Sähköjärjestelmä

9.4.1 Yleistä

Sähköjärjestelmät, jotka tuottavat kiinteistölle energiaa lämmitykseen, jäähdytykseen, valaistukseen, laitteisiin (tietoliikennelaitteisiin, henkilökohtaisiin tietokoneisiin, verkkoihin, kopiokoneisiin, tulostimiin jne.) ja laitteiden (esim. jääkaappien ja astianpesukoneiden) toimintaan, ovat kehittyneet dramaattisesti viime vuosikymmenien aikana, ja ne muodostavat rakennuksen nopeimmin kasvavan energiakuorman. Nykyään tilat tarvitsevat enemmän kuin koskaan sähköjärjestelmiä tuottamaan virtaa, jolla useimmat rakennuksen elintärkeät järjestelmät toimivat. Nämä järjestelmät ohjaavat rakennuksessa tarvittavaa energiaa ja jakavat sen sitä käyttäviin kohteisiin. Useimmiten jakelujännite on 2400/4160 V ja sitä syötetään pylväissä. Muuntajat alentavat tämän jännitteen ennalta määritellyille tasoille rakennuksissa käytettäväksi. Sähköenergian jakeluverkossa yleisin sähköhuoltomuoto on ilmajohdot, jotka tunnetaan nimellä huoltoputki, joka on sähköjohto, joka kulkee sähköpylväästä asiakkaan rakennukseen tai muihin tiloihin. Se on kohta, jossa sähkölaitokset toimittavat sähköä asiakkailleen.

Pohjois-Amerikassa ja niiden järjestelmää käyttävissä maissa asuinkiinteistöissä huoltoputki koostuu kahdesta 120 V:n johdosta ja nollajohdosta. Kun nämä johdot on eristetty ja kierretty yhteen, niitä kutsutaan triplex-kaapeliksi. Jotta nämä johdot pääsevät asiakkaan tiloihin, niiden on yleensä ensin kuljettava sähkömittarin ja sen jälkeen pääpalvelupaneelin läpi, jossa on yleensä pääsulake tai katkaisija. Tämä katkaisija valvoo kaikkea rakennukseen tulevaa sähkövirtaa kerralla ja useita pienempiä sulakkeita/katkaisijoita, jotka suojaavat yksittäisiä haarapiirejä. Aina on pääkatkaisija, jolla kaikki virta katkaistaan; kun käytetään johdonsuojakatkaisijoita, tämä tapahtuu pääkatkaisijan kautta. Pylväästä lähtevä nollajohto kytketään maadoitukseen, joka on lähellä huoltokeskusta – usein maadoitukseen lyöty johtava sauva.

Asuntosovelluksissa huoltopudotus antaa rakennukselle kaksi erillistä 120 V:n vastakkaista vaihetta olevaa johtoa, joten 240 V:n jännite saadaan kytkemällä virtapiiri kahden 120 V:n johtimen väliin, kun taas 120 V:n virtapiirit kytketään jommankumman 120 V:n johtimen ja nollajohdon väliin. Lisäksi 240 V:n virtapiirejä käytetään suuritehoisissa laitteissa ja suurissa laitteissa, kuten ilmastointilaitteissa, pyykinkuivaimissa, uuneissa ja kattiloissa, kun taas 120 V:n virtapiirejä käytetään valaistuksessa ja tavallisissa pienissä laitteissa. On huomattava, että nämä ovat ”nimellislukuja”, mikä tarkoittaa, että todellinen jännite voi vaihdella.

Euroopassa ja monissa muissa maissa käytetään kolmivaiheista 416Y/230-järjestelmää. Palvelupudotus koostuu kolmesta 240 V:n johtimesta eli vaiheesta ja nollajohtimesta, joka on maadoitettu. Kukin vaihejohto syöttää 240 V:n jännitettä sen ja nollajohdon väliin kytkettyihin kuormiin. Kukin vaihejohtimista johtaa 50 Hz:n vaihtovirtaa, joka on 120° vaiheesta poispäin kahdesta muusta. Korkeammat jännitteet yhdistettynä taloudelliseen kolmivaiheiseen siirtojärjestelmään mahdollistavat sen, että jakeluverkko voi olla pidempi kuin pohjoisamerikkalaisessa järjestelmässä, ja yksi jakeluverkko voi palvella useita asiakkaita.

Kaupallisissa ja teollisissa jakeluverkoissa, jotka ovat yleensä paljon suurempia ja monimutkaisempia, käytetään kolmivaihejärjestelmää. Yhdysvalloissa yleiset palvelut koostuvat 120Y/208 (kolme 120 V:n virtapiiriä, jotka ovat 120° vaiheesta poispäin, ja 208 V:n virtapiiri linjasta linjaan), 240 V:n kolmivaihejärjestelmästä ja 480 V:n kolmivaihejärjestelmästä. Kanadassa 575 V:n kolmivaihejärjestelmä on yleinen, ja monissa muissa maissa käytetään 380-415 V:n tai 690 V:n kolmivaihejärjestelmää. Yleensä suurempia jännitteitä käytetään raskaissa teollisuuskuormissa ja pienempiä jännitteitä kaupallisissa sovelluksissa.

Ero kaupallisten ja asuinrakennusten sähköasennusten välillä voi olla varsin merkittävä, erityisesti suurissa asennuksissa. Vaikka liikerakennuksen sähkötarpeet voivat olla yksinkertaisia, koostuen muutamasta valaisimesta joissakin pienissä rakenteissa, ne ovat usein melko monimutkaisia, muuntajineen ja raskaine teollisuuslaitteineen. Kun sähkö- tai valaistusjärjestelmän puutteet ilmenevät ja niihin on kiinnitettävä huomiota, ne ovat yleensä mitattavissa, ja niihin kuuluvat virtapiikit, laukeavat katkaisijat, äänekkäät liitäntälaitteet ja muut ilmeisemmät olosuhteet, kuten toimimattomat sähköpistokkeet tai valaisimet, jotka usein havaitaan tai havaitaan järjestelmän tarkastuksen yhteydessä. Kuten kuvissa 9.16 ja 9.17 havainnollistetaan, sekä sähkö- että valaistusjärjestelmissä on useita tyypillisiä puutteita.

Kuva 9.16. Sähköjärjestelmissä havaittuja tyypillisiä puutteita kuvaava kaavio.

Kuva 9.17. Diagram Showing Typical Deficiencies Found in Lighting Systems.

Monissa liikerakennuksissa suurin tiettyyn sähköjärjestelmään kohdistuva kuormitus tulee valaistusvaatimuksista; siksi sähkö- ja valaistuskuormien jakelua ja hallintaa on aina seurattava säännöllisesti. Valaistuksen hallinta on tarkistettava säännöllisesti myös siksi, että rakennuksen tilojen käyttö muuttuu ja käyttäjät siirtyvät rakennuksen sisällä. On myös erittäin suositeltavaa, että valaistusjärjestelmä integroidaan laitoksen sähköjärjestelmään. Valaistusjärjestelmät on suunniteltu varmistamaan riittävä näkyvyys sekä laitoksen sisä- että ulkopuolella, ja ne koostuvat energialähteestä ja jakeluelementeistä, jotka tavallisesti koostuvat johdoista ja valoa säteilevistä laitteista.

Yhdysvalloissa on nykyään useita erilaisia sähkömääräyksiä, joita noudatetaan eri lainkäyttöalueilla eri puolilla Yhdysvaltoja. Jotkin suurimmista kaupungeista, kuten New York ja Los Angeles, ovat luoneet ja hyväksyneet omat sähkömääräyksensä. National Fire Protection Associationin (NFPA) julkaisemat National Electrical Code (NEC) ja National Fire Protection Code (NFPC) kattavat lähes kaikki sähköjärjestelmän osat. Kunnat ovat yleisesti hyväksyneet NEC:n kokonaan tai osittain. Sähkö- ja valaistusjärjestelmän tarkastuksessa olisi selvitettävä, onko laitos yleisesti ottaen näiden sääntöjen mukainen.