ISBN 47-08543-9 © 2012 Sven Spiegelberg och Liber AB Redaktör/Projektledare: Sture Sahlström Bildanskaffning: Sven Spiegelberg, Spiegelberg Förlagskonsult Grafisk form och produktion: Sven Spiegelberg, Spiegelberg Förlagskonsult Bildleverantörer: Spiegelberg Förlagskonsult har levererat all bilder som inte anges i blidleverantörslistan nedan. ABB sid 19, 173, 196 ASUS sid 111, 208 Bosch sid 8, 14, 26, 30, 32, 69, 102, 105, 128, 151, 217 CA Mätsystem AB sid 13, 70, 78, 79, 202, 210, 211, 216, 223, 225, 228, 229 Clas Ohlson AB sid 59, 93, 96, 98, 103, 106, 124, 139, 217 CTEC SVEDEN AB sid 141 Delphi sid 117 Elfa AB sid 14, 26, 30, 35, 44, 49, 51, 52, 53, 64, 65, 66, 75, 76, 80, 81, 82, 105, 106, 107, 110, 126, 130, 133, 143, 147, 149, 152, 159, 162, 176, 180, 192, 197, 217, 220 EIO sid 7, 10 Elsäkerhetsverket sid 20, 21, 22, 24 EON sid 32 Elprocad AB sid 39 Fortum sid 135, 13 Fluke Corporation sid 12, 18, 24, 26, 33, 35, 37, 38, 63, 65, 92, 97 Infranord AB sid 17 Johan Sjöstrand sid 19 KONE Corporation sid 14 Multi Dynamic System of Sweden AB sid 99, 111 Solelkonsulterna AB sid 31, 52 Sonax sid 72 Svenska kraftnär AB sid 50
Wincor Nixdorf AB sid 7, 11, 15 Vetec Weighing sid 36 Vattenfall sid 32, 102 Wikimedia Creative Commons licenses: SATA sid 15 Leone sid 25 Cris Darling sid 30, 149 Mariluna sid 30 Smial sid 44 US Army sid 50 Coronium sid 75 Vanessaezekowitz sid 76 D-kuru sid 81, 177, 208, Tatoute sid 82 Richard sid 82 Degir6328 sid 82 Miroslav sid 84 Peter Van den sid 97 Hotflashh sid 98 Omegatron sid 109 Jjbeard sid 109 FDominec sid 109 Micael Schmid sid 218 Ktims sid 111 mboverload sid 69, 113, 217 Zureks sid 100, 113, 144, 188 Kristoferb sid 128, 135, 138 IFCAR sid 138 Yann sid 137
Jelson sid 128, 137, 230 Stunteljt sid 142, 153, 158 Ivob sid 143 Bios sid 144 wdwd sid 146 Stahlkoch sid 152 Marrrci sid 154 Rs1421 sid 154 Mtodorov sid 155 Kuebi sid 159 PT35 sid 160 SiriusA sid 110, 163, 190 Christian Taube sid 176 Inkwina sid 177 Paulus sid 180 Frank Klemm sid 181 Botaurus sid 183 Biezl sid 183, 218, 221, 224 Ulfbastel sid 183 CHG sid 185 Zureks sid 113, 188 Barbiros sid 200, 202 Anders Lagerås sid 201 Talifero sid 149, 209 Andreas-Horn sid 209 Inductiveload sid 215 NASA sid 210, 214 Ddd-www sid 217 Tm sid 217 Houtlijm sid 226 Mihkel Valjaots sid 230
Första upplagan: 1
Repro: Resultat Grafisk Form & Produktion Tryck: Polen 2013
Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet.
Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuspresskopia.se. Liber AB, 113 98 Stockholm. 08-690 92 00. www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01. E-post: kundservice.liber@liber.se 2
Innehållsförteckning Ellära
1
Författarpresentation 6
Toppspänning Momentanvärde
Förord 6
RMS-värde
1 Varför Ellära
7
Teori och praktik
8
Neutralledare
Karaktären på ämnet Gemensam grund, olika tillämpningar Elkvalitet Tillämpningsexempel Elsystemen i fastigheter Mekatronik och automation Dator- och elektroniksystem
2 Elsäkerhet
9 10 12 13 13 14 15 16
Isolering 17 Arbeta utan spänning
18
Ansvar för utrustningar och anläggningar 19 Elsäkerhetsverket 20 Behörighet 21 Elolyckor 22 Ström genom kroppen 23 Bränder 24 Ljusbågsolyckor 24 Åtgärder vid elolyckor 25
3 Spänning och spänningsmätning Vad är spänning Ledare och isolering
Spänning kan skapas på olika sätt Statisk elektricitet Kemiskt skapad spänning Solceller Mekaniskt skapad spänning
26 27 28 30 30 30 31 31
Spänningsmätning 33 Anslutningar på multimetern 35 Välja mätområde 35 Grafisk multimeter och oscilloskop 37 Mäta elkvalitet
38
Elscheman och installationsritning
39 40 41 41 41 41 42 43
Symboler Ledare Strömpilar Spänningspilar Olika ritsätt Spänningspotential Potentialskillnad
Växelspänning 44 Sinuskurvan 45
Frekvens Skyddsjord Potentialutjämning
45 45 46 46 47 48 48
Trefas 49 Eldistribution med trefas 50 Huvudspänning och fasspänning 51 Omvandling från växelspänning till likspänning
51
Omvandling från likspänning till växelspänning
52
4 Ström och strömmätning
53
Ström 54 Öppen och sluten krets 55 Strömriktning 57 Strömgrening 58 Jordfelsbrytaren 59 Strömmätning 62 Anslutningar 63 Välja mätområde 64 Mätning med strömtång 65 Grafisk multimeter eller oscilloskop 65 Strömstyrda komponenter
66
Dioder 66 Anod och katod 66 Framspänningsfall 66 Backspänning 67 Likriktning 67 Halvågslikriktning 67 Helvågslikriktning 68 Likriktning trefas 69 Kraftelektronik 69
5 Resistans och resistansmätning
70
Resistans 71 Ledare och isolatorer 72 Kablar 72 Kabelarea 73 Resistivitet 73 Kabelresistans 74 Kontakter och förbindningar 75 Övergångsresistans 76 Resistansmätning 77 Mätområde för ohm 77 Isolationsprov 78 Temperaturberoende 80
3
Variabla motstånd och sensorer Halvledare LED (Light Emitting Diode) Temperaturgivare NTC- och PTC-motstånd Temperaturgivare PT100
80 81 82 83 84
6 Ohms lag
85
Ohms lag
86 87 88 88 89 90 90
Ekvationer Grundenheter Räkna ut spänningen (U) Räkna ut strömmen (I) Räkna ut resistansen (R) Felsökning
7 Effekt och effektstyrning
92
Effekt och energi
93 94 94 94
Effekt mäts i watt Energi mäts i kWh Försäljning av elektrisk energi
Effektformeln 95 Räkna ut effekten 95 Räkna ut strömmen 96 Räkna ut spänningen 96 Beräkna effekten med resistansen 96 Effektmätning 97 Förlusteffekter 97 Beräkna förlusteffekt 98 Verkningsgrad 99 Momentan (tillfällig) effekt 99 Effektivvärde RMS (Root Mean Square) 100 Medeleffekt 101 Att lagra elenergi 102 Amperetimme Ah 102 Effektstyrning 102 Effektstyrning vid likspänning (PWM) 103 Effektstyrning vid växelspänning 103 Mjukstartare 105 Frekvensomriktare 105 Effektstyrande komponenter Motorskydd Reläer och kontaktorer Transistorer Tyristorn och TRIAC Givare med transistorutgång Kondensatorn Tidskonstanter Glättning av spänning Brumspänning Primärswitchning
8 Parallellkoppling och strömgrening
105 107 107 108 109 109 110 111 112 112 113 114
Parallellkoppling 115 Strömgrening 116 Elcentraler och ledningsnät 116 Kabelstammar 117
4
Räkna ut huvud- och grenströmmar Parallellkopplade resistanser Parallellkopplade spänningskällor
9 Seriekoppling och spänningsdelning
117 118 119 120
Seriekoppling
121 122 Spänningsdelning 123 Givare 125 Seriekopplade spänningskällor 128 Elektromotorisk kraft (EMK) och inre resistans 129 Ström och resistans i seriekoppling
10 Kombinerade kretsar
130
Kombinerade kretsar
131 132 133
Spänningsdelning i kombinerade kretsar Bryggkopplingar och mätkretsar
11 Batterisystem
135
Ackumulatorer 136 Batterikapacitet Ah, kWh och RC 136 Avbrottsfri kraft UPS 137 Laddning 137 Inre resistans och EMK 138 Olika ackumulatortyper Nickel-kadmiumackumulator Nickel-metallhydridackumulator Lithium-ion ackumulator Lithium-polymer ackumulator Blyackumulatorn Vilospänning Sulfatering Specifikationer på blyackumulatorer Självurladdning
138 138 138 139 139 139 140 140 140 140
12 Elektromagnetism
142
Elektromagnetiska maskiner
143 144 145 145 146 146 147 147 148 149 149 150 150 151 152 152 153 154 154 155 156
Permanentmagneter Magnetiska material Influens och magnetiskt flöde Remanens Hysteres Elektrisk magnetism Elektriska och magnetiska fält Med- och motriktade magnetiska fält Elektromagneter Elektriska fält Induktion och generatorprincipen Likströmsgeneratorn Växelströmsgeneratorn Transformatorn Omsättningstal Motorprincipen Likströmsmotorer Växelströmsmotorer. Mot-emk Skyddsdioder och transientskydd
Givare 156 Induktiva givare 156 Halleffeltgivare 157
13 Reaktiva laster
158
Reaktiva belastningar
159 160 160 161 162 163 164 166 167 167
Växelströmsmotstånd Induktiva belastningar Fasförskjutning Spolens egenskaper Kondensatorns egenskaper Beräkna induktiv och kapacitiv reaktans Cirkeln, π (pi) och radianer Impedans – Z Impedanstriangel
Pythagoras sats Spänningstriangeln Effekt i belastningar med fasförskjutning Aktiv effekt Skenbar effekt Reaktiv effekt Effektfaktor
168 169 170 170 170 171 173
Matematik sinus, cosinus och tangens 174 Faskompensering 175 Beräkning av faskompensering 176 Exempel faskompensering 178 Filter 180 Nominell impedans 181 Högpassfilter 181 Lågpassfilter 182 Bandpass- och bandspärrfilter 182 Svängningskrets 183
14 Trefas
184
Fördelar med trefas
185 185 186 186 186 187 188 189 189 190 191 192 193 194 196 197
Huvudspänning och fasspänning Fasföljd och beteckningar L1, L2 och L3, D-koppling Y-koppling Neutralpunkt Y/D-start av motorer Huvudström (linjeström) och fasström Symmetrisk belastning Momentanvärden Osymmetrisk belastning Strömmar i neutralledaren Effekt i trefassystem Effektberäkningar Effekt i trefaskretsar med reaktiv belastning Faskompensering av trefas
15 Jordsystem
TN-S TN-C TN-C-S Potentialutjämning Skärmning
204 205 206 207 209
16 Elkvalitet
210
Elmiljö och elkvalitet
211 211 213 213 214 215 216 217 218 218
Symtom på dålig elkvalitet Arbetsmiljö och elkvalitet När du ställs inför ett problem Elektromagnetisk kompatibilitet - EMC Samarbete tekniker och elektriker Frekvensspektra Störkällor Induktiva störkällor Olinjära störkällor
Kopplingsvägar 219 Induktiv koppling 219 Kapacitiv koppling 220 Elektromagnetisk strålning (radiostrålning) 220 Ledningsbundna störningar 220 Resonansfrekvenser 221 Helhetssyn på anläggningen. 222 Definitioner av avvikelser. 222 Underspänning (Sag) 223 Överspänningar (Surge) 223 Transienter (Spike) 224 Övertoner (Harmonics) 225 Flicker 228 Fasläget cos ϕ 228 UPS (Uninterruptible Power Supply) 230 Online-UPS 230 Offline-UPS 231
200
Jordning 201 Jordtaget i mark 202 Markresistans 202 Inducerade strömmar 203 Internationell standard för skyddsjord 203
5
Författarpresentation Hej! Jag som har skrivit den här boken heter Sven Spiegelberg. Jag har en yrkesbakgrund som servicetekniker i datorbranschen och jag har jobbat med finmekanik, datorsystem, datakommunikation och analys av elkvalitet. I över tio år arbetade jag sedan som yrkeslärare på elprogrammet. Jag började som förlagsredaktör och projektledare på Liber AB 1996. Där arbetade jag med att utveckla läromedel för elprogrammet och fordonsprogrammet fram till 2008. Jag är numera frilansande redaktör, bildredaktör, författare och driver företaget Spiegelberg Förlagskonsult. Sven Spiegelberg
Förord För mig har det varit viktigt att skriva ett läromedel som tillför en ny pedagogisk modell för ellära och samtidigt ger stöd för de traditionella metoder som finns inom ämnet. Spänning, ström och resistans är alla viktiga begrepp och jag vill ge en förståelse för dem innan vi går in på sambanden och matematiken. Därför kommer inte Ohms lag och matematiken in förrän i kapitel 5 Ohms lag. För er som vill utgå från matematik och Ohms lag går det bra att föra in delar av kapitel 5 när det passar i undervisningen. Kapitlen om de grundläggande begreppen spänning, ström, resistans och effekt har en gemensam struktur. De börjar med en förklaring av ett begrepp, t.ex. elektriskt motstånd, sedan hur man mäter storheten och sist i kapitlet behandlar vi motståndet i olika komponenter. Genom att bearbeta varje begrepp ur flera olika aspekter befäster vi kunskapen, så att den blir praktiskt användbar. Bilden nedan beskriver bokens indelning.
Reaktiva laster System och reaktiva laster
Tillämpningar
Grundläggande begrepp
Trefas, Jordsystem Elkvalitet
Parallell- och seriekoppling Batterisystem och Elektromagnetism Elsäkerhet, Spänning, Ström, Resistans Ohms lag Effekt
Bilden illustrerar läromedlets struktur. Inledningsvis förklaras viktiga begrepp i elläran sedan behandlas tillämpningar och sist system.
6
1 Varför Ellära
Syftet med det här kapitlet är att beskriva i vilka sammanhang du behöver ellärakunskaper för att kunna utvecklas som tekniker. Eftersom många utrustningar som ansluts till elnätet inte bara drar ström utan även påverkar elnätet och andra maskiner, har det blivit viktigare med goda kunskaper i ellära. Målet med kapitlet är att du ska förstå ämnets karaktär. När du lär dig ellära utvecklar du ett sätt att tänka och lär dig tillämpa metoder för att lösa tekniska problem. Det är lite som att nå nästa nivå i ett dataspel, du får börja på en låg nivå, träna och skaffa erfarenheter så att du kan bemästra nästa nivå. I kapitlet vill vi ge dig en förståelse för den processen. Ellära bygger på enkla modeller som hjälper oss att lösa praktiska problem. Du kan inte se och ta på el utan får använda förenklingar av verkligheten för att förstå en funktion i en maskin eller lösa ett problem i ett elsystem. Ibland kan du även behöva räkna ut storleken på en spänning eller ström för att se om värdet du mätt upp tyder på att det är fel i en krets.
7
Teori och praktik Om du går ut på olika arbetsplatser och frågar folk som jobbar med el och elektronik vilken nytta de har av sina kunskaper i ellära, kommer du att få mycket varierande svar. För vissa är ellära ett viktigt verktyg som de aktivt använder i det dagliga arbetet. För andra utgör kunskaper i ellära mer ett sätt att tänka som ligger till grund för hur de löser problem. Har du en gång tränat upp din förmåga att förstå och analysera kretsar med hjälp av ellära kommer du att ha med dig ”Tänket” länge. Även om du glömt hur en viss beräkning gjordes, kommer du ihåg att det gick att räkna ut och du kan söka rätt på informationen igen.
Elläran utgör en gemensam grund för många olika yrkesgrupper.
När ett fel uppstår i ett elsystem och enkla åtgärder inte löser problemet kommer du att behöva teoretiska kunskaper för att hitta en lösning. Viss utrustning kan t.ex. skapa problem i andra delar av elsystemet och då måste du kunna diskutera med andra yrkesgrupper för att lösa problemen. Ett annat tillfälle när du behöver teoretiska kunskaper är när du sitter på en kurs för att lära dig ett nytt system eller maskin. Då förutsätts det att du kan grundläggande ellära, för man lägger inte tid på att förklara det som betraktas som grundkunskaper.
Vid produktutbildning inom företagen förutsätts det att du kan den grundläggande teorin.
8
Karaktären på ämnet Du kan inte se spänning och ström, utan du måste föreställa dig dem. De som blir duktiga på att lösa praktiska elläraproblem har lyckats skapa sig en mental bild som hjälper dem att förstå teorin. Jag kommer att använda en del enkla modeller och liknelser när jag ska förklara grundläggande begrepp. Jag kan t.ex. visa en bågskytt för att förklara elektrisk spänning. När bågen är spänd kan man känna hur kraften vill slunga iväg pilen (strömmen). Ibland är det bättre att använda matematik för att visa en princip och matematiken hjälper dig också att träna in ett sätt att tänka. Du ska försöka hitta det sätt som bäst hjälper dig att förstå.
Kraften i pilbågen kan liknas vid elektrisk spänning. Den vill slunga iväg pilen som får motsvara strömmen.
Vi säger att strömmen går från plus till minus, men elektronerna rör sig faktiskt åt andra hållet.
Ellära bygger på fysikens lagar, och precis som i fysiken använder man förenklingar av verkligheten för att att lösa problem. Ett exempel på en sådan förenkling är strömmens riktning. Ett vanligt batteri är märkt med plus- och minustecken vid polerna. Man bestämde tidigt att strömmen går från plus till minus. Senare konstaterade man att elektronerna faktiskt rör sig åt andra hållet. Men för att inte skapa förvirring behöll man den ursprungliga förklaringsmodellen, eftersom den fungerar alldeles utmärkt i det dagliga arbetet. Pilarna i bilden här bredvid visar den modell vi använder med strömmens riktning från plus till minus, fast elektronerna egentligen rör sig åt andra hållet. 9
Om man verkligen ska reda ut vad elektricitet är hamnar man i ganska avancerade resonemang om fysik. Men det är inte praktiskt att använda de resonemangen när vi ska lösa vardagliga tekniska problem. Därför använder vi förenklingar som gör arbetet med el lättare. Samtidigt måsta man vara medveten om att när man behöver förstå mer komplicerade sammanhang fungerar inte de kraftigaste förenklingarna. Då måste du lära dig saker på nästa nivå. Man börjar t.ex. oftast förklara elläran med likspänning, den typ av spänning vi får från vanliga batterier. När vi sedan förklarar växelspänning, som vi har i vägguttagen, kan vi ibland använda samma förenklingar. Men vissa apparater som motorer och lysrör kommer att påverka kretsarna så att vi måste använda andra modeller.
Gemensam grund, olika tillämpningar När vi tittar på hur elläran används av olika yrkesgrupper kan vi se att man använder lite olika metoder och förklaringsmodeller. Installationselektriker arbetar huvudsakligen med växelspänning som vi har i väggkontakterna. De använder då metoder för att bedöma belastningen och för att dimensionera kablar och säkringar.
Arbetar man som installations- eller serviceelektriker använder man metoder och förklaringar som passar för den verksamheten.
10
Bilen visar en atom med elektroner och atomkärna. Elläran bygger på förenklade modeller av det som egentligen är fysik.
En instrumenttekniker som arbetar med mätsystemen på t.ex. en processindustri kommer att använda metoder och förenklingar som passar när man arbetar med små likspänningar, eftersom de används i mät- och signalkretsarna som styr olika utrustningar.
I industriella miljöer där man styr och reglerar maskiner och processer behövs metoder och modeller för att förstå de små spänningar och strömmar som används i mätkretsar och datakommunikation
Om du arbetar med elektronik eller datakommunikation är det vanligt att signalerna har hög frekvens som närmar sig radiofrekvens. Då måste du använda andra modeller för att förstå hur kretsarna fungerar eftersom energin inte längre är bunden till att gå i ledningar. Men den gemensamma grunden för att kunna utveckla kompetens inom olika områden är förståelsen för de grundläggande elektriska storheterna: • Spänning
• Resistans
• Ström
• Effekt
Vid elektronikservice mäter man på små strömmar och snabba förlopp. Det gör att man får tänka lite annorlunda än vid arbete med elinstallation.
11
Elkvalitet Vi förutsätter att spänningen i väggkontakten finns där hela tiden och att den är jämn och stabil, men så är tyvärr inte alltid fallet. Om den el som vi använder inte är stabil kan det ställa till med svårlösta problem med datorer, styrsystem och överbelastningar av vissa delar i en elanläggning. Därför kommer vi ibland att ta upp elkvalitet när vi visar en princip eller komponent. Kunskaper i ellära är en nödvändig grund för att förstå hur störningar uppkommer, hur man mäter dem och vilka åtgärder som kan vidtas. Om en maskin eller anläggning drabbas av fel som ibland försvinner av sig självt kan det vara mycket svårt att säga vad som orsakar problemet. Felet kan ligga i en maskin, kablar, komponent, programvara eller i elförsörjningen. Vid sådana tillfälliga (intermittenta) fel är risken stor att teknikerna byter ut många olika och dyra komponenter innan de hittar orsaken till problemet. Innan du lägger för mycket tid och pengar på att byta ut delar i ett system bör du kontrollera elkvaliteten. Det är mätningar som kräver speciell mätutrustning och ofta ett intimt samarbete mellan experter som kan maskinen eller systemet som krånglar och elektrikerna som kan elsystemet. När problemen blir svåra att lösa kan man behöva ta in experter på elkvalitet. Då är det bra om alla inblandade har grundkunskap i ellära så att ni kan diskutera problemet.
© Fluke Corporation
Bilden visar ett instrument man kan koppla in för att under en längre period mäta avvikelser i spänningen. Resultatet kan sedan analyseras i en dator.
12
Tillämpningsexempel När vi börjar gå igenom de grundläggande principerna och storheterna i elläran kommer jag att visa exempel från olika områden. Vissa kanske inte ligger inom det yrkesområde som du har tänkt att arbeta inom. Men det kommer att bredda din förståelse om du vet hur man tänker inom angränsande yrkesområden.
Elsystem i fastigheter Om du arbetar som installatör eller serviceelektriker i fastigheter jobbar du huvudsakligen med växelspänning. Du arbetar då med metoder som gör det lätt att beräkna: • Effekten i olika delar av anläggningen • Tjockleken på kablar
• Säkringarnas storlek.
Elsäkerheten står i fokus och du måste förstå hur säkerheten i systemen byggs upp. Om du gör förändringar i ett elsystem eller bygger nytt måste systemet mätas upp och dokumenteras. Du kommer att behöva ellärakunskaper för att bedöma mätvärdena.
Enligt lag måste elsystemen mätas upp och dokumenteras vid ny- och ombyggnader.
Elcentralerna utgör knutpunken för all eldragning i ett hus eller för en lägenhet. I större installationer sitter det flera undercentraler.
Vi kommer att använda begreppet "förbrukare" för alla olika apparater som ett elsystem försörjer med el.
13
Mekatronik och automation Inom process- och tillverkningsindustrin används ofta mekatronik. Mekatronik är ett samlingsnamn för all typ av mekanik som styrs av elektronik. Inom industrin utnyttjas ofta PLCsystem som står för (Programmable Logic Controller) eller programmerbart styrsystem på svenska. Även hissar och portar i fastigheter brukar använda PLC-system. Systemen är uppbyggda med sensorer, styrdatorer och aktuatorer. Vi kan likna sensorerna vid våra sinnen, PLC-systemen vid våra hjärnor och aktuatorer vid våra muskler och skelett. En sensor känner t.ex. av ett tryck, flöde eller mekaniskt läge. En aktuator kan utföra något och vara t.ex en motor som driver en hiss eller en fläkt.
Insignal
Copyright KONE Corporation
Sensorer = sinnen
En knappsats är också en sensor
Utsignal
Styrsystem eller PLC = hjärnan
Insignal
Aktuatorer = muskler och skelett
Utsignal
Bilden visar en litet styrsystem i form av ett PLC
Bilden visar en aktuator som styr burkarna på det löpande bandet.
Aktuatorer arbetar ofta med 230 eller 400 volt växelspänning och stora effekter. För att reglera effekten och varvtalet på motorer används kraftelektronik eller reläer i separata enheter som styrs av styrdatorer eller PLC-system. Bilden visar en utrustning som kan styra varvtalet på elmotorer med kraftelektronik.
14
Dator- och elektroniksystem När vi beskriver exempel från dator och elektroniksystem är det huvudsakligen deras känslighet för dålig elkvalitet och radiostörningar vi beskriver. Därför kommer exemplen på datorernas roll i elläran huvudsakligen handla om elkvalitet och hur man skyddar dem mot störningar och strömavbrott.
Bilden visar en anläggning för avbrottsfri kraft i en serverhall.
Bilden visar anslutningarna för några olika typer av datakommunikation som alla arbetar med höga frekvenser. Vi kommer att visa några exempel på hur de elektriska förutsättningarna skiljer sig mellan likspänning och signaler med höga frekvenser.
Vanlig konsumentelektronik som tv-apparater och ljudutrustningar repareras i allt mindre utsträckning. Men den elektronik som sitter i industritillämpningar och så kallad kraftelektronik som styr t.ex. motorer repareras av servicetekniker. Vi kommer att visa exempel från kretsar och komponenter som utgör grunden i kraftelektronik och strömförsörjning. För att jobba med elektronikservice behöver du elläran för att kunna analysera lik- och växelströmskretsar och förstå teorin bakom överföring av elektriska signaler.
Vi service av elektronik byts oftast hela kort. Det är vid fel i förbindningar, elkvalitet eller komponenter i chassit som du får mest användning för dina ellärakunskaper.
De exempel vi använder kan ibland verka enkla när det bara är ett batteri och några lampor i kretsen. Men principerna visar hur du ska tänka när du analyserar mer komplexa kretsar på t.ex. ett kretskort.
15
2 Elsäkerhet Syftet med kapitlet är att du ska kunna bedöma risker och förstå vad som är ditt ansvar. Så fort du öppnar locket på en dator eller ett elskåp har du tagit bort en av de skyddsnivåer som tillverkaren försett utrustningen med. När du tar bort skyddet ställs krav på dig att du kan bedöma riskerna. Glömmer du att återställa skydd eller lämnar skåp eller utrustning oskyddad kan du bli ansvarig för skador som uppstår. Målet med kapitlet är att du på ett säkert sätt ska kunna genomföra dina första mätövningar. Riskerna med el har dokumenterats under lång tid och det har lett fram till ett regelverk som gjort våra elanläggningar mycket säkra. Men säkerheten bygger på att du tillämpar och förstår regler och arbetsrutiner.
16
Isolering Säkerheten i elektriska anläggningar och apparater bygger på att de delar som är kopplade till en elektrisk spänning inte får beröras. I de anläggningar och apparater vi har i våra hem sker det genom att spänningsförande delar skyddas av en eller flera isolerande höljen. Många av de olyckor som sker med el beror på skador i det isolerande höljet. Inom industrin, järnväg och eldistribution skapas skyddet genom att vissa områden inte får beträdas utan att spänningen slagits av. När du felsöker en apparat eller anläggning kan du behöva avlägsna en del av de höljen som isolerar spänningsförande delar. Det får du inte göra utan att kunna bedöma riskerna. Arbete med spänningsförande utrustning kräver god förståelse för riskerna.
Järnvägens kontaktledningarna är oisolerade och ett exempel på där skyddet bygger på att ingen kan nå dem.
Höljet skyddar de spänningsförande delarna mot beröring. Därför får du aldrig kombinera två hankontakter om du gör en skarvsladd, för då blir stiften spänningsförande.
17
Arbeta utan spänning Innan du börjar utföra övningar med el, behöver du en grundläggande förståelse för hur du undviker olyckor. När du blivit medveten om riskerna, förstått och följer reglerna så är el inte längre farligt för dig. När din lärare tycker att du har tillräckliga kunskaper om risker och säkerhetsrutiner kan du utföra elarbeten under hans/hennes uppsikt. Ska du utföra reparation av apparater ska du alltid börja med att stänga av spänningen, dra ur stickproppen och kontrollera att utrustningen inte är spänningssatt. Utför du elarbeten på fasta installationer som takarmatur, vägguttag eller strömbrytare ska du avlägsna eller slå av säkringarna eller så slår du av huvudströmbrytaren.
Bilden visar huvudbrytare, jordfelsbrytare och automatsäkringar, även kallade dvärgbrytare, från en vanlig elcentral.
Kontrollera alltid att spänningen verkligen är avstängd och att anläggningen är spänningslös innan du påbörjar arbetet. Du kan kontrollera spänningen med en spänningsprovare eller multimeter.
© Fluke Corporation
Spänningsprovare.
18
Multimeter.
Följ även de regler som ska försäkra dig om att ingen annan kan koppla på strömmen under tiden som du arbetar. Under den tid du lär dig reglerna måste du hela tiden stämma av med din lärare innan du slår på spänning i en anläggning.
Vid vissa arbeten kräver reglerna att huvudbrytarna låses med hänglås.
Ansvar för utrustningar och anläggningar Ansvaret för en lokals elsäkerhet delas mellan fastighetsägaren och den som utnyttjar lokalen. Fastighetsägaren har ansvaret för att den fasta elinstallation är i gott skick, så att de som vistas där inte utsätts för fara. Den som använder lokalen är ansvarig för att ansluten utrustning och synliga delar av den fasta elinstallationen är säkra.
19
Elsäkerhetsverket Elsäkerhetsverket är en statlig myndighet som skriver de regler, och föreskrifter, som gäller för arbete med och användning av elanläggningar och elektriska apparater. En annan viktig uppgift är tillsyn av elanläggningar som utförs av verkets elinspektörer.
17(77)
Elinspektörerna utreder även elolycksfall och elbränder. Elsäkerhetsverkets uppföljning av elolyckor används för att utforma 4. DÖDSOLYCKOR föreskrifter och standarder. Utredningar har visat att endast ca Elsäkerhetsverkets föreskrifter 16 procent av de tillfällen elektriker varit inblandade i olyckor För elolyckor med dödlig utgång har verket valt ett längre tidsperspektiv än för rapporterades till myndigheten. Statistiken och diagrammen övriga elolyckor. I Elsäkerhetsverkets databas för elolyckor finns jämförbara nedan har vi fått från Elsäkerhetsverket och de visar att det lönar uppgifter för dödsolyckor från och med år 1898 framtill idag. sig att samla information och utfärda regler. Trots att vi idag har så mycket mer elektriska apparater har olyckorna minskat.
ELSÄK-FS 2006:1
och allmänna råd om elsäkerhet vid arbete i yrkesmässig verksamhet
4.1 Antal
Elsäkerhetsverkets föreskrifter
Diagram 4.1.1 Antal elolyckor med dödlig utgång 1898-2009. 60 50 40 30 20 10 0
Under åren 1898-2009 har enligt verkets sammanställning 2 251 personer Diagrammet visar att trots att vi nu har mycket mer elanläggningar har olyckorna minskat. Diagrammen i detta kapitel är publicerade med tillstånd av Elsäkerhetsverket. omkommit i Sverige på grund av elektrisk ström. Under fyrtiotalet var medeltalet 40 omkomna personer per år i elolyckor. Medeltalet under de senaste tio åren är Det kommer med jämna mellanrum uppdateringar av Elsäkerdrygt fem omkomna per år. Totalt inträffade fem elolyckor med dödlig utgång hetsverkets föreskrifter, så det kan vara bara att prenumerera på under 2009. Fyra dödsolyckorna drabbade personer på fritiden, information frånavderas hemsida, om du har arbetsuppgifter som en av dessa var en berör klättringsolycka elsäkerhet. på ett tåg.
20
Behörighet För att du ska få utföra elinstallationer kräver Elsäkerhetsverket att du har elbehörighet. Är du anställd och det finns en person med behörighet på firman, kan du med rätt utbildning utföra elarbeten under ledning av behörig installatör. Elsäkerhetsverket behandlar ansökningar om behörighet som elinstallatör. För att du ska få en behörighet ställs krav på din utbildning och praktik inom elinstallationsområde. Föreskrifter från Elsäkerhetsverket ändras regelbundet så kontrollera alltid deras webbplats för att få den senaste informationen.
Elsäkerhetsverkets författningssamling ISSN 1103-405X Ansvarig utgivare: Carina Larsson
Elsäkerhetsverkets föreskrifter om behörighet för elinstallatörer beslutade den 28 september 2007.
ELSÄK-FS 2007:2 Utkom från trycket den 5 oktober 2007
Med stöd av 3, 4, 8, 9, och 15 §§ elinstallatörsförordningen (1990:806) meddelar Elsäkerhetsverket följande föreskrifter 1 .
1 kap. Allmänna bestämmelser 1 § Dessa föreskrifter innehåller bestämmelser om krav på utbildning och praktik för behörighet att utföra elinstallationsarbete på elektriska starkströmsanläggningar samt om erkännande av yrkeskvalifikationer för sådan behörighet. Föreskrifterna gäller inte elinstallationsarbete på fartyg, luftfartyg eller spårbundna fordon. I fråga om andra fordon än spårbundna gäller föreskrifterna endast i den omfattning som anges 4 § 4.
Definitioner 2 § I dessa föreskrifter avses med Anpassningsperiod: utövande av elinstallationsarbete under överinseende av en behörig elinstallatör. EES: Europeiska Ekonomiska Samarbetsområdet Högspänningsanläggning: anläggning för nominell spänning över 1000 V växelspänning eller 1 500 V likspänning. Lågspänningsanläggning: anläggning för nominell spänning upp till och med 1000 V växelspänning eller 1 500 V likspänning. Lämplighetsprov: ett prov som endast gäller sökandens yrkeskunnighet i elinstallationsarbete. Övriga begrepp som används i dessa föreskrifter har samma betydelse som i 2 § elinstallatörsförordningen (1990:806).
1
Jfr rådets direktiv 2005/36/EG av den 7 september 2005 om erkännande av yrkeskvalifikationer (EGT L 255, 30.09..2005, s 0022-0142, Celex 32005L0036).
1
Bilden visar första sidan i de föreskrifter som gällde 2011 om behörighet för elinstallatör.
21
5.4 Orsak
Diagram 5.4.1 Elyrkesmän, antal elolyckor som medfört sjukdagar 2000 – 2009. Orsak till olyckan. 50 Elolyckor 40 30 Elsäkerhetsverket delar in elolyckor i kategorierna elolyckor och 20 tillbud. Vid en elolycka har elektrisk ström orsakat skada på 10 person eller egendom. Med tillbud menas en händelse där 0 2000 2001 2002 2003 2005 2006 elektriskström hade2004 kunnat leda 2007 till skada. När det gäller 2008 2009 sätt som ej överensstämmer med vald arbetsmetod. När sedan personer som arbetar med el och som har god kännedom om spänningslöshetskontrollen inte sker, är elolyckan ett faktum. fel - vid idriftagning - under bruk av att man inte följt riskerna,Tekniskt så förorsakas de Tekniskt flestafelolyckorna Teknisk fel - totalt Arbetsfel 5.5 Sysselsättning säkerhetsrutinerna.
Diagram 5.4.2 Elyrkesmän, summan av elolyckor som medfört sjukdagar 2000-2009. Orsak till olyckan.
32(77)
Diagram 5.5 Elyrkesmän, summan av elolyckor som medfört sjukdagar 2000-2009. Sysselsättning vid arbetsrelaterade olyckor.
11% 14%
22%
47%
15% 13% 78%
Arbetsfel
38(77)
Teknisk fel - totalt
Ny- om- eller tillbyggnad av elanläggning Drift (manöver, felsökning) Felavhjälpning Underhåll (förebyggande) Övrigt
FörFör elyrkesmän orsakades nästan fyra av fem fyra av de av elolyckor som medförde elyrkesmän orsakades nästan fem elolyckor av man inte säkerhetsrutinernal. fall sjukdagar har anläggningen inte Förföljt de arbetsrelaterade elolyckornaI de somflesta medförfört under perioden sjukdagar under perioden 2000-2009 av ett arbetsfel. I de flesta av dessa olyckor frånkopplats korrekt. 2000-2009 dominerar arbetsfel i samband med ny-, om- eller tillbyggnad av en I nästan åtta avinte niofrånkopplats av samtliga eller elolyckor sjukdagar drabbat har starkströmsanläggningen så harsom denmedfört frånkopplats på ettoch som starkströmsanläggning. lekmän i arbete under perioden 2000-2009 har skadan uppkommit genom att personen har fått elektrisk ström genom kroppen.
Det är alltså av största vikt att du sätter dig in i regelverket och följer säkerhetsrutinerna. När du gör övningar på skolan måste du 6.4 Orsak följa samma rutiner som yrkesmännen och stämma av med din Diagram 6.4.1 Lekmän i arbete, antal som medförtNär sjukdagar lärare innan du spänningssätter en elolyckor uppkoppling. du utför 2000-2009. Orsak till olyckan. övningar ska du hela tiden kontrollera att kablar, eluttag, 45 armaturer,40sladdar och apparater är i gott skick och inte har några 35 synliga skador. Lock eller dörrar till elcentraler ska vara stängda, 30 skydds kåpor ska sitta på plats. Elcentraler får inte vara blockerade 25 20 och därmed svåråtkomliga om man behöver bryta spänningen. 15 10 Uppmärksamma och rapportera omgående brister eller skador på 5 utrustning 0till din handledare eller lärare. När det gäller personer 2000 med 2001 el 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008på2009 som inte arbetar så beror de flesta olyckorna tekniska Arbetsfel Tekniskt felisolering - vid idriftagning brister i utrustningarna, som t.ex. skadad på sladdar. Tekniskt fel - under bruk
Teknisk fel - totalt
Diagram 6.4.2 Lekmän i arbete, antal elolyckor som medfört sjukdagar 2000-2009. Orsak till olyckan.
38% 63%
Arbetsfel
22
Teknisk fel - totalt
De flesta olyckor som drabbar personer som inte är elyrkesmän beror på fel i isoleringen.
Ström genom kroppen Det är allvarligt att få ström genom kroppen eftersom det inte på förhand går att säga hur stor den blir. Elektrisk ström kan ge allt från knappt märkbara kittlingar till muskelkramper, brännskador och oregelbundna hjärtslag. I värsta fall uppstår hjärtkammarflimmer som är direkt dödande. Hur stor skadan blir beror främst på: • • • •
Strömmens storlek. Hur lång tid strömmen flyter genom kroppen. Vilken väg strömmen tar genom kroppen. Kroppens kontaktyta mot spänningsförande del.
Det är extra farligt om strömmen passerar hjärtat, vilket kan ske om den går från en hand till den andra.
Huden skyddar oss i viss mån från strömmen, men är huden fuktig och kontaktytan stor blir motståndet i huden mindre, och strömmen större. Alla vävnader i kroppen har olika förmåga att leda ström. Nerver, muskler och blodådror har hög ledningsförmåga. Om strömmen passerar hjärtat är risken stor för allvarliga skador.
23
28
30 25 20 15 Bränder
21
20 18
16 14
23
21 17
16
16
15 12
11 9
9
8 8 7 brand som 7 Det är10större risk7 att omkomma startats av ett el6 5 i en 4 4 5 grund fel, än på av att2 du får ström genom kroppen. När du 2 0 elektrisk utrustning ska du vara uppmärksam på om använder 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 någon del 2000 verkar bli varm. Klämskador på kablar är lömska och Elolyckor med dödlig utgång i elbränder Summa svåra att bedöma därför bör du Omkomna vara extra uppmärksam eftersom de Uppgift kan skapa en MSB kabelbrand. saknas från avseende antal omkomna i elbränder för 2009.
Diagram 11.2.2 Summan av antal omkomna 2000-2008. Elolyckor med dödlig utgång och omkomna i elbränder.
29%
71%
Elolyckor med dödlig utgång
Omkomna i elbränder
60(77) Det är större risk att omkomma i en brand orsakat av elfel än på grund av att du får ström genom kroppen.
13. BRAND I BOSTAD 13.1 Antal
Diagram 13.1 Brand i bostad 2005-2009. Totala antalet bränder samt särredovisning av antal elbränder.
8 000 5 910
6 000
6 162
5 891
6 004
6 433
4 000 2 000
1 761
1 836
1 994
1 870
1 986
0 2005
2006
Elbränder
2007
2008
2009
Antal bränder i bostad
Ungefär var tredje brand i en bostad orsakas av elfel. Bostäder innefattar villor, flerbostadshus, fritidshus samt par-, rad- eller kedjehus (Statens Räddningsverk 2008). Antalet bränder i bostad har under de sensate åren legat relativt stabilt omkring 6 000 bränder per år. Under 2009 inträffade det 6 433 bostadsbränder och av dessa klassades 1 986 stycken som en elbrand. Detta motsvarar 31 procent av samtliga bostadsbränder.
Ljusbågsolyckor
Vid arbete med stora elcentraler finns risk för så kallade ljusbågsolyckor. När man använder en elsvets tänds en ljusbåge som på ett kontrollerat sätt smälter ihop metaller. När man bryter eller sluter stora strömmar eller spänningar kan det uppstå okontrollerade och farliga ljusbågar som kan ge brännskador. Även misstag vid mätning med multimeter i stora centraler kan orsaka ljusbåge. Det krävs speciella rutiner vid arbete med sådan utrusning. 24
© Fluke Corporation
När man ska mäta höga spänningar finns speciella rutiner och skyddsutrustningar för att undvika ljusbågar.
Åtgärder vid elolyckor Om du upptäcker att någon får ström genom kroppen har du inte tid att fundera på vad som bör göras, utan du behöver handla direkt enligt ett inlärt mönster. Elsäkerhetsverket har tagit fram en punktlista som vi återger här i förkortad form: • Bryt strömmen eller dra bort den skadade från spänningsförande föremål.
• Tänk på din egen säkerhet, berör inte bar hud utan dra i den skadades kläder eller använd något föremål som inte är ledande.
• Om någon fallit från hög höjd kan nacke och rygg vara skadade. Flytta inte den skadade om det inte är nödvändigt. • När du är säker på att spänningen är bruten, släck brand i hår och kläder med brandfilt eller vatten. • Ring 112 och tillkalla hjälp.
• Berätta för personalen på larmcentralen 112 att det är en elolycka och be om råd och vägledning.
• Ögon som utsatts för bländning från en ljusbåge kan svida, doppa tyg eller kompresser i svalt vatten och lägg på ögonen för att lindra. • Kyl brännskador med svalt vatten tills ambulansen kommer.
Om personen inte är vid medvetande och du kan rutinerna för Hjärt-Lung-räddning, ska du kontrollera om det är rätt att starta en sådan. Om den skadade är vid medvetande men medtagen bör du placera personen i framstupa sidolöge tills ambulansen kommer.
På många industrier och i skolornas laborationssalar finns nödstopp med vilka du snabbt kan bryta spänningen eller stoppa en maskin.
25
3 Spänning och spänningsmätning Syftet med kapitlet är att du ska få en god förståelse för vad elektrisk spänning är. Målet är att du ska kunna mäta både lik- och växelspänning. Enheten för spänning är volt. Inget kan ske i en elektrisk krets utan spänning, därför är spänningen ett av de viktigaste begreppen att förstå i elläran. Spänningen är förutsättningen för att det ska kunna flyta en ström i en krets. Spänningen representerar också logiska tillstånd i digitala kretsar och mätvärden från givare i mätkretsar. En stabil spänning är en förutsättning för att undvika driftstörningar. Det gör att spänningsmätning är den vanligaste åtgärden vid felsökning.
© Fluke Corporation
© Fluke Corporation
26
Ell채ra Sven Spiegelberg
1
Ellära Den här boken vänder sig till alla dem som ska läsa Ellära. Boken täcker kursen Praktisk ellära som är ett av flera krav för att nå elbehörigheten BB1. Men boken kan även användas vid andra kurser inom ellära t.ex. Ellära 1 och Ellära 2. Boken skapar förståelsen för elektriska kretsars funktion med målet att ge praktiskt användbara kunskaper för installationsservice- och underhållspersonal. Beskrivningar av elkvalitet och elsystemets uppbyggnad vilar på en grundlig genomgång av elektriska storheter, principer och de viktigaste komponenterna.
Best.nr 47-08543-9 Tryck.nr 47-08543-9