ΑΣΚΗΣΗ 204 ΤΥΠΙΚΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΥΝ ΕΣΜΟΛΟΓΙΕΣ ΟΡΓΑΝΑ. Συνδεσµολογίες Φωτιστικών Σωµάτων Αυτόµατος Κλιµακοστασίου Ηλεκτρικό κουδούνι Φωτιστικά Σώµατα Προκειµένου να σχεδιάσουµε µια απλή ηλεκτρική εγκατάσταση οικίας είναι απαραίτητο να γνωρίζουµε τον τρόπο συνδεσµολογίας των κλασσικών φωτιστικών σωµάτων. Η πιο απλή συνδεσµολογία είναι αυτή των απλών διακοπτών τύπου πλήκτρου (τάµπλερ) που φαίνεται στο Σχ.. Ο αγωγός της φάσης συνδέεται µε τα φωτιστικά σώµατα µέσω της επαφής του διακόπτη, ενώ ο ουδέτερος συνδέεται απ ευθείας στα σώµατα. Το τµήµα του αγωγού φάσης από τον διακόπτη µέχρι τα σώµατα ονοµάζεται συνήθως αγωγός επιστροφής. Φάση ιακόπτης Φωτιστικά Σώµατα Ουδέτερος Σχ.. Ηλεκτρική συνδεσµολογία διακόπτη τύπου τάµπλερ. Ο κανονισµός εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων απαγορεύει αυστηρά να διακόπτουµε τον ουδέτερο αγωγό µε το διακόπτη αντί για τον αγωγό της φάσης, γιατί τότε ο τελευταίος θα πηγαίνει απ ευθείας στα σώµατα. Αυτό είναι δυνατόν να προκαλέσει ηλεκτροπληξία εφόσον τα ντουί θα βρίσκονται συνεχώς υπό τάση παρά το γεγονός ότι τα φωτιστικά σώµατα θα είναι σβηστά. ιακόπτης Κοµµιτατέρ. Στο Σχ. 2 φαίνεται η συνδεσµολογία ενός επιλεκτικού διακόπτη που συνήθως τον αποκαλούµε διακόπτη κοµµιτατέρ. Αυτός χρησιµοποιείται για τον έλεγχο τουλάχιστον δύο (ή δύο οµάδων) φωτιστικών σωµάτων και µας δίνει την δυνατότητα να έχουµε όλα τα φώτα αναµµένα, ή ένα µέρος αυτών αναµµένα, ή όλα σβηστά.
ιακόπτης 2 P (Φάση) Φωτιστικά Σώµατα N (Ουδέτερος) ' 2' Σχ. 2. Ηλεκτρική συνδεσµολογία διακόπτη κοµµιτατέρ. ιακόπτης Αλλέ-Ρετούρ Ένας ακόµη πιο χρήσιµος διακόπτης φωτισµού είναι ο διακόπτης αλλέ-ρετούρ. Η συνδεσµολογία του Σχ. 3 είναι για έλεγχο φωτιστικών σωµάτων από δύο διαφορετικές θέσεις. Η αντίστοιχη συνδεσµολογία για έλεγχο από 3 ή περισσότερες θέσεις είναι διαφορετική, όπως επίσης διαφορετικοί είναι και οι διακόπτες (έχουν περισσότερες επαφές). Στο Σχ. 3 παρατηρούµε ότι η λειτουργία των διακοπτών αλλέ-ρετούρ απαιτεί περισσότερους αγωγούς απ όσους οι άλλοι τύποι διακοπτών. Φωτιστικά Σώµατα 2 ' 2' N (Ουδέτερος) ιακόπτης Θέσης Α ιακόπτης Θέσης Β P (Φάση) 2 3 ' 2' 3' Σχ. 3. Ηλεκτρική συνδεσµολογία διακόπτη αλλέ-ρετούρ. Αυτόµατος Κλιµακοστασίου Για το άναµµα και το σβήσιµο των φώτων στα κλιµακοστάσια των πολυκατοικιών χρησιµοποιούµε έναν ειδικού τύπου αυτόµατο διακόπτη που καλείται αυτόµατος κλιµακοστασίου. Από κατασκευαστικής πλευράς υπήρχαν παλαιότερα διάφοροι τύποι τέτοιων διακοπτών ηλεκτροµηχανικοί και ηλεκτρονικοί. Εδώ θα χρησιµοποιήσουµε τον ηλεκτρονικό αυτόµατο κλιµακοστασίου που έχει επικρατήσει των άλλων. 2
Ο αυτόµατος περιλαµβάνει ένα κύκλωµα χρονισµού (δηλαδή µέτρησης χρόνου) που µπορεί να είναι από πολύ απλό µε RC στοιχεία έως σύνθετο µε ολοκληρωµένο κύκλωµα τύπου timer. Το ηλεκτρονικό κύκλωµα, που νοητά βρίσκεται µεταξύ των ακροδεκτών N και L (ακροδέκτες 4,5), ελέγχει µία διακοπτική επαφή (ακροδέκτες,3) η οποία παρεµβάλλεται στο κύκλωµα φωτισµού του κλιµακοστασίου. P N 4 (N) 5 (L) Μπουτόν 2 ' 2' Κουµπιά επιλογής χρόνου & λειτουργίας 2 Ν L 2 3 ' Λάµπες 2' Σχ. 4. Ηλεκτρική συνδεσµολογία του αυτόµατου κλιµακοστασίου. Ηλεκτρικό κουδούνι Τα ηλεκτρικά κουδούνια των σπιτιών, των γραφείων κλπ. τροφοδοτούνται µε χαµηλή τάση (συνήθως µε 4V, 8V, 2V) για λόγους ασφαλείας. Η χαµηλή τάση λαµβάνεται µέσω ενός κατάλληλου µετασχηµατιστή που τροφοδοτείται από το κοινό κύκλωµα φωτισµού του κτιρίου, όπως φαίνεται στο Σχ. 5. Η τροφοδότηση του κουδουνιού γίνεται µε αγωγούς,5 mm 2 που συνδέουν το εσωτερικό δίκτυο µε το πρωτεύον τύλιγµα του µετασχηµατιστή που συνήθως είναι µικρής ισχύος (5-0W). Το δευτερεύον κύκλωµα που περνά από το κουδούνι και τα διάφορα µπουτόν που έχουµε εγκαταστήσει στο σπίτι (εξώθυρα, υπνοδωµάτια, κλπ.) µπορεί να προστατεύεται από µια ασφάλεια 3Α. P Μετασχηµατιστής 2 V 2 2 220V/50Hz N 4 V 2 0 V 2 3 Μπουτόν Ηλεκτρικό Κουδούνι Σχ. 5. Συνδεσµολογία ηλεκτρικού κουδουνιού. 3
Η λειτουργία ενός κοινού κουδουνιού βασίζεται στην έλξη ενός κινητού οπλισµού (σφύρα) από ένα ηλεκτροµαγνήτη (βλ. Σχ.6) στο εσωτερικό του οποίου κινείται ο ελκόµενος οπλισµός. Το πηνίο συνδέεται από το ένα άκρο του απ ευθείας µε το δευτερεύον τύλιγµα του µετασχηµατιστή, ενώ το άλλο άκρο του συνδέεται µε το δευτερεύον µέσω του µπουτόν λειτουργίας. ευτερεύον τύλιγµα του Μ/Σ Μπουτόν Έλασµα επαναφοράς Πηνίο Ηλεκτροµαγνήτη Σφύρα Βάση Κουδουνιού Μεταβαλλόµενο διάστηµα Καµπάνα Παράκεντρη περιστροφή καµπάνας Σχ. 6. Ηλεκτρικό κουδούνι (εσωτερική δοµή). Όταν πιέζουµε το µπουτόν για να κτυπήσει το κουδούνι, κλείνει το κύκλωµα, από το πηνίο περνά το ρεύµα και ο ηλεκτροµαγνήτης έλκει τον οπλισµό ο οποίος κτυπά την καµπάνα του κουδουνιού. Το έλασµα επαναφοράς δρα ως ελατήριο και επαναφέρει τον οπλισµό στην αρχική του θέση οπότε το φαινόµενο επαναλαµβάνεται. Η καµπάνα είναι στερεωµένη σε σηµείο εκτός του κέντρου της περιφέρειας. Με την περιστροφή της καµπάνας µεταβάλλεται το διάστηµα µεταξύ καµπάνας και σφύρας γεγονός που επηρεάζει τον παραγόµενο ήχο. 4
Μετρήσεις-Πραγµατοποίηση Συνδεσµολογιών. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.2 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του διακόπτη κοµµιτατέρ. 2. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.3 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία των διακοπτών αλλέ-ρετούρ. 3. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.4 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του αυτόµατου κλιµακοστασίου. Θέστε τον επιλογέα λειτουργίας στη θέση και τον επιλογέα χρόνου στο ελάχιστο. 4. Τροφοδοτήστε το πρωτεύον του µετασχηµατιστή µε την τάση του δικτύου και αφήστε εν κενώ το δευτερεύον. Μετρήστε τότε την τάση του πρωτεύοντος και τις τρεις τάσεις εξόδου του δευτερεύοντος. ΠΡΟΣΟΧΗ, η τάση στο πρωτεύον είναι 220V 5. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.5 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του κουδουνιού. 6. Πραγµατοποιήστε πάλι την συνδεσµολογία του Σχ.5 αλλά τροφοδοτήστε το κουδούνι µε τάση 4V. Λειτουργεί το κουδούνι όπως προηγουµένως; 7. Να σχεδιασθεί στο τετράδιο η συνδεσµολογία 3 διακοπτών αλλέ-ρετούρ για έλεγχο φωτιστικού σώµατος από τρεις διαφορετικές θέσεις. Σε όλες τις συνδεσµολογίες χρησιµοποιείστε ως πηγή τροφοδοσίας τη γενική παροχή του ταµπλό. ΠΑΡΟΧΗ ΤΑΣΗΣ 230 V, 50 Hz Τοποθετείστε όλα τα καλώδια για κάθε συνδεσµολογία µε το Γενικό ιακόπτη στη θέση 0. P 0 Μόνο εφόσον τοποθετείτε όλα τα καλώδια για κάθε συνδεσµολογία να ανοίγετε το διακόπτη για να δοκιµάζετε την ορθή λειτουργία του κυκλώµατος. N 5
2. Πίνακας Οικίας Μετρητής Ενέργειας Λαµπτήρας Φθορισµού Ρελέ Μέτρηση Ισχύος Μέτρηση αντίστασης γείωσης Μέγγερ. Πίνακας Οικίας Οι πίνακες των εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων είναι σύνθετες συσκευές που αποτελούνται από διάφορα επιµέρους εξαρτήµατα, τα βασικότερα των οποίων είναι α) οι ακροδέκτες (ή µπόρνες) για να συνδέονται οι διάφοροι αγωγοί που προσάγονται στον πίνακα, β) οι ασφάλειες για να προστατεύονται τα επιµέρους κυκλώµατα και γ) οι διακόπτες για να αποµονώνονται οι ηλεκτρικές γραµµές ή οι συσκευές κατανάλωσης. Εκτός αυτών, µπορούν να τοποθετηθούν όργανα µέτρησης, ενδεικτικές λυχνίες, αυτόµατοι διαφυγής κ.α. Με τους πίνακες των εσωτερικών εγκαταστάσεων που διακρίνονται σε Πίνακες Εισαγωγής, Γενικούς Πίνακες, Πίνακες Φωτισµού και Πίνακες Κίνησης, επιτυγχάνουµε την τροφοδότηση και τον έλεγχο της εγκατάστασης. Οι Πίνακες Εισαγωγής του ρεύµατος ανήκουν στην ΕΗ και αποτελούνται συνήθως από τον µετρητή ενέργειας και τις ασφάλειες της ΕΗ. Οι Γενικοί Πίνακες που ανήκουν στον καταναλωτή και τοποθετούνται µετά τον πίνακα εισαγωγής, αποτελούνται από κλειστά κιβώτια διακλάδωσης, κιβώτια ασφαλειών και ένα γενικό µαχαιρωτό διακόπτη. Οι Πίνακες Φωτισµού τροφοδοτούνται από τους γενικούς πίνακες και έχουν την µορφή του πίνακα της άσκησης. Οι Πίνακες Κίνησης είναι συνήθως τριφασικοί και τοποθετούνται σε βιοµηχανικές εγκαταστάσεις για να τροφοδοτούν τριφασικές καταναλώσεις (κυρίως κινητήρες). Ο γενικός πίνακας και ο πίνακας φωτισµού προκειµένου για µικρές καταναλώσεις (σπίτια, γραφεία κλπ.) συγχωνεύονται σε ένα. Γενικά, σ όλους τους πίνακες η σειρά της συνδεσµολογίας είναι πάντα: ακροδέκτες, γενικός διακόπτης, γενική ασφάλεια (ή αυτόµατος διακόπτης), µερικοί διακόπτες, µερικές ασφάλειες (ή αυτόµατοι διακόπτες) και ακροδέκτες εξαγωγής. 6
Μετρητής Ενέργειας Οι µετρητές ηλεκτρικής ενέργειας µετρούν την απορροφώµενη από τον καταναλωτή ηλεκτρική ενέργεια Ε, όπου E = t 0 v( t) i( t). Αποτελούνται από δύο πυρήνες κάθε ένας εκ των οποίων φέρει αντίστοιχο τύλιγµα πηνίου, έναν µόνιµο µαγνήτη, τον περιστρεφόµενο δίσκο και τον µηχανικά εµπλεκόµενο µε τον δίσκο καταγραφέα. Το ένα τύλιγµα πηνίου έχει πολλές σπείρες από λεπτό σύρµα και συνδέεται στην τάση του δικτύου (πηνίο τάσης), ενώ το άλλο έχει λίγες σπείρες από χονδρό σύρµα µέσω του οποίου διέρχεται το ρεύµα κατανάλωσης (πηνίο έντασης). Η σύνδεση των δύο πηνίων µε το δίκτυο ( ΕΗ) και τον καταναλωτή (πίνακας οικίας) φαίνεται στο Σχ. 7. Πίνακας Οικίας Μετρητής Ενέργειας Πηνίο Έντασης Πηνίο Τάσης 3 P Φάση Ουδέτερος Φάση Γείωση 2 4 N Ουδέτερος Γείωση Σχ. 7. Ηλεκτρική συνδεσµολογία µετρητή ενέργειας Στον περιστρεφόµενο µεταλλικό δίσκο αναπτύσσονται δινορεύµατα µε αποτέλεσµα, λόγω των υφισταµένων µαγνητικών πεδίων, να ασκείται επ αυτού µία ροπή. Αποδεικνύεται ότι η κινούσα ροπή είναι Μ Κ =Κ V I συνφ όπου Κ είναι ένας συντελεστής αναλογίας και φ η γωνία µεταξύ των V και Ι. Λόγω της Μ Κ ο δίσκος επιταχύνεται µέχρις ότου η εκ των δινορευµάτων (που αναπτύσσονται λόγω της παρουσίας του πεδίου του µόνιµου µαγνήτη) αντιδρώσα στην κίνηση ροπή γίνει ίση µε την κινητήρια ροπή. Η γωνιακή ταχύτητα παραµένει σταθερή υπό σταθερό φορτίο, ο δε αριθµός στροφών είναι ανάλογος ενέργειας που καταναλώθηκε, εντός ενός χρονικού διαστήµατος. 7
Στην πινακίδα κάθε µετρητή ενέργειας αναγράφεται ο αριθµός στροφών (σταθερά Κ) τις οποίες πραγµατοποιεί ο δίσκος όταν ο καταγραφέας δείχνει κατανάλωση KWH. Χαρακτηρίζουµε σαν σφάλµα F του µετρητή την απόκλιση της ενδεικνυόµενης υπ αυτού τιµής Ε από την πραγµατικά καταναλωθείσα ενέργεια Ε, εκφράζεται δε σαν ποσοστό της Ε, E E F = 00% E Η Ε υπολογίζεται από την σταθερά Κ και τις, σε χρόνο t, πραγµατοποιηθείσες στροφές n του δίσκου, σύµφωνα µε την απλή σχέση Ε =n/κ. Η πραγµατική ενέργεια Ε υπολογίζεται από την ισχύ που αναγράφει ο κατασκευαστής επί του φορτίου και από τον χρόνο t. Μέτρηση ισχύος Πολλές φορές χρειάζεται να µετρήσουµε την ισχύ που καταναλώνει ένα φορτίο (π.χ. µία ηλεκτρική συσκευή) παρά το γεγονός ότι κάθε κατασκευαστής αναγράφει την ονοµαστική ισχύ πάνω στο προϊόν που κατασκευάζει. Η µέτρηση ισχύος µπορεί να αφορά µονοφασικό ή τριφασικό φορτίο. Εδώ θα περιοριστούµε στη µέτρηση ισχύος ενός µονοφασικού φορτίου. Ως φορτίο θα χρησιµοποιηθεί µία ηλεκτρική θερµάστρα µε τρεις κλίµακες λειτουργίας στα 400 W, 800 W και 200 W. Το ψηφιακό βαττόµετρο που θα χρησιµοποιήσετε µετρά ισχύ φορτίων µε απορροφώµενο ρεύµα µέχρι 0Α και υπό τάση µέχρι 640V AC. Οι οδηγίες για τη χρήση του οργάνου υπάρχουν στο τέλος του κεφαλαίου. Λαµπτήρας φθορισµού Οι πιο διαδεδοµένοι λαµπτήρες είναι οι λαµπτήρες πυρακτώσεως και οι λαµπτήρες φθορισµού. Οι πρώτοι δεν παρουσιάζουν κάποιο ενδιαφέρον από πλευράς συνδεσµολογίας. Θα περιγράψουµε τους λαµπτήρες φθορισµού οι οποίοι χρησιµοποιούνται για τον φωτισµό ειδικών χώρων όπως αίθουσες διδασκαλίας, γραφεία, µεγάλοι χώροι εργασίας κλπ. Από άποψη αρχής λειτουργίας, οι λαµπτήρες φθορισµού είναι λαµπτήρες ατµών υδραργύρου χαµηλής πίεσης, των οποίων το γυάλινο περίβληµα είναι καλυµµένο εσωτερικά µε φθορίζουσες ουσίες. Οι ουσίες αυτές έχουν την ιδιότητα να µετατρέπουν σε ορατό φως την αόρατη υπεριώδη ακτινοβολία που παράγεται στο εσωτερικό των λαµπτήρων ατµών υδραργύρου. Για να 8
λειτουργήσει ένας λαµπτήρας φθορισµού χρειάζονται δύο ακόµη εξαρτήµατα, το στραγγαλιστικό πηνίο (τσοκ) για τη δηµιουργία της απαιτούµενης υπέρτασης ή την συντήρηση της εκκένωσης και το στάρτερ που αποτελεί τον διακόπτη εκκίνησης. Στο Σχ.8 φαίνεται η συνδεσµολογία ενός λαµπτήρα φθορισµού µε τάση τροφοδοσίας 220V. Υπάρχουν δύο είδη στάρτερ τα οποία µπορούν να εκκινήσουν ένα λαµπτήρα φθορισµού. Το θερµικό που αποτελείται από µία ηλεκτρικά θερµαινόµενη P, Φάση 220V/60Hz N, Ουδέτερος C Λαµπτήρας Φθορισµού 3 2 Τσοκ 2 Α Β 4 Στάρτερ α α 2 2 C 2 Σχ. 8. Ηλεκτρική συνδεσµολογία λαµπτήρα φθορισµού. διµεταλλική επαφή και το στάρτερ αίγλης που δηµιουργεί µία δευτερεύουσα (βοηθητική) εκκένωση. Θα περιγράψουµε την λειτουργία του λαµπτήρα φθορισµού όταν εκκινεί µε ένα στάρτερ αίγλης που είναι και ο πιο συνήθης τύπος. Μέσα στο στάρτερ υπάρχει µια διµεταλλική επαφή α -α 2 η οποία είναι ανοικτή κατά την έναρξη λειτουργίας. Η διµεταλλική επαφή είναι τοποθετηµένη µέσα σ ένα γυάλινο περίβληµα µαζί µε ένα αέριο υπό πίεση. Μόλις κλείσουµε τον διακόπτη τροφοδοσίας του λαµπτήρα περνά ένα µικρό ρεύµα από τα νήµατα Α και Β αυτού. Το κύκλωµα µεταξύ των δύο ακροδεκτών, δηλαδή µεταξύ των νηµάτων Α και Β, κλείνει µε τη βοήθεια µιας µικρής βοηθητικής εκκένωσης που δηµιουργείται στο εσωτερικό του στάρτερ. Αυτό σηµαίνει ότι µετά το κλείσιµο του διακόπτη αρχίζει µεταξύ των επαφών α και α 2 µία ασθενής βοηθητική εκκένωση η οποία θερµαίνει γρήγορα τις επαφές αυτές, τις διαστέλλει και τις ενώνει. Η εξήγηση των φαινοµένων αυτών είναι απλή. Η τάση τροφοδοσίας των 220V δεν είναι αρκετή για να αρχίσει αµέσως η κύρια εκκένωση µεταξύ των νηµάτων Α και Β που απέχουν πολύ, ενώ είναι αρκετή για την βοηθητική εκκένωση µεταξύ των επαφών α και α 2 που είναι πολύ κοντά η µία στην άλλη. Μόλις όµως ενωθούν οι επαφές α και α 2 όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, η αντίσταση του κυκλώµατος του 9
λαµπτήρα ελαττώνεται και κατά συνέπεια περνά πολύ περισσότερο ρεύµα από τα νήµατα Α και Β οπότε τα πυρακτώνει. Συγχρόνως όµως κρυώνει το εσωτερικό του στάρτερ, γιατί η εκκένωση έχει σταµατήσει, οπότε τα ελάσµατα της επαφής α -α 2 συστέλλονται και ανοίγουν διακόπτοντας το κύκλωµα. Τότε ακριβώς αρχίζει η κύρια εκκένωση µεταξύ των Α και Β εξ αιτίας της υπέρτασης που προκαλεί το τσοκ κατά την απότοµη διακοπή του κυκλώµατος που γίνεται µόλις ανοίξουν οι επαφές α και α 2. Η εκκένωση αυτή διαρκεί όσο διαρκεί και η τροφοδότηση του λαµπτήρα µε ρεύµα. Σε όλο αυτό το διάστηµα δεν δηµιουργείται νέα βοηθητική εκκένωση στο στάρτερ, γιατί ο λαµπτήρας κατά την λειτουργία του παρουσιάζει µεγάλη πτώση τάσης. Η βοηθητική εκκένωση µπορεί να παρατηρηθεί κατά το άναµµα του λαµπτήρα από το κόκκινο φως που δηµιουργείται στιγµιαία στο εσωτερικό του στάρτερ. Ο πυκνωτής C 2 είναι ένας αντιπαρασιτικός πυκνωτής που χρησιµεύει στο να µην προκαλούνται ραδιοφωνικά παράσιτα από τους σπινθήρες που παράγει το στάρτερ κατά την λειτουργία του. Ο πυκνωτής C καλείται πυκνωτής διόρθωσης του συντελεστή ισχύος (συνφ). Χρησιµεύει στην αναγκαία βελτίωση του συντελεστή ισχύος που από την τιµή 0,5 που είναι στους λαµπτήρες φθορισµού τον αυξάνει µέχρι περίπου την τιµή 0,80 έως 0,90. Η αύξηση αυτή του συνφ έχει σαν αποτέλεσµα την σηµαντική µείωση της έντασης που διαρρέει τις εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Για το λόγο αυτό η τοποθέτηση των πυκνωτών διόρθωσης του συντελεστή ισχύος στους λαµπτήρες φθορισµού επιβάλλεται από τους κανονισµούς των εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Συνήθως, το στραγγαλιστικό πηνίο και ο πυκνωτής διόρθωσης C περιέχονται µέσα σ ένα κοινό κιβώτιο που ονοµάζεται κιβώτιο ζεύξεως ή µπάλλαστ, ενώ οι αντιπαρασιτικοί πυκνωτές C 2 συσκευάζονται σχεδόν πάντα µαζί µε το στάρτερ σ ένα κοινό περίβληµα. Το Ρελέ ως ιακόπτης Οι διακόπτες γενικά είναι συσκευές (ηλεκτροµηχανικά εξαρτήµατα) µε τις οποίες συνδέουµε ή αποσυνδέουµε τα κυκλώµατα που αναχωρούν από τους ηλεκτρικούς πίνακες. Υπάρχουν πάρα πολλά είδη διακοπτών, ανάλογα µε την δουλειά που θέλουµε να µας κάνουν και τον τρόπο λειτουργίας τους. Μια µεγάλη κατηγορία διακοπτών είναι οι τηλεχειριζόµενοι διακόπτες (ρελέ) των οποίων η λειτουργία βασίζεται σ ένα ηλεκτροµαγνήτη. Κατά την ενεργοποίηση ενός διακόπτη-ρελέ ο ηλεκτροµαγνήτης έλκει έναν οπλισµό που µε την κίνησή του προκαλεί το κλείσιµο ή το άνοιγµα των διακοπτικών επαφών του διακόπτη. Τα ρελέ χρησιµοποιούνται ως διακόπτες αποκλειστικά σε εγκαταστάσεις κίνησης και είναι δυνατόν να τους χειρισθούµε από µακριά (εξ ου και ο όρος τηλεχειριζόµενοι) µε τη βοήθεια δύο µπουτόν Start και Stop (ή ON και OFF). Η σχηµατική παράσταση και η ηλεκτρική συνδεσµολογία ενός ρελέ φαίνεται στο Σχ.9. Οι ακροδέκτες a και b παριστούν πάντα τα άκρα του πηνίου στο οποίο εφαρµόζεται µία ορισµένη τάση. Όλα όµως τα ρελέ παρέχουν τη δυνατότητα να αντικαθίσταται το πηνίο τους µε ένα που να λειτουργεί στην επιθυµητή τάση (2V, 24V, 48V, 0V, 220V κλπ.). Το κύκλωµα που ενεργοποιεί ένα ρελέ καλείται βοηθητικό (γι αυτό και οι διακοπτικές επαφές του ρελέ που χρησιµοποιούνται σ αυτό λέγονται βοηθητικές), ενώ το κύριο κύκλωµα είναι αυτό που µέσω των κύριων διακοπτικών επαφών του ρελέ 0
τροφοδοτεί τον κινητήρα (επαφές 3-4, 5-6, 7-8). Το ρελέ του Σχ. 9 λειτουργεί ως P N 220V/60Hz ON 2 Μπουτόν Α 3 4 2 4 6 4 Πηνίο του Ρελέ 3 5 3 ιακοπτικές επαφές του ρελέ Α 2 ' Μπουτόν OFF 2' 3' 4' Σχ. 9. Ηλεκτρική συνδεσµολογία ενός κοινού ρελέ (βοηθητικό ρελέ). ακολούθως: Σε ηρεµία (δεν πατάµε κανένα µπουτόν) το πηνίο δεν βρίσκεται υπό τάση και οι διακοπτικές επαφές του ρελέ είναι ανοικτές. Μόλις πατήσουµε το µπουτόν ΟΝ, η τάση 220V που υπάρχει µεταξύ των ακροδεκτών R (φάση) και Ν (ουδέτερος) εφαρµόζεται στο πηνίο. Τότε ο ηλεκτροµαγνήτης έλκει τον οπλισµό, η κίνηση του οποίου παρασύρει τις διακοπτικές επαφές οι οποίες κλείνουν. Επειδή η επαφή 3-4 του µπουτόν είναι συνδεδεµένη παράλληλα προς την επαφή 3-4 του ρελέ, η οποία έχει ήδη κλείσει, αν αφήσουµε το µπουτόν το πηνίο εξακολουθεί να τροφοδοτείται µέσω της επαφής 3-4 του ρελέ και συνεπώς το τελευταίο εξακολουθεί να είναι οπλισµένο, δηλαδή ο κινητήρας να λειτουργεί. Για να σταµατήσει ο κινητήρας αρκεί να πιέσουµε το µπουτόν OFF µέσω της επαφής 2 του οποίου τροφοδοτείται το πηνίο. Τότε η τάση 220V σταµατά να εφαρµόζεται στο πηνίο, ο οπλισµός επανέρχεται στη θέση ηρεµίας λόγω της δράσης ενός ελατηρίου, και οι επαφές του ρελέ ανοίγουν. Ο κινητήρας είναι δυνατόν να σταµατήσει και σε µία άλλη περίπτωση και µάλιστα χωρίς την επέµβαση ενός χειριστή. Αν η τάση του δικτύου (η οποία εφαρµόζεται στο πηνίο) µειωθεί για οποιοδήποτε λόγο, τότε είναι δυνατόν ο ηλεκτροµαγνήτης να µην µπορεί να συγκρατήσει τον οπλισµό. Οποιαδήποτε, έστω και µικρή, αποµάκρυνση του οπλισµού από τη θέση συγκράτησης προκαλεί την διακοπή του βοηθητικού κυκλώµατος στην επαφή 3-4 του ρελέ. Εκ των πραγµάτων λοιπόν, το ρελέ προστατεύει τον κινητήρα από έλλειψη τάσης, δεν παρέχει όµως καµία άλλη προστασία όπως π.χ. από υπερένταση ή βραχυκύκλωµα.
Μετρήσεις-Πραγµατοποίηση Συνδεσµολογιών. Μετρήστε τις αντιστάσεις των πηνίων έντασης και τάσης του µετρητή ενέργειας. 2. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.7 και ανοίξτε τον γενικό διακόπτη καθώς και τους ασφαλειοδιακόπτες του πίνακα οικίας. 3. Με φορτίο µια ηλεκτρική θερµάστρα (800 W), βρείτε το σφάλµα του µετρητή ενέργειας για διάρκεια µέτρησης 5 min. 4. Οι πέντε ακροδέκτες του ταµπλό (πάνω αριστερά του πίνακα οικίας) λέγονται τυφλοί ακροδέκτες διότι δεν γνωρίζουµε αν ο καθένας απ αυτούς είναι φάση, ουδέτερος ή γείωση. Με τη βοήθεια ενός ωµοµέτρου και µε τον πίνακα χωρίς τάση βρείτε το είδος του κάθε ακροδέκτη µε δεδοµένο το είδος των αγωγών (φάση, ουδέτερος, γείωση) της τροφοδοσίας του πίνακα οικίας. 5. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.8 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του λαµπτήρα φθορισµού. 6. Πραγµατοποιήστε την συνδεσµολογία του Σχ.9 και ελέγξτε την ορθή λειτουργία του ρελέ (άνοιγµα ή κλείσιµο των επαφών που δεν χρησιµοποιούνται στο βοηθητικό κύκλωµα). 7. Πραγµατοποιήστε τη συνδεσµολογία του Σχ. 0 και µετρήστε την ισχύ της θερµάστρας για τις τρεις κλίµακες λειτουργίας 400, 800 και 200 W. Βαττόµετρο Ηλεκτρική Θερµάστρα Σχ.0 P N 2
ΓΕΙΩΣΟΜΕΤΡΟ Όργανο µέτρησης αντίστασης γειώσεων Μην πραγµατοποιήσετε κάποια µέτρηση πριν διαβάσετε τα σηµεία ΠΡΟΣΟΧΗΣ Το κύκλωµα του οργάνου επιτρέπει την λειτουργία του µε την ελάχιστη δυνατή επίδραση από την τάση του εδάφους και την αντίσταση των ηλεκτροδίων. Οι συνδέσεις των καλωδίων του οργάνου καθώς και η σωστή αντίσταση των ηλεκτροδίων αυτοελέγχονται πιέζοντας το µπουτόν OFF BATT. CHECK. Το ενδεικτικό OK θα ανάψει όταν το όργανο είναι έτοιµο για ακριβή µέτρηση. Η τιµή της αντίστασης γείωσης είναι αναγνώσιµη απ ευθείας πάνω στην κλίµακα του οργάνου 3
ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΟΡΓΑΝΟΥ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Περιγραφή των µπουτόν λειτουργίας Ακροδέκτες Ένδειξη Επιτυχούς Λειτουργίας Καντράν Ενδείξεων Μπουτόν Λειτουργίας Κάλυµµα Μπουτόν επιλογής κλίµακας Ohm 2. Μηδενισµός του οργάνου Ελέγξατε εάν η βελόνα του οργάνου είναι ακριβώς στη θέση µηδέν 0 της κλίµακας των Ohm ή των Volt. Εάν δεν είναι, ανασηκώστε το κάλυµµα και ρυθµίστε τη βίδα µηδενισµού µε ένα κατσαβίδι. 3. Συνδέσεις καλωδίων Κόκκινο Κίτρινο Πράσινο p c e E P C Σχ. 5-0 m 5-0 m 4
. Καρφώστε τα ηλεκτρόδια p και c βαθιά στο έδαφος όπως φαίνεται στο Σχ.. Τα ηλεκτρόδια πρέπει να είναι ευθυγραµµισµένα µεταξύ τους και µε την ελεγχόµενη γείωση e καθώς και σε απόσταση 5-0 m. 2. Συνδέστε το όργανο µε τα ηλεκτρόδια και την ελεγχόµενη γείωση όπως στο Σχ. χρησιµοποιώντας τα τρία καλώδια (πράσινο, κίτρινο και κόκκινο). Βεβαιωθείτε ότι τα τρία καλώδια δεν είναι στριµµένα ή σε επαφή µεταξύ τους γεγονός που θα επηρεάσει τη µέτρηση. Όταν η αντίσταση των βοηθητικών ηλεκτροδίων ξεπερνά τα 20 ΚΩ είναι πιθανόν να προκαλέσει λανθασµένη µέτρηση. Φροντίστε εποµένως να καρφώσετε τα ηλεκτρόδια p και c σε υγρό έδαφος και να πραγµατοποιήσετε σωστά τις συνδέσεις ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Έλεγχος τάσης εδάφους. Πιέστε το µπουτόν ACV και µετρήστε την τάση εδάφους στην κλίµακα V. Η τάση εδάφους δεν πρέπει να ξεπερνά τα 0 V γιατί σε αντίθετη περίπτωση επηρεάζει τη µέτρηση της αντίστασης γείωσης. Η µέτρηση της τάσης εδάφους δεν επηρεάζεται όταν κάποιο από τα µπουτόν Χ, Χ0, Χ00 Ω είναι πατηµένο. 2. Έλεγχος Μπαταριών-Συνδέσεων. Πιέστε το µπουτόν OFF-BATT CHECK και ελέγξτε αν η τάση της µπαταρίας είναι επαρκής. Αυτό ισχύει όταν η βελόνα παραµένει στην περιοχή GOOD της κλίµακας BATT. Το ενδεικτικό OK θα ανάψει όταν οι συνδέσεις των καλωδίων στους ακροδέκτες P και C είναι σωστές καθώς και η αντίσταση των βοηθητικών ηλεκτροδίων είναι εντός των αποδεκτών ορίων. Σε περίπτωση που δεν ανάψει το ενδεικτικό ΟΚ, ελέγξτε τις συνδέσεις των καλωδίων στους ακροδέκτες P και C, ή µειώστε την αντίσταση των βοηθητικών ηλεκτροδίων εντός των αποδεκτών ορίων µεταφέροντάς τα σε άλλη θέση ή βρέχοντας το έδαφος. 5
3. Μέτρηση αντίστασης γείωσης (εδάφους). Πιέστε ένα από τα µπουτόν κλίµακας Χ, Χ0 ή Χ00. Πιέστε το µπουτόν MEAS και σηµειώστε την ένδειξη του οργάνου στην κλίµακα των Ohm. Πολλαπλασιάστε την ένδειξη επί 0 αν χρησιµοποιείτε την κλίµακα Χ0 ή επί 00 αν χρησιµοποιείτε την κλίµακα Χ00. Η µέτρηση είναι αποδεκτή µόνο εάν άναψε το ενδεικτικό OK κατά τη µέτρηση. Αν δεν άναψε ενεργείστε σύµφωνα µε τις οδηγίες πιο πάνω. Το µπουτόν SIMPLIFIED MEAS χρησιµοποιείται για την πραγµατοποίηση µιας απλοποιηµένης µέτρησης όταν είτε η αντίσταση εδάφους ξεπερνά τα 0 Ohm είτε δεν είναι δυνατόν να καρφωθούν τα ηλεκτρόδια στο έδαφος. εν θα πραγµατοποιήσετε τέτοια µέτρηση. ΠΡΟΣΟΧΗ: Κατά τη διάρκεια της µέτρησης MEAS υπάρχει τάση 30 VDC µεταξύ των ακροδεκτών E και C ή µεταξύ των E και P. Η ίδια τάση υπάρχει επίσης µεταξύ των ακροδεκτών P και C όταν το µπουτόν OFF BATT. CHECK είναι πατηµένο. Ποτέ µην αγγίζετε αυτούς τους ακροδέκτες όταν κάποιο από τα αναφερθέντα µπουτόν είναι πατηµένα. Μετά τη µέτρηση πιέστε το µπουτόν OFF BATT. CHECK ώστε όλα τα µπουτόν του οργάνου να επανέλθουν σε θέση OFF. ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: Αντίσταση Γείωσης: Κλίµακες 0/00/000 Ohm Τάση Εδάφους: Κλίµακα 0-30 V Ακρίβεια: ±3 % της πλήρους κλίµακας Εξαρτήµατα: ύο βοηθητικά ηλεκτρόδια Τρία καλώδια (Κόκκινο 5 µ., Κίτρινο 0 µ., Πράσινο 5 µ.) 6
ΜΕΓΓΕΡ Όργανο µέτρησης αντίστασης µονώσεων Κλίµακες Αντίστασης Τάσης Ακροδέκτες Οργάνου Led Κατάστασης Ισχύος Led Κατάστασης Μπαταρίας Μπουτόν Ενεργοποίησης Μέτρησης Βίδα Μηδενισµού Ένδειξης Αν πατώντας το µπουτόν το στρέψετε προς τα δεξιά τότε αυτό παραµένει µόνιµα πατηµένο. Για να το ελευθερώσετε στρέψτε το αριστερά. Μην πραγµατοποιήσετε κάποια µέτρηση πριν διαβάσετε τα σηµεία ΠΡΟΣΟΧΗΣ Το όργανο διαθέτει µία κλίµακα σε ΜΩ για την κύρια µέτρηση της αντίστασης µονώσεων και µία βοηθητική κλίµακα σε Volt για τον έλεγχο µη ύπαρξης τάσης κατά τη διάρκεια της κύριας µέτρησης. Στην εικόνα φαίνεται το µοντέλο 365 500V/000ΜΩ. Εσείς διαθέτετε το µοντέλο 366 που εφαρµόζει τάση δοκιµής 000V και µετρά αντίσταση µέχρι 2000 ΜΩ. 7
ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΟΡΓΑΝΟΥ. Μηδενισµός του Οργάνου. Ελέγξατε εάν η βελόνα του οργάνου είναι ακριβώς στη θέση άπειρον της κλίµακας των ΜΩ. Εάν δεν είναι, χωρίς να πιέσετε το µπουτόν µέτρησης, ρυθµίστε κατάλληλα τη βίδα µηδενισµού µε ένα κατσαβίδι. 2. Σύνδεση καλωδίων. Συνδέστε τα καλώδια µέτρησης στους ακροδέκτες του οργάνου όπως φαίνεται στην επόµενη εικόνα. 3. Έλεγχος Μπαταρίας. Το Led ένδειξης της κατάστασης της µπαταρίας αναβοσβήνει όταν η τελευταία είναι επαρκής. 4. οκιµή µηδενικής ένδειξης. Πιέστε το µπουτόν µέτρησης και κλειδώστε το στη θέση ON. Βραχυκυκλώστε τα ελεύθερα άκρα των καλωδίων σύνδεσης. Η βελόνα πρέπει να κινηθεί από τη θέση προς τη θέση 0 της κλίµακας των ΜΩ. Ελευθερώστε το µπουτόν µέτρησης µετά τη δοκιµή µηδενικής ένδειξης. ΠΡΟΣΟΧΗ: Όταν το µπουτόν µέτρησης είναι πατηµένο υπάρχει υψηλή τάση στους ακροδέκτες του οργάνου και συνεπώς στα ελεύθερα άκρα των καλωδίων. Ποτέ µην αγγίζετε τα ελεύθερα άκρα των καλωδίων όταν το µπουτόν µέτρησης είναι πατηµένο προκειµένου να αποφύγετε ένα ηλεκτρικό σοκ. 8
5. Έλεγχος ύπαρξης τάσης. Η µέτρηση της αντίστασης µόνωσης σ ένα κύκλωµα πρέπει να πραγµατοποιείται µόνο όταν το κύκλωµα είναι νεκρό, δηλαδή όταν δεν βρίσκεται υπό τάση. Για να µην χρησιµοποιούµε άλλο όργανο προκειµένου να διαπιστώσουµε αν υπάρχει τάση στο κύκλωµα, το ΜΕΓΓΕΡ µας παρέχει το ίδιο αυτή τη δυνατότητα µε την κλίµακα AC V που διαθέτει. Πραγµατοποιείστε τις συνδέσεις του Σχ. 2. Βεβαιωθείτε ότι ο διακόπτης της Γενικής Παροχής του ταµπλό είναι στη θέση 0. Συνδέστε τη γείωση της Γενικής Παροχής του ταµπλό µε τη γείωση του Πίνακα Οικίας. Συνδέστε τα ελεύθερα άκρα των καλωδίων µέτρησης στους ακροδέκτες Φάση και Γείωση του Πίνακα Οικίας. Η παρουσία τάσης στα άκρα του οργάνου ανιχνεύεται αυτόµατα αρκεί να µην πατήσετε το µπουτόν µέτρησης. Αν το κύκλωµα δεν είναι νεκρό διαβάστε την ένδειξη στη κλίµακα AC V. ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΙΚΙΑΣ Γενική Παροχή Ρ Ν Σχ.2 ΠΡΟΣΟΧΗ: Ποτέ µην πιέζετε το µπουτόν µέτρησης όταν υπάρχει τάση στο ελεγχόµενο κύκλωµα. Αν υπάρχει τάση στο ελεγχόµενο κύκλωµα αναζητήστε και αποµακρύνατε την αιτία που την προκαλεί, αν θέλετε να προχωρήσετε σε µέτρηση της αντίστασης µόνωσης. 9
ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ. Εφόσον διαπιστώσετε ότι το κύκλωµα του Σχ. 2 είναι νεκρό πατήστε το µπουτόν µέτρησης και κλειδώστε το στη θέση συνεχούς λειτουργίας (στροφή προς τα δεξιά). 2. ιαβάστε την ένδειξη στη κλίµακα των ΜΩ που δίνει την τιµή της αντίστασης µόνωσης. 3. Ελευθερώστε το µπουτόν µέτρησης ΠΡΟΣΟΧΗ: Ποτέ µην αφήνετε πιεσµένο το µπουτόν µέτρησης όταν δεν χρησιµοποιείται το όργανο. ΠΡΟΣΟΧΗ: Μην αγγίζετε το ελεγχόµενο κύκλωµα αµέσως µετά την µέτρηση της αντίστασης µόνωσης. Αν υπάρχει πυκνωτής στο ελεγχόµενο κύκλωµα αυτός θα έχει φορτιστεί στην υψηλή τάση που δηµιουργεί το όργανο και είναι πιθανόν να σας προκαλέσει ηλεκτρικό σοκ. 2 ο Παράδειγµα µέτρησης OFF ιακόπτης Ισχύος 3 ο Παράδειγµα µέτρησης Μονωµένος Αγωγός ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: Τάση οκιµής: 000 V Μέγιστη Αντίσταση: 2000 ΜΩ Ένδειξη Μέσου Κλίµακας: 50 ΜΩ Μέγιστη Τάση: 600 V Ακρίβεια: ± 5% (2-000 ΜΩ), ± 3% (0-600 V) 20
ΨΗΦΙΑΚΟ ΒΑΤΤΟΜΕΤΡΟ Οθόνη LED 3½ ψηφία ιακόπτης Λειτουργίας Οργάνου (ΟΝ-ΟFF) Μηδενισµός Βαττοµέτρου Πλήκτρα Επιλογής Μέτρησης/Κλίµακας Ακροδέκτες Σύνδεσης Πηγής Ακροδέκτες Σύνδεσης Φορτίου 2
Το ψηφιακό βαττόµετρο της εικόνας δίνει απ ευθείας µέτρηση της ισχύος που καταναλώνει ένα µονοφασικό φορτίο στην LCD 3½ ψηφίων οθόνη. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί και για µέτρηση AC και DC τάσης ή AC και DC ρεύµατος. Εδώ θα περιγράψουµε µόνο τη χρήση του ως Βαττοµέτρου. Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του βαττοµέτρου είναι τα ακόλουθα: Τάση Εισόδου: 0 έως 600V AC Ρεύµα Εισόδου: 0 έως 0 Α AC Συχνότητα Πηγής: 45-65 Ηz Κλίµακες: 0-2000 W µε ακρίβεια ±(%+d) και διακριτικότητα W 0-6000 W µε ακρίβεια ±(%+d) και διακριτικότητα 0 W Για την πραγµατοποίηση µιας µέτρησης ακολουθήστε τα πιο κάτω βήµατα:. Θέστε εκτός λειτουργίας την πηγή τροφοδοσίας και το φορτίο. 2. Ανοίξτε το διακόπτη λειτουργίας του οργάνου (Power ON). 3. Πατήστε το αντίστοιχο πλήκτρο κλίµακας των Watt βάσει της εκτιµούµενης µέγιστης ισχύος που θα µετρήσετε. Για την περίπτωση της ηλεκτρικής θερµάστρας επιλέξτε κλίµακα 2000 W. 4. Τοποθετήστε τα καλώδια που θα συνδέσουν την πηγή τροφοδοσίας στους αντίστοιχους ακροδέκτες του βαττοµέτρου. 5. Συνδέστε το φορτίο στους αντίστοιχους ακροδέκτες (Βλ. Σχ. 0). 6. Μηδενίστε την ψηφιακή ένδειξη του βαττοµέτρου. 7. Συνδέστε τα καλώδια τροφοδοσίας στην πηγή τροφοδοσίας. Η τελευταία να είναι εκτός λειτουργίας. 8. Ανοίξτε την πηγή τροφοδοσίας και µετά την σταθεροποίηση της ένδειξης διαβάστε την τιµή ισχύος σε Watts που καταναλώνει το φορτίο. 22