Innehåll
3 Kort om läromedlet
En grundläggande krets
4 Allmänna elnätet
5 Neutralpunkten
4-ledarsystem
5-ledarsystem
6 Spänningarna hos konsumenten
Storleksförhållande huvud och fasspänning
Fasspänning
Period och frekvens
7 Enfasuttag
Trefasuttga
Kopplingsdoser
8 1-fasbelastning
2-fasbelastning
9 3-fasbelastningar
Y-koppling
D-koppling
10
10
Testa-dig-själv 1
Testa-dig-själv 2
Testa-dig-själv 3
12 Koppla-själv-ett-trefasnät
13 Kopplingar i belysningskretsar
14 Belysningsinstallation
Testa-dig-själv 4
15 Koppla-själv-belysningsinstallation
16 Elmotorer
Asynkronmotorns poltal
17 Asynkronmotorns varvtal
Testa-dig-själv 5
18 Statorlindningar
Y-kopplad motor
D-kopplad motor
19 Kontroll av statorlindningarna
Hur ska man mäta?
Testa-dig-själv 6
20 Asynkronmotorns rotationsriktning
Motorns märkskylt
21 Verkningsgrad
Startström
Motorskydd
Säkringar
22 Överlastskydd
Nollspänningsskydd
Startapparater
Montering
23 Direktstart
Handmanövrerat startdon
24
Testa-dig-själv 7
25 Kontaktormanövrerat startdon
26 Självhållning
27
Stopp
Testa-dig-själv 8
28 Överlastskydd
Nollspänningsskydd
Inställning av överlastskydd
Funktionsprov
29
Testa-dig-själv 9
Testa-dig-själv 10
Y/D-start
30 Frekvensomformare
Motorkoppling med frekvensomriktare
Testa-dig-själv 11
31 Enfasdrift av trefas asynkronmotor
Rotationsriktning
Testa-dig-själv 12
32 Enfas asynkronmotor
Universalmotorn
Testa-dig-själv 13
33
Trefasgeneratorer
Trefas system eller tre enfaskretsar
34 Y-kopplad belastning med nolledare Y-kopplad belastning utan nolledare
Addering av strömmarna i nolledaren
35 Spänning och ström i trefasbelastningar
Effektutveckling i trefasbelastningar
Uppdelning av växelströmseffekt
36 Effektformler för trefasbelastningar
Aktiv effekt i induktiv belastning
37 Reaktiv effekt i induktiv belastning
38
39
Testa-dig-själv 14
Elsäkerhet
Jord 40
41
Bästa skyddet
Skyddsjord
Testa-dig-själv 15
Dubbelisolerade elapparater
42 Säkringar
43
Jordfelsbrytare
44 Enkel testutrustning för jordfelsbrytare
45
45
46
58
Klenspänning
Lagstiftning
Behörighet
CE-märkning
Elsäkerhetsverket
Sammanfattning av elläran
Facit till Testa-dig-sjäv
Kort om läromedlet
Det här läromedlet orienterar om 3-fas växelström och det allmänna elnätet. Eftersom trefasteknik bygger på kunskap om lik- och enfas växelström, finns det en sammanfattning av såväl lik- som 1-fas växelström i slutet av boken. Det går att börja med 3-fas direkt, men författaren rekommenderar att inleda med en genomläsning av sammanfattningen och därefter ha den som uppslagsdel Vilket valet än blir, så läs nedanstående avsnitt först.
En grundläggande krets
Det är värt att lägga på minnet att alla elektriska kretsar, både likströms- och växelströmskretsar, alltid består av en spänningskälla med en inre resistans (impedans) och en belastning,.
Tänka el innebär till stor del att kunna se den grundläggande kretsen, även om spänningskällan och belastningen varierar i form och egenskaper
Verklig krets
Allmänna elnätet
I det allmänna elnätet är kraftverkens trefasgeneratorer spänningskällor. De producerar tre i tiden förskjutna spänningar som var och en, eller gemensamt, kan driva ström genom belastningar.
I kraftstationerna görs en upptransformering av generatorspänningarna. Lägg märke till de höga värdena, 400kV (400 000 Volt) 130kV, 40 – 70kV, 10 -20kV före nätstationerna.
Med hög spänning behöver strömmen i ledningarna inte vara så stor. På så sätt blir spänningsförlusterna över ledningarna mindre.
I nätstationerna görs en nedtransformering till 400/230V med trefastransformatorer.
Elnätets högspänning är ansluten till primärlindningarna medan sekundärlindningarna står i förbindelse med elkonsumenternas vägguttag via säkringscentraler
Neutralpunkten
Övergår man från ett bildlikt till ett symboliskt ritsätt och endast ritar sekundärlindningarna, ser man hur de är kopplade till en gemensam neutralpunkt som är förbunden med jord. Neutralpunkten kallas därför ofta för jord.
4-ledarsystem
Till en säkringscentral ansluts tre fasledare, L1, L2 och L3, samt en PEN-ledare som är gemensam skydds- (Protective Earth) och nolledare (Neutral).
I säkringscentralen delas PEN-ledaren i separata skydds- och nolledare då de kopplas till vägguttag, trefaskontakter och andra förbrukningsställen.
5-ledarsystem
I femledarsystem utgår separata PE- och N-ledare redan från neutralpunkten. Observera att PE- och N-ledare aldrig får vara gemensam efter säkringscentralen, varken i 4- eller 5-ledarsystem.
Nollskruven används för att dela på skydds- och neutralledare vid isolationsprovning av en elanläggning.
Enfasuttag
Var och en av de tre fasspänningarna på 230V kan kopplas via en säkring till enfasuttag. Lägg märke till hur den inkommande PENledaren delas i PE- och N-ledare i säkringscentralen och hur de är anslutna till enfasuttaget.
Trefasuttag
Till trefasuttag kopplas, förutom N- och PE-ledarna alla tre fasspänningarna via varsin säkring. I trefasuttag får elkonsumenten därför tillgång till både fasspänningarna på 230V och huvudspänningarna på 400V mellan L1, L2 och L3.
Kopplingsdosor
Permanent uppställda elapparater som spisar och värmepumpar, är ofta fast anslutna till elnätet via en kopplingsdosa. Somliga apparater ansluts som enfas-, andra som två- eller trefasbelastningar. Fler alternativ finns inte, och det är definitivt värt lära sig hur det görs.
Testa-dig-själv-3
a) Anteckna de förväntade mätresultaten i multimeterns display i respektive mätsituation.
b) Var det fas- eller huvudspänningar du mätte?
c) Anteckna de förväntade mätresultaten i respektive display.
d) Var det fas- eller huvudspänningar du mätte?
e) Kontrollerade du om rätt mätområde valts?
f) Finns det tillgång till en kopplingsdosa provar du att göra samma mätningar på riktigt, men räkna inte med att fas-, neutral- och skyddsledare sitter i samma ordning som på bilderna.
Koppla-själv-ett- trefasnät
Då nybörjare kopplar eller mäter spänning och strömmar i ett trefasnät för första gången är det tryggt om huvud- och fasspänningarna har en ofarlig nivå.
Det kan åstadkommas med en enkel modell av ett trefasnät med tre eller laminatplatta med
las som trefastransformatorn i nätstationer,
Säkringscentral med porslinssökringar (proppar) rekommenderas då det är lättare orientera sig i dessa, jämfört med automatsäkringar.
Samma kopplingsövning med automatsäkringar.
Koppla-själv-belysningsinstallationer Plattan med trefasnätet kan också användas för övningar med enkla belysningskretsar, om den utrustas med DIN-skenor. Kopplingsdosor kan då lätt monteras och demonteras om de förses med hållare för DIN-skenor, eller så skruvas dosorna direkt i plattan.
Koppla belysningskretsarna nedan. Observera att fasspänningen 230V i ritningen endast är 24V på övningsplattan. Men glöm inte att 230V är en farlig spänningsnivå när du senare mäter i elnätet.
Besvara först frågorna.
a) Vad kallas ledare nr 1? ________
nr 2? _____________________
nr 3? _____________________
Vad kallas nr 4?
Vad är nr 5?
a) Vad kallas ledare nr 1?
nr 2? __________________ nr 3? ___
Vad är nr 4 och 5?
Elmotorer
Elmotorer är maskiner som omvandlar elektrisk energi till mekanisk. Det finns både lik- och växelströmsmotorer och i båda grupperna finns olika typer med speciella driftsegenskaper.
Bland växelströmsmaskinerna är trefas asynkronmotorer vanligast. De är mycket driftsäkra och det är lätt att reglera deras varvtal. Huvuddelarna i alla elmotorer är en stator och en rotor med tillhörande drivaxel. I en trefas asynkronmotor har statorn tre lindningar som alstrar roterande magnetfält då de ansluts till en trefasspänning. Magnetfältet utövar i sin tur kraftverkan på rotorn så att den och drivaxeln roterar.
Asynkronmotorns poltal
Det roterande magnetfältet kan bestå av 2, 4, 6, 8 eller flera nord- och sydpoler beroende på hur statorlindningarna förlagts runt statorn. Så här ser de magnetiska fältbilderna för 2-, 4- och 6-poliga maskiner.
Statorlindningar
Statorlindningarna båda sidor är åtkomliga i motorns anslutningsbox och är märkta som i figuren här under.
Genom att bygla motorns anslutningsplint kan statorlindningarna kopplas antingen Y- eller D-kopplade. De kallas så för att de liknar ett Y respektive D i vissa elritningar.
Y-kopplad motor
Över varje lindning, mellan L1, L2, L3 och mittpunkten, finns fasspänningarna på 230V. Mittpunkten kan, men behöver inte, anslutas till neutralpunkten eftersom fasspänningarnas tidsförskjutning gör att det inte flyter någon ström från mittpunkten.
D-kopplad motor
D-kopplad motor. Över varje lindning finns huvudspänningen på 400V. Här går det inte, ock ska inte anslutas någon N-ledare. Observera att motorlindningarna alltid måste vara avsedda för den spänning som läggs över dem. Här är det 400V.
Överlastskydd
För att skydda mot måttlig och långvarigt överskridande av den normala driftsströmmen används särskilda överlastskydd kopplade före motorn. Samma ström som flyter genom motorns statorlindningar passerar överlastskyddet som bryter bort spänning om den inställda maxströmmen överskrids för länge.
Nollspänningsskydd
En motordrift som stannar på grund av strömavbrott får inte starta av sig själv när strömmen kommer tillbaka, det kan orsaka både personoch materiella skador. För att undvika detta används separata eller inbyggda nollspänningsskydd i motorns manöverkretsar så att maskinen alltid måste startas manuellt efter strömavbrott.
Startapparater
Strömställare, överlast- och nollspänningskydd monteras i någon form av kappsling och kallas startapparat. Eftersom det finns olika sätt att starta elmotorer och olika krav på automatisk skydd har startapparater olika enheter innanför kappslingen. Motorer som är under ständig övervakning då de är i drift behöver t ex inte ha något överlastskydd.
Montering
För att underlätta montering och inkopplingen av startapparaterna brukar det finnas mekaniska och elektriska ritningar på enheterna eller i deras bruksanvisningar. Ofta kombineras de olika delarna i en startapparat genom enkla ”snäppkopplingar”.
Direktstart
Direktstart innebär att motorn kopplas direkt till nätspänningen med någon sorts startanordning.
Handmanövrerat startdon
Här har en motor anslutits för direktstart med ett handmanövrerat motorskydd. I ritningen ser man att enheten har en trepolig strömställare för start- och stopp av motorn närmast säkringscentralen, följt av ett inställbart överlastningsskydd.
Den streckade verkningslinjen visar att strömställaren öppnas av överlastskyddet, dvs om strömmen blir otillåtet hög för länge. Närmast motorn finns en låsbar trepolig säkerhetsbrytare. Den är normalt sluten och används endast vid service för att bryta bort spänningen. Av säkerhetsskäl ska den alltid monteras inom synhåll från motorn.
När man försöker förstå kopplingsschemat bör man komma ihåg att kontakter alltid visas i opåverkat läge i ritningar.
Testa-dig-själv-8
Vad visar multimetrarna om kopplingen är felfri och du tryckt in startknappen strax innan du gör de fyra mätningarna? Skriv svaren i instrumentens displayer. Kom ihåg att kontakterna ritats i opåverkat läge. Du måste själv tänka efter vilka kontakter som påverkas då startknappen trycks in. Rita gärna de nya lägena direkt i schemat.
Elsäkerhet
Om en person av någon orsak samtidigt kommer i kontakt med elnätets fasspänning på 230 V och jord, flyter det ström genom personen, precis som genom vilken annan belastning som helst.
Jord
Elnätets jordpunkt har kontakt med allt som är i förbindelse med marken, t ex rörledningar, vattenkranar, radiatorer, diskbänkar, golv av betong med mera.
Beroende på strömmens storlek, dess väg genom kroppen och inkopplingstiden riskerar man att få kramper, brännskador, andningssvårigheter och att dö.
Kroppens resistans varierar, men kan vara så låg som 1000 Ω. Beräknat med Ohms lag ger det en ström på 0,23 A vid spänningen 230 V. Det är betydligt mer än de 0,020–0,030 A som kroppen kan klara en mycket kort stund.
Sammanfattning lik- och 1-fas växelström
Likspänning och likström
Den elektriska kretsen
Den enklaste elektriska kretsen består av en spänningskälla ansluten till en belastningsresistans enligt schemat.
Referenspilar och storhetsbeteckningar
För att visa hur strömmen flyter och hur spänningen fördelas i kretsen används referenspilar och storhetsbeteckningar som UP för polspänningen, Ri för den inre resistansen, RL för den resistiva lasten osv.
Spänningsfallspilen pekar i den riktning som spänningen faller. Plussidan har högre spänning än minussidan.
Strömpilen pekar i den riktning som strömmen flyter.
Referenspilar och beteckningar är ett tankestöd som bör användas flitigt och noggrant både vid beräkning och analys av kretsfunktioner.
Några regler
Ström kan endast flyta om kretsen är sluten.
Strömmenflyteralltidfrånspänningskällanspluspoltilldessminuspol. Strömmen börjar och slutar flyta i hela kretsen samtidigt.
Det flyter alltid lika mycket ström till spänningskällans minuspol som det flyter ut från dess pluspol.
En spänningskälla kan alltid betraktas som en konstant emk E i serie med en inre resistans Ri.
Polspänningen UP är beroende av det inre spänningsfallet enligt:
UP = E – Ui där Ui = IL Ri
Ohms lag
Sambandet mellan strömmen som flyter genom en resistans och spänningsfallet över resistansen anges av Ohms lag.
=
I = strömmen i A (ampere)
U = spänningen i V (volt) R = resistansen i (ohm)