Source: http://docplayer.fi/14160396-Jussi-petteri-vihavainen-maadoituksen-suunnittelu.html
Timestamp: 2018-12-10 16:25:42+00:00
Document Index: 303456

Matched Legal Cases: ['KKO ', 'KKO ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'KKO ']

Jussi-Petteri Vihavainen MAADOITUKSEN SUUNNITTELU - PDF
Download "Jussi-Petteri Vihavainen MAADOITUKSEN SUUNNITTELU"
1 Jussi-Petteri Vihavainen MAADOITUKSEN SUUNNITTELU Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkötekniikan koulutusohjelma Huhtikuu 2011
2 TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Yksikkö Aika Ylivieskan yksikkö Huhtikuu 2011 Koulutusohjelma Sähkötekniikan koulutusohjelma Työn nimi Maadoituksen suunnittelu Työn ohjaaja Yliopettaja Jari Halme Työelämäohjaaja Osastopäällikkö Jukka Kinnunen Tekijä/tekijät Jussi-Petteri Vihavainen Sivumäärä liitettä Tämä opinnäytetyö tehtiin Pöyry Finland Oy:lle. Työn tavoitteena on pohtia, mitä kaikkea pitää ottaa huomioon kun tehdään sähkösuunnitelmia että maadoitus ja eri komponenttien maadoittaminen tulee huomioitua riittävän laaja-alaisesti. Työssäni käyn läpi teoreettisesti maadoittamisen ja mitä sillä tarkoitetaan sekä myös eri maadoituksen komponentit mitä niissä tulisi huomioida jotta maadoittaminen on toteutettu standardien ja lain mukaisesti. Työn keskeisin osa on eri johtimien mitoitus, koska tämä asia tulee useasti vastaan kun laaditaan suunnitelmia. Mikä poikkipinta-ala johtimella täytyy olla? Työssäni käytän esimerkkinä erilaisia maadoittamiseen liittyviä dokumentteja. Työn tulisi palvella aloittelevia sähkösuunnittelijoita ja miksi ei hieman kokeneempiakin suunnittelijoita. Asiasanat Maadoitus, potentiaalintasaus, sähkösuunnittelu
3 ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Degree programme Electrical Engineering Name of thesis Earthing design Instructor Jari Halme, principal lecturer Supervisor Jukka Kinnunen, department manager Date April 2011 Author Jussi-Petteri Vihavainen Pages appendices This thesis was made for the Pöyry Finland company. The aim is to discuss where should pay attention when making plans for electricity, that the earthing and the different components of earthing will be broad enough to widely. In this work I go through theoretically earthing, and what it means, as well as the various components of earthing with what should be taken into account so that earthing is carried out in accordance with the standards and the law. The work of the most important part is the design of different conductors, this issue will often come against when making the designs. What is crosssectional area should be a conductor? In my work I use the example of a variety of documents related to the earthing. Work should serve the starting out desingners and why not a little more experienced designers. Key words Earthing, electrical design, equipotential
4 ESIPUHE Tämä työ on tehty Pöyry Finland Oy:lle. Haluan kiittää työelämäohjaajaa ja esimiestäni, osastopäällikkö Jukka Kinnusta. Lisäksi haluan kiittää työn ohjaajana toiminutta yliopettaja Jari Halmetta Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulusta ja kaikkia niitä ihmisiä, jotka ovat auttaneet työni onnistumisessa. Ylivieskassa Jussi Vihavainen
5 SISÄLLYS 1 JOHDANTO 1 2 TERMISTÖ 2 3 YLEISTÄ MAADOITTAMISESTA Yleistä Maadoitusjärjestelmän rakenne Jakelujärjestelmät TN-järjestelmät Jakelujärjestelmän valinta Potentiaalintasaus Pääpotentiaalintasaus Lisäpotentiaalintasaus Eri maadoitusjärjestelmien liittäminen yhteen Ukkossuojauksen liittyminen maadoituksiin MAADOITUKSEN KOMPONENTIT Komponentit Maadoituselektrodi Pienjänniteliittymän maadoituselektrodi Perustusmaadoituselektrodi Muut elektrodirakenteet Kiskot Liittimet ja pannat Suojajohtimen mitoitus ja valinta Maadoitusjohtimen mitoitus ja valinta Pääpotentiaalitasausjohtimen mitoitus Lisäpotentiaalitasausjohtimen mitoitus Esimerkkejä maadoitusten kytkennöistä 50 5 ERI JÄRJESTELMIEN LIITTYMINEN MAADOITUKSIIN Yleistä Antennijärjestelmä Yleiskaapelointijärjestelmät Paloilmoitinjärjestelmä 63 6 POHDINTA 65 LÄHTEET 66 LIITTEET
6 1 1 JOHDANTO Pöyry on maailman laajuinen suunnittelu- ja konsultointiyhtiö, joka on sitoutunut tasapainotettuun kestävään kehitykseen ja vastuulliseen toimintaan. Laatu ja rehellisyys leimaavat kaikkea Pöyryn toimintaa. Pöyry tarjoaa alan huippua edustavia johdon konsultointipalveluja, kokonaisratkaisuja sekä suunnittelua ja töiden valvontapalveluja. Pöyry tarjoaa perusteellista toimialaosaamista teollisuus-, energia-, kaupunki- ja liikenne- sekä vesi- ja ympäristösuunnittelu aloilla. Pöyryllä on palveluksessaan asiantuntijaa, ja paikalliskonttoriverkosto ulottuu noin 50 maahan. (Pöyry 2011.) Opinnäytetyön tavoitteena on pohtia mitä kaikkea pitää ottaa huomioon kun tehdään sähkösuunnitelmia että maadoitus ja eri komponenttien maadoittaminen tulee huomioitua riittävän laaja-alaisesti. Opinnäytetyössäni käyn läpi teoreettisesti maadoittamisen ja mitä sillä tarkoitetaan sekä myös eri maadoittamisen komponentit mitä niissä tulisi huomioida jotta maadoittaminen on toteutettu standardien ja lain mukaisesti. Opinnäytetyön keskeisin osa on eri johtimien mitoitus, koska tämä on asia tulee suunnitelmia laatiessa useasti vastaan. Mikä poikkipintaala johtimella täytyy olla? Opinnäytetyössäni käytän esimerkkinä erilaisia maadoittamiseen liittyviä dokumentteja. Opinnäytetyön tulisi palvella aloittelevia sähkösuunnittelijoita ja miksi ei hieman kokeneempiakin sähkösuunnittelijoita.
7 2 2 TERMISTÖ Tässä luvussa läpi käydään termejä mitä opinnäytetyössä on käytetty. Termistö on hyvä lukea läpi niin opinnäytetyötä lukiessa ei tule vastaan sanoja, joiden tarkoitusta ei ymmärrä. Kappaleen lopussa on kuvioita joista käy havainnollistaen ilmi nimityksiä. TAULUKKO 1. Maadoitukseen liittyvää termistöä. Askeljännite U s se osa maasulasta johtuvaa maadoitusjännitettä, jonka ihminen saa 1 metrin askelvälillä virran kulkiessa kehon kautta jalasta toiseen Jännitteelle altis osa sähkölaitteen johtava osa, jota voi koskettaa ja joka ei normaalisti ole jännitteinen, mutta joka voi tulla jännitteiseksi peruserityksen eristysvian takia. Jännitteinen osa, normaalikäytössä virtapiiriin kuuluva johdin tai johtava osa nollajohdin mukaan luettuna, PEN-johdinta lukuun ottamatta. Kosketusjännite jännite, joka eristysvian aikana esiintyy kahden samanaikaisesti kosketeltavan osan välillä. (Paikallinen) maa maan johtava osa, joka on yhteydessä maadoituselektrodiin, ja jonka potentiaali ei välttämättä ole nolla. Maadoituselektrodi, johtava osa tai johtavien osien yhdistelmä, joka on välittömässä kosketuksessa maahan ja joka muodostaa sähköisen kosketuksen maan kanssa.
8 3 Maadoitusjohdin johdin, joka muodostaa asennuksen, järjestelmän tai laitteen määrätyn osan ja maan välille johtavan yhteyden tai osan tästä yhteydestä. Maadoitusjännite U E maadoitusjärjestelmän ja referenssimaan välinen jännite. Maadoitusresistanssi päämaadoituskiskon tai (-liittimen) ja maan välinen resistanssi Maadoitusväyläjohdin johdin (tai kisko), joka on yhdistetty päämaadoitusliittimeen Maaperän resistiivisyys E Muu johtava osa Maaperälle ominainen sähköinen resistiivisyys sähköasennuksen kuulumaton johtava osa, jossa voi esiintyä tietty potentiaali, yleensä maan potentiaali. Nollajohdin (tunnus N) järjestelmän nollapisteeseen yhdistetty johdin, joka kykenee osallistumaan sähköenergian siirtoon. PEN-johdin maadoitettu johdin, joka toimii samalla sekä suojamaadoitus- että nollajohtimena. Potentiaalinohjaus maadoitusjännitteen, erityisesti maanpinnan potentiaalin, ohjaus maadoituselektrodilla. Potentiaalintasaus sähköinen liitäntä, jolla eri sähkölaitteiden jännitteelle alttiit osat ja muut johtavat osat saatetaan suunnilleen samaan potentiaaliin Potentiaalintasausjohdin suojajohdin, jonka avulla tehdään potentiaalintasaus. Päämaadoituskisko Päämaadoitusliitin, kisko tai liitin, joka on osa maadoitusjärjestelmää ja johon voidaan liittää maadoittamista varten useita johtimia.
9 4 Referenssimaa Samanaikaisesti osat Suojajohdin Suojamaadoitus kosketeltavat maan johtava osa, jonka sähköiseksi potentiaaliksi missä tahansa kohdassa on sovittu nolla, ja joka on kaikkien maadoitusjärjestelmien vaikutusalueen ulkopuolella. johtimet tai johtavat osat, joita ihminen tai mahdollisesti kotieläin voi samanaikaisesti koskettaa. Huomautus: Samanaikaisesti kosketeltavat osat voivat olla jännitteisiä osia, jännitteelle alttiita osia, muita johtavia osia, suojajohtimia tai maadoituselektrodeja johdin, jota käytetään suojauksen takia, esimerkiksi sähköiskulta suojaamiseen. järjestelmän tai asennuksen pisteen maadoittaminen suojauksen takia Suojamaadoitusjohdin suojajohdin, jota käytetään suojamaadoittamisen suorittamiseen Suurin kosketusjännite suurin kosketusjännite, joka voi esiintyä asennuksessa hyvin pieni-impedanssisen vian aikana Sähköisesti erilliset maadoituselektrodit, maadoituselektrodit, jotka sijaitsevat sellaisella etäisyydellä toisistaan, että suurin jonkin elektrodin kautta todennäköisesti kulkeva virta ei merkittävästi vaikuta muiden elektrodien potentiaaliin. Toiminnallinen maadoitus järjestelmän, asennuksen tai laitteen jonkin kohdan maadoittaminen, joka on tarpeen muusta syystä kuin sähköiskulta suojaamisen takia.
10 5 Toiminnallinen maadoitusjoh- toiminnalliseen maadoittamiseen käytetty din maadoitusjohdin. Toiminnallinen ja suojamaadoitusjohdin johdin, jossa yhdistyvät sekä suojamaadoitus- että toiminnallisen maadoitusjohtimen toiminnot. Prospektiivinen vikavirta virta, joka kulkisi piirissä, jossa kytkinlaitteiden tai sulakkeiden navat korvattaisiin johtimilla, jonka impedanssi on merkityksettömän pieni. Lujuusluokka (asennusputki) Lujuusluokat ovat välillä 1-5, 1 on erittäin kevyt ja 5 on erittäin luja. Tarkempi määrittely standardissa SFS-EN
11 6 KUVIO 1. Suojajohtimeen ja maadoituksiin liittyviä nimityksiä. (Maadoituskirja 2007, 17.)
12 7 KUVIO 2. Suojajohtimiin ja maadoituksiin liittyviä nimityksiä. (Maadoituskirja 2007, 18.)
13 8 KUVIO 3. Maadoitusjärjestelmä, suojajohtimet ja suojaavat potentiaalintasausjohtimet. Tunnusten merkitys on esitetty taulukossa 2. (Maadoituskirja 2007, 19.)
14 9 TAULUKKO 2. Selitykset kuviolle 3. (Maadoituskirja 2007, 19.) Tunnus Nimike M PK JK C C1 C2 C3 C4 C5 C6 PMK T T1 T2 LPS PE Jännitteelle altis osa Pääkeskus Jakokeskus Muu johtava osa Ulkoa tuleva metallinen vesiputki Ulkoa tuleva metallinen viemäriputki Kaukolämpöputki Ilmanvaihtojärjestelmä Lämmitysjärjestelmä Metallinen vesijohtoputki esim. kylpyhuoneessa Päämaadoituskisko Maadoituselektrodi Perustusmaadoituselektrodi Ukkossuojausjärjestelmän maadoituselektrodi jos tarpeen Ukkossuojausjärjestelmä Keskuksen suojakisko 1 Suojajohdin, johdin, jota käytetään suojauksen takia, esimerkiksi sähköiskulta suojaamiseen. 1a 1b Tuleva suojajohdin jakelujärjestelmästä Suojajohdin pääkeskuksen suojakiskon ja päämaadoituskiskon välillä 2 Suojaava potentiaalintasausjohdin 3 Lisäpotentiaalintasausjohdin 3a ja 3b ovat vaihtoehtoisia 4 Ukkossuojausjärjestelmän alastulojohdin 5 Maadoitusjohdin
15 10 3 YLEISTÄ MAADOITTAMISESTA 3.1 Yleistä Sähköturvallisuuden kannalta maadoituksien ensisijaisena tarkoituksena on rajoittaa vikatapauksissa esiintyviä kosketusjännitteitä ja askeljännitteitä. Vika voi liittyä rakennuksen sähköasennuksiin tai siitä syöttävään järjestelmään, suurjänniteverkko mukaan lukien. Vikaan voidaan rinnastaa myös ukkosen aiheuttamat ylijännitteet. (Maadoituskirja 2001, 19.) Rakennusten maadoituksiin liittyy varsinaisen maadoituselektrodin ohella potentiaalintasausjärjestelmä. Sähköturvallisuuden kannalta maadoituksen tarkoituksena on myös - estää vaarallisten jännitteiden siirtymistä järjestelmästä toiseen - estää vaarallisten vuotovirtojen, kipinöiden ja valokaarien syntyminen - luoda toimintaedellytykset maasulku- ja kosketusjännitesuojaukselle (Maadoituskirja 2001, 19.) Pienjännitesähköasennuksen maadoitusjärjestelmän tehtävänä on tehdä mahdolliseksi sähköasennuksen turvallinen ja luotettava toiminta. Pienjänniteasennuksen maadoitusta koskevat perusvaatimukset on esitetty standardisarjan SFS 6000 osissa 4-41, Suojaus sähköiskulta ja 5-54 Maadoittaminen ja suojajohtimet. Nämä standardit perustuvat kansainvälisen sähköalan standardisointijärjestön IEC:n standardisarjan IEC vastaaviin osiin. Standardit IEC ja IEC ovat sähköiskulta suojaamista koskevia perusjulkaisuja. Niitä käytetään perus-
16 11 tana sekä sähköasennusten että laitteiden sähköiskulta suojaamista koskevissa vaatimuksissa. (Maadoituskirja 2007, 35.) 3.2 Maadoitusjärjestelmän rakenne Maadoitusjärjestelmän rakenteen valintaan vaikuttavat mm. seuraavat seikat: - asennuksen turvallisuusvaatimukset (syötön automaattisen poiskytkennän toiminta ja potentiaalintasaus) - sähköjärjestelmän maadoitustapa (TN-, TT- tai IT-järjestelmä) - rakennuksen käyttötarkoitus ja siinä käytettävien laitteiden asettamat vaatimukset - rakennuksessa tarvittavat erilaiset maadoitusjärjestelmät, esim. ukkossuojauksen, suurjännitejärjestelmien ja erilaisten telejärjestelmien maadoitukset - rakennuksen mekaaninen rakenne kuten johtavat runkorakenteet, erilaiset LVI-järjestelmät yms. - maadoituksista aiheutuvat välittömät ja välilliset kustannukset rakentamisvaiheessa ja rakennuksen käytön aikana. (Maadoituskirja 2007, 35.) Nämä kaikki seikat vaikuttavat maadoitusjärjestelmän rakenteen suunnitteluun ja niinpä ei ole olemassa patenttiratkaisuja, jotka sopivat aina, vaan rakenteiden valinta vaatii aina perustietoja ja tapauskohtaista harkintaa. Malliratkaisujen väärä käyttö voi johtaa joko liian kalliiseen tai huonosti toimivaan ratkaisuun. Varsinkin rakennuksen käytön aikaiset kustannukset on yleensä otettu huonosti huomioon. (Maadoituskirja 2007, 36.)
17 12 Maadoituksiin liittyvät sähköasennusten turvallisuusvaatimukset asettavat minimitason. Turvalliset ja toimivat sähköasennukset voidaan toteuttaa myös ilman maadoituksia, esim. käyttämällä luokan 2 sähkölaitteita tai sopivia galvaanisia erottamisia. (Maadoituskirja 2007, 36.) Rakennuksen käyttö voi muuttua sen eliniän aikana. Rakennukseen liittyvät tekniset järjestelmät muuttuvat, ja sen takia koko rakennuksessa tulisi ottaa huomioon tämä muutostarve ja tehdä rakennus mahdollisimman joustavaksi. Muutama vuosikymmen sitten ei esimerkiksi osattu varautua nykyisin käytössä oleviin tietotekniikan järjestelmiin. Myös maadoitusjärjestelmiin liittyvät vaatimukset voivat muuttua, ja nekin tulisi rakentaa mahdollisimman joustaviksi. Eräitä asennuksia, kuten maadoituselektrodeja ja liityntöjä betonin sisään jääviin teräsrakenteisiin, on vaikea tehdä jälkikäteen ja sen takia näihin pitäisi kiinnittää erityisesti huomiota jo silloin kun rakennusta rakennetaan. Kuitenkaan ei useimmiten ole järkevää varautua sellaiseen uuteen järjestelmään, jonka rakenteesta ei vielä ole varmuutta. Tärkeintä on se, että tarvittavia muutoksia voidaan tehdä helposti myöhemmin. Rakennuksen sisällä tärkeää on varata maadoitusjärjestelmille ja muillekin johtojärjestelmille riittävät ja muunneltavat johtoreitit. (Maadoituskirja 2007, 36.) 3.3 Jakelujärjestelmät TN-järjestelmät TN-järjestelmässä yksi piste on maadoitettu suoraan ja sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty tähän pisteeseen suojamaadoitusjohtimella tai PEN-
18 13 johtimella. Nolla- ja suojamaadoitusjohtimen keskinäisen järjestelyn perusteella erotetaan toisistaan kolme eri TN-järjestelmää. TN-S-järjestelmässä on erillinen nolla- ja suojamaadoitusjohdin koko järjestelmässä. KUVIO 4. TN-S-järjestelmä (Maadoituskirja 2007, 26.
19 14 TN-C-S-järjestelmässä nolla- ja suojamaadoitusjohdintoiminnot on yhdistetty yhteen johtimeen osassa järjestelmää. KUVIO 5. TN-C-S-järjestelmä (Maadoituskirja 2007, 26.) TN-C-järjestelmässä nolla- ja suojamaadoitusjohdintoiminnot on yhdistetty yhteen johtimeen koko järjestelmässä. KUVIO 6. TN-C-järjestelmä (Maadoituskirja 2007, 27.)
20 15 TT-järjestelmässä yksi piste on maadoitettu suoraan, ja sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osa on yhdistetty jakelujärjestelmän maadoituselektrodeista sähköisesti riippumattomiin erillisiin maadoituselektrodeihin. (Maadoituskirja 2007, 27.) KUVIO 7. TT-järjestelmä (Maadoituskirja 2007, 27.)
21 16 IT-järjestelmässä ei ole mitään jännitteistä osaa yhdistetty suoraan maahan. Sähkölaitteiston jännitteelle alttiit osat on yhdistetty suoraan maahan. (Maadoituskirja 2007, 28.) KUVIO 8. IT-järjestelmä (Maadoituskirja 2007, 28.) Järjestelmien tunnuksissa käytetyt kirjainkoodit on määritelty seuraavasti. Ensimmäinen kirjain: jakelujärjestelmien maadoitustapa - T, yksi piste on yhdistetty suoraan maahan. - I, kaikki jännitteiset osat on eristetty maasta, tai yksi piste on yhdistetty maahan impedanssin kautta Toinen kirjain: sähkölaitteiston jännitteelle alttiiden osien maadoitustapa - T, jännitteelle alttiit osat on yhdistetty galvaanisesti suoraan maahan riippumatta jakelujärjestelmän maadoitustavasta - N, jännitteelle alttiit osat on yhdistetty jakelujärjestelmän maadoitettuun pisteeseen (vaihtosähköverkoissa yleensä maadoitettuun tähtipisteeseen). Mahdolliset lisäkirjaimet: nolla- ja suojajohtimen keskinäinen järjestely - S, erilliset nolla- ja suojamaadoitusjohtimet. - C, nolla- ja suojamaadoitusjohdintoiminnot on yhdistetty yhteen johtimeen (PEN-johdin). (Maadoituskirja 2007, 28.)
22 Jakelujärjestelmän valinta Suomessa rakennusten sähköasennuksissa käytetään lähes pelkästään TNjärjestelmiä. Tämän takia tässä esityksessä keskitytään erilaisten TN-järjestelmien käsittelyyn. (Maadoituskirja 2007, 36.) Aikaisemmin käytettiin yleisesti ns. nollausta, jossa nollajohtimeen oli yhdistetty myös suojajohtimen toiminnot. Olemassa olevassa rakennuskannassa on paljon tällaisia rakennuksia. (Maadoituskirja 2007, 36.) Nykyisin puhutaan TN-C järjestelmästä ja PEN- johtimesta. PEN-johtimeen on yhdistetty sekä suojajohtimen (PE) että nollajohtimen (N) toiminnot. TN-Cjärjestelmään liittyy kuitenkin haittoja, joista vakavimpia on PEN-johtimen katkeamisesta johtuva jännitteelle alttiiden osien tulemin jänniteiseksi. Tätä vaaraa on pienennetty hyväksymällä vain riittävän suuripoikkipintaisten PEN-johtimien käyttö. Vaatimuksena on aina, että PEN-johtimen poikkipinta pitää olla vähintään 10 mm2 kuparia tai 16 mm2 alumiinia. Siirrettävissä kaapeleissa ei saa käyttää PEN-johdinta, koska näissä PEN-johtimen katkeaminen on todennäköisempää kuin kiinteässä asennuksessa. (Maadoituskirja 2007, 36.) TN-C-järjestelmää käytetään jakeluverkoissa ja koko asennus onkin useimmiten TN-C-S-järjestelmä. (Maadoituskirja 2007, 37.) Tietotekniikan laitteistojen lisäännyttyä havaittiin TN-C-järjestelmien aiheuttamat hankaluudet myös häiriösuojauksen kannalta. Näitä on esitetty mm. IEC standardisarjan luvussa 444. Tämän takia ryhdyttiin yleisesti käyttämään erillistä nolla- ja suojajohdinta koko asennuksessa eli TN-S-järjestelmää. Standardisarja SFS 6000 ei vaadi aina käytettäväksi TN-S-järjestelmää, mutta käytännössä tätä kannattaa käyttää aina. Uudisrakennuksissa tämä on helppo toteuttaa. Muutos- ja
23 18 laajennustöissä voidaan joutua tekemään tilapäisiä kytkentöjä, joiden avulla saadaan myöhemmin toteutettua puhdas TN-S-järjestelmä. Näistä kytkennöistä on ohjeita mm. standardissa SFS (Maadoituskirja 2007, 37.) Erillisen nolla- ja suojamaadoitusjohtimen käyttöä edellyttää myös lisääntynyt vikavirtasuojien tai vikavirtavalvontajärjestelmien käyttäminen. (Maadoituskirja 2007, 37.) Jos TN-C-S-järjestelmää käytetään esim. silloin kun asennukseen liittyy myös rakennuksen ulkopuolisia TN-C-verkkoja, esim. ilmajohtoja, käytetään sitä syötön puolella yleensä vain pääkeskuksessa. Muu verkko tehdään TN-S-järjestelmänä. Nelikiskoiseen pääkeskukseen voidaan suojamaadoitus- ja nollajohtimet liittää keskuksen PEN-kiskoon, kullekin johtimelle pitää kuitenkin olla oma liittimensä. TN-C-järjestelmästä saa siirtyä TN-S-järjestelmään, muttei päinvastoin. (Maadoituskirja 2007, 37.) Jos tietotekniikan laitteistojen syöttöön käytetään erillistä muuntajaa tai UPSjärjestelmää, pitää tämä verkko rakentaa puhtaana TN-S-järjestelmänä. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää IT-järjestelmää. (Maadoituskirja 2007, 37.) Kaikkiaan sähköasennuksissa käytetään TN-S-järjestelmää, aina kun se on mahdollista. (Maadoituskirja 2007, 37.)
24 Potentiaalintasaus Pääpotentiaalintasaus Sähköasennuksessa tehtävän pääpotentiaalintasauksen tarkoituksena on ehkäistä vaarallisten jännite-erojen esiintyminen samanaikaisesti kosketeltavien johtavien osien välillä. Nämä johtavat osat voivat olla jännitteelle alttiita osia, useimmiten sähkölaitteiden metallisia koteloita tai muita johtavia osia, kuten johtavia putkistoja tai rakennuksen metallisia runkorakenteita tai muita rakennuksessa laajalle ulottuvia johtavia rakenteita. (Maadoituskirja 2001, ) Liitettäessä muita johtavia osia potentiaalintasaukseen sen osina voidaan käyttää johtavia rakenneosia, esim. putkistoja tai metallisia runkorakenteita. Potentiaalintasauksen tekemisessä ei ole kieltoa ns. sarjamaadoituksesta, kuten suojamaadoittamisessa on tilanne. (Maadoituskirja 2007, 41.) Pääpotentiaalintasaus on tärkeä perusta rakennuksen sähköasennuksen turvallisuudelle. Muut johtavat osat ja asennuksen suojamaadoituspiiri kytketään pääpotentiaalintasaukseen ja näin saadaan potentiaalintasauksen perustasoa. Pääpotentiaalintasauksen potentiaalitason tulee turvallisuus- ja käyttövarmuussyistä olla maan potentiaalia. (Maadoituskirja 2001, 27.) Pääpotentiaalintasauksen liitännät tehdään tavallisesti rakennusten syöttävän keskuksen (useimmiten pääkeskuksen) lähelle sijoitettavassa pääpotentiaalintasauskiskossa. Jos tähän kiskoon liitetään myös maadoituselektrodille menevä
25 20 maadoitusjohdin, kutsutaan kiskoa päämaadoituskiskoksi. (Maadoituskirja 2001, 27.) Jokaisessa rakennuksessa pääpotentiaalintasausjärjestelmään liitetään toisaalta suojajohdinjärjestelmä ja toisaalta määrätyt muut johtavat osat. (Maadoituskirja 2007, 41.) Suojajohdinjärjestelmästä pääpotentiaalintasausjärjestelmään liitetään: - asennusta syöttävän johdon suojamaadoitusjohdin tai PEN-johdin - maadoituselektrodi, joka voidaan liittää joko maadoituselektrodille menevän maadoitusjohdin tai erillisen päämaadoitusliittimen kautta. (Maadoituskirja 2007, 41.) Pääpotentiaalintasaukseen liitetään muut johtavat osat, joita ovat esimerkiksi: - metalliset putket, joista tulee rakennukseen syöttö, esim. kaasu, vesi, kaukolämpö - metalliset rakenneosat, keskuslämmitys- ja ilmanvaihtolaitteistot - rakenteisiin käytetyn teräsbetonin pääteräkset soveltuvin osin. (Maadoituskirja 2007, 41.) Pääpotentiaalintasaukseen liitetään myös telekaapelien metallivaipat. (Maadoituskirja 2007, 42.) Yleensä kaikki maadoittamista tai potentiaalintasausta vaativat järjestelmät tulee liittää yhteen. Käytännössä niiden erossa pitäminen on mahdotonta. (Maadoituskirja 2007, 42.) Harkittaessa muiden johtavien osien liittämistä pääpotentiaalintasaukseen kannattaa ensimmäisenä miettiä, mitä muilla johtavilla osilla tarkoitetaan. Määritelmän
26 21 mukaan muu johtava osa on sähköasennukseen kuulumaton osa, jossa voi esiintyä tietty potentiaali, yleensä paikallisen maan potentiaali. Mikä tahansa johtava osa ei ole standardin tarkoittama muu johtava osa, vaan siihen liittyy olennaisesti mahdillisuus muun potentiaalin johtamiseen. Standardin tarkoittamat muut johtavat osat ulottuvat asennuksen ulkopuolelle tai ne liittyvät rakenteisiin, jotka ulottuvat asennuksen ulkopuolelle. Asennuksen ulkopuoli tarkoittaa myös paikallista maata. Jos asennuksessa on hyvin tehty maadoituselektrodi, esim. perustusmaadoituselektrodi, silloin paikallisen maan potentiaali on lähellä sähköasennuksen suojapiirin potentiaalia. (Maadoituskirja 2007, 42.) Pääpotentiaalintasaus parantaa turvallisuutta kuitenkin myös silloin, kun sattuu eristysvika ja sen takia yleisperiaatteena voidaan pitää, että kaikki suurikokoiset johtavat osat kannattaa liittää pääpotentiaalintasaukseen, jos pystytään kohtuullisesti toteuttamaan. (Maadoituskirja 2007, 42.) Potentiaalintasaukseen liitetään rakennuksen ulkopuolelta tulevat syötöt ja vesikaasu- sekä kaukolämpöjohdot. Nämä johdot liitetään potentiaalintasaukseen mahdollisimman lähellä sitä kohtaa, jossa ne tulevat sisään rakennukseen. Syötöt pitäisi pyrkiä myös järjestämään siten, että ne tulevat sisään rakennukseen samasta kohtaa, jolloin mahdollisesti tulevat jännitteet, esim. ilmastolliset ylijännitteet eivät pääse leviämään rakennuksen rakenteisiin. Jos rakennusta syöttävässä johdossa, esim. vesijohtoputkessa, on vain rakennuksen sisääntulokohdassa lyhyehkö metallinen johto-osa rakennuksen muun ulkopuolisen johdon ollessa muovia, pitää tämä metallinen putkiston osa liittää vain, jos se sijaitsee kosketusetäisyyden päässä potentiaalintasauskiskosta tai rakennusta syöttävästä keskuksesta. Jos metalliset putkiston osat ovat niin lyhyitä, ettei niihin todennäköisesti voi joutua vierasta potentiaalia, tällaista putkea ei tarvitse liittää potentiaalintasaukseen. (Maadoituskirja 2007, 42.)
27 22 Metallisia rakenneosia, joita voidaan liittää potentiaalintasaukseen, ovat esimerkiksi betoniteräkset ja laajat metalliset runkorakenteet. Betonin sisään asennettujen betoniterästen liittäminen potentiaalintasaukseen ei ole pakollista. Betoniterästen ja laajojen metallisten tukirakenteiden liittämisellä potentiaalintasaukseen saavutetaan usein hyviä tuloksia paitsi turvallisuuden, myös häiriösuojauksen kannalta, ja se kannattaa tehdä aina kun se on mahdollista, eli käytännössä voidaan tehdä rakenteita rikkomatta. (Maadoituskirja 2007, 42.) Potentiaalintasaukseen liitetään metalliset vesijohto-, keskuslämmitys-, jäähdytys-, paineilma yms. putkistot. (Maadoituskirja 2001, 28.) Jos rakennuksessa on laajoja yhtenäisiä ilmanvaihtokanavia, jotka ulottuvat koko rakennukseen, ne liitetään pääpotentiaalintasaukseen. Ilmanvaihtokanavia ei tarvitse liittää pääpotentiaalintasaukseen, jos ilmanvaihtojärjestelmä on suppea, esim. yksittäinen huippuimuri siihen liittyvine kanavineen tai laajat kanavat eivät ole jatkuvia, esimerkiksi on käytetty kumitiivisteillä varustettuja jatkoksia. Tässäkin tapauksessa on sellaiset laajahkot kanavan osat, jotka sijaitsevat kosketusetäisyydellä pääpotentiaalintasauskiskosta tai rakennusta syöttävästä keskuksesta, liitettävä pääpotentiaalintasaukseen. (Maadoituskirja 2001, 28.) Myös muun tyyppisten johtavien osien liitämistä potentiaalintasaukseen kannattaa harkita. Esim. kaapelihyllyjen liittäminen pääpotentiaalintasaukseen ei ole pakollista, mutta on sattunut tapauksia, joissa kaapelihyllyyn on tullut jännite liikaa kiristetystä kaarikiinnikkeestä johtuen. Tämän takia myös kaapelihyllyjen liittäminen potentiaalintasaukseen on erittäin suositeltavaa. Kaapelihylly ja muut johtotiet kannattaa liittää potentiaalintasaukseen myös häiriösuojauksen takia. Tästä on ohjeita SFS 6000 luvussa 444 ja standardissa SFS-EN (Maadoituskirja 2007, 43.)
28 23 Kaikki potentiaalintasauksen liitokset tulee tehdä luotettavalla tavalla käyttäen hitsausta, juotosta tai sopivia liittimiä. Ruuviliittimien asentamista maahan tai betonivaluun ei suositella. Betoniterästen liitämiseen käytetään mahdollisuuksien mukaan soveltuvaa hitsausmenetelmää, jolloin betoniteräkset voivat toimia myös perustusmaadoituselektrodina. Jos betoniteräksiä ei ole liitetty yhteen hitsaamalla vaan pelkästään sitomalla, ne kannattaa häiriösuojauksen vuoksi liittää pääpotentiaalintasaukseen. (Maadoituskirja 2007, 43.) Putkien ja kanavien liittämiseen käytetään sopivaa liitintä tai pantarakenteita. Jos on käytettävissä sopivia, riittävästi johtavassa yhteydessä olevia kannatusrakenteita, voidaan potentiaalintasauksen liitos tehdä niiden kautta. (Maadoituskirja 2007, 43.) Edellä esitetyn kaltainen pääpotentiaalintasaus on tehtävä jokaisessa sähköverkkoon liitetyssä rakennuksessa. Maadoituselektrodi pitää tehdä kuitenkin yleensä vain yhdelle rakennukselle sähköliittymässä. Eri rakennuksissa voi olla eri määrä muita johtavia osia, jotka liitetään pääpotentiaalintasaukseen. Joissain pienissä rakennuksissa tällaisia osia ei ole lainkaan. Jos rakennus on pieni, eikä siinä ole jakokeskusta eikä laajoja muita johtavia osia, ei siinä tarvitse tehdä pääpotentiaalintasausta. (Maadoituskirja 2001, 28.) Pääpotentiaalintasaus tehdään jokaisessa rakennuksessa ja liitännät tehdään tavallisesti rakennusta syöttävän keskuksen (pääkeskuksen) lähelle sijoitettavassa päämaadoituskiskossa. Pääpotentiaalintasaukseen liitetään kaikkien rakennuksen keskusten suojakiskot. Jos rakennusta syötetään useasta keskuksesta, joista mikään ei ole pääkeskus, tehdään potentiaalitasaus jonkin keskuksen luona. Yleensä tällaisessa tapauksessa kaikkien rakennusta syöttävien johtojen pitää olla TN-Sjärjestelmän mukaisia. (Maadoituskirja 2007, 44.)
29 24 Pääpotentiaalitasauksen kaltainen potentiaalintasaus voidaan, varsinkin suurissa rakennuksissa, suorittaa myös muualla rakennuksessa. Pääkeskuksen lisäksi voidaan esimerkiksi rakennuksen katolla olevassa ilmanvaihtokonehuoneessa suorittaa potentiaalintasaus, joka yhdistetään ko. tilassa olevan jakokeskuksen suojakiskoon tai PEN-kiskoon. Jos rakennuksessa on käytössä PEN-johtimia, on huomiota kiinnitettävä tämän potentiaalintasauksen aiheuttamiin häiriövirtoihin. (Maadoituskirja 2007, 44.) Lisäpotentiaalintasaus Lisäpotentiaalintasaus tehdään silloin, kun erityisesti halutaan välttää haitallisia potentiaalieroja, tai syötön nopealla poiskytkennällä ei saavuteta kosketusjännitesuojausta. Kun lisäpotentiaalintasausta käytetään kosketusjännitesuojaukseen syötön nopean poiskytkennän sijasta, on otettava huomioon myös, että esimerkiksi johtojen oikosulkusuojauksen takia pitää useimmissa tapauksissa kuitenkin syöttö kytkeä pois riittävän nopeasti. (Maadoituskirja 2001, 29.) Lisäpotentiaalintasauksen käyttö on ollut harvinaista. Sitä käytetään lähinnä lääkintätiloissa standardin SFS mukaan, eläinsuojissa standardin SFS mukaan ja ahtaissa johtavissa tiloissa standardin SFS mukaan. (Maadoituskirja 2007, 44.) Lisäpotentiaalintasausta käytetään usein myös peseytymistiloissa ja uimaallastiloissa. Lisäpotentiaalintasauksen merkitys on kuitenkin vähäinen, koska nykyään käytetään paljon muovisia putkia ja rakennuksessa on tehty pääpotentiaalintasaus. Tämän takia Suomessa ei vaadita lisäpotentiaalitasauksen käyttöä. (Maadoituskirja 2007, 44.)
30 25 Lisäpotentiaalintasaukseen on yhdistettävä kaikki samanaikaisesti kosketeltavat kiinteiden sähkölaitteiden jännitteelle alttiit osat ja muut johtavat osat. Kuten pääpotentiaalintasauksessa on tässäkin tapauksessa erittäin suositeltavaa liittää myös betoniraudoitus. Lisäpotentiaalintasausjärjestelmä on liitettävä suojajohdinjärjestelmään. Myös pistorasioiden suojamaadoitusjohtimet liitetään lisäpotentiaalintasausjärjestelmään. Jännitteelle alttiit osat kytketään yleensä keskuksen suojakiskon kautta, joka liitetään lisäpotentiaalintasauskiskoon, johon liitetään muut johtavat osat suoraan. (Maadoituskirja 2007, 45.) Samanaikaisesti kosketeltavien jännitteelle alttiiden osien ja muiden johtavien välisen lisäpotentiaalitasausyhdistyksen resistanssi tulee olla niin pieni, että samanaikaisesti kosketeltavien osien välillä vikatapauksessakin voi esiintyä tilasta riippuen vain 50 V tai 25 V potentiaaliero. (Maadoituskirja 2007, 45.) Lisäpotentiaalintasauksen voi muodostaa kiinteän laitteen muu johtava osa, kuten metallin tukirakenne, lisäjohdin tai näiden yhdistelmä. (Maadoituskirja 2007, 45.) 3.5 Eri maadoitusjärjestelmien liittäminen yhteen Rakennuksissa voi olla normaalin sähköverkkoon liittyvien maadoitusten lisäksi muitakin maadoitusjärjestelmiä, kuten: - suurjännitejärjestelmien maadoituksia - telejärjestelmien maadoituksia - toiminnallisia maadoituksia - ukkossuojausjärjestelmien maadoituksia. (Maadoituskirja 2007, 45.)
31 26 Yleisperiaatteena voidaan pitää, että rakennuksessa on vain yksi maadoitusjärjestelmä, johon kaikki maadoitusta vaativat järjestelmät liitetään. Suurjännitepuolen maadoitukset liitetään yhteen pienjännitepuolen maadoitusten kanssa rakennusten ulkopuolella olevissa muuntamoissa. (Maadoituskirja 2007, 45.) Jos eri rakennusten maadoitukset liitetään yhteen esim. tiedonsiirtokaapelin vaippojen kautta, voi siitä aiheutua häiriöitä ellei niitä syötetä TN-S-järjestelmällä. Näitä häiriöitä voidaan välttää esim. käyttämällä tiedonsiirtokaapeleina valokaapeleita tai syöttämällä tietotekniikan laitteita erillisellä muuntajalla. (Maadoituskirja 2007, 45.) Toiminnalliset maadoitukset (Functional Earthing FE) ovat maadoituksia, jotka tehdään laitteen toiminnan, eikä suojauksen takia. Toiminnallisia maadoituksia tehdään suojausluokan 2 laitteisiin ja PELV-jännitteellä syötettyihin laitteisiin. Toiminnallisia maadoituksia käsitellään standardisarjan SFS 6000 luvussa (Maadoituskirja 2007, 45.) Ukkossuojauksen takia tehtyjen maadoitusten vaatimuksia on annettu mm. SFSkäsikirjassa 33 ja standardissa IEC (Maadoituskirja 2007, 45.)
32 Ukkossuojauksen liittyminen maadoituksiin. Rakennusten suojauksessa käytetään varsinaisia ukkossuojausjärjestelmiä, joilla torjutaan suoraan rakennukseen tai sen lähistölle osuvien suorien salamaniskujen vaikutuksia, sekä näiden ohella ylijännitesuojia rajoittamaan rakennukseen liittyvien sähkö- ja telejohtojen myötä tulevia ylijännitteitä. Ylijännitesuojien tarkoituksena on myös suojata rakennukseen tulevia sähkö- ja telejohtoja salaman iskiessä rakennukseen tai sen välittömään läheisyyteen. Rakennusten ukkossuojauksesta on ollut käytettävissä kansallisia määräyksiä ja suosituksia, ja runsaat viisitoista vuotta sitten aloitettiin myös kansainvälinen standardointitoiminta. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 55.) Ukkossuojausjärjestelmän maadoituselektrodiksi on Suomessa hyväksytty rakennuksen sähköverkkoliitännän maadoituselektrodi. Myös perustuksen raudoitus on suositeltu liitettäväksi ukkossuojausjärjestelmään. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 67.) Asuinrakennuksen maadoituselektrodi kannattaa ukkossuojausmielessä rakentaa rakennusta ympäröiväksi renkaaksi, jolloin läheisyyteen osuvien salamoiden aiheuttamat virrat ohjautuvat suoraan pienjänniteverkon maadoituksiin, eikä niiden tarvitse käydä rakennuksen sisällä. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 36.) Ukkossuojajohdin liitetään suoraan maadoituselektrodiin, mutta siitä viedään haara rakennuksen päämaadoituskiskoon. Rakennuksen sisäinen ukkossuojausjärjestelmä perustuu potentiaalintasaukseen ja turvavälien ylläpitämiseen. Viimeksi mainittua tarvitaan vaarallisen kipinöinnin
33 28 estämiseksi silloin, kun potentiaalintasausta ei voida toteuttaa. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 70.) Potentiaalintasauksella on erittäin keskeinen merkitys hengen-, palo- ja räjähdysvaaran pienentämisessä suojattavan alueen sisällä. Potentiaalintasauksen suorittaminen voi olla välttämätöntä myös tilanteissa, joissa ulkoista ukkossuojausjärjestelmää ei ole käytetty. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 70.) KUVIO 9. Kaaviokuva rakennuksen ukkossuojauksen pääperiaatteista. 1=sähköjohto, 2=telejohto, 3=ylijännitesuoja, 4=maadoituskisko (potentiaalintasauskisko), 5=suoran salamaniskun vastaanottava rakenne eli salamanvangitsija, tässä tapauksessa antenni, 6=antennimaadoitusjohdin, 7=rakennuksen maadoitus, 8=rakennuksen metalliosat, PEN= yhdistys pääkeskuksen PEN- tai PE-johtimeen. (Rakennusten ylijännite- ja ukkossuojaus 2005, 56.)
34 29 4 MAADOITUKSEN KOMPONENTIT 4.1 Komponentit Rakennusten maadoitus koostuu monesta eri komponentista mm. maadoituselektrodista, maadoitus- ja potentiaalintasauskiskoista, suoja-, maadoitus- ja potentiaalintasausjohtimista sekä erilaisista pannoista ja liittimistä. Tässä kappaleessa käsitellään hieman komponenttien tyyppejä, ratkaisu vaihtoehtoja ja mitoittamisia. 4.2 Maadoituselektrodi Maadoituselektrodilla voi olla monta eri käyttötarkoitusta. Maadoituselektrodi rakennetaan useimmiten sähkölaitteiston suojausvaatimusten takia, mutta sama elektrodi voi olla esimerkiksi myös osana ukkossuojausjärjestelmää. Maadoituselektrodin käyttötarkoituksella on merkitystä käytettävän elektrodirakenteeseen ja myös vaadittavaan maadoitusresistanssin arvoon. Maadoituselektrodilla saadaan aikaan johtava yhteys maahan, mutta sillä on merkitystä myös potentiaalintasauksen kannalta. (Maadoitusopas 2009, 45) Maadoituselektrodin on oltava korroosiolle vastuskykyinen, rakenteeltaan luotettava ja mitoitukseltaan riittävä. Maadoituselektrodin tehokkuus riippuu maaperän paikallisista ominaisuuksista. On valittava yksi tai useampi maadoituselektrodi, joka soveltuu maaperän ominaisuuksiin ja vaadittavaan maadoitusresistanssin arvoon. (Maadoitusopas 2009, 45)
35 Pienjänniteliittymän maadoituselektrodi Jokaisessa sähköliittymässä tulee olla maadoituselektrodi. Samoin, jos sähköliittymän sisäisessä, rakennusten ulkopuolisessa verkossa käytetään PEN-johdinta, maadoituselektrodi tulee olla jokaisen vähintään 200 m pituisen johtohaaran päässä tai enintään 200 m etäisyydellä siitä. Liittymän maadoituselektrodi tehdään ensisijaisesti liittymän sähköasennuksen turvallisuuden varmistamiseksi, mutta elektrodi toimii käytännössä myös osana jakeluverkon maadoitusjärjestelmää, koska pienjännite- ja keskijänniteverkon maadoitukset ovat yhdistetty toisiinsa muuntajalla. (Maadoitusopas 2009, 45) Pienjänniteliittymän maadoituselektrodille ei ole vaatimuksia suurimmasta maadoitusresistanssi arvosta. Elektrodivaatimuksilla pyritään ensisijaisesti hyvään potentiaalintasausvaikutukseen. Pieni maadoitusresistanssi arvo parantaa kuitenkin laitteiston käytön turvallisuutta PEN-johtimen katketessa jakeluverkossa. Mikäli sähköasennuksessa on nollattuja sähkölaitteita, PEN-johtimen katkeaminen siirtää vaihejännitteen sähkölaitteen jännitteelle alttiisiin osiin. (Maadoitusopas 2009, 45-46) Maadoituselektrodien materiaalit ja vähimmäismitat mekaanisen lujuuden ja korroosionkestävyyden takia oleva taulukko löytyy liitteestä 1 (LIITE 1). Detalji kuvat maadoituksen liitäntäperiaatteesta maadoituselektrodiin (LIITE 2) ja maadoituksen liitäntä betoniraudoitukseen (LIITE 3). Liitteet ovat hyvät ja antavat hyvät kuvat maadoituksien liitännöistä ja maadoituselektrodien materiaaleista.
36 Perustusmaadoituselektrodi Standardi SFS 6000 edellyttää, että maadoituselektrodina käytetään ensisijaisesti perustusmaadoituselektrodia. Perustusmaadoituselektrodilla tarkoitetaan yleensä suljetun renkaan muotoista johtavaa osaa, joka on upotettu maahan rakennusten perustusten alle tai ensisijaisesti upotettu rakennusten perustuksen betoniin. Maadoituselektrodin minimi poikkipinta on 16 mm 2 Cu tai 90 mm 2 kuumasinkittyä tai ruostumatonta terästä. Silloin kun perustusmaadoituselektrodina käytetään perustuksiin upotettua terästä, teräkset tulee liittää toisiinsa hitsaamalla tai muulla sellaisella tavalla että saadaan aikaan luotettava liitos. (Maadoitusopas 2009, 46) KUVIO 10. Perusmaadoituselektrodin sijoittaminen perustusten alle. (Maadoitusopas 2009, 46)
37 32 KUVIO 11. Perustusmaadoituselektrodin sijoittaminen perustuksiin. (Maadoitusopas 2009, 47) Jotta perustusmaadoituselektrodi voitaisiin toteuttaa, tulee sähköurakoitsijan olla riittävän aikaisin rakennustyömaalla. Varsinkin pienkohteissa perustusmaadoituselektrodin tekeminen voi olla hankalaa siihen saakka, kunnes rakennuspuolelle saadaan riittävästi tietoa elektrodivaatimuksesta. Standardi hyväksyy muita elektrodirakenteita, mikäli perustusmaadoituselektrodia ei jostain syystä voida rakentaa. (Maadoitusopas 2009, 47) Perustusmaadoituselektrodin potentiaalintasausvaikutus ei ulotu rakennusten ulkopuolelle, eikä sillä välttämättä saada aikaan pientä maadoitusresistanssia varsinkaan silloin, kun perustus on erotettu maasta lämpöeristeellä tai kivikerroksella. Haluttaessa tällaisissa tapauksissa pientä maadoitusresistanssin arvoa maadoitusta voidaan täydentää hyvin johtavaan maahan asennetulla lisäelektrodilla. (Maadoitusopas 2009, 47) Maadoituselektrodi on liittymäkohtainen vaatimus, mutta suositellaan, että perustusmaadoituselektrodi tehtäisiin liittymän jokaiseen rakennukseen, koska perustusmaadoituselektrodin potentiaalintasausvaikutus ulottuu ainoastaan siihen ra-
38 33 kennukseen, jonka yhteyteen se on rakennettu. Sähkösuunnitelmissa ja urakkasopimuksissa tulee ottaa kantaa, tehdäänkö elektrodi jokaiselle rakennukselle. (Maadoitusopas 2009, 47) Perustusmaadoituselektrodi voi olla perustusten sisällä, jolloin materiaalina voidaan käyttää terästä. Elektrodin voidaan käyttää erityisesti elektrodikäyttöön tarkoitettua sinkittyä lattaterästä tai normaalia betoniterästä. Elektrodin pitää olla luotettavasti jatkuva, eli betoniteräkset on hitsattava yhteen tai on käytettävä erityisiä jatkoksia. Normaali sitominen ei riitä, jos teräksiä käytetään maadoituselektrodina. Betonin sisään asennettu teräs on sellaisenaan suojattu korroosiolta, mutta tarvittaessa teräsosat jotka nousevat betonista ulos, voidaan korroosiosuojata. Riittävän johtavuuden takaamiseksi pitää betonissa, johon elektrodi sijoitetaan olla vähintään 240 kg sementti / m 3 betonia. (Maadoitusopas 2009, 48) Perustamaadoituksella pyritään ensisijaisesti parantamaan potentiaalintasausta. Normaalisti TN-järjestelmässä ei maadoitusresistanssilla ole merkitystä, jolloin perustusmaadoitus voidaan tehdä myös sellaiseen perustukseen, joka sijaitsee huonosti johtavalla alustalla, esim. kallion päällä tai perustuksen ja maan välissä on lämpöeristekerros tai muu huonosti johtava kerros. Jos tällaisessa liittymässä tarvitaan myös hyvä yhteys maahan, esim. ukkossuojauksen takia, maadoituselektrodia voidaan täydentää rakentamalla maadoitusjärjestelmään liittyviä säteittäisiä elektrodeja, jotka upotetaan hyvin johtavaan maaperään. (Maadoitusopas 2009, 48)
39 34 KUVIO 12. Pientalon perustuksen rakenne. (Maadoitusopas 2009, 48) KUVIO 13. Perustusmaadoituselektrodia voidaan täydentää säteittäisillä elektrodeilla, mikä parantaa myös ukkossuojausta. (Maadoitusopas 2009, 48) Perustusmaadoituselektrodi ja muunlainen renkaan muotoon asennettu elektrodi suositellaan asennetavaksi niin, että elektrodille menee kaksi johdinta ja rengas
40 35 sulkeutuu päämaadoituskiskolla. Kun elektrodille menevät maadoitusjohtimet asennetaan sähköisesti erilleen toisistaan esim. käyttämällä toisessa johtimessa eristepäällysteistä johdinta, elektrodin eheys on helppo mitata. (Maadoitusopas 2009, 49) Muut elektrodirakenteet Vaihtoehtoisesti perustusmaadoituselektrodi voi sijaita perustusten alla tai välittömästi perustusten ulkopuolella. Materiaalin pitää tällöin olla vähintään 16 mm 2 kuparijohdinta tai köyttä. (Maadoitusopas 2009, 49) Jos perustusmaadoituselektrodin rakentaminen ei jostain syystä ole mahdollista, esim. maadoituselektrodi tehdään olemassa olevaan rakennukseen, voidaan maadoituselektrodin minimirakenteena käyttää muita rakenteita. Elektrodina voidaan käyttää vähintään 20 m pitkää vaakaelektrodia, joka asennetaan siten, ettei elektrodi vahingoitu helposti esim. kaivutöiden takia. Elektrodi voidaan asentaa rakennusta syöttävän kaapelin kanssa samaan ojaan tai lähelle perustuksia, jolloin se on suojattu vahingossa tapahtuvalta katkaisemiselta. Jos maadoituselektrodia ei voida asentaa siten, että se on suojattu vahingoittumiselta, pitää käyttää eri suuntiin sijoitettua vähintään 20 m pitkää vaakaelektrodia tai mieluummin yhtä vähintään 40 m pitkää renkaan muotoista elektrodia. (Maadoitusopas 2009, 49-50)
41 36 KUVIO 14. Maadoituselektrodi kaapeliojassa. (Maadoitusopas 2009, 50) KUVIO 15. Maadoituselektrodi silloin, kun se ei ole suojattu vahingoittamiselta. (Maadoitusopas 2009, 50)
42 37 KUVIO 16. Renkaan muotoinen maadoituselektrodi. (Maadoitusopas 2009, 51) KUVIO 17. Maadoituselektrodi omakotitalossa, jossa on tonttikeskus. (Maadoitusopas 2009, 51)
43 38 KUVIO 18. Maadoituselektrodi omakotitalossa, jossa on erillinen autotallirakennus. (Maadoitusopas 2009, 52) KUVIO 19. Rivitalokiinteistön maadoituselektrodi, minimivaatimuksena on liittymäkohtainen maadoituselektrodi ja rakennuskohtainen potentiaalintasaus. (Maadoitusopas 2009, 52)
44 Kiskot Päämaadoituskisko tai liitin, joka on osa maadoitusjärjestelmää ja johon voidaan liittää maadoittamista varten useita johtimia. Päämaadoituskisko toimii maadoitusten ja potentiaalintasausten koontipisteenä. Jokainen maadoituskiskoon liitettävä johdin pitää voida irrottaa yksitellen. Tämän takia käytetään yleensä kiskotyyppistä liitinrakennetta. (Maadoitusopas 2009, 12) Päämaadoituskiskoa voidaan laajentaa siten, että se ulottuu koko rakennukseen. Tällöin puhutaan maadoituksen liitäntäkiskosta. Tämä mahdollistaa tietoliikennelaitteiden maadoitusten liittämisen mahdollisimman lyhyellä yhdistysjohdolla päämaadoituskiskoon. (Maadoitusopas 2009, 12) Monissa uusissa rakennuksissa tai esimerkiksi loma-asunnoissa on hyvin vähän johtavia osia, jotka tulisi yhdistää maadoituskiskoon. Tällöin kisko voidaan korvata maadoitusliittimellä. Monesti on kuitenkin järkevää käyttää näissäkin tapauksissa kiskoa mahdollisten lisäysten helpottamiseksi. (Maadoitusopas 2009, 13) Päämaadoituskisko asennetaan yleensä rakennuksen suurimman keskuksen läheisyyteen. Kiskoon on päästävä käsiksi. (Maadoitusopas 2009, 13) Kiskon sijoittaminen keskuksen sisälle ei ole perusteltua, koska liitoksia tehtäessä voitaisiin joutua jännitteisten osien läheisyyteen. (Maadoitusopas 2009, 13) Potentiaalintasauskisko, joka on osa potentiaalintasausjärjestelmää ja johon voidaan liittää potentiaalintasaukseen käytettäviä johtimia. Jos kiskoon liitetään maadoitusjohdin, kiskoa nimitetään päämaadoituskiskoksi. (Maadoitusopas 2009, 27)
45 40 Vaihtoehtoisia ratkaisuja maadoituskiskoista detalji kuvana (LIITE 4). KUVIO 20. Jokainen päämaadoituskiskoon liitetty johdin on voitava irrottaa erikseen ja johtimet on voitava tunnistaa. (Maadoitusopas 2009, 13)
46 41 KUVIO 21. Erilaisia kiskoja. KUVIO 22. Päämaadoituskisko ja pääpotentiaalintasauskisko. (Maadoitusopas 2009, 27)
47 Liittimet ja pannat Liittimien ja pantojen pääasiallinen käyttö on maadoitusjohtimien liittäminen erilaisiin putkistoihin. Maadoitusliitintä voidaan käyttää myös maadoitusjohtimien liittämiseen rakennuksen betoniraudoitukseen. Putkien ja putkiryhmien maadoitusliitäntöjä hitsaamalla ja käyttämällä maadoitusvanteita detalji kuvissa (LIITE 5) ja (LIITE 6). KUVIO 23. Erilaisia liittimiä
48 43 KUVIO 24. Maadoitusvanteita ja vannekiristin 4.5 Johtimet Suojajohtimella on hyvin keskeinen osa sähköasennuksen suojauksessa, joten sen luotettavuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Suojajohdin on voitava selkeästi tunnistaa muista johtimista. Suojajohtimesta käytetään myös nimitystä suojamaadoitusjohdin, varsinkin, kun puhutaan ryhmäjohdon suojajohtimesta. (Maadoitusopas 2009, 10) Maadoitusjohdin muodostaa asennuksen, järjestelmän tai laitteen määrätyn osan ja maan välille johtavan yhteyden tai osan tästä yhteydestä. (Maadoitusopas 2009, 11) Johtimien mitoituksesta on olemassa hyvä taulukko SFS 6000 liite 54B (LIITE 8). Liitteenä on myös hyvin havainnollinen maadoitusdokumentti ST-kortistosta, missä näkyy johtimien poikkipintoja (LIITE 7).
49 Suojajohtimen mitoitus ja valinta Suojajohtimen poikkipinta määritetään joko laskemalla yhtälön 1. mukaan tai valitsemalla taulukon 3 mukaan. Suurilla johdinpoikkipinnoilla laskeminen johtaa useimmiten taloudellisempaan lopputulokseen. (Maadoituskirja 2007, 29.) Kunkin suojajohtimen poikkipinnan on täytettävä standardin SFS 6000 osan 4-41 mukaisesti syötön automaattisen poiskytkennän ehdot. Johtimen on kestettävä prospektiivinen vikavirta. (SFS 6000, 323) Suojajohtimen poikkipinnan pitää olla (kaavaa voidaan soveltaa vain, jos poiskytkentäaika on enintään 5 s): (1) missä S on suojajohtimen poikkipinta (mm 2 ), I on suojalaitteen kautta kulkeva vikavirran tehollisarvo (A), kun tapahtuu hyvin pieni-impedanssinen maasulku, t on suojalaitteen toiminta-aika (s), k on kerroin, jonka arvo riippuu suojajohtimien raaka-aineesta, eristyksestä ja muusta rakenteesta sekä johtimelle sallituista alkuja loppulämpötiloista. Huom. Piirin impedanssin virtaa rajoittava vaikutus ja suojalaitteen virranrajoituskyky I 2 t suositellaan otettavaksi huomioon. Piirin impedanssin virtaa rajoittava vaikutus ja suojalaitteen virranrajoituskyky (I 2 t) pitää ottaa huomioon. Jos kaavasta saadaan poikkipinnan arvo, jota ei ole käytettävän johtimen tyyppikohtaisessa standardissa, on valittava poikkipinnaltaan seuraava suurempi standardijohdin.
50 45 Tiloissa sallitut lämpötilojen raja-arvot käyvät ilmi standardissa EN Koska standardissa IEC mukaisilla mineraalieristeisten kaapelien metallivaipoilla on suurempi virran kestävyys kuin äärijohtimilla, metallivaippojen pinta-alojen ei tarvitse laskea, kun niitä käytetään suojajohtimina. (SFS 6000, 323) TAULUKKO 3. Suojajohtimen ja äärijohtimien poikkipintojen suhteet. Äärijohtimen poikkipinta S mm 2 Vastaavan suojajohtimen minimipoikkipinta mm 2 Suojajohdin on samaa Suojajohdin on eri materiaalia kuin äärijohdin materiaalia kuin äärijohdin S 16 S k1/k2 x S 16 < S a k1/k2 x 16 S > 35 S/2 a k1/k2 x S/2 k1 on äärijohtimen materiaalista ja eristyksestä riippuva kertoimen k arvo, joka on esitetty standardin SFS 6000 taulukossa A.54.1 tai osan 4-43 taulukoissa k2 on kertoimen k arvo, joka on esitetty standardin SFS 6000 taulukoissa A 54.2 A 54.6 a PEN-johtimen poikkipinnan pienentäminen on sallittu vai noudattamalla standardin SFS 6000 osan 5-52 nollajohtimen mitoituksen sääntöjä Sellaisen erillisen suojajohtimen poikkipinnan, joka ei ole kaapelivaipan sisällä tai äärijohtimen kanssa samassa asennusputkessa, on oltava vähintään: - 2,5 mm 2, jos suojajohdin on mekaanisesti suojattu ja - 4 mm 2, jos mekaanista suojaa ei ole. (Maadoituskirja 2007, 30.)
51 46 Jos suojajohdin on usean virtapiirin yhteinen, se on mitoitettava suurimman vaihejohtimen poikkipinnan mukaan. (Maadoituskirja 2007, 30.) Kun suojajohtimen poikkipinta määritellään laskemalla, virtana käytetään suojajohtimen kautta kulkevaa vikavirran tehollisarvoa (A), kun vika tapahtuu olemattoman pien impedanssin kautta. Piirin impedanssin virtaa rajoittava vaikutus ja suojalaitteen virranrajoituskyky (I 2 t) voidaan ottaa huomioon. (Maadoituskirja 2007, 30.) Suojajohdin voi olla - monijohtimisen kaapelin johdin - eristetty tai paljas johdin äärijohtimien kanssa samassa kotelossa - kiinteästi asennettu paljas tai eristetty johdin - eräiden kaapelien metallinen vaippa, armeeraus tai konsentrinen johdin - tietty muu johtava osa. (Maadoituskirja 2007, 30.) Suojajohdin voi olla määrätyillä ehdoilla myös tehdasvalmisteisen kytkinlaitoksen ja kosketinkiskon runko tai kotelointi. Myös muut johtavat osat voivat toimia suojajohtimena, kun täytetään määrätyt ehdot. Muita johtavia osia ei kuitenkaan yleensä ole syytä käyttää suojajohtimena ellei ne ole erityisesti tehty tähän tarkoitukseen. (Maadoituskirja 2007, 30.) Suojajohtimen sähköisen johtokyvyn varmistaminen Jotta voidaan varmistua suojajohdinpiirin jatkuvuudesta, on se suojattava sopivalla tavalla mekaaniselta ja kemialliselta huononemiselta sekä sähkömekaanisilta voimilta. Kun suojajohdin on kaapelin vaipan sisäpuolella, toimii sama suojus se-