

    bedms dock sannolikheten fr att en farlig situation ska uppst inte vara speciellt hg, d fyra

    skyddsniver redan finns.

    Enligt elinstallationsreglerna avsnitt 411.3.2.6 [6] ska kompletterande skyddsutjmning bland annat

    anordnas d automatisk frnkoppling inte kan uppns inom de tider som fodras. D automatisk

    frnkoppling inte uppns inom de tider som fodras r inte heller elinstallationen korrekt utfrd och

    rimligtvis borde detta ordnas innan kompletterande skyddsutjmning utfrs.

    Skyddsutjmning och kompletterande skyddsutjmning kan leda till kad frekomst av

    vagabonderande strmmar, d lckstrmmar frn ansluten utrustning fr fler alternativa vgar att g d

    skyddsledarna i installationen r mer frgrenade.

  • 40

    Om den kompletterande skyddsutjmningen anordnas inne i badrummet stlls hgre krav p

    projekteringen, d skyddsutjmningsledare som frlggs i golv och vggar inte fr pverka ttskiktet.

    Elinstallationen br ven frses med koordinerade verspnningsskydd fr att minimera

    konsekvenserna av transienter frn det verliggande ntet.

    5.3 Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr

    Inte mycket information finns att tillg om isolerande flnsfrband till fjrrvrmerr och det

    frekommer en viss skepsis bland fjrrvrmeinstallatrer angende detta, d man helst vill minimera

    antalet rrskarvar p grund av lckagerisken. Den allmnna instllningen tycks ocks vara att

    problemen med frmmande potentialer och vagabonderande strmmar i fjrrvrmerr inte beror p

    fjrrvrmentets uppbyggnad, utan p grund av felaktigt utfrda elinstallationer.

    En stor nackdel med flnsfrbanden r priset. Kostnaden exklusive moms fr ett par flnsfrband i

    storlek DN25 r 4910 kr och fr DN200 r kostnaden 12 910 kr [27]. Anledningen till det hga priset

    r troligtvis sm tillverkningsvolymer p grund av liten efterfrgan d kunderna frmst utgrs av

    elallergiker och anlggningar som inrymmer samhllsnyttig men strknslig elektronik.

    5.4 Eget jordtag

    Om ett PEN-ledaravbrott intrffar nra ntstationen och endast en anslutning i omrdet har ordnat med

    lokalt jordtag, kan samtliga anslutningar till samma ntstation bli beroende av det lokala jordtaget. D

    ett PEN-ledaravbrott kan leda till en allvarlig situation enligt avsnitt 2.4 r detta nd att fredra

    istllet fr att alla anslutningar drabbas av dessa konsekvenser.

    Transienter frn blixtnedslag r energirika och innehller en mngd olika frekvenser vilket gr att

    impedansen snabbt kan bli mycket hg d den har ett frekvensberoende enligt ekvation 8. Vid lnga

    servisledningar kan detta bli ett problem och fr att skerstlla funktionen hos verspnningsskydd br

    ett lokalt jordtag anslutas till huvudjordningsskenan.

    Ett vl utfrt lokalt jordtag kar kortslutningsstrmmen, vilket i sin tur leder till frbttrade

    frnkopplingstider.

  • 41

    6 Slutsats

    Rimligheten i att anordna kompletterande skyddsutjmning i badrum i bostadshus kan ifrgasttas d

    basskydd i form av isolation, felskydd i form av skringar och tillggsskydd i form av jordfelsbrytare

    och skyddsutjmning i nrheten av huvudcentralen kan anses utgra en redan tillrcklig skyddsniv

    och uppfyller tvfelsprincipen. Grunden fr skydd mot elchock i elinstallationer bygger p att ett fel

    inte fr medfra fara, utan det r frst d ett andra fel intrffar som en farlig situation kan uppst.

    Kompletterande skyddsutjmning r dock befogat i strknslig milj s som sjukhus dr sm

    potentialskillnader kan leda till allvarliga konsekvenser och industriella anlggningar fr att uppfylla

    funktionsmssiga skl och minimera risken fr gnistbildning.

    TN-C-S-system med eget jordtag ger ett redundant system mot PEN-ledaravbrott. Detta gller inte fr

    neutralledaravbrott i TN-S-system med eget jordtag, d ingen frbindelse mellan skydds- och

    neutralledare frekommer vilket kan leda till frhjda spnningsniver inom anlggningen.

    Eget jordtag kar frnkopplingstider, minimerar potentialskillnader som beror av spnningsfall i PEN-

    ledare och skerstller funktionen hos verspnningsskydd. Detta frutsatt att jordtagsresistansen r

    lg.

    Att utfra kraftmatningar som TN-C-S-system r billigare n motsvarande TN-S-system. I ett TN-S-

    system krvs att skydds- och neutralledare r separerade hela vgen frn ntstationen, vilket gr att

    kostnadsskillnaden snabbt kan bli mycket stor.

    TN-S-system r inte att kompatibelt i system med parallella kraftmatningar d det fr varje strmklla

    skapas en koppling mellan skydds- och neutralledaren, vilket ger upphov till cirkulerande

    neutralstrmmar.

    Med TN-S-system kan vagabonderande strmmar i princip elimineras. Samtidigt kan

    potentialutjmningssystemet leda till kad frekomst av vagabonderande strmmar, d lckstrmmar

    frn ansluten utrustning fr fler alternativa vgar att g d skyddsledarna i installationen r mer

    frgrenade.

    Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr frhindrar metallisk kontakt ver rrskarven, och drmed

    kan inga vagabonderande strmmar och frmmande potentialer som uppstr i verliggande

    fjrrvrment ta sig in i anlggningen. Vagabonderande strmmar som uppkommer inom

    anlggningen kommer heller inte kunna sprida sig i verliggande fjrrvrment. Isolerande

    flnsfrband kan inte installeras fr att frhindra oacceptabla berringsspnningar som uppstr p

    grund av fel inom anlggningen, d fjrrvrmecentralens kraftmatning krver anslutning till

    skyddsledare. Detta medfr att fjrrvrmerren r att betrakta som frmmande ledande del.

  • 42

    7 Referenser

    [1] Hans-Peter Nee, Kompendium i Eleffektsystem. Stockholm: KTH, 2002.

    [2] ke Almgren och Hans Blomqvist, Elkrafthandboken. Elkraftsystem 2, 2011.

    [3] Alf Alfredsson och Lars Mrtensson, Elteknik, 3. Utg., 1999.

    [4] Svenska elektriska kommissionen (SEK), Spnningsgodhet i elntfr allmn distribution, SS-EN

    50160., 1999.

    [5] Svenska elektriska kommissionen (SEK), Potentialutjmning i byggnader: en handbok. 3. utg.

    Kista, 2004.

    [6] SEK Svensk elstandard, Elinstallationsreglerna: SS 436 40 00, utg 2, med kommentarer: en

    handbok, Kista, 2010.

    [7] Gustav Lundqvist, Utredning av jordnings- och kraftmatningssystem Rda Linjen -Bilaga 6,

    2011.

    [8] Gustav Lundqvist, Utredning av jordnings- och kraftmatningssystem Rda Linjen - Bilaga 5,

    2011.

    [9] Voltimum, (2012-04-12), Frdelningssystem,

    http://www.voltimum.se/news/4125/cm/fordelningssystem.html

    [10] Gustav Lundqvist, Handout, Kurs i elinstallationsreglerna SS 436 40 00, 2012-04-02.

    [11] Gustav Lundqvist, (2012-05-22), Jordningar - verifieringar ur ett impedansperspektiv,

    http://www8.tfe.umu.se/courses/energi/ExjobbCivIngET/Rapporter/2010/GustavLundkvist.pdf

    [12] Intervju: Gustav Lundqvist, 2012-05-22 12:00.

    [13] Intervju: Svante Skeppstedt SEK, Informatr lgspnningsinstallationer, 2012-05-03 10:30.

    [14] Elskerhetsverket (2010-04-18) Kompletterande skyddsutjmning i bad- och duschrum,

    http://www.elsakerhetsverket.se/sv/Press/Nyheter/Kompletterande-skyddsutjamning-i-bad--och-

    duschrum/

    [15] Gustav Lundqvist, Utredning av jordnings- och kraftmatningssystem Rda Linjen - Bilaga 4.,

    2011.

    [16] Mericon Sverige AB och Erico Europe B.V., Seminarium om skskydd och jordning,

    Ume 2012-04-19.

    [17] (2012-05-14) Electrochemical potentials, http://www.qsl.net/n9zia/electrochemical.html

    [18] Kurs i elinstallationsreglerna SS-436 40 00, Tyrns AB, Boden 2012-04-02.

    [19] Sven-Erik Berglund och John kerlund, EMC, elkvalitet och elmilj, 3rd ed., Elforsk, 2007.

    http://www.voltimum.se/news/4125/cm/fordelningssystem.htmlhttp://www8.tfe.umu.se/courses/energi/ExjobbCivIngET/Rapporter/2010/GustavLundkvist.pdfhttp://www.elsakerhetsverket.se/sv/Press/Nyheter/Kompletterande-skyddsutjamning-i-bad--och-duschrum/http://www.elsakerhetsverket.se/sv/Press/Nyheter/Kompletterande-skyddsutjamning-i-bad--och-duschrum/http://www.qsl.net/n9zia/electrochemical.html

  • 43

    [20] SMHI, (2012-05-08), http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/blixtar-1.662

    [21] Reidar Gustavsson, Praktisk elkvalitet. Borlnge, 2007.

    [22] Eltrygg, (2012-05-17), Att mta jordtag, http://www.eltrygg.se/Jordtag

    [23] Svensk fjrrvrme, (2012-05-14), http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-

    /Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/Materialval/Ror/

    [24] Svensk fjrrvrme, (2012-05-14), http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-

    /Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/TryckTemperatur/

    [25] BEMI.se, (2012-05-15), http://www.bemi.se/consult/FV.html

    [26] Intervju: Peter Thunell Ume energi, avdelning elnt, 2012-05-09 11:00.

    [27] Vrmek, Prislista 120101, E-post 2012-05-04.

    Bilagor

    Bilaga 1: Minimiarea fr olika ledare

    Bilaga 2: Isolerande flnsfrband fr fjrrvrmerr

    bilaga 3: versiktskarta kraftmatning

    http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/blixtar-1.662http://www.eltrygg.se/Jordtaghttp://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-/Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/Materialval/Ror/http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-/Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/Materialval/Ror/http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-/Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/TryckTemperatur/http://www.svenskfjarrvarme.se/Medlem/Fokusomraden-/Smahusguiden/Infor-utbyggnaden/TryckTemperatur/http://www.bemi.se/consult/FV.html

  • Bilaga 1: Minimiarea fr ol ika ledare

    Minsta ledararea fr skyddsledare SS 436 40 00, utg 2, Tabell

    54.3

    Area fr fasledare S

    i installationen (mm2)

    Minsta area fr motsvarande

    skyddsledare (mm2)

    S 16 S 16 S 35 16 S 35 S/2

    ANM: PEN-ledare fr endast anvndas i fasta elinstallationer och av

    mekaniska skl ska deras ledararea vara minst 10 mm2 koppar eller 16 mm

    2

    aluminium.

    Minimiarea fr skyddsutjmningsledare som ansluter till

    huvudjordningsskenan SEK Handbok 449, Figur 2

    Material Area (mm2)

    Area, vid installation av

    skskyddssystem (mm2)

    Koppar (Cu) 6 14

    Aluminium (Al) 16 22

    Stl (Fe) 50 50

    Minimiarea fr separat framdragen skyddsledare som inte ingr i matande

    kabel SS 436 40 00, utg 2, Avsnitt 543.1.3 och avsnitt 544.2.2

    Material Area, vid skydd mot

    mekanisk skada(mm2)

    Area, om inte skydd mot

    mekanisk skada (mm2)

    Koppar (Cu) 2,5 4

    16 Aluminium(Al) 4

    M: Utsatta delar

    : skyddsutjmningsledarens area

    : Ledararean hos

    skyddsutjmningsledaren fr

    kompletterande skyddsutjmning

    ANM: En skyddsutjmningsledare som inte r en del av en kabel anses vara mekaniskt

    skyddad genom frlggning i rr, kanal, ingjutning eller om den r skyddad p ett

    motsvarande stt.

  • Bilaga 2: Isolerande f lnsfrband fr f jrrvrmerr

  • Bilaga 3: versiktskarta kraftmatning

    Nee02Alm11Alf99SEK99Sve04SEK10Lun111Lun11Vol12Lun02Gus22IntEls10Lun1112BVM12Kur02Ber07SMH08Gus07Sve141BEM15