9789198198218

Ellära Övningsbok Del 2 Ellära övningsbok del 2 innehåller övningsuppgifter som hjälper dig att befästa dina kunskaper om elektromagnetism, reaktiva laster, trefassystem, jordsystem, och elkvalitet. Övningsboken ingår i ett koncept med faktabok, mätövningsbok och laborationsutrustning från Ellära.se och EDUC Utbildning AB. Konceptet belyser inte bara grundläggande ellära utan även belastningarnas påverkan på elnätet, elkvalitet och elsystemets uppbyggnad. Kapitlen har samma indelning som faktaboken Ellära publicerad på Liber AB (ISBN 47-08543-9). Övningsboken del 2 täcker kapitlen 12-16 i faktaboken och hjälper dig att nå målen i gymnasiekurserna ”Praktisk ellära” och ”Ellära 1 och 2”. Den breddade synen på ellära i gymnasiekurserna gör konceptet intressant för fortbildning inom flera olika branscher och företag.

I konceptet ingår: Ellära Faktabok Ellära Övningsbok Del 1 Ellära Övningsbok Del 2 Ellära Mätövningar Laborationsutrustning

47-08543-9 91-981982-0-1 91-981982-1-8 91-981982-2-5

Liber AB Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag EDUC Utbildning AB Elära.se

Sven Spiegelberg

Ellära Övningsbok Del 2 Övningsbok

ellära.se

Ellära övningsbok del 2 Sven Spiegelberg

ellära.se 1

ISBN 978-91-981982-1-8 © 2015 Sven Spiegelberg Redaktör: Sven Spiegelberg Bildanskaffning: Sven Spiegelberg Grafisk form och produktion: Sven Spiegelberg

Bildleverantörer: Sven Spiegelberg

Första upplagan: 1 Tryckning 1 Repro: Exakta AB Tryck: Exakta AB 2015

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering är förbjuden. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material.

Spiegelberg Förlag Grenvägen 6 184 32 Åkersberga Telefon 070-747 18 50 www.spiegelberg-förlag.se www.ellära.se 2

Innehåll Om läromedlet 4 Författarpresentation 4 Om övningsboken 4 Mätövningar 5 Modell av ett elsystem 5

Repetition grundläggande begrepp

6

12 Elektromagnetism 10 Magnetfält 10 Elektromagnetiska maskiner 13 Mätövning 19 – Magnetiska fält 17

13 Reaktiva laster 1

8

Växelströmsmotstånd - impedans 18 Mätövning 20 – Impedans 22 Spänningstriangeln 22 Mätövning 21 – Spänningstriangeln 24 Fasförskjutning 25 Effekt i reaktiva kretsar 27 Faskompensering 30 Mätövning 22 – Effekt i reaktiv kretsar 31 Filter 32

14 Trefas 34 Trefas grunder 34 Mätövning 23 – Grundläggande trefas 37 Motorer i trefasdrift 38 Mätövning 24 – Asynkronmotorn 41 Effekt i trefassystem 42 Mätövning 25 – Trefaseffekt 47

15 Jordsystem 48 Skyddsjordssystem 48 Jordfel 51 Signaljord 53 Mätövning 25 – Jordsystem 53

16 Elkvalitet 54 Mätövning 25 – Elkvalitet

59

Facit 60

3

Om läromedlet Den här övningsboken ger dig möjlighet att arbeta med frågeställningar som befäster dina kunskaper om elektromagnetism, reaktiva laster, trefassystem, jordsystem och elkvalitet. Fakta finner du i boken Ellära från Liber AB.

Författarpresentation Jag har en bakgrund som servicetekniker och jobbade med minidatorer, datakommunikation och elkvalitet på 70- och 80-talet. Under 80- och 90-talet arbetade jag som yrkeslärare på gymnasiet inom el och elektronik. Jag tog min yrkeslärarexamen 1989.

Mellan 1996 och 2008 har jag arbetat som förlagsredaktör och projektledare på läromedelsförlaget Liber AB. Jag var med och skapade serien ”Arbeta med el” och vidareutvecklade läromedel inom ellära, elektronik och styrteknik.

Sedan 2008 driver jag ett eget bolag där jag skriver läromedel och utvecklar laborationsutrustning inom ellära och elektronik.

Om övningsboken

Ellära Övningsbok del 2 hjälper dig att befästa dina kunskaper om elektromagnetism, reaktiva laster, trefassystem, jordsystem, och elkvalitet. Övningsboken ingår också i ett koncept med faktabok, mätövningsböcker och laborationsutrustning från Ellära.se och EDUC Utbildning. Konceptet belyser inte bara grundläggande ellära utan även belastningarnas påverkan på elnätet, elkvalitet och elsystemets uppbyggnad.

Kapitlen har samma indelning som faktaboken Ellära publicerad på Liber AB (ISBN 47-08543-9). Övningsbok del 2 täcker kapitlen 12-16 i faktaboken och hjälper dig att nå målen i gymnasiekurserna ”Praktisk ellära” och ”Ellära 1 och 2”. Övningsboken kan användas fristående, tillsammans med faktaboken från Liber AB eller som en del i konceptet med mätövningar från EDUC Utbildning och Spiegelberg Förlag.

4

Kapitelstruktur

I varje kapitel bearbetar vi ett område som t.ex reaktiva laster, trefassystemet eller skyddsjordens uppbyggnad. De kapitel vi skapat i övningsboken motsvarar kapitlen i faktaboken.

I faktaboken finner du svaren på de frågeställningar vi ställer övningsboken. Frågeställningarna i övningsbokens kapitlen har också delats in och fått underrubriker som t.ex.

"Faskompensering" i kapitlet reaktiva laster.

Mätövningar För att få en praktiskt användbar förståelse för el måste du lära dig att mäta hur elsystemet påverkas vid olika belastningar. Bra mätövningar är nödvändiga för att du ska kunna lita på dina mätresultat och lösa praktiska uppgifter framöver.

Bilden visar omslaget till den mätövningsbok som ingår i konceptet.

I övningsboken har vi lagt in förslag på mätövningar som kan utformas med befintlig utrustning på skolorna. Men vi rekommenderar att ni använder den mätövningsbok som utvecklats i ett samarbete mellan Ellära.se och EDUC Utbildning AB. Om du använder mätövningsboken från Ellära.se är det den som styr i vilken ordning du ska läsa teori, svara på frågor i övningsboken och genomföra mätövningar.

Modell av ett elsystem

Ellära.se och EDUC Utbildning AB har tagit fram en komplett utbildningsmiljö där du kan träna på allt från enkla spänningsmätningar till avancerade elkvalitetsmätningar.

Vi har skapat en modell som beskriver systemet från transformatorstationen till en ansluten apparat i en abonnentanläggning. Modellen ger samma mätvärden som ett riktig elsystem, men du arbetar med 24/40 volt vilket ger säkra arbetsformer och med god översikt över hela elsystemet.

Bilden visar en modell av ett elsystem utvecklad av Ellära.se och EDUC Utbildning AB. Modellen ger stora möjligheter att utföra mätövningar på elsystem och grundläggande ellära.

5

Repetition grundläggande begrepp Syftet med repetitionen är att säkerställa att du har grundläggande kunskaper om spänning, ström, resistans och effekt. De utgör en viktig grund för det vi kommer att behandla i den här övningsboken.

Frågorna i repetitionen behandlar kapitel 1-11 i faktaboken.

Repetition 1 Vad är grundenheten för elektrisk spänning?

Svar:

Repetition 2 Om du ska mäta en spänning på 230 V och multimetern har mätområdena 200 mV, 2 V, 20 V 200 V och 600 V, vilket mätområde ger bästa mätvärdet?

Svar:

Repetition 3 Vilket av prefixen ger den högsta spänningen, millivolt eller kilovolt?

Svar:

Repetition 4 Varför mäts alltid en spänning mellan två punkter?

Svar:

6

Repetition 5 Vilken typ av spänning får vi från ett batteri?

Svar:

Repetition 6 Vad är en potentialskillnad?

Svar:

Repetition 7 Om vi mäter spänningen mellan en punkt som har potentialen 8 V och en som har potentialen 12 V, hur stor är potentialskillnaden?

Svar:

Repetition 8 Hur stort är talet som vi ska dela toppspänningen med för att få RMS-värdet?

Svar:

Repetition 9 Rita ett schema över kopplingen på bilden.

7

12 Elektromagnetism Syftet med frågorna är att befästa din förståelse för elektromagnetism vilket utgör grunden för elmotorer, elektromagneter, transformatorer och generatorer.

I det här kapitlet behandlar vi de magnetiska egenskaperna och i nästa kapitel "13 Reaktiva laster" behandlar vi elektromagnetiska maskiners elektriska egenskaper.

Målet är att du ska förstå de grundläggande principerna för elektromagnetism, vilket ger dig en bakgrund till nästa kapitel.

Magnetfält 12:1 Nämn fyra maskiner som bygger på elektromagnetism.

Svar:

12:2 Vad utmärker en permanentmagnet?

Svar:

12:3 Vad är skillnaden på ett magnetiskt ledande material och en permanentmagnet?

Svar:

12:4 Kryssa för de material som kan leda magnetism?

Svar:

10

…… Järn

…… Koppar

…… Plast

…… Ferritmaterial

…… Aluminium

…… Rostfritt stål

12:5 Vad kallas det när en magnet påverkar ett material så att det blir magnetiskt?

Svar:

12:6 Vad kallas det när ett material förblir magnetiskt efter att det utsatts för ett magnetiskt fält?

Svar:

12.7 Vad kallas den eftersläpning som kan uppstå när magnetiska flöden ändras?

Svar:

12:8 Om du jämför magnetfält och magnetiska flöden, vilken storhet är mest lik spänning och vilken är mest lik ström?

Svar:

Magnetfält är mest lik: Magnetiska flöden är mest lik :

12:9 Om du vänder två magneters sydpoler mot varandra, repellerar eller attraherar de varandra?

Svar:

11

13 Reaktiva laster Syftet med frågorna är att befästa din förståelse för reaktiva laster och hur de påverkar matande nät. I kapitlet behandlar vi det frekvensberoende växelströmsmotståndet och hur induktiva och kapacitiva laster skapar fasförskjutning mellan ström och spänning.

Målet är att du ska förstå hur reaktiv karaktär hos en belastning påverkar det matande nätet.

Växelströmsmotstånd - impedans 13:1 Ökar eller minskar det elektriska motståndet i en spole när frekvensen ökar?

Svar:

13:2 Om du mäter spänningen och strömmen vid en motor så kan du räkna ut det elektriska motståndet i den. Men hur benämns det värde du räknar fram om det är växelspänning?

Svar:

13:3 Hur påverkas fasläget mellan spänning och ström i en krets med induktiv belastning?

Svar:

13:4 I vilken enhet mäts växelströmsmotstånd?

Svar:

18

13:5 I vilken enhet mäts spolens egenskap?

Svar:

13:6 I vilken enhet mäts kondensatorns egenskap?

Svar:

13:7 Det är elektriskt avbrott mellan plattorna i kondensatorn, vad är det som gör att vi ändå kan se det som att den leder växelström?

Svar:

13:8 Vad innebär det att en belastning har reaktiv karaktär?

Svar:

13:9 Vilka två storheter är det som tillsammans bygger upp impedansen i en induktiv krets?

Svar:

13:10 Ökar eller minskar det elektriska motståndet i en kondensator när frekvensen ökar?

Svar:

19

14 Trefas Syftet med frågorna är att befästa dina kunskaper om trefassystemet och hur strömmar, spänningar och effekter benämns och beräknas.

Målet är att du ska kunna beräkna effekter vid Y- och D-koppling samt behärska den generella trefasformeln.

Trefas grunder 14:1 Mellan vilka ledare kan du mäta upp fasspänningen?

Svar:

14:2 Mellan vilka ledare kan du mäta huvudspänning?

Svar:

14:3 Hur hög är fasspänningen och huvudspänningen i en normal villainstallation?

Svar:

14:4 Vad innebär det att en trefasbelastning är symmetrisk?

Svar:

34

14:5 Vad blir summan om du adderar de momentana spänningarna på L1, L2 och L3?

Svar:

14:6 Varför behövs ingen neutralledare vid D-koppling?

Svar:

14:7 Vilka två alternativa benämningar används för D-koppling?

Svar:

14:8 Varför måste transformatorn som strömförsörjer ett bostadsområde vara Y-kopplad?

Svar:

14:9 Hur stor blir strömmen i neutralledaren i kretsen nedan om den ansluts till 230 V och varje belastning är 23 ohm?

L1

Svar:

L2

L3

N

35

15 Jordsystem Syftet med frågorna är att befästa dina kunskaper om Jordsystemets funktion och säkerställa att du har en övergripande förståelse för vilka problem som kan uppstå i systemet.

Målet är att du ska ha sådana kunskaper att du kan bedöma eventuella brister och åtgärda fel i jordsystemet.

Skyddsjordssystem 15:1 Vad är skyddsjordens huvudsakliga uppgift?

Svar:

15:2 Hur många ledare har vi i ett TN-S system?

Svar:

15:3 Varför måste den sista transformatorn i eldistributionsnätet vara Y-kopplad på sekundärsidan?

Svar:

15:4 Vad står förkortningen PE för?

Svar:

48

15:5 Vad är neutralledarens viktigaste funktion?

Svar:

15:6 Vad är jordtagets viktigaste uppgift?

Svar:

15:7 Hur kan man förbättra ett jordtag om markresistiviteten är hög?

Svar:

15:8 Nämn två fördelar med att potentialutjämna alla ledande byggnadsdelar i en fastighet.

Svar:

15:9 Vad beskriver första och andra bokstaven i den internationella standarden för jordsystem?

Svar:

15:10 Vad är den viktigaste skillnaden på en skyddsledare och en PEN-ledare?

Svar:

49

16 Elkvalitet Syftet med frågorna är att befästa dina kunskaper om elkvalitet och hur olika belastningar kan skapa driftstörningar i känsliga utrustningar och system.

Frågorna ska säkerställa att du har en övergripande förståelse för begrepp och metoder som används för att minska risken för driftstörningar.

Målet är att du ska kunna bedöma om det finns anledning att misstänka brister i elkvaliteten i en anläggning. Du ska också vara medveten om att förändringar du utför kan påverka elkvaliteten.

16:1 Beskriv skillnaden mellan begreppen elmiljö och elkvalitet.

Svar:

16:2 Kryssa för de tre elkvalitetsproblem som är viktigast att analysera om du arbetar med driftstörningar i ett datorsystem.

Svar:

…… Fasförskjutning …… Flimmer …… Övertoner …… Osymmetri

…… Transienter …… Spänningsavbrott …… Spänningsvariationer

16:3 Kryssa för ett elkvalitetsområde som kan påverka människor negativt vid en belysningsinstallation.

Svar:

…… Fasförskjutning …… Flimmer …… Övertoner …… Osymmetri

54

…… Transienter …… Spänningsavbrott …… Spänningsvariationer

16:4 Vid vilken frekvens är vi människor som mest känsliga för flimmer i belysningen?

Svar:

16:5 Vad står förkortningen EMC för?

Svar:

16:6 Beskriv begreppet immunitet, när det används i standard för EMC. Svar:

16:7 Beskriv begreppet emission, när det används i standard för EMC. Svar:

16:8 Vad står förkortningen UPS för?

Svar:

16:9 Hur kan tillfälliga förändringar i cos ϕ skapa störningar i reglerprocesser?

Svar:

55

Ellära Övningsbok Del 2 Ellära övningsbok del 2 innehåller övningsuppgifter som hjälper dig att befästa dina kunskaper om elektromagnetism, reaktiva laster, trefassystem, jordsystem, och elkvalitet. Övningsboken ingår i ett koncept med faktabok, mätövningsbok och laborationsutrustning från Ellära.se och EDUC Utbildning AB. Konceptet belyser inte bara grundläggande ellära utan även belastningarnas påverkan på elnätet, elkvalitet och elsystemets uppbyggnad. Kapitlen har samma indelning som faktaboken Ellära publicerad på Liber AB (ISBN 47-08543-9). Övningsboken del 2 täcker kapitlen 12-16 i faktaboken och hjälper dig att nå målen i gymnasiekurserna ”Praktisk ellära” och ”Ellära 1 och 2”. Den breddade synen på ellära i gymnasiekurserna gör konceptet intressant för fortbildning inom flera olika branscher och företag.

I konceptet ingår: Ellära Faktabok Ellära Övningsbok Del 1 Ellära Övningsbok Del 2 Ellära Mätövningar Laborationsutrustning

47-08543-9 91-981982-0-1 91-981982-1-8 91-981982-2-5

Liber AB Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag EDUC Utbildning AB Elära.se

Sven Spiegelberg

Ellära Övningsbok Del 2 Övningsbok

ellära.se