Halvor Glenne Elektriske industrielle anlegg Bokmål ENKI Forlaget © NKI Forlaget 1997 1. utgave 1. opplag 1997 Utgiver: NKI Forlaget, Hans Burums vei 30 Postboks 111, 1341 Bekkestua Tlf.: Sentralbord: 67 58 88 00 Ordrekontor: 67 58 89 00 Telefaks: 67 58 19 02 Omslag: PrePress as Sats: PrePress as Trykk: GCS as Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i januarl997 til bruk i vide­ regående skole på studieretning for mekaniske fag, VKI elektromekaniske fag, i faget elektriske industrielle anlegg (modul 8). Godkjenningen er knyttet til fastsatt læreplan av september 1994, og gjelder så lenge læreplanen er gyldig. Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med Kopinor, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndrag­ ning, og kan straffes med bøter eller fengsel. ISBN 82-562-3540-3 Forord Denne boka følger læreplanen for videregående skole, studieretning for håndverk og industri og dekker faget elektriske industrielle anlegg (modul 8) i studieretning for mekaniske fag VK1. Boka bygger videre på faget elektroteknikk fra grunnkurset. Boka tar for seg de samme emnene, men gjør det mer grundig og utdypende, og emnene blir i hoved­ sak sett fra et industrisynspunkt. Det er tatt med stoff om hvordan utstyr som bru­ kes i automatiserte anlegg, er bygd opp og virker, og hvilke bruksområder det har. Ikke alle emner er like utdypende forklart. Elevene må derfor også bruke andre informasjonskilder for å få full forståelse av noen av emnene. Det er spesielt nød­ vendig for å kunne svare på spørsmålene og løse oppgavene i slutten av kapitlene. Vi vil i denne forbindelse nevne at Reform 94 nettopp forutsetter at elevene skal skaffe seg informasjon utover det som er tatt med i læremidlene. Det er viktig å gjøre oppmerksom på at det er læreplanen som er styringsdoku­ mentet for undervisningen, ikke selve læreboka. Viktige hjelpemidler i tillegg til læreboka vil derfor være blant annet leverandørkataloger og brosjyremateriell. Læreboka må altså suppleres med opplysninger fra leverandørene, alt etter hvilket utstyr det er aktuelt å bruke. Reform 94 legger også vekt på at elevene skal kunne bruke brosjyremateriell og bruksanvisninger på engelsk. Vi har derfor laget et vedlegg der en del engelske ord og uttrykk er forklart. Målet med faget er å lære elevene å forstå den praktiske nytten av elektrisk energi. Det er lagt størst vekt på den praktiske bruken, ettersom det er elever i elektromekaniske fag som er målgruppen. Det er derfor lagt vekt på valg av motor, start- og styreinnretninger, valg av vern og dimensjonering av kabler. I dette bildet hører «Forskrifter for elektriske bygningsinstallasjoner m.m.» (FEB) naturlig med. For å friske opp den elektrotekniske teorien fra grunnkurset har vi tatt med et eget kapittel om elektroteknikk. Det er også med et eget vedlegg med formler og sym­ boler som benyttes i elektroteknikken. Frogn, august 1996 Halvor Glenne 5 Innhold 1 Elektroteknikk.................................................................................................11 Seriekopling...................................................................................................11 Parallellkopling...............................................................................................12 Serie-parallellkopling.......................................................................................13 Kontrollspørsmål.........................................................................................13 Oppgaver.....................................................................................................13 Stjemekopling.................................................................................................15 Trekantkopling.................................................................................................16 Trefaseeffekt...................................................................................................18 Kontrollspørsmål........................................................................................20 Oppgaver.....................................................................................................20 Virkningsgrad, energi og effekt......................................................................22 Kontrollspørsmål........................................................................................23 Oppgaver.....................................................................................................23 Middelverdi og effektivverdi..........................................................................24 Vekselspenning over en motstand................................................................25 Vekselspenning over en kondensator............................................................26 Vekselspenning over en spole.......................................................................28 Motstand og kondensator i serie......................................................................29 Motstand og spole i serie................................................................................31 Definisjonen av impedans..............................................................................32 Kontrollspørsmål........................................................................................34 Oppgaver.....................................................................................................34 Måleinstrumenter og måling..........................................................................35 Kontrollspørsmål........................................................................................36 2 Transformatorer...............................................................................................37 Enfasetransformator........................................................................................37 Trefasetransformator......................................................................................38 Effekten i transformatorer..............................................................................40 Oppgaver.....................................................................................................41 3 Vekselstrømsmotorer......................................................................................42 Motorprinsippet..............................................................................................42 Asynkronmotoren............................................................................................43 Konstruksjon..............................................................................................44 Statoren.......................................................................................................44 Rotoren.........................................................................................................46 Start.............................................................................................................47 Drift.............................................................................................................47 Sakking.......................................................................................................47 Lagre...........................................................................................................49 Dreiemoment..............................................................................................49 Sleperingsmotoren..........................................................................................50 Driftsforhold.................................................................................................50 Trefasemotor i tofasenett (steinmetzkopling).................................................51 7 Startmetoder.....................................................................................................52 Direkte start.................................................................................................53 Stjerne/trekant-start....................................................................................53 Sleperingsstart.............................................................................................55 Starttransformator......................................................................................56 Kontrollspørsmål........................................................................................57 Oppgaver.....................................................................................................57 Hastighetsregulering......................................................................................59 Motor med atskilte viklinger......................................................................59 Dahlanderkopling........................................................................................60 Trinnløs turtallsregulering..........................................................................61 Kontrollspørsmål........................................................................................67 4 Likestrømsmotorer...........................................................................................68 Shuntmotoren...................................................................................................69 Seriemotoren...................................................................................................70 Kompoundmotoren........................................................................................71 Kontrollspørsmål........................................................................................71 Oppgaver.....................................................................................................71 5 Kapslinger - mekanisk utførelse, montering og vedlikehold72 Kapslinger.......................................................................................................72 Byggeformer og montasjemåter......................................................................77 Isolasjonsklasser og kjøling............................................................................78 Motorens merkeskilt....................................................................................78 Valg og utførelse av motorer..........................................................................80 Feilkilder og driftsforstyrrelser......................................................................81 Vedlikehold og reparasjoner............................................................................81 Demontering og montering av lager............................................................85 Kontrollspørsmål.........................................................................................87 Oppgaver.....................................................................................................87 6 Fordelingssystemer.........................................................................................89 Kontrollspørsmål.........................................................................................94 Oppgaver.....................................................................................................94 7 Forskrifter og krav...........................................................................................95 Jordingssystemer.............................................................................................95 Beskyttelsesjording.........................................................................................95 Driftsjording.....................................................................................................96 Driftsstrømkretser...........................................................................................96 Berøringsspenning...........................................................................................97 Jordfeilbryteren.............................................................................................100 Jordfeilvarsleren.............................................................................................101 Jordelektroder...............................................................................................103 Kontrollspørsmål.......................................................................................104 Oppgaver...................................................................................................104 8 Kortslutningsbeskyttelse...............................................................................105 Selektivitet.....................................................................................................106 Vern................................................................................................................110 Automatsikringer.......................................................................................110 Høyeffektsikringer.....................................................................................112 Effektbrytere.............................................................................................112 8 Eksempel på dimensjonering av kabel og vern.........................................112 Spenningsfallsberegning.............................................................................118 Skjøting, endeavslutning og tilkopling av kabler...................................119 Skjøting ved krymping............................................................................119 Skjøting med muffe.................................................................................120 Endeavslutning og tilkopling..................................................................121 Kontrollspørsmål.....................................................................................122 Oppgaver.................................................................................................122 9 Dimensjonering og valg av komponenter...................................................123 Driftsforhold...............................................................................................123 Kabler..........................................................................................................124 Kontaktor, termisk vern...............................................................................127 Kortslutningsvern.....................................................................................127 Start/stopp-signallamper..........................................................................129 Givere.........................................................................................................129 Mekaniske givere.....................................................................................129 Pressostater, termostater............................................................................130 Ni våbr ytere................................................................................................131 Funksjonsprinsipp og avfølingsmetoder...................................................133 Fotoelektriske givere.................................................................................135 Kontrollspørsmål.....................................................................................136 Oppgave.....................................................................................................136 Sikkerhet......................................................................................................136 Personsikkerhet.........................................................................................136 Brannsikkerhet...........................................................................................138 Driftssikkerhet...........................................................................................139 10 Dokumentasjon.............................................................................................141 Hva er anleggsdokumentasjon?....................................................................141 Plantegning...................................................................................................142 Enlinjeskjema.................................................................................................143 Hovedstrømsskjema og styrestrømsskjema.................................................143 Rekkeklemmetabell.......................................................................................145 Intern koplingstabell.................................................................... 146 Arrangementstegning.....................................................................................146 Symboler...................................................................................................147 Referansesystem.......................................................................................147 Kontrollspørsmål.......................................................................................151 Oppgaver...................................................................................................151 Datateknologi, skjemategning......................................................................151 Kontrollspørsmål.......................................................................................154 Oppgaver...................................................................................................154 11 Feilsøking.......................................................................................................155 Feilsøking i hovedstrømskretsen..................................................................157 Feilsøking i styrestrømskretser......................................................................159 Kontrollspørsmål.......................................................................................161 Oppgaver...................................................................................................161 12 Arbeid under spenning (AUS)......................................................................162 Oppgaver...................................................................................................163 9 13 Lover, forskrifter og sikkerhetstiltak............................................................164 Grunnlaget for FEB.......................................................................................164 Lovhjemmel og gyldighetsområde................................................................164 Sikkerhetstiltak.............................................................................................165 Kontrollspørsmål.......................................................................................166 Oppgaver...................................................................................................166 14 Krav til kvalifikasjoner...................................................................................167 Kontrollspørsmål.......................................................................................168 Oppgaver...................................................................................................168 Vedlegg A: Formler i elektronikken...................................................................169 Vedlegg B: Symboler i elektronikken.................................................................181 Vedlegg C: Engelsk-norsk ordliste.....................................................................186 Vedlegg D: Stikkordliste....................................................................................194 1 Elektroteknikk Seriekopling Ved seriekopling blir to eller flere belastninger koplet i serie. Strømmen får altså bare én mulig vei å gå. F1 = 300Q R> = 100Q h / -------------------------------------Il-------------------------------------------------- 17=40 V Figur 1.1 Seriekopling På figuren må den strømmen som går gjennom Rx, også gå gjennom R2. Strømmen I er den samme overalt i kretsen. Spenningen fordeler seg derimot over motstand­ ene. Det kalles spenningsdeling. Det ligger en liten spenning over en liten mot­ stand og en stor spenning over en stor motstand. I en seriekrets har vi: Total resistans i kretsen: R = R} + R2 Strømmen i kretsen: Spenningsfallet over Æp Spenningsfallet over R2: Ur1 = ' ^2 Summen av spenningsfallene skal være lik den drivende spenningen. Effekten i kretsen: P = Ul Bruk verdiene gitt på figur 1.1 og regn ut a) strømmen i kretsen b) spenningsfallet over Rx og R2 c) det totale spenningsfallet i kretsen d) effekten som utvikles i kretsen 11 Parallellkopling 180Q 120 Q F U=36V -r- Figur 1.2 Parallellkopling Figur 1.2 viser hvordan vi kan parallellkople motstander. Ved parallellkopling gjelder det at den samme spenningen ligger over alle motstandene. Vi har altså at (/ = t/A1 = C/Æ2 Hovedstrømmen i kretsen er lik summen av greinstrømmene gjennom de enkelte belastningene: R\ "r 'Æ2 Hovedstrømmen er Rp er den totale resistansen i kretsen som enkeltresistansene utgjør. Vi kan sette greinstrømmene, uttrykt ved spenning og resistans, inn i ligningen for hovedstrømmen. Vis at vi da får 1 = J_ R *2 og videre at _ Rx • R2 P R1 + R2 Bruk verdiene gitt på figur 1.2 og regn ut a) den resulterende resistansen R? b) strømmen gjennom hver av motstandene c) hovedstrømmen d) effekten som utvikles i kretsen 12