Elektroteknikk‎ > ‎

28 Valg av vern og kabling for et automasjonsskap








Prinsipper for valg av automatsikringer og kabeldimensjoner for et automasjonsskap.





Aktuelle problemstillinger å ta med i betrakning:

  • Hvilken kabeldimensjon skal vi bruke inn til skapet ?
  • Hvilken kabeldimensjon skal vi bruke ut i fra skapet ?
  • Hvilken kabeldimensjon skal vi velge for hovedstrømsktretsen inne i skapet ?
  • Hvilken kabeldimensjon skal vi bruke i styrestrømskretsen ?
  • Hvordan velger vi automatsikring for styrestrømskretsen ?
  • Hvordan velger vi automatsikring for hovedstrømskretsen ?


Generelt om regelverket.

Valg av kabeldimmensjoner og automatsikringer bestemmes ut i fra NEK 400 som er utgitt med hjemmel i
FEL - Forskrift for elektriske lavspenningsanlegg.

Det som kanskje kan være litt forvirrende, når vi slår opp i, eller leser i NEK 400, det er at de opplysningene
som vi har bruk for er fordelt på flere forskjellige kapittler i NEK 400. For eksempel så er automatsikringen
en enkelt komponent med en dobbelt funksjon, kortslutningsvern og overbelastningsvern. I NEK 400 så står
kravene til disse funksjonene beskrevet i to helt forskjellige kapittler.

NOTE:
Innholdet i denne beskrivelsen er ellers kun å betrakte som å være av orienterende art og om generelle
prinsipper. Ved dimmensjonering av virkelige elektriske anlegg og automasjonsskap, så må man bruke og
legge til grunn NEK 400 og/eller andre relevante normer. Man kan forhåpentligvis bruke denne websiden til
å oppnå fortåelse for visse grunnleggende prinsipper, men ikke til å dimmensjonere virkelige elektriske anlegg.




1. Valg av automatsikringer.

Automatsikringen må være slik valgt at den gir utkopling ved en vedvarende last som er større en automat-
sikringens merkestrøm. Dette kaller vi for automatsikringens overbelastningsfunksjon. (På grunn av at auto-
matsikringens overbelastningsfunksjon arbeider ut i fra et termisk prinsipp, så vil det eksakte utkoplingspunktet
kunne variere med omgivelsestemperaturen. Karakterestikk for B og C automat.

For en styrestrømskrets (og for et forholdsvis lite automasjonsskap) så kan det ofte være aktuelt å velge
middels rakske automatsikringer av typen B4 eller B6, det vil si med merkestrøm 4 eller 6 ampere.
Styrestrømskretsen har ikke til oppgave å overføre elektrisk effekt. Styrestrømskretsens oppgave er kun
å ivareta visse logiske funksjoner og å overføre styringssignaler. Derfor så blir effektomsetningen i denne
kretsen nokså liten, og størelsen på automatsikringene blir også forholdsvis små.

Hovedstrømskretsen vil være dimensjonert ut i fra dens oppgave som er å overføre elektrisk energi. For
hovedstrømskretsen så vil valget av type automatsikring og og merkestrømmen avhenge av belastningstypen
og størrelsen på belastningen. Ved en ren resistiv last, for eksempel et varmeelement så vil det ofte være
aktuelt å bruke en middels hurtig automatsikring, for eksempel av type B. Hvis det der i mot dreier seg om en
automatsikring i en krets med forholdvis stor startstrøm, for eksempel i forbindelse med driften av en elektrisk
motor som trekker en del mekanisk last, så vil det være aktuelt å bruke en automatsikring av type C.

Sikringens merkestrøm, for hovedstrømskretsen, må regnes ut, ut i fra belastningens størrelse. Se
beregningseksempler. Automatsikringen skal slippe gjennom det som er en vedvarende belastining innenfor
sikringens merkestrøm. Dersom det oppstår en vedvarende belastning som er vesentlig større enn merke-
strømmen, så skal sikringen kople ut innen en viss tid. Denne funksjonen kaller man sikringens
overbelastningsfunksjon. Dersom det oppstår en kortslutning i kretsen så skal automatsikringen kople ut
umiddelbart. Dette kaller man automatsikringens funksjon som kortslutningsvern.

En annen viktig egenskap ved automatsikringen, det er at den faktisk har utløsningsevne i forhold til den
største kortslutningsstrømmen som kan oppstå i kretsen. Det må ikke være slik at hvis kortslutnings-
strømmen går over en viss grense, som faktisk kan oppstå i kretsen, så brenner vernet fast, slik at det
ikke er i stand til å bryte strømkretsen. Det må tilsvarende også finnes en sikkerhet for at automatsikringen
vil løse ut også for den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i kretsen, for eksempel ved kortslutning
i enden av en krets med forholdvis lange ledere med forholdsvis liten tvernittsdimmensjon.




2. Valg av kabeldimmensjon med hensyn til kortslutningsevne (minste kortslutningsstrøm i kretsen).

Ved en eventuell kortslutning, så vil den belastningen som oppstår avhenge av summen av den resistansen
som er i alle de seriekoplede kabellengdene som inngår i kretsen. Hvis kablingen i hovedstrømskretsen
inneholder lange kabelstrekk, for eksempel fram til en elektromotor, og kablene har et lite tverrsnittsareal,
så kan den situasjon teoretisk oppstå, at en kortslutning ute ved motoren gir en kortslutningsstrøm som
ikke er stor nok til at vernet (automatsikringen) ikke utløser så hurtig som den skal.

Den energimengden som slipper gjennom automatsikringen før utkopling skjer vil være proporsjonal (vil øke
med) strømstyrken og med tiden det tar før utkopling skjer. Dersom det skjer en for langsom utkolping ved en
kortslutning, fordi kortslutningsstrømmen ikke blir tilstrekkelig stor nok, så vil det kunne oppstå store skader
på ledningsnett og på elektriske komponenter, fordi den gjennomsluppede energimengden blir for stor.

Det er derfor vikrig at den minste kortslutningsstrømmen som kan oppstå i elektrisk en krets er tilstrekkelig
stor nok, for å sikre at det faktisk sikrer en hurtig nok utkopling.

I denne sammenheng, og ut i fra en sikkerhetsmessig og teknisk vurdering, så kan kabeldimmensjonen bare
bli for liten, den kan ikke bli for stor. Andre hensyn, for eksempel økonomiske og estetiske hensyn kan på den
annen side tale for at kabeldimensjonen ikke velges grovere enn nødvendig.




3. Valg av kabeldimmensjon med hensyn til kabelens stømføringsevne.

Rent sikkerhetsmessig så vil det være viktig at kabelen ikke kan bli overbelastet i forhold til den største
belastningen som den kan bli utsatt for. Hva denne største beslastningen som kabelen kan bli usatt for, ved
vedvarende kontinuerlig belastning, det vil avhenge av automatsikringens type og merkestrøm.

Her må det være en sammenheng, slik at kabelens praktiske strømføringsevne er større eller lik den strømmen
som som det aktuelle vernet (automatsikringen) kan slippe gjennom.

I styrestrømskretsen så vil vi ofte ha en automatsikring av type B4 eller B6, dvs en middels hurtig automat-
sikring, med merkestrøm på 4 eller 6 ampere.

I de tabellene som står i NEK 400, så er det kun oppgitt strømføringsevnen til kabler på 1,5 mm2 og vidre
oppover, da dette er minimumsdimensjonen for kabler som er benyttet for energioverføring i hovedstrøms-
kretsen. I følge NEK 400 så er minimumsdimmensjonen for kabler som inngår i hovedstrømskretsen 1,5 mm2.
Minimumsdimensjonen for kabler som inngår i en styrestrømskrets er imidlertid satt så lavt som til 0,5 mm2.
(Ofte så brukes imidlertid en noe grovere dimensjon enn dette.)

Utenom selve tabellene for strømføringsevner, som altså starter på 1,5 mmså står det også opplyst de
regneformlene som man bruker til å regne ut disse tabellene.

Med utgangspunkt i disse beregningsformlene så finner man at en kabel på 0,75 mm2 i tverrsnittsareal
normalt skal klare en belastning på godt mer enn 6 ampere. Ved bruk av en 4 A eller en 6 A automatsikring
(B4 eller B6) i styrestrømskretsen, og ved korte kabelstrekk, og med rimelig god kjøling, så skal det vanligvis
gå bra å velge en kabeldimmensjon for styrestrømskretsen på 0,75 mm2, 1,0 mm2, eller 1,5 mm2, i styre-
strømskretsen. (Ved eventuell tvil, så bør man gå opp i dimmensjon.)

Hvis man vil ha en brukbar sikkerhetsmargin innenfor en styrestrømskrets, så kan man for eksempel å
kombinere en 4 A styrestrømssikring (B4) med 0,75 mm2 eller 1,0 mm2, og en 6 A automatsikring (B6) med
1,0 eller 1,5 mm2 kabling.

Når det gjelder kabeldimmensjonen i hovedstrømskretsen, så vil det også måtte finnes den samme
sammenheng mellom automatsikringens størrelse og dimensjonene til de kablene som bærer den elektriske
lasten.

Her vil det være en sammenheng, slik at bleastningens størrelse i ampere bestemmer hva slags automat-
sikring som kan velges. Når man så har valgt automatsikringen, så må man velge en kabeltype og en
kabeldimmensjon som har en tilstrekkelig stor nok strømføringsevne i forhold til de omgivelser som kabelen
skal ligge i. (Hvis kabelen ligger i bunt med flere andre kabler, hvis omgivelsestempraturen er høy, og/eller hvis
kjølingen er dårlig, så går strømføringsevenen til kabelen ned. Dette står detaljert beskrevet i NEK 400.)

Her vil det langt på vei være mulig å hente de riktige eller veiledende verdiene for den aktuelle strømføringsevne
ut av de tabellene som finnes i nek 400. Den eksakte strømføringsevne til en kabel vil ikke være en konstant
størrelse, men den vil avhenge av flere faktorer, slik som type av isolasjonsmateriale, forlegningsmåte,
omgivelsestemperatur og den praktiske muligheten for varmeavgang og kjøling av kabelen.

NEK 400 inneholder detaljerte bestemmelser som tar høyde for alle de faktorene som inngår i dimensjoneringen.

Som "tommelfingerregel" så kan man si at man har en rimelig god sikkerhetsmessig margin, hvis man
dimmensjonerer slik, for kabling, inne i et automasjonsskap (korte strekk og forholdsvis god kjøling):

  • En 20 ampere sikring kombineres med en 4 mm2 PVC isolert kobberkabel. (PN)
  • En 16 ampere sikring kombineres med en 2,5 mm2 PVC isolert kabel. (PN)
  • En 10 apere sikring kombineres med en 1,5 mm2 PVC isolert kabel (PN)
  • En 6 ampere sikring kombineres med en 1,5 mm2 eller 1,0 mm2 kabel i forbindese med en
    styrestrømskrets.
  • En 4 ampere sikring kombineres med en 1,5 mm2, 1,0 mm2, 0,75 mm2 eller 0,5 mm2 kabel
    i forbindese med en styrestrømskrets.


Dersom det dreier seg om forholdsvis lange kabelstrekk i områder med høy temperatur eller med forholdsvis
dårlig kjøling, så kan dimensjoneringen av kablene bli til noe annet.

Når det gjelder prinsippet om dimensjonering av kabler med hensyn til strømføringsevne, så gjelder det et
grunnleggende prinsipp at kablenes stømføringsevne må være tilstrekkleig stor nok. Rent tekniske og
sikkerhetsmessig så kan kabelens strømføringsevne aldr bli for stor. Det vil imidlerid kunne være andre
argumenter som tilsier at man ikke bør velge grovere dimmensjon enn det som er nødvendig. Dette kan for
eksempel dreie seg om økonomiske hensyn, ved at en mindre kabeldimmenson vanligvis er rimeligere enn
en større dimensjon. Det kan også dreie seg om estetiske hensyn, ved at man skal sette opp et anlegg
som ser ut som om det er "fagmessig utført". Link til beregningseksempler.


4. Kontroll av at spenningsfallet mellom strøminntaket og forbruksstedet ikke er over tillatt grense.

I følge NEK 400, 525 (Side 192, øverst) så er det anbefalt at spenningsfallet fra strømmintaket og fram til
forbruksstedet ikke er på mer enn 4 % av inntaksspenningen. Dette er også i noen grad knyttet opp i mot
det å skulle sikre en nødvendig minste kortslutningsstrøm for å sikre en hurtig nok utkopling ved en
kortslutning.


5. Problemstilling rundt bruk av jordfeilvern.

Det er, som hovedprinsipp, et krav iht NEK 400 at en elektrisk installasjon i en bygning skal
ha et eller flere jordfeilvern.

Jordfeilvernets oppgave er å sørge for en automatisk utkopling av strømtilførselen dersom det skjer en
stømgjennomgang fra en av fasene og til jord. Denne strømgjennomgangen kan for eksempel skje
ved at det har gått hull i isolasjonen, slik at for eksempel en arbeidsbenk av stål blir elektrisk ledende
og koplet opp mot en av fasene. Stømgjennomgangen kan også skje ved strømgjennomgang gjennom
et menneske eller et dyr som kommer bort i en av faselederne. Bruk av jordfeilvern vil således bidra
til å forbedre personsikkerheten rundt anlegget. Desuten så får vi også forbedret brannsikkerheten
ved at vi forebygger muligheten for vedvarende lekasjestrømmer, som går til jord.

Kravet til jordfeilvern står nevnt spesielt som tillegsbeskyttelse for visse typer installasjoner i
NEK 400 411.3.3, side 76. Problemstillingen rundt jordfeilvern i TN systemer står nevnt i
NEK 400 411.4.5, side 77, og for IT systemer, 4.11.6, side 78 og 80.

Det er der i mot ikke et krav at det skal finnes flere separate jordfeilvern rundt om i detenkelte automa-
sjonssakap eller fordelingsskap. I praksis så vil det oftest være slik at den kretsen man kopler
forsyningsspenningen til det lokale automasjonskapet allerede er beskyttet med et mere sentralt plassert
jordfeilvern. Det vil da ikke være noe krav at det lokale automasjonsskapet også skal inneholde et
jordfeilvern En annen problemstilling er at dette i noen tilfeller kan være praktisk allikevel av hensyn til
selektiviteten i anlegget.



6 Problemstillinger rundt selektivitet.


Med "selektivitet" forstås at kun det nærmeste vernet i forhold til en feilkide skal løse ut.

Dersom det skjer en feil i det elektriske anlegget som du har satt opp, i tilknytning til automasjons-
skapet, så vil det kanskje være en fordel om det er bare det lokale anlegget knyttet opp mot dette
automasjonsskapet som går ned, i stedet for en hel etasje, eller kanskje en hel bygning.


Problemstillingen rundt selektivitet vil være aktuell både for automatsikringene (kombinert overbelastnings
og kortslutningsvern) og eventuelle lokale jordfeilvern.

Her gjelder det et prinsipp at jo mer "fintfølende" vern man har brukt lokalt, i det lokale automasjons-
skapet, jo større sansynlighet er det at de feil som måtte oppstå bare vil få praktiske konsekvenser
for den lokale elinstallasjonen knyttet opp mot det lokale automasjonsskapet.

NEK 400 inneholder ingen konkrete krav til selektivitet, og det kan til dels også være komplisert og
vanskelig å kalkulere eller regne ut hvor god selektiviteten i et anlegg egentlig er. Her vil det i noen grad
være behov for et skjønn, og en vurdering av i hvilken grad det er nødvendig og / eller ønskelig med en
høy grad av selektivitet i anlegge.

Hvis et plutselig bortfall av strøm vil kunne få store negative konsekvenser for andre brukere av anlegget,
så vil det være behov for en relativt sett større grad av selektivitet.
 


7. Problemstillinger rundt bruk av overspenningsvern.


Overspenningsvernets oppgave vil være å ta vekk tilfeldige "spenningspeaker" i anlegget, for eksempel
som følge av lynnedslag, eller av andre grunner.

Her har FEL (Forskrift for elektriske lavspenningsanlegg) paragraf 25 et krav.

I NEK 400, 443.2.2 (Side 125-126) så er dette formulert som et krav til risikovurdering.

I praksis så vil det være slik at i anlegg der det brukes datamaskiner og annet elektronisk utstyr, så vil
det være et krav om at det finnes et overspenningsvern plassert et sted i anlegget, for eksempel ved
inntaket.

Det vil ikke være vanlig, eller relevant å montere inn et overspenningvern i det enkelte lokale automasjons-
skap.



8. Problemstillinger rundt elektromagnetisk støy.


Elektrisk utstyr skal ikke sende ut eller være spesielt mottakelig for elektromagnetiske felter, slik
at dette kan virke forstyrrende inn på anleggets funksjonevne.

En komponent som i høy grad kan være støyende med hensyn til elektromagnetisk støy, det er frekvens-
omformeren. Her vil man for eksempel kunne lese i fabrikantens manuel hvordan man kopler utstyret
opp ved bruk av spesielt skjermede kabler, og ved hjelp av spesielle monteringsmåter for å forhindre
den elektromagnetiske støyen.

Avsnitt NEK 400 avsnitt 444 som starter på side 128 handler spesielt om problemstillinger rundt
elektromagnetiske forstyrelser.

Rent praktisk, i forhold til et automasjonskap, så vil det først og fremst være ved bruken av en frekvens
omformer at problemstillingen helt sikkert er aktuell, og der det helt sikkert vil være nødvendig å ta
hensyn til denne problemstillingen ved montering og installasjon.

Problemstillingen rundt elektromagnetisk støy kan også være aktuell i andre praktiske sammenhenger
relatert til det enkelte automasjonsskap, for eksempel ved legging av kabler der noen kabler brukes til
instrumentering, noen til styresignaler og andre til overføring av elektrisk energi i form av vekselspenning.
I denne sammenhengen så kan det både være nødvendig med skjerming og fysisk avstand mellom ulike
typer kabler.



9. Problemstillinger relatert til jording av skapet.


Spesielt hvis det dreier seg om et metallskap (typisk i stål) så vil dette være en meget aktuell problem-
stilling. Problemstillinge vil ellers også være nesten like aktuell for et plastskap på grunn av det oppkoplede
utstyret, med ledere.

NEK 400 kapittel 400-5-54, som starter på side 251 handler om kravene til jordingssystemer og
utjemningsforbindelser.

Slik som dette i praksis ivaretas i et automasjonskap, så benyttes vanligvis en felles jordskinne, enten
montert i bunnen av skapet, eller på et annet hensiktsmessig sted. Her samler man alle jordlederne
i de forskjellige jordlederne til de forskjellige kablene. Det kan hende at man skille mellom "instrumentjord"
og "hovedjord". Hvis det dreier seg om et metallskap så vil denne jordskinnen ha en god forbindelse til
automsjonssapet sin metallstruktur. For et metallskap, så er det også vanlig å skru fast en solid
utjamningsforbindelse mellom skapdøra og selve godset i automasjonsskapet, slik at dette skal
kunne fungere som en utjamningsforbindelse. På denne måten så skal det ikke kunne oppstå
forskjellig potensial mellom selve automasjonsskapet og skapdøra.

Det er selvfølgelig også nødvendig at automasjonsskapet har en tilstrekkelig god nok videre forbindelse
opp mot det elektriske anleggets hovedjordskinne.

Når det gjelder kravene til dimensjonering av beskyttelsesledere og utjevningsforbindelser, så står dette
beskrevet i NEK 400, tabell 54.3, side 255. Hovedregelen er at for ledertverrsnitt mindre enn 16 mm2, så
skal beskyttelseslederen ha minst samme dimensjon som faselederen. I praksis så er det ofte slik at
jordlederen i kablene inn og ut av automasjonsskapet er av samme dimensjon som faselederen.
Inne i skapet så benytter vi en grovere dimensjon, for eksempel i form av en jordskinne i bunnen
av skapet og en utjamningsforbindelse mellom skap og skapdør.






Her er et enkelt eksempel på hvordan man bergener spenningsfallet i en kobberkabel for en resistiv belastning
i en en eller tofase kabel.

Her er noen litt mer avanserte beregningseksempler og litt utduping av deler av teorien. 




© Utarbeidet av Arne Gylseth, for nettstedene www.elfag.info og www.elektrofag.info




Undersider (1): 28:01 Beregningseksempler
Comments