Föreläsning 1
Ta en bit neutral materia
Vad är en elektrisk spänning?
+ - - + -+ -+
Det finns två grundläggande fysikaliska
begrepp som inte kan förklaras på ett enkelt
sätt.
Massa
Elektrisk laddning
Inom eltekniken börjar vi med elektrisk
laddning.
Vi förklarar inte vad elektrisk laddning
egentligen är utan nöjer oss med att
konstatera att det finns elektriska laddningar i
all materia.
Det finns två sorters laddning,
Positiv laddning och
Negativ laddning
Om det finns lika mycket positiv som negativ
laddning i en bit materia är biten neutral.
2008-09-24
1
I ett batteri sker förflyttningen på kemisk väg
och i en generator på mekanisk väg.
En apparat med denna egenskap kallas för en
elektrisk spänningskälla.
Det finns alltid metalliska anslutningar till de
två laddade delarna i en spänningskälla.
Dessa kallas poler.
- + + -- +- +
med lika många positiva som negativa
laddningar jämnt fördelade.
Antag nu att vi kan flytta laddningarna så
att de negativa är koncentrerade till
vänster och de positiva till höger.
- - - -
++++
- - - -
++++
Vi får då en positivt och en negativt laddad
del av biten.
Detta är vad som sker automatiskt i ett
elektriskt batteri.
Samma sak sker i en elektrisk generator.
2008-09-24
2
Enheten för elektrisk spänning är volt som
förkortas V.
Ett litet runt ficklampsbatteri har spänningen 1,5 V.
Mängden positiva laddningar på den positiva
polen är lika stor som mängden negativa
laddningar på den negativa polen.
Detta gäller alltid.
Storleken på denna automatiska laddningsförflyttning inne i en spänningskälla anges
med en storhet som kallas spänning.
En spänning har man alltid mellan två
punkter.
Den ena punkten anges med + och den andra
med –.
2008-09-24
3
Den positiva polen utgörs av den lilla runda
knoppen på ovansidan.
Batteriet längst till höger i figuren har
spänningen 9 V.
2008-09-24
4
Det finns två sorters spänning.
Ledningar ansluts till en spänningskälla.
Spänningen hos ett batteri är alltid lika stor.
Det är en likspänning.
I ett vanligt vägguttag har man växelspänning.
Det är en spänning vars storlek hela tiden
ändrar sig enligt ett visst mönster. Denna
ändring är dock så snabb att den inte märks. En
växelspännings storlek anges med ”ett sorts
medelvärde”som kallas effektivvärde.
Effektivvärdet i ett vanligt vägguttag är 230 V.
Ansluter man två ledningar till de två polerna
hos en spänningskälla har man också tillgång
till spänningen mellan de två ändpunkterna på
ledningarna. Ledningarna utgörs alltid av
koppartrådar.
Om de två ledningarna kopplas ihop kortsluts
spänningen
Man får aldrig kortsluta en spänningskälla.
I värsta fall inträffar en explosion.
Varför använder man växelspänning?
Laddningar kan röra sig.
Den viktigaste fördelen med en växelspänning
är att den kan transformeras till en annan
storlek i en transformator. Detta går inte med
likspänningar. Generatorer och motorer är
enklare, driftsäkrare och billigare för
växelspänning.
2008-09-24
5
När du stiger ur bilen och tar i bildörren rusar
laddningarna blixtsnabbt tillbaka. Du känner
detta som ’en elektrisk stöt’ eftersom
laddningarna rör sig tillbaka genom din kropp.
När det regnar kan regndroppar dra med sig
negativa laddningar från ett moln ner till
jorden. Molnet blir positivt och jorden under
blir negativ. Till slut blir molnets laddning så
stor att laddningarna börjar röra sig tillbaka i
luftens fuktighet. När de väl har börjat röra sig
rör de sig lättare och lättare vilket vi ser som
ett blixtnerslag.
2008-09-24
6
I de båda urladdningsexemplen kan till en
början inte laddningarna röra sig. En
människokropp eller vattendroppar i luften
leder inte laddningar särskilt bra. Till slut blir
laddningsskillnaden och krafterna på
laddningarna för stora och laddningar börjar
flyga över. När väl laddningarna har börjat
röra sig rör de sig lättare och lättare. Förloppet
går blixtsnabbt.
En koppartråd däremot leder laddningar
nästan perfekt.
Systemjordning.
Det är viktigt att komma ihåg att man alltid
har en elektrisk spänning mellan två punkter.
Det är inte lämpligt att säga att man har en
spänning i en punkt.
Båda fenomenen är exempel på elektriska
urladdningar.
Positiva och negativa laddningar dras till
varandra. All materia strävar efter att vara
neutral. Det är bara inuti en spänningskälla
som ett batteri eller en generator som denna
naturlag inte gäller.
2008-09-24
Antag att du sitter i en bil. Du gnider kanske
bakdelen mot bilsätet. Det kan då hända att du
gnider av negativa laddningar från sätet som
sätter sig i din byxa. Du får då ett överskott på
negativa laddningar. Du blir negativt laddad
och samtidigt blir bilen då positivt laddad.
Man brukar vilja ha en av polerna hos en
spänningskälla som en ’elektrisk
referenspunkt’. Detta åstadkommer man
genom att jorda en av polerna. En sådan
7
2008-09-24
8
jordpunkt i ett elektriskt system kallas för
systemjord. En bra jordning får man om man
ansluter ledningen som skall jordas till ett
järnspett som är neddrivet i marken. En av
ledningarna vi får in i våra hus och
lägenheter är systemjordad av elleverantören.
Denna ledning kallas för nolledningen eller
nollan. Nolledningen är alltid blå.
Vägguttag.
Det finns ojordade och jordade vägguttag. Vi
börjar titta på ledningarna till ett ojordat
uttag. Läs igenom vad som står om ojordade
vägguttag på sidorna 20 – 23 i elsäkerhetspocket.
2008-09-24
9
gnistbildning med brand som följd. Fenomenet
brukar kallas varmgång.
Elektrisk energi och ström.
Den blå ledningen skall inte förväxlas med den
extra ledning som finns i ett jordat vägguttag.
Den andra ledningen i vägguttaget är svart.
Denna kallas för fas.
Spänningen mellan nollan och en fas kallas
fasspänning. Fasspänningen är alltid 230 V i
en bostad.
I Sverige finns inga krav på vilket av hålen i
ett vägguttag som skall vara nollan och och
vilket som skall vara fasen. Med ett instrument
som kallas spänningsprovare eller spänningsindikator kan man avgöra vilket hål som är
fasen. Se sidan 73 i elsäkerhetspocket.
Spänn skruvar som håller ledningar!
Ibland kan man se att det är lite brunfärgat
runt ett av hålen i ett vägguttag. Det beror
med stor sannolikhet på att ledningen inte är
ordentligt fastskruvad i uttaget. Om skruven
som håller fast en elledning inte är ordentligt
spänd blir det glapp. Glappet kan orsaka
2008-09-24
10
Detta sker däremot utanför spänningskällan
om man kopplar en värmetråd, en lampa eller
en elmotor till spänningskällan med två
kopparsladdar.
En spänningskälla används för att ge energi i
form av
Värmetråden, lampan och motorn kallas för
elektriska belastningar.
1. värme
Läs om lampor på sidorna 10 och 11 i
elsäkerhetspocket.
2. ljus
3. rörelse (i en elmotor)
Mängden energi som avges per sekund kallas
effekt, vars storhet är 1Watt som förkortas 1W.
Försök förstå skillnaden mellan energi och effekt.
Vi har nämnt tidigare att positiva och negativa
laddningar dras till varandra med en kraft. I en
spänningskälla vill därför de positiva
laddningarna som finns i överskott vid den
positiva polen gärna flyga över till den negativa
polen. Kemiska eller mekaniska fenomen gör att
detta aldrig sker inne i en spänningskälla.
2008-09-24
11
Antalet laddningar som rör sig beror på
belastningen som koppas till spänningskällan.
En belastning är oftast avsedd för en viss
storlek på spänningen (ett visst antal volt). Om
en större spänning än den avsedda kopplas till
belastningen är det stor sannolikhet att
belastningen förstörs.
Om laddningar på detta sätt rör sig genom en
belastning återställs alltid laddningsskillnaden
som finns i spänningskällan.
Spänningen förblir konstant.
I ett batteri kan man inte flytta över hur
2008-09-24
12
många laddningar som helst på detta sätt. Så
småningom orkar inte de kemiska processerna i batteriet återställa laddningsskillnaden.
Batteriet blir urladdat.
En spänningskälla är värdelös om inte
spänningen är konstant.
Laddningar som rör sig genom en belastning
kallas elektrisk ström. Storleken på strömmen
(antal laddningar per sekund) kallas för
strömstyrka.
Enheten för strömstyrka är 1 Ampere som
förkortas 1A.
Man måste alltså ha en spänning för att få en
ström.
Multiplicerar man spänningen mellan de två
anslutningarna till en belastning med
strömstyrkan genom belastningen får man
effekten.
2008-09-24
13
Sverige är ett av de elsäkraste länderna i
världen. I genomsnitt sker 4 olyckor per år där
någon omkommer på grund av elektrisk ström
genom kroppen.
Det finns en rad olika sätt att skydda
användaren mot elchock. Några gås igenom på
nästa föreläsning.
Strömbrytare.
Fast installerade strömbrytare skall alltid bryta
fasen, inte nollan.
Det är strömmen som är farlig.
Man kan bara få ström genom kroppen om
två olika punkter, mellan vilka det finns en
spänning, kommer i kontakt med kroppen.
Två faktorer bestämmer då hur stor
strömmen genom kroppen blir. Den ena är
hur stor spänningen är mellan punkterna, ju
högre spänning ju högre ström. Den andra
beror på hur bra kroppen leder ström. En
viktig faktor är hur fuktig man är vid
kontaktställena. Därför finns speciella krav på
elinstallationer i våtutrymmen.
Eftersom nollan är jordad är den också i
kontakt med alla byggnader som står på
marken. Den elektriska kontakten finns där
även om den kanske inte är så där jättebra
överallt. Står man på ett golv är fötterna i
kontakt med nollan. Skulle en hand komma i
kontakt med något som är förbundet med en
fas får man 230 V mellan fötterna och en
hand. Det flyter då livsfarlig ström genom
kroppen.
2008-09-24
14
Från elcentralen kommer fasen och nollan i
ett elrör till en kopplingsdosa som brukar sitta
nära taket. Fasledningen fortsätter ner i
elröret som går ner till strömbrytaren i en
apparatdosa. Nolledningen fortsätter till
lamputloppet (lamputtaget). Avslutningsvis
dras en ledning mellan strömbrytaren och
lamputtaget. Denna ledning kallas tändtråd.
Tändtråden är oftast vit.
Läs om strömbrytare i elsäkerhetspocket på
sidorna 28 – 31.
Kopplingsdosan.
kopplingsdosa
elrör
Låt oss följa ledningarna från ett ojordat
vägguttag. Det troliga är att uttaget sitter i en
likadan apparatdosa som en strömbrytare.
Från apparatdosan går ledningarna i ett elrör
till en kopplingsdosa. Kopplingsdosan
fungerar som en samlingspunkt för ledningar
från vägguttag, lamputlopp och strömbrytare.
Ledningarna kopplas ihop med toppklämmor.
lamputlopp
apparatdosa med
strömbrytare
2008-09-24
15
2008-09-24
16
Skyddsjord
Ett vägguttag har oftast ytterligare en
anslutning som kallas skyddsjord.
doslock
Skyddsjord och systemjord har inget med
varandra att göra.
apparatdosa kopplingsdosa
Änden på ledningarna
som skall förbindas skalas
ca 15 mm. Ändarna sticks
in i toppklämman som
sedan skruvas fast över
ledningarna. Flera
apparat- och kopplings-
dosor kan kopplas ihop med elrör.
Ledningarna kan också vara utanpåliggande.
De finns då i en kabel. Dosor, vägguttag och
strömbrytare är då också utanpåliggande.
En av kopplingsdosorna som är ihopkopplade
matas från elabonnentens gruppcentral
(säkringsskåp).
2008-09-24
17
Den 'sämre' förbindningen kan utgöres av en
människokropp, en hand i kontakt med utsatt
del och fötterna i kontakt med ett golv som
kan anses vara jord.
Hur skall man då på ett bekvämt sätt kunna
förbinda alla utsatta delar med jord?
Eftersom två ledare (230 V) redan finns
dragna från en punkt där matningen kommer
in till gruppcentralen är det enkelt att
inkludera ytterligare en ledare, en
SKYDDSLEDARE. Denna skall vara gröngul-randig. Alla skyddsledarna kopplas sedan
samman till en punkt. Observera att det nät
som alla skyddsledarna utgör är fullständigt
isolerat från elsystemet i övrigt. Om nu denna
punkt ansluts till jord är alla utsatta delar
jordade tillfredställande. Var och hur skall
man jorda denna punkt?
En lösning hade kunnat vara att elleverantören gör en bra jordning och förser
abonnenten med ytterligare en ledning, en
skyddsledare.
2008-09-24
19
För att förstå hur SKYDDSJORDNING
fungerar måste du först helst glömma bort att
nollan är jordad. Tänk dig att endast två ledare
kommer in till gruppcentralen och att det inte
är någon skillnad mellan dem. Spänningen
mellan dem är 230 V.
Vi vill nu förebygga personskador om en av
ledarna p g a isolationsfel skulle komma i
kontakt med en UTSATT DEL. En utsatt del
är: en för beröring åtkomlig del, som normalt
inte är spänningsförande, men som vid fel kan
bli det.
Om alla utsatta delar förbindes med jord kan
det aldrig flyta ström i en annan 'sämre'
förbindning mellan en sådan del och jord.
2008-09-24
18
Nollan är redan jordad så varför dra två
parallella jordade ledare? Oftast kan
elleverantören garantera att nollan är en bra
jordpunkt där matningen kommer in även
om det flyter ström genom den. Därför
kopplas ofta skyddsjord och nolla ihop där
matningen kommer in.
Nolledning och jord får aldrig kopplas ihop på
något annat ställe än där matningen kommer
in. Ström får aldrig flyta i en skyddsjordsledare.
De gemensamma ledningen skyddsjord/nolla
till abonnentens gruppcentral kallas PENledare, Protective Earth and Neutral.
Genom att skyddsjorda undviker man att få
ström genom kroppen om man råkar röra vid
en utsatt del som pga fel är i kontakt med en
livsfarlig spänning i förhållande till jord t ex
230 V.
2008-09-24
20
Jonas Forsberg, Malmö högskola
[email protected]
