ΑΣΠΑΙΤΕ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ & ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΜΕ Η /Υ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ - Δ ΕΤΟΣ ΘΕΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΣΕΠΕΤΕΜΒΡΙΟΥ (Α) Ενότητα 1(3 Μονάδες): Σχεδίαση στο FINE και Κυκλώματα Εγκαταστάσεων. 1. Για να συνδέουμε δύο ή περισσότερους υποδοχείς, για παράδειγμα τρείς ρευματοδότες, στην ίδια γραμμή, στο FINΕ, χρησιμοποιούμε την εντολή: (α) Έλξη σε σημείο, για να ενώσουμε τη γραμμή με το σημείο αναφοράς κάθε υ- ποδοχέα. (β) Έλξη σε κάθετο, για να συνδέουμε το σημείο αναφοράς κάθε υποδοχέα, στη γραμμή. (γ) Έλξη σε άκρο, για να ενώσουμε κάθε υποδοχέα στη γραμμή. (δ) Επιλέγουμε τους υποδοχείς, μετά τη γραμμή και εκτελούμε την εντολή Σύνδεση Υποδοχέων σε Υπάρχουσα Γραμμή. 2. Τα σημεία έλξης αντικειμένων χρησιμεύουν στη σχεδίαση των γραμμών μίας εγκατάστασης στο FINE και γενικότερα, στη σχεδίαση ώστε: (α) Να έλκουν το σταυρόνημα, από αρκετά μεγάλη απόσταση. (β) Να σχεδιάζουμε τις ηλεκτρικές γραμμές μίας εγκατάστασης παράλληλα με τους εσωτερικούς και εξωτερικούς τοίχους της εγκατάστασης. (γ) Να σχεδιάζουμε τις γραμμές μίας εγκατάστασης, ώστε να ξεκινούν ακτινικά από το πίνακα της εγκατάστασης. (δ) Να σχεδιάζουμε τις κατακόρυφες γραμμές μίας εγκατάστασης. 3. Για να σχεδιάσουμε τις γραμμές μίας εγκατάστασης παράλληλα με τους εσωτερικούς και εξωτερικούς τοίχους (α) Ενεργοποιούμε τις έλξεις αντικειμένων και χρησιμοποιούμε τις έλξεις, για να σχεδιάσουμε κάθε γραμμή παράλληλα με τους τοίχους, μέχρι τα φορτία που τροφοδοτεί. (β) Απενεργοποιούμε τις έλξεις και ενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση. (γ) Απενεργοποιούμε τις έλξεις, ενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση, για τα οριζόντια και κατακόρυφα τμήματα μίας γραμμής, απενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση, για να σχεδιάσουμε τα τμήματα αυτής της γραμμής παράλληλα με τοίχους που έχουν γωνία κλίσης, διαφορετική από 0 ή 90. (δ) Χρησιμοποιούμε την εντολή Offset (Παράλληλη Ομοιόθετη Αναπαραγωγή), για να σχεδιάσουμε κάθε γραμμή, αντιγράφοντας και αναπαράγοντας τη γραμμή κάθε εσωτερικού ή εξωτερικού τοίχου, σε ορισμένη απόσταση από αυτόν (το τοίχο). 1
4. Για να σχεδιάσουμε τις κατακόρυφες γραμμές μίας εγκατάστασης, στο FINE: (α) Χρησιμοποιούμε την εντολή Plus Τρέχον ύψος και πληκτρολογούμε τη τιμή που επιθυμούμε για το τρέχον ύψος, για να ανεβάσουμε μία γραμμή, από ένα χαμηλότερο, σ ένα ψηλότερο επίπεδο ή αντίθετα, να κατεβάσουμε μία γραμμή. (β) Χρησιμοποιούμε σχετικές συντεταγμένες, στη μορφή @z, όπου z είναι το ύ- ψος που θέλουμε να ανεβούμε ή να κατεβούμε. (γ) Χρησιμοποιούμε την εντολή κατακόρυφες στήλες, για να δημιουργήσουμε μία κατακόρυφη στήλη, σε κάθε επίπεδο του κτιρίου (δ) Χρησιμοποιούμε τη εντολή Αξονομετρικό Σχέδιο, για να μεταφερθούμε στη τρισδιάστατη απεικόνιση του κτιρίου και να σχεδιάσουμε τις κατακόρυφες στήλες, στη 3D απεικόνιση του κτιρίου. 5. Η εντολή έλεγχος υποδοχέων από διακόπτη χρησιμοποιείται για να: (α) Συνδέουμε διακόπτες σε μία γραμμή φωτισμού. (β) Ελέγχουμε αν ένας διακόπτης ή διακόπτες συνδέονται σε μία γραμμή φωτισμού. (γ) Συνδέουμε έναν διακόπτη ή διακόπτες σε μία γραμμή φωτισμού. (δ) Συνδέουμε έναν διακόπτη με τα φωτιστικά που θα λειτουργεί σε μία γραμμή φωτισμού. 6. Στη σχεδίαση του δικτύου μίας εγκατάστασης, χρησιμοποιούμε έλξεις για να: (α) Συνδέουμε μία γραμμή στα φορτία που εξυπηρετεί. (β) Συνδέουμε το πίνακα σε μία κατακόρυφη στήλη (γ) Συνδέουμε το πίνακα στο σημείο παροχής (δ) Συνδέουμε κάθε γραμμή τόσο πίνακα όσο και στους υποδοχείς που τροφοδοτεί 2
Για τα ερωτήματα 7 9, χρησιμοποιείστε το κύκλωμα της παραπάνω Εικόνας. Το κύκλωμα στη παραπάνω εικόνα δείχνει μία ασύμμετρη τριφασική κατανάλωση σε σύνδεση αστέρα με ουδέτερο. 7. Αν ο πρώτος των ενεργών αγωγών (L 1 ) έχει σύνθετα φορτία με τάση τροφοδότησης V 1 = 230 V, I 1 = 35 A και συνφ = 0,85 επαγωγικό, ο δεύτερος των ενεργών αγωγών (L 2 ) έχει φορτία με τάση τροφοδότησης V 2 = 230 V, I 2 = 40 A και συνφ = 1 και ο τρίτος αγωγός (L 3 ) έχει σύνθετα φορτία με τάση τροφοδότησης V 3 = 230 V, I 3 = 50 A και συνφ = 0,5 επαγωγικό, τότε: (α) Το ρεύμα στον ουδέτερο αγωγό είναι μηδέν, Ι Ν = 0. (β) Το ρεύμα στον ουδέτερο είναι μικρότερο από 35 Α, Ι Ν < 35 Α. (γ) Το ρεύμα στον ουδέτερο είναι μικρότερο από 50 Α, Ι Ν < 50 Α. (δ) Το ρεύμα στον ουδέτερο είναι μεγαλύτερο από 50 Α, Ι Ν > 50 Α και ο ουδέτερος θα κινδυνεύει να καεί. 8. Αν στο Ασύμμετρο Τριφασικό Σύστημα της παραπάνω Εικόνας, το ρεύμα στο πρώτο αγωγό φάσης (L 1 ), είναι πολύ μικρότερο από τα ρεύματα στους δύο άλλους αγωγούς, αν δηλαδή Ι 1 = 10 Α, ενώ τα ρεύματα στους άλλους αγωγούς είναι όπως στο παραπάνω ερώτημα, τότε: 3
(α) Ο ουδέτερος δεν θα διαρρέεται από ρεύμα (Ι Ν = 0). (β) Το ρεύμα στον ουδέτερο θα είναι μικρό, Ι Ν < 10 Α. (γ) Το ρεύμα στον ουδέτερο δεν θα είναι μεγαλύτερο, από τα ρεύματα στους α- γωγούς φάσης. (δ) Το ρεύμα στον ουδέτερο θα είναι πολύ μεγαλύτερο από 50 Α, Ι Ν >> 50 Α και ο ουδέτερος θα κινδυνεύει να καεί. 9. Αν το Τριφασικό Σύστημα της παραπάνω Εικόνας, ήταν Συμμετρικό, αν δηλαδή τα φορτία είχαν ίσα μέτρα και ίσες γωνίες (ίσα συνφ) και στις τρείς φάσεις, τότε: (α) Ο ουδέτερος δεν θα διαρρέονταν από ρεύμα (Ι Ν = 0). (β) Το ρεύμα στον ουδέτερο θα ήταν πολύ μικρό. (γ) Το ρεύμα στον ουδέτερο θα ήταν ίσο με το ρεύμα στους αγωγούς φάσης, Ι Ν = Ι 1 = Ι 2 = Ι 3. (δ) Το ρεύμα στον ουδέτερο θα ήταν μεγαλύτερο από το ρεύμα σε κάθε αγωγό φάσης. 10. Για να σχεδιάσουμε μία ηλεκτρική γραμμή στο FINE: (α) (β) (γ) (δ) Επιλέγουμε την εντολή Καλωδίωση. Απενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση Απενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση Επιλέγουμε την εντολή Καλωδίωση. Αποεπιλέγουμε τις έλξεις. Επιλέγουμε την εντολή Καλωδίωση. Επιλέγουμε την εντολή Καλωδίωση. Επιλέγουμε το σημείο αναφοράς του Πίνακα, με έλξη σε σημείο. Επιλέγουμε το σημείο αναφοράς του Πίνακα, χρησιμοποιώντας έλξη σε σημείο. Επιλέγουμε το σημείο αναφοράς του Πίνακα, χρησιμοποιώντας έλξη σε σημείο Επιλέγουμε το σημείο αναφοράς του Πίνακα, χρησιμοποιώντας έλξη σε σημείο Ενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση. 4
Απενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση. Επιλέγουμε ένα σημείο ακτινικά του Πίνακα. Ενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση Επιλέγουμε ένα σημείο ακτινικά του Πίνακα. Μετακινούμε το σταυρόνημα παράλληλα με τους τοίχους. Ενεργοποιούμε την ορθογώνια σχεδίαση και μετακινούμε το σταυρόνημα παράλληλα με τους τοίχους. Μετακινούμε το σταυρόνημα παράλληλα με τους τοίχους. Μετακινούμε το σταυρόνημα παράλληλα με τους τοίχους. Συνδέουμε τη γραμμή σ έναν υ- ποδοχέα, χρησιμοποιώντας έλξη σε άκρο Συνδέουμε τη γραμμή σ έναν υποδοχέα, χρησιμοποιώντας έλξη σε άκρο ή σύνδεση υποδοχέων σε υπάρχουσα γραμμή. Συνδέουμε τη γραμμή σ έναν υποδοχέα, χρησιμοποιώντας έλξη σε άκρο ή σύνδεση υποδοχέων σε υπάρχουσα γραμμή. Συνδέουμε τη γραμμή σ έναν υποδοχέα, χρησιμοποιώντας έλξη σε άκρο Ενότητα 2: Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Κίνησης ΘΕΜΑ 2.1 (4 Μονάδες) Η σύνδεση ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα στις γραμμές L1, L2 και L3 μίας εγκατάστασης, παριστάνεται από το κύκλωμα της παρακάτω Εικόνας. Η πραγματική ισχύς του κινητήρα είναι P = 6 kw με συντελεστή ισχύος συνφ = 0,8. Κάθε πολική τάση είναι V 12 = V 23 = V 31 = 3 230 V. Στο κύκλωμα του κινητήρα, τα φασικά ρεύματα I 12, I 23 και I 31, είναι όπως στο παρακάτω πίνακα. 5
I 12 = P φ / (V 12 συνφ) = 2000 / ( 3 230 0,8) = 6,26 Α φ = cos -1 (0,8) = 36,86 (Διαφορά φάσης του φασικού ρεύματος από τη φασική τάση) Ι 12 = 6,26-36,86 = 6,26(cos(-36,86 ) + j sin(-36,86 )) = = 6,26(0,8 j 0,6) = 5,04 j 3,78 I 23 = P φ / (V 23 συνφ) = 2000 / ( 3 230 0,8) = 6,26 Α φ = cos -1 (0,8) = 36,86 Ι 23 = 6,26-120 36,86 = 6,26-156,86 = 6,26(cos(-156,86 ) + j sin(-156,86 )) = = 6,26(-0,91 j 0,39) = -5,79 j 2,47 I 31 = P φ / (V 31 συνφ) = 2000 / ( 3 230 0,8) = 6,26 Α φ = cos -1 (0,8) = 36,86 Ι 31 = 6,26-240 - 36,86 = 6,26-276,86 = 6,26(cos(-276,86 ) + j sin(-276,86 )) = = 6,26(0,12 + j 0,99) = 0,75 + j 6,25 6
A Από τα φασικά ρεύματα, υπολογίστε τα πολικά ρεύματα Ι π1, Ι π2 και Ι π3, εφαρμόζοντας το νόμο του Kirchhoff σε κάθε κόμβο. I π1 = I 12 - I 31 = Iπ 2 = I 23 - I 12 = I π3 = I 31 I 23 = Β Στη μελέτη της εγκατάστασης ενός συνεργείου στο FINE, μετά τη σχεδίαση της εγκατάστασης, το πρόγραμμα δημιουργεί τους υπολογισμούς στην Εικόνα 2. Αν εξετάσουμε τη γραμμή του κομπρεσέρ (αεροσυμπιεστή) συμφωνείτε με τους υπολογισμούς, δηλαδή με τη διατομή καλωδίου και την ασφάλεια που το πρόγραμμα έχει υπολογίσει, για αυτή τη γραμμή? Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Επεξηγήσεις Για να ελέγξουμε τους υπολογισμούς του προγράμματος για τη γραμμή του κομπρεσέρ, 7
εκτελούμε αυτούς τους υπολογισμούς με το χέρι. Το ονομαστικό ρεύμα Ι ov σε κάθε γραμμή τροφοδοσίας του κινητήρα είναι το πολικό ρεύμα κάθε γραμμής Ι πj που υπολογίσαμε στο ερώτημα Β, παραπάνω. Δηλαδή, Ι ον = Ι π1 = Ι π2 = Ι π3 = Προσαυξάνουμε αυτή τη τιμή του ρεύματος κατά 25%, οπότε: I = 1,25 I ον = Μετά χρησιμοποιούμε τον Πίνακα 15.3, για να βρούμε τη διατομή αγωγού που αντιστοιχεί στη τιμή έντασης που υπολογίσαμε. Παρόμοια, χρησιμοποιούμε τον Πίνακα 15.3, για να βρούμε την ασφάλεια που αντιστοιχεί στην συγκεκριμένη ένταση ρεύματος που υπολογίσαμε. Γ Χρησιμοποιείστε το παρακάτω τύπο, για να υπολογίσετε τη πτώση τάσης στη γραμμή του κινητήρα, για τη διατομή καλωδίου που επιλέξαμε. όπου ρ = 0,017, l είναι το μήκος της γραμμής και S είναι η διατομή που επιλέξαμε για το αγωγό της γραμμής κάθε φάσης. 8
Εικόνα 2: Οι υπολογισμοί στο FINE, για το συνεργείο. 9
ΘΕΜΑ 2.2 (3 Μονάδες) A Μία βασική αρχή στη σχεδίαση κάθε εγκατάστασης είναι η συμμετρική κατανομή των φορτίων, στις φάσεις της εγκατάστασης. Χρησιμοποιώντας το ασύμμετρο σύστημα της παρακάτω Εικόνας 3, περιγράψτε τις δυσλειτουργίες που μπορεί να προκαλέσει σε μία εγκατάσταση, η ασύμμετρη κατανομή των φορτίων σ αυτή την εγκατάσταση. 10
Εικόνα 3: Μία εγκατάσταση από έξι φορτία που είναι ασύμμετρα κατανεμημένα στις φάσεις αυτής της εγκατάστασης. Χρησιμοποιείστε τις τιμές των φασικών ρευμάτων, Ι 1 = 69 + j0 = 69 0 Ι 3 = 27,117 + j63,48 = 69-293,14 για να υπολογίστε το ρεύμα I N στον ουδέτερο. Ποιο συμπέρασμα βγάζουμε, για τη λειτουργία του κυκλώματος? Συμπέρασμα: B Μετά τη σχεδίαση της εγκατάστασης ενός διαμερίσματος στο FINE, το πρόγραμμα δημιουργεί τους παρακάτω υπολογισμούς, στην Εικόνα 4. Πως θα μοιράζαμε τα φορτία στις φάσεις της εγκατάστασης, ώστε να είναι όσο πιο συμμετρικά κατανεμημένα σ αυτές τις φάσεις? 11
Εικόνα 4: Υπολογισμοί του προγράμματος, για την εγκατάσταση, σ ένα διαμέρισμα. Συνδέστε τα φορτία της εγκατάστασης σε κάθε φάση, έτσι ώστε να είναι συμμετρικά κατανεμημένα στις φάσεις της εγκατάστασης. 12