Aleksi Lahti Sähkökeskusten standardit, vaatimukset ja komponenttien valinta Vaasa 2025 Tekniikan ja innovaatiojohtamisen akateeminen yksikkö Tekniikan kandidaatti Sähkö- ja energiatekniikka 2 VAASAN YLIOPISTO Tekniikan ja innovaatiojohtamisen akateeminen yksikkö Tekijä: Aleksi Lahti Tutkielman nimi: Sähkökeskusten standardit, vaatimukset ja komponenttien valinta Tutkinto: Sähkö- ja energiatekniikan kandidaatti Oppiaine: Sähkö- ja energiatekniikka Työn ohjaaja: Kimmo Kauhaniemi Valmistumisvuosi: 2025 Sivumäärä: 29 TIIVISTELMÄ: Tutkielman tarkoituksena on selvittää, mitä vaatimuksia ja standardeja sähkökeskusten suunnittelussa tulee huomioida kiinteistöjen sähkönjakelujärjestelmien turvallisuuden ja toimintavarmuuden takaamiseksi. Sähkökeskukset ovat olennainen osa sähkönjakelujärjestelmiä, ja niiden suunnittelu vaikuttaa suoraan sekä järjestelmien käyttövarmuuteen, että käyttäjien turvallisuuteen. Tämän työn keskeinen kysymys on, mitkä standardit ja tekniset vaatimukset ohjaavat sähkökeskusten suunnittelua, ja miten nämä standardit vaikuttavat keskuksen eri osa-alueisiin ja komponentteihin. Tutkielmassa tarkastellaan erityisesti SFS-EN 61439 -standardia, joka asettaa vaatimuksia pienjännitekeskuksille, sekä SFS-EN 60529 -standardia, joka määrittää muun muassa IP- luokitukset. Näiden lisäksi tutkielmassa käsitellään muita keskeisiä standardeja ja suosituksia, jotka vaikuttavat sähkökeskusten suunnitteluun erityisesti turvallisuuden ja luotettavuuden näkökulmasta. Tutkielma keskittyy myös sähkökeskusten tärkeimpiin komponentteihin, kuten pääkytkimiin, energiamittareihin, pääsulakkeisiin, vikavirtasuojalaitteisiin, ylijännitesuojiin ja ohjauskojeisiin. Komponenttien valinta ja mitoitus perustuvat standardien mukaisiin vaatimuksiin ja kohteen erityistarpeisiin. Jokaisen komponentin kohdalla analysoidaan sen rooli sähkökeskuksen toiminnassa ja turvallisuudessa, ja tarkastellaan, miten ne suojaavat järjestelmää tai käyttäjää ylikuormitukselta, oikosuluilta ja muilta mahdollisilta häiriöiltä. Lopuksi tutkielmassa kuvataan sähkökeskuksen suunnitteluprosessi, johon kuuluvat eri vaiheet, dokumentointi ja piirrosmerkkien käyttö. Dokumentoinnin osalta painotetaan erityisesti kansilehden ja piirustusten roolia, joilla varmistetaan, että sähkökeskus täyttää kaikki vaaditut standardit ja mahdollistaa turvallisen käytön sekä kunnossapidon. Johtopäätöksenä tämä kandidaatintutkielma osoittaa, että standardien ja vaatimusten mukainen sähkökeskusten suunnittelu on välttämätöntä luotettavan ja turvallisen sähköjärjestelmän luomiseksi. Standardien huolellinen noudattaminen mahdollistaa sähkökeskusten asianmukaisen toiminnan ja ehkäisee mahdollisia riskejä käyttöympäristöissä. Työn tulokset tarjoavat hyödyllistä tietoa erityisesti sähkösuunnittelijoille, jotka suunnittelevat ja valitsevat komponentteja sähkökeskuksiin, ja antavat kattavan kuvan siitä, kuinka erilaiset vaatimukset vaikuttavat sähkökeskusten suunnitteluun ja toteutukseen kestävässä ja turvallisessa sähköjärjestelmässä. AVAINSANAT: Sähkökeskukset, Standardit, Keskuskomponentit, Sähkösuunnittelu 3 Sisällys 1 Johdanto 6 2 Standardit, vaatimukset ja IP-luokitus 8 2.1 Liitäntäarvot sähkökeskuksen suunnittelussa 8 2.2 Sähkönjakelujärjestelmä 10 2.3 Muita vaatimuksia 10 2.4 IP-Luokat 10 2.4.1 Ensimmäinen tunnusnumero 11 2.4.2 Toinen tunnusnumero 11 3 Keskustyypit 13 3.1 Kehikkokeskukset 13 3.2 Kennokeskukset 14 3.3 Kotelokeskukset 14 4 Komponenttien valinta 16 4.1 Pääkytkin 16 4.2 Energiamittaus 16 4.3 Pääsulake 17 4.4 Vikavirta- ja johdonsuojat 19 4.5 Ylijännitesuojat 20 4.6 Ohjauskojeet 21 5 Sähkökeskuksen suunnittelu 22 5.1 Suunnittelun vaiheet 22 5.2 Sähkökeskuksen dokumentit 22 5.2.1 Kansilehti 23 5.2.2 Keskuskaaviot ja piirrosmerkit 24 5.2.3 Piirikaaviot 25 6 Yhteenveto 27 Lähteet 28 4 Kuvat Kuva 1. Kehikkorunkoinenkeskus (POK, 2024). 13 Kuva 2. Kennokeskus (POK, 2024). 14 Kuva 3. Kotelokeskus (POK, 2024). 15 Kuva 4. Hager 40A Pääkytkin (Ahlsell verkkokauppa, 2024). 16 Kuva 5. Landis+Gyr E360 energiamittari (Landis+Gyr, 2024). 17 Kuva 6. Ote Vaasan sähköverkon liittymien hinnoista (Vaasan sähköverkko, 2024). 18 Kuva 7. ABB:n Johdon- ja vikavirtasuojan yhdistelmä (ABB, 2024). 20 Kuva 8. Osa erään teollisuushallin nousukeskuksen pääkaaviosta (Lahti, 2024). 23 Kuva 9. Erään teollisuushallin nousukeskuksen keskuskaavio (Lahti, 2024). 24 Kuva 10. Esimerkki valaistus ohjauksen piirikaaviosta (UTU, 2025). 26 Taulukot Taulukko 1. Kertoimet n, mitoitusvirran huippuarvon laskentaa varten (SFS, 2022). 9 Taulukko 2. Ensimmäisen tunnusnumeron vaatimukset (SFS, 2019). 11 Taulukko 3. Toisen tunnusnumeron vaatimukset (SFS, 2019). 12 Lyhenteet ja symbolit Un Nimellisjännite In Nimellisvirta Ipk Mitoitusvirran huippuarvo Icw Lyhytaikainen mitoitusvirta I’’k Alku oikosulkuvirta c Tasavirtatekijän huomioon ottava kerroin d Vaihtovirtatekijän huomioon ottava kerroin t Aika n Kerroin mitoitusvirran huippuarvon laskentaan Ph Huipputeho A Pinta-ala 5 Pmax1h Huipputuntiteho a vakioteho b vakioteho/neliömetri 6 1 Johdanto Sähkökeskus on kojeisto, jota käytetään jakamaan sähköenergiaa turvallisesti ja tehokkaasti. Sähkökeskuksia löytyy lähes jokaisesta kiinteistöstä, joka on sähköistetty. Isommista kiinteistöistä, kuten liike- ja teollisuuskiinteistöistä keskuksia löytyy useampia. Tämä tutkielma keskittyy erityisesti asuinrakennusten ja julkisten rakennusten sähkökeskuksiin, jättäen teollisuuden sähkökeskukset ja niihin liittyvät erityisvaatimukset tarkastelun ulkopuolelle. Tutkielman tavoitteena on selvittää, millaisia vaatimuksia ja standardeja sähkökeskusten suunnittelussa tulee huomioida, että voidaan varmistaa niiden turvallisuus ja toimintavarmuus. Erityistä huomiota työssä kiinnitetään standardeihin SFS-EN 61439 ja SFS-EN 60529, jotka määrittelevät pienjännitekeskusten rakeenteelliset vaatimukset ja IP-luokitukset. Luvussa 2 käsitellään sähkökeskuksia koskevat standardit ja keskeisimmät vaatimukset, jotka ohjaavat turvallista suunnittelua ja toteutusta. Ensimmäiseksi käsitellään sähkökeskusten liitäntä- ja nimellisarvojen määrittämistä. Toiseksi perehdytään TN-S järjestelmään mikä on pääosin Suomessa käytössä varsinkin julkisissa ja asuin kiinteistöissä. Kolmas osa kattaa muut vaatimukset kuten sähkömagneettisen yhteensopivuuden ja rakenteelliset vaatimukset, jotka liittyvät esimerkiksi keskusten huolto- ja tarkastustoimenpiteisiin. Lopuksi huomioidaan keskusten IP-luokitukset, jotka määräytyvät erilaisten asennusolosuhteiden ja tarpeiden mukaan. Luvussa 3 perehdytään sähkökeskusten rakenteellisia eroja ja toteutustapoja. Erityisesti käsitellään erilaisia keskusrakenteita, kuten kehikko-, kenno- ja kotelokeskuksia, sekä niiden soveltuvuutta eri käyttökohteisiin. Sähkökeskusten tärkeimpiä komponentteja ja niiden valintaa käsitellään luvussa 4. Ensiksi tarkastellaan pääkytkintä ja sen tehtävää sekä valintaperusteita sekä lisäksi energiamittaria, joka mittaa kulutetun energian määrän. Lisäksi käsitellään johdonsuojien ja vikavirtasuojien valintaa, joiden tehtävänä on suojata sähköjärjestelmää ja käyttäjää. Ylijännitesuojat ovat myös tärkeässä roolissa, sillä ne 7 suojaavat laitteistoa verkon ylijännitteiltä, joita voi aiheutua esimerkiksi salaman iskuista. Lopuksi käsitellään ohjauskojeet, joiden avulla hallitaan esimerkiksi valaistusta tai ilmanvaihtoa rakennusautomaation kautta. Suunnittelun näkökulma huomioidaan luvussa 5. Siinä otetaan huomioon suunnittelun vaiheet aina asiakkaan tarjouspyynnöstä suunnitelmien valmiiksi saattamiseen asti. Kappaleessa myös käsitellään dokumentointia ja sitä mitä sähkökeskuksen dokumentit pitävät sisällään, mukaan lukien kansilehti ja muut sivut, joissa näkyvät keskukselta lähtevät ryhmäjohdot sekä piirikaaviot. 8 2 Standardit, vaatimukset ja IP-luokitus Sähkökeskuksia koskevista standardeista tärkeimpänä voidaan pitää SFS-EN 61439 standardia (Salminen, 2018). Se sisältää vaatimukset ja tarkennuksia eri käyttötarkoituksiin tarkoitetuille keskuksille. Standardi SFS-EN 61439-1 sisältää yleiset vaatimukset ja yhdessä sen kanssa käytetään jotain muuta tapaukseen sopivaa standardia. Tämä standardi määrittelee keskuksien käyttöön sopivat olosuhteet, rakenteelliset vaatimukset ja todentamisvaatimukset pienjännitekeskuksille. 2.1 Liitäntäarvot sähkökeskuksen suunnittelussa Sähkökeskuksen liitäntäarvojen on taattava yhteensopivuus piireihin, joihin se liitetään (Salminen, 2018). Keskuksen nimellisjännitteen (Un) on oltava yhtä suuri kuin sen järjestelmän nimellisjännite, mihin keskus liitetään. Keskuksen nimellisvirta (In) määräytyy joko keskuksen rinnan toimivien syöttöjen virtojen summasta tai kokonaisvirrasta, jonka pääpiirit pystyvät siirtämään (Salminen, 2018). Virta määräytyy siis näistä kahdesta tekijästä pienimmän mukaan. Keskukselle täytyy myös laskea mitoitusvirran huippuarvo (Ipk) ja lyhytaikainen mitoitusvirta (Icw). Näiden arvojen lisäksi keskukselle myös määritellään mitoitustaajuus, joka on sama kuin sähköverkon taajuus. Suomessa sähköverkon taajuus on 50 Hz. Lyhytaikaisesta mitoitusvirrasta (Icw) käytettiin ennen nimitystä terminen oikosulkuvirta (Pyykkö, 2021). Tämä virta aiheuttaa keskukseen ja komponentteihin lämpenemisenä ilmenevää rasitusta oikosulun sattuessa. Lyhytaikainen mitoitusvirta voidaan laskea kaavalla Icw = I’’k√𝑐 + 𝑑, (1) missä I’’k on alku oikosulkuvirta, c on tasavirtatekijän huomioon ottava kerroin ja d vaihtovirtatekijän huomioon ottava kerroin. 9 Mikäli yhden sekunnin lyhytaikainen mitoitusvirta täytyy muuntaa vaikutusajoille t = 0,2– 5 s, laskemiseen voidaan käyttää kaavaa Icwt = Icw* 1 √𝑡 , (2) Missä Icw on lyhytaikainen mitoitusvirta ja t on aika. Mitoitusvirran huippuarvo (Ipk)on ennen tunnettu nimellä dynaaminen oikosulkuvirta (Pyykkö, 2021). Se aiheuttaa keskukseen ja sen komponentteihin mekaanista rasitusta oikosulun aikana. Mitoitusvirta voidaan laskea, kun tiedetään lyhytaikainen mitoitusvirta. Niin taulukon 1 avulla, joka on osa standardia SFS-EN 61439-1, saadaan laskettua kaavalla Ipk = n*Icw, (3) Missä n on taulukosta 1 saatava kerroin. Valmiin keskuksen rakenne on merkittävä arvokilvellä, mistä tulee selville keskuksen valmistaja, tyyppimerkintä tai tunnistenumero, valmistusajankohta sekä tieto minkä IEC 61439 standardin osan keskus täyttää (Salminen, 2018). Taulukko 1. Kertoimet n, mitoitusvirran huippuarvon laskentaa varten (SFS, 2022). 10 2.2 Sähkönjakelujärjestelmä Suomessa uusissa rakennuksissa TN-S järjestelmä pitää asentaa pääkeskukselta eteenpäin standardin SFS6000-4-41 mukaan (Loikkanen, 2024). Myös vikavirtasuojien käyttäminen edellyttää, että TN-järjestelmässä nolla- ja suojamaajohtimien on oltava erillisiä. Sähkökeskuksen kaikki jännitteelle alttiit osat täytyy liittää yhteen joko suojajohtimen tai maadoitusjohtimien kautta maadoitusjärjestelmään (Salminen, 2018). Maadoitus ei saa katketa esimerkiksi huoltotöidenkään aikana. Keskuksen metalliosien väliset asennukset lasketaan riittävänä suojamaan jatkuvuudeksi, samoin kansien ja ovien ruuvit sekä metallisaranat toimivat maadoituksen jatkajana. 2.3 Muita vaatimuksia Sähkökeskuksille asetetaan myös muita vaatimuksia, kuten esimerkiksi sähkömagneettisen yhteensopivuuden varmistus (Salminen, 2018). Mikäli keskus ei sisällä elektronisia virtapiirejä, yhteensopivuustestit eivät ole tarpeellisia. Yleensä keskukset sisältävät kuitenkin joitain elektronisia laitteita, jolloin testit ovat tarpeen. Tiloissa kuten kotitalouksissa, kaupoissa tai toimistoissa on käytettävien komponenttien täytettävä standardin IEC 61000-6-3 vaatimukset. 2.4 IP-Luokat Sähkökeskuksen kotelointiluokka eli IP-luokka kertoo minkälaisiin olosuhteisiin ja ympäristöihin kyseinen keskus on suunniteltu (SFS, 2019). IP-luokka tulee merkitä keskuksen arvokilpeen. Se kertoo, kuinka keskus on suojattu vierailta esineiltä, pölyltä, vedeltä sekä jännitteisten osien kosketukselta. Koteloinnin standardi on SFS-EN 60529 ja se määrittää laitteiden IP-luokkien vaatimukset pääpiirteisesti. IP-koodi on järjestelmä, joka siis kuvaa sähkölaitteiden koteloinnin suojausluokitusta. Koodi koostuu aina tunnuksesta ’’IP’’, jota seuraa kaksi numeroa ja mahdolliset lisäkirjaimet. Tunnus ’’IP’’ on lyhenne englannin kielen sanoista Ingress Protection. 11 2.4.1 Ensimmäinen tunnusnumero Ensimmäinen tunnusnumero kertoo keskuksen koteloinnin suojasta kosketukselta vaarallisiin osiin sekä vierasesine- ja pölysuojausasteen (SFS, 2019). Ensimmäinen numero on 0-6 ja tunnusnumeroista käytetään vain yhtä kutakin kotelointia kohden. Numeroiden selitykset ja tarkennukset löytyvät taulukosta 2. Mikäli ensimmäistä tunnusnumeroa ei ilmaista, eli mitään vaatimuksia ei ole vierasesine-, pöly- tai kosketussuojaukselle ei ole, niin ensimmäinen tunnusnumero korvataan kirjaimella X. Taulukossa 2 ensimmäinen sarake kertoo tunnusnumeron, toinen suojauksen vaatimuksen vierailta esineiltä ja pölyltä. Viimeinen kertoo suojauksen vaatimuksen kosketukselta vaarallisiin osiin. Taulukko 2. Ensimmäisen tunnusnumeron vaatimukset (SFS, 2019). 2.4.2 Toinen tunnusnumero Toinen tunnusnumero kertoo vesisuojausasteen (SFS, 2019). Numero on väliltä 0-9. Tunnusnumero kertoo kuinka paljon se suojaa vedenpääsyä kotelon sisälle. Numeroon 12 kuusi asti merkittävä tunnusnumero kertoo, että se täyttää myös sitä alemmat suojaukset. Mikäli toiseksi tunnusnumeroksi on merkitty vain numero 7 tai 8, kotelointi ei täytä luokkien 5 tai 6 suojausta. Keskuksen ei tarvitsekaan täyttää näitä vaatimuksia, paitsi jos se kaksoiskoodataan käyttäen vinoviivaa, esimerkiksi IPX5/IPX7. Taulukosta 3 nähdään toisen tunnusnumeron vaatimukset. Taulukon ensimmäinen sarake kertoo toisen tunnusnumeron ja toinen sarake suojauksen vaatimuksen. Taulukko 3. Toisen tunnusnumeron vaatimukset (SFS, 2019). 13 3 Keskustyypit Keskustyyppi määräytyy yleisesti asiakkaan tarpeen ja käyttökohteen mukaan. Sähkösuunnittelijan suunnittelemassa ja asiakkaan toimittamassa pääkaaviossa on usein määritelty vaatimus IP-luokalle. Pienjännitekeskuksien kolme yleisintä koteloratkaisua ovat kehikko-, kotelo- ja kennokeskukset. Uudisrakennusten asuntojen ryhmäkeskukset toteutetaan usein uppoasennettavina malleina, kun taas korjaus tai saneerauskohteissa käytetään pinta-asennettavia malleja. 3.1 Kehikkokeskukset Kehikkorunkoon toteutettu sähkökeskus on kehikko, jossa on sivu seinät sekä pohjalevy, mikäli keskuksen takana oleva seinä on rakennettu materiaalista, joka ei ole paloturvallinen (Salminen, 2018). Keskuksen komponentit ovat asennettuna kiskoihin keskukseen. Kehikkorunkoiset keskukset sijoitetaan kuivaan tilaan, jonne pääsy on vain opastetuilla henkilöillä, tai vaihtoehtoisesti asennetaan lukittava ovi, joka peittää komponentit. Kehikkorunkoista keskusta voidaan käyttää pää-, mittaus- tai jakokeskuksena. Tyypillisesti maksimi nimellisvirta on 630 ampeeria. Kuvassa 1 esimerkkinä POK:n valmistama kehikkorunkoinen keskus. Kuva 1. Kehikkorunkoinenkeskus (POK, 2024). 14 3.2 Kennokeskukset Kennokeskus on lattialla sokkelin päällä seisova keskus (Salminen, 2018). IP-luokaltaan ne ovat väliltä IP30-IP55. Keskuksen runkoon asennetaan ovet, joilla suojataan komponenttien vahinkokäyttö. Kennokeskuksissa on tavallista, että suurivirtaisille lähdöille käytetään kaapelikuilua. Kuilun etuna on, että isoille tuleville kaapeleille jää enemmän kytkentätilaa. Sinne ei yleensä asenneta kojeita eikä liittimiä, mutta nolla- ja maadoituskiskot voidaan tarvittaessa sijoittaa kaapeli kuiluun. Kuvassa 2 mallina POK:n valmistama kennokeskus. Kuva 2. Kennokeskus (POK, 2024). 3.3 Kotelokeskukset Koteloidulla keskusrakenteella voidaan IP-luokitus toteuttaa välillä IP34-IP55 (Salminen, 2018). Suuremmat kotelointiluokat saavutetaan tiivistämällä rungon liitoskohtia ja käyttämällä jopa kytkentäkoteloita. Keskuksen koteloissa käytetään samoja ovia, mitä 15 myös kennokeskuksien rungoissa. Kotelokeskuksissa nimellisvirran maksimiarvo voi olla aina 1000 ampeeriin asti. Koteloitua runkoa voidaan käyttää useammissa ja haastavammissa paikoissa kuin kevyttä kehikkorunkoistakeskusta. Kotelokeskukset voivat sijaita likaisissa ympäristöissä kuten tehtaissa tai ulkotiloissa. Ulkoasennuksiin lisätään usein sadelippa estämään vedenpääsyä keskukseen sisälle. Koteloiduissa keskuksissa tulee myös ottaa huomioon, että kaapeleiden läpivienteihin tulee käyttää päätylaippoja. Laipoissa tulee olla riittävä IP-luokitus ja riittävä määrä läpivientejä. Kuvassa 3 esimerkkinä POK:n valmistama kotelokeskus. Kuva 3. Kotelokeskus (POK, 2024). 16 4 Komponenttien valinta Sähkökeskukseen valitaan komponentit, jotka ovat suurimmilta osin jokaisessa keskuksessa toiminta periaatteeltaan samanlaisia. Tässä luvussa käydään läpi ja käsitellään yleisimmät komponentit ja niiden mitoitus perusteita. 4.1 Pääkytkin Sähkökeskuksen pääkytkimen tehtävänä on toimia kytkimenä, jolla saadaan tehtyä keskus jännitteettömäksi kääntämällä se auki asentoon (Leskinen, 2018). Esimerkiksi omakotitalojen keskuksissa on vain yksi katkaisija ja se on pääkatkaisija. Se mitoitetaan keskuksen nimellisvirran mukaan. Katkaisijalla erotetaan keskus jakeluverkosta, tai muusta sähkön syötöstä. Kuvassa 4 esimerkkinä pääkytkimestä Hager merkin 40A kolmenapainen pääkytkin, mikä on asennettavissa sähkökeskuksen DIN-kiskoon. 4.2 Energiamittaus Kuluttaja ostaa sähkölaitokselta sähkönsä liityntäpisteeseen ja kohteen pääkeskukselta mitataan toimitettu energia (Salminen, 2018). Ne osat, joihin tulee mittaamatonta sähköä, tulee olla sinetöidyt. Sähkölaitoksen toimittama mittari on asennettava pääsulakkeiden ja pääkytkimen väliin, mikäli se on mahdollista. Tässä tapauksessa on laitettava varoituskilvet, mitkä kertovat, että mittalaitteen jännite ei katkea pääkytkimestä. Nykyajan mittalaitteet ovat etäluettavia älykkäitä energiamittareita. Kuva 4. Hager 40A Pääkytkin (Ahlsell verkkokauppa, 2024). 17 Uusilla mittareilla on mahdollista päästä sähkömarkkinalain edellyttämän vartin mittaustiheyteen (Vaasan Sähköverkko, 2024). Kuvassa 5 Landis+Gyr:n etäluettava energiamittari. Kuva 5. Landis+Gyr E360 energiamittari (Landis+Gyr, 2024). Kun pääsulakkeiden koko on 63 A tai alle, niin mittaus voidaan toteuttaa suorana (Salminen, 2018). Muissa tapauksissa käytetään epäsuoraa mittausta. Silloin mittausjohtimien poikkipinnan oltava vähintään 2,5mm2. Epäsuorissa mittauksissa käytetään virta- ja jännitemuuntajia. 4.3 Pääsulake Keskuksen pääsulakkeet suojaavat liittymiskaapelia ja ovat sähkökeskuksen sinetöidyssä tilassa (Lahti, 2020). Pääsulake on mitoitettava niin suureksi, että se kestää koko kiinteistön kulutuksen. Mitoituksen on oltava niin suuri, että mahdolliset muutostyöt tulevaisuudessa eivät aiheuta muutoksia liittymiskaapeliin ja pääsulakkeisiin. Kuitenkaan liian suuria pääsulakkeita ei ole kannattavaa asentaa sillä verkkoyhtiöt perivät maksun liittymän koon perusteella. 18 Kuva 6. Ote Vaasan sähköverkon liittymien hinnoista (Vaasan sähköverkko, 2024). Pääsulakkeiden koon laskemiseen käytetään huipputehon laskennan kaavaa (Sähkötieto ry, 2021). Kaava on erilainen erilaisten rakennusten kesken. Esimerkkinä käsitellään omakotitalon sekä julkisen rakennuksen kuten koulun huipputehon laskennan kaavaa. Ei-sähkölämmitteisen omakotitalon huipputeho lasketaan kaavalla Ph = 7,5 + 26 * A/1000, (4) missä A on rakennuksen pinta-ala. Koulun lineaarinen huipputeho taas lasketaan kaavalla Pmax1h = a + bA, (5) missä a on vakioteho ja b on vakioteho per neliömetri. 19 4.4 Vikavirta- ja johdonsuojat Yleisimmät komponentit nykypäivän sähkökeskuksissa ovat johdonsuoja-automaatit (Salminen, 2018). Niitä käytetään suojaamaan lähteviä ryhmäjohtoja ylikuormittumiselta ja oikosulun suojana. Automaatteja on erilaisilla laukaisukäyrillä. Yleisimpiä ovat C, B ja D. Kirjaimet kertovat laukaisukäyrän tyypin ja sen, kuinka nopeasti suojaus toimii. Johdonsuojakatkaisija on kuin mekaaninen rele ja siinä on ilmaeristeinen katkaisija, se sisältää ylikuormitussuojauksen, joka laukeaa ylivirran lämpövaikutuksesta ja oikosulkusuojauksen, joka laukeaa virran aiheuttaman magneettikentästä (Leskinen, 2018). Suojaus toimii, kun toinen sen suojauksista laukeaa. Johdonsuojakatkaisija voidaan kytkeä kuitenkin takaisin päälle, mikäli se ei rikkoudu suojauksen toimiessa. Vikavirtasuoja toimii taas henkilö- tai palosuojana (Salminen, 2018). Henkilösuojana toimivan vikavirtasuojan toimintavirta raja-arvona on alle 30 mA, kun taas palosuojan tai muun suojan arvo voi olla 30 mA tai 300 mA. Markkinoilla on myös olemassa yhdistelmäsuojia, jotka siis sisältävät johdonsuoja-automaatin ja vikavirtasuojan samassa komponentissa. Silloin yleensä yhdistelmäsuoja on yksivaiheinen 30 mA vikavirtasuojalla ja laukaisukäyrä on joko B tai C. Yhdistelmäsuojan etuna on tilansäästö. Kuvassa 7 ABB:n johdon- ja vikavirtasuojan yhdistelmä, joka asennetaan sähkökeskuksen DIN-kiskoon. 20 Kuva 7. ABB:n Johdon- ja vikavirtasuojan yhdistelmä (ABB, 2024). 4.5 Ylijännitesuojat Sähköverkossa tapahtuu ylijännitteitä erinäisistä syistä kuten, salaman iskuista, verkon vioista ja verkon kytkentä tilanteet (Korhonen, 2009). Tässä kappaleessa käsitellään tavallisimpia ylijännitteitä, joita ovat esimerkiksi maasulkuylijännitteet ja salaman iskun aiheuttamat ylijännitteet. Yleisin ylijännitteitä aiheuttava tilanne on yksivaiheinen maasulku (Korhonen, 2009). Se aiheuttaa kahden muun vaiheen jännitteet nousun ja se esiintyy yleensä vain vaihe-maa- eristysvälissä. Verkon tähtipisteen maadoitustapa ja vikapaikka vaikuttaa ylijännitteen suuruuteen. Yleensä pienjänniteverkot, johon esimerkiksi julkiset tilat ovat taajama- alueella kytketty ovat suoraan maadoitettuja. Toinen yleinen ylijännitteiden aiheuttaja on salaman iskut ja ne aiheuttavat jyrkkiä transienttiylijännitteitä (Korhonen, 2009). Ylijännitteet yleensä aiheutuvat salamaniskun seurauksena esimerkiksi induktion kautta, johdon maadoitettuun osaan osuneen iskun takia tai osumalla suoraa jännitteiseen johtimeen. 21 Ylijännite suojaus kuuluu sisäiseen salamansuojaukseen, eli kun toteutetaan rakennuksen ulkoinen suojaus, myös ylijännitesuojaus tulee lisätä (Kauhanen, 2016). Suojauksen voi myös toteuttaa, vaikka ulkoista salamansuojausta ei asennettaisi. Tällöin voidaan suojata laitteita haitallisilta ylijännitteiltä. Jos etäisyys suojattavan laitteen ja ylijännitesuojan välillä on enemmän kuin 10 metriä, täytyy asentaa myös lisäylijännitesuoja esimerkiksi ryhmäkeskukseen (Salminen, 2018). 4.6 Ohjauskojeet Sähkökeskuksessa voi myös olla ohjauskojeita asiakkaiden tarpeiden mukaan (Salminen, 2018). Ohjauskojeita käytetään lähinnä ohjaamaan lähtöjä missä on myös kontaktori. Kontaktoreilla voidaan ohjata esimerkiksi valaistusta tai ilmanvaihtoa erilaisten komponenttien kuten apureleiden, kellojen tai kytkimien avulla. Ohjaus tapahtuu valvonta-alakeskuksessa eli VAK:ssa. Se ohjaa esimerkiksi valaisin lähtöä suoraa kontaktorilla. VAK on erillinen keskus, joka kuuluu osaksi suurempaa rakennusautomaatiojärjestelmää. Omakotitaloissa niitä ei käytännössä käytetä, vaan enemmänkin julkisissa tiloissa tai teollisuuskohteissa. Yleensä VAK:n kanssa on käytössä ohjauskytkin, jolla voidaan ohittaa rakennusautomaatio järjestelmä ja käyttää käsikäyttöä. 22 5 Sähkökeskuksen suunnittelu Sähkösuunnittelijalla on suuri vastuu keskuksen valmistuksessa. Hän on asiakkaansa toiveiden ja vaatimusten perusteella suunnitellut rakennuksen sähköistyksen ja sitä mukaa myös rakennuksessa olevat sähkökeskukset niiden komponentit mukaan lukien. Suunnitelmien mukaan keskusvalmistaja rupeaa valmistamaan keskuksia. Suomessa tunnettuja keskusvalmistajia ovat Ensto, UTU, Norelco, POK sekä Milectria, joka valmistaa armeijatason sähkökeskuksia. 5.1 Suunnittelun vaiheet Sähkökeskukset suunnitellaan aina tarpeiden mukaan (Salminen, 2018). Lähtökohtaisesti kohteen sähkösuunnittelija tai urakoitsija laatii pääkaavion. Siitä käy ilmi keskuksen tulot, eli tavallisesti keskusta syöttävät kaapelit sekä lähdöt. Myös lähtöjen suojalaitteet sekä muut komponentit, kuten energianmittaus tai jännitevahdit. Sähkökeskusvalmistajat valmistavat heille lähetetyistä materiaaleista standardien mukaisen valmiin sähkökeskuksen, joka kytketään kohteessa käyttökuntoon sähköasentajien toimesta. Tavallisesti pääkaavion kansilehdelle annetaan vaatimuksia keskuksen teknisille ominaisuuksille ja fyysisille mitoille ja kotelointiluokalle. Rungon valintaan vaikuttavat nimellisvirta ja kotelointiluokka. 5.2 Sähkökeskuksen dokumentit Sähkökeskuksen dokumentit muodostuvat kansilehdestä, keskuskaavioista ja mahdollisista piirikaavioista riippuen kohteesta ja keskuksen vaatimuksista. Nämä dokumentit yhdessä luovat täsmällisen kokonaisuuden aina keskuksen suunnittelusta asennettuun ja kytkettyyn valmiiseen keskukseen. Ajan tasalla olevat dokumentit varmistavat keskuksen helpon ylläpidon ja ovat myös vikatilanteita varten. 23 5.2.1 Kansilehti Kansilehteen kohteen sähkösuunnittelija on voinut määritellä teknisiä ja fyysisiä vaatimuksia. Kuvassa 8 on esimerkkinä erään teollisuushallin nousukeskuksen pääkaavio. Tässä keskuksessa suunnittelija on määritellyt nimellisvirraksi 400 A. Kansilehdeltä käy myös ilmi kaapeleiden tulo- ja lähtösuunta. Myös johtojen kytkentä riviliittimiin. Sähkösuunnittelijan tiedot voivat olla kuitenkin vääriä, joten on tärkeää varmistaa tiedot asiakkaalta ennen toteutuksen aloittamista. Kansilehdeltä käy myös ilmi se, miten keskuksen kojeet tai tunnuskilvet merkitään. Kansilehdelle myös merkitään kohteen tiedot, kuten projektin numero, kohteen nimi sekä piirtäjän ja tarkastajan tiedot sekä päivämäärät (Salminen, 2018). Kuva 8. Osa erään teollisuushallin nousukeskuksen pääkaaviosta (Lahti, 2024). 24 5.2.2 Keskuskaaviot ja piirrosmerkit Keskuskaavio kertoo kaiken oleellisimman sähkökeskuksen sisällöstä (Sähkötieto ry, 2007). Kaaviosta näkee keskuksen tekniset tiedot, kuten myös kaikki pääkomponentit, joita ovat sulakkeet, katkaisijat, varokkeet, mittarit, kontaktorit, johdonsuoja- ja vikavirtasuojakatkaisijat. Kuva 9. Erään teollisuushallin nousukeskuksen keskuskaavio (Lahti, 2024). Keskuskaaviosta löytyy tiedot keskusta syöttävistä kaapeleista ja niistä kohteista mitä niillä kaapeleilla syötetään. Ryhmä sarakkeesta luetaan ryhmän numero, kyseisen ryhmän suojalaite on numeroitu tällä numerolla. Osoite sarakkeesta löytyy syötettävän 25 ryhmän tiedot. A/A sarake kertoo suojalaitteen koon ja johdotus sarakkeelta löytyy kyseisen ryhmän kaapeli. Standardin IEC 60617 mukaisia piirrosmerkkejä käyttämällä keskuskaavion lukeminen ja ymmärtäminen helpottuu (Sesko, 2025). Piirrosmerkeillä myös kerrotaan, millaisella suojalaitteella syöttö on mahdollisesti suojattu. Kuvasta 9 nähdään esimerkiksi ryhmän numero 26 suojalaitteena on johdonsuoja-automaatin ja vikavirtasuojan yhdistelmä. 5.2.3 Piirikaaviot Piirikaaviot ovat osa keskuksen dokumentteja. Niiden tarkoituksena on esittää tarkasti järjestelmän tai kytkennän toiminta (Ruppa ja Perkiö, 1996). Piirikaaviossa huomioidaan järjestelmän johdotukset ja kytkennät, mutta komponenttien kokoa tai sijaintia ei oteta huomioon. Piirikaavio yleensä jaetaan kahteen osaan, ja silloin vasemmalla puolella sijaitsee pääpiirikaavio ja oikealla puolella ohjauspiirikaavio (Sähkötieto, 2004). Pääpiirikaavioon piirretään piirin toiminta yksikäsitteisesti. Ohjauspiirikaavioon taas piirretään komponenttien kytkennät kosketintietoineen sekä johdotukset viitetunnuksia ja viittauksia käyttämällä. Kuvassa 10 esimerkkinä UTU:n esimerkkipiirikaavio valaistusohjaus 0–1-kytkimellä. 26 Kuva 10. Esimerkki valaistus ohjauksen piirikaaviosta (UTU, 2025). Vasemmalla puolella on pääpiirikaavio, jossa kytkennän toiminta kuvataan yksiselitteisesti. Oikealla puolella on ohjauskaavio, josta luetaan, miten piiriä ohjataan. 27 6 Yhteenveto Tämä tutkielma käsittelee sähkökeskusten suunnitteluun ja toteutukseen liittyviä standardeja ja vaatimuksia. Sähkökeskukset ovat olennainen osa sähkönjakelujärjestelmää ja niiden oikeanlainen mitoitus ja komponenttien valinta takaavat järjestelmän turvallisuuden ja toimintavarmuuden. Tutkielmassa käsiteltiin keskeisiä standardeja kuten SFS-EN 61439 ja SFS-EN 60529, jotka määrittelevät sähkökeskusten rakenteelliset vaatimukset ja IP-luokitukset. Lisäksi tarkasteltiin eri keskustyyppejä, sekä niiden soveltuvuutta eri ympäristöihin ja käyttökohteisiin. Sähkökeskuksen komponenttien, kuten pääkytkimen, -sulakkeiden, suojalaitteiden valinta perustuu sekä standardien vaatimuksiin, mutta myös kohteen erityistarpeisiin. Myös sähkökeskusten suunnitteluprosessin eri vaiheet dokumentointivaatimuksineen käytiin lävitse. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että sähkökeskusten suunnittelussa on ensiarvoisen tärkeää huomioida standardit ja tekniset vaatimukset, jotta voidaan varmistaa sähköjärjestelmän turvallisuus ja luotettavuus. Huolellinen suunnittelu ja dokumentointi helpottavat myös asennusta, käyttöönottoa ja kunnossapitoa. 28 Lähteet Ahlsell verkkokauppa. (2024). Pääkytkimet. Noudettu 11.11.2024 osoitteesta https://www.ahlsell.fi/products/sahko/teollisuustuotteet-232736-3886-1/36- tehokytkimet-ja---katkaisijat/tehokytkimet/paakytkimet/paakytkimet/3607135- --kytkin-hager-sh040-0-1-3x40a Kauhanen, T. (2016). Rakennusten salama- ja ylijännitesuojaus [Insinöörityö, Sähkötekniikka, Metropolia Ammattikorkeakoulu]. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016100514864 Korhonen, H. (2009). Ylijännitesuojaus pienjänniteverkossa [Insinöörityö, Talotekniikka, Metropolia Ammattikorkeakoulu]. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk- 200906083767 Lahti, M. (2020). Kerrostalon sähkösaneerauksen suunnittelu ja dokumentointi [Insinöörityö, Sähkötekniikka, Metropolia Ammattikorkeakoulu]. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202005118384 Landis+Gyr. (2024). Energiamittarit. Noudettu 11.11.2024 osoitteesta https://www.landisgyr.fi/product/landisgyr-e360/ Leskinen, H. (2018). Energiamurroksen vaikutus omakotitalon sähkökeskussuunnitteluun [Kandidaatintutkielma, LUT School of Energy Systems]. https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018090734756 Loikkanen, I. (2024). Sukkapuikko pistorasiaan, mitä tapahtuu? [Kandidaatintutkielma, Sähkötekniikka, Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT]. https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024072662666 POK Group. (2024). Kehikkokeskusjärjestelmä. Noudettu 12.12.2024 osoitteesta https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kehikko POK Group. (2024). Kennokeskusjärjestelmä. Noudettu 12.12.2024 osoitteesta https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kenno POK Group. (2024). Kotelokeskusjärjestelmä. Noudettu 12.12.2024 osoitteesta https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kotelo Pääkko, J. (2021). Sähkökeskuksen suunnittelu [Opinnäytetyö, Sähkötekniikka, Oulun ammattikorkeakoulu]. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021052010103 https://www.ahlsell.fi/products/sahko/teollisuustuotteet-232736-3886-1/36-tehokytkimet-ja---katkaisijat/tehokytkimet/paakytkimet/paakytkimet/3607135---kytkin-hager-sh040-0-1-3x40a https://www.ahlsell.fi/products/sahko/teollisuustuotteet-232736-3886-1/36-tehokytkimet-ja---katkaisijat/tehokytkimet/paakytkimet/paakytkimet/3607135---kytkin-hager-sh040-0-1-3x40a https://www.ahlsell.fi/products/sahko/teollisuustuotteet-232736-3886-1/36-tehokytkimet-ja---katkaisijat/tehokytkimet/paakytkimet/paakytkimet/3607135---kytkin-hager-sh040-0-1-3x40a https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016100514864 https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-200906083767 https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-200906083767 https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202005118384 https://www.landisgyr.fi/product/landisgyr-e360/ https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018090734756 https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024072662666 https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kehikko https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kenno https://www.pok.fi/fi/buildingsystem/tuotteet/kotelo https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021052010103 29 Ruppa, E.& Perkiö, T.. (1996) Sähkötekninen dokumentointi. Helsinki: Opetushallitus. Salminen, S. (2018). Sähkökeskuksen suunnittelu ohje [Diplomityö, Sähkötekniikka, Tampereen teknillinen yliopisto]. https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201808312247 Sesko. (2025). Piirrosmerkit. Noudettu 30.1.2025 osoitteesta https://sesko.fi/standardointi/dokumentointi/piirrosmerkit/ SFS-EN 60529. (2019). Sähkölaitteiden kotelointiluokat. Suomen Standardoimisliitto SFS. Rajattu pääsy. SFS-EN 61439. (2022). SFS-EN IEC 61439-1:2022 Pienjännitekeskukset. Osa 1: Yleisvaatimukset. Rajattu pääsy. Sähkötieto ry. (2004). Esimerkkipiirustukset, toimisto- ja liikerakennus. Espoo. Sähkötieto ry. Sähkötieto ry. (2007). Esimerkkipiirustukset, ST-esimerkit 4. 2 Painos. Espoo. Sähköinfo Oy. Sähkötieto ry. (2021). ST 13.31 Rakennuksen sähköverkon ja pienjänniteliittymän mitoittaminen. Rajattu pääsy. UTU Group. (2025). Piirikaaviot valaistus. Noudettu 11.2.2025 osoitteesta https://www.utugroup.com/fi/piirikaaviot/piirikaaviot-valaistus/ Vaasan Sähköverkko. (2024). Uusi älymittari lähes 70 000 asukkaalle. Noudettu 7.11.2024 osoitteesta https://www.vaasansahkoverkko.fi/uusi-alymittari-lahes- 70-000-asiakkaalle/ Vaasan Sähköverkko. (2024). Sähköliittymän hinta. Noudettu 12.11.2024 osoitteesta https://www.vaasansahkoverkko.fi/sahkoliittyma/hinnasto/ https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201808312247 https://sesko.fi/standardointi/dokumentointi/piirrosmerkit/ https://www.utugroup.com/fi/piirikaaviot/piirikaaviot-valaistus/ https://www.vaasansahkoverkko.fi/uusi-alymittari-lahes-70-000-asiakkaalle/ https://www.vaasansahkoverkko.fi/uusi-alymittari-lahes-70-000-asiakkaalle/ https://www.vaasansahkoverkko.fi/sahkoliittyma/hinnasto/ 1 Johdanto 2 Standardit, vaatimukset ja IP-luokitus 2.1 Liitäntäarvot sähkökeskuksen suunnittelussa 2.2 Sähkönjakelujärjestelmä 2.3 Muita vaatimuksia 2.4 IP-Luokat 2.4.1 Ensimmäinen tunnusnumero 2.4.2 Toinen tunnusnumero 3 Keskustyypit 3.1 Kehikkokeskukset 3.2 Kennokeskukset 3.3 Kotelokeskukset 4 Komponenttien valinta 4.1 Pääkytkin 4.2 Energiamittaus 4.3 Pääsulake 4.4 Vikavirta- ja johdonsuojat 4.5 Ylijännitesuojat 4.6 Ohjauskojeet 5 Sähkökeskuksen suunnittelu 5.1 Suunnittelun vaiheet 5.2 Sähkökeskuksen dokumentit 5.2.1 Kansilehti 5.2.2 Keskuskaaviot ja piirrosmerkit 5.2.3 Piirikaaviot 6 Yhteenveto Lähteet