Ryhmäjohdon valokaarisuojaus

Abstract

Kiinteistöjen tulipaloista merkittävä osa on sähkölaitteiden aiheuttamia. Sähköpalon aiheuttamat vahingot voivat olla suurempia kuin muiden palojen. Tavalliset ylivirtasuojat tai vikavirtasuojakytkimet voivat havaita osan paloriskiä aiheuttavista sähkövioista, mutta sarjavalokaarta ei näillä laitteilla voida havaita lainkaan. Opinnäytetyössä kuvataan valokaarivikasuojien teoria ja toiminta pääpiirteittäin ja toteutetaan laboratoriokäyttöön soveltuva laite, jolla valokaarivikoja voidaan tuottaa ja havaita. Opinnäytetyön ja laitteen avulla lukija tutustuu valokaariin ja niiltä suojautumiseen.

Valokaaren aiheuttama paloriski johtuu valokaaren suuresta lämpötilasta. Valokaari voidaan havaita analysoimalla virtapiirissä kulkevaa virtaa ja valokaaren palamisen aiheuttamaa suuritaajuista kohinaa. Sähköasennuksissa käytettäviin johtimiin voi syntyä asennuksen tai käytön yhteydessä vikoja, jotka johtavat johtimien lämpiämiseen ja ajan kanssa jopa valokaarivikaan. Yhdysvalloissa valokaarivikasuojia on ollut saatavilla kuluttajajärjestelmiin 90-luvun lopulta lähtien, ja ne ovat siellä pakollisia monissa kotitalouksien ja muiden rakennusten varsinkin makuutiloihin liittyvissä asennuksissa. Euroopassa valokaarivikasuojia useammin suositellaan kuin vaaditaan. Suomessa valokaarivikasuojien käyttö on toistaiseksi ollut hyvin vähäistä.

Opinnäytetyössä rakennettuun laboratoriolaitteeseen toteutettiin sarjavalokaaria synnyttävä mekanismi. Laitteessa valokaari tuotetaan samantapaisella järjestelyllä kuin valokaaria koskevassa kansainvälisessä standardissa kuvatussa valokaarigeneraattorissa. Valokaari saadaan aikaan synnyttämällä virralliseen virtapiiriin pieni katkos vaihejohtimeen, jolloin piirissä olevan valokaarivikasuojan tulee havaita piirissä oleva vika. Laitteessa voidaan myös aiheuttaa vuotovirta nollajohtimen ja suojamaajohtimen väliin ja tutkia, miten tavallinen vikavirtasuojakytkin tai valokaarivikasuojaan integroitu vikavirtasuoja havaitsee vuotovirran. Laitteeseen voidaan liittää erilaisia sähkölaitteita kuormiksi, jolloin voidaan havaita erilaisten kuormien vaikutus vikavirtojen havaitsemiseen.

Laboratoriolaitteen toteutus onnistui suunnitellulla tavalla. Laitteessa voidaan synnyttää hallitusti valokaaria, ja havainnoida miten valokaarivikasuoja havaitsee valokaaria ja katkaisee viallisen virtapiirin. Laitteessa olevat elektrodit ovat helposti vaihdettavissa, jolloin voidaan tutkia eri elektrodimateriaalien vaikutus valokaaren syntyyn ja sen havainnointiin.