Τίτλος Άσκησης: Συναρμολόγηση και δοκιμή πίνακα κίνησης μιας γραμμής με διακόπτη Υ/Δ και αυτόματο προστασίας Το πρόβλημα προς διερεύνηση Σε μια μικρή βιομηχανική εγκατάσταση πρέπει να τεθεί σε λειτουργία ένας τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. Κατά την απευθείας εκκίνησή του παρατηρείται: • υψηλό ρεύμα εκκίνησης, • στιγμιαία πτώση τάσης, • μηχανική καταπόνηση της μετάδοσης, • πιθανή ενεργοποίηση της προστασίας. Στο εργαστήριο υπάρχουν: τριφασικός κινητήρας με έξι ακροδέκτες, χειροκίνητος διακόπτης αστέρα–τριγώνου, αυτόματος διακόπτης προστασίας κινητήρα, πίνακας και υλικά σύνδεσης. Κεντρικό διερευνητικό ερώτημα Μπορούμε να κατασκευάσουμε έναν πίνακα που θα περιορίζει το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα, θα επιτρέπει την κανονική λειτουργία του και θα τον προστατεύει από υπερφόρτιση και βραχυκύκλωμα; Οι μαθητές δεν λαμβάνουν εξαρχής ολοκληρωμένο σχέδιο συρμάτωσης. Πρέπει πρώτα να διερευνήσουν: • αν ο κινητήρας είναι κατάλληλος για εκκίνηση Υ/Δ, • τι ακριβώς αλλάζει στα τυλίγματα στις θέσεις Υ και Δ, • πώς συνδέεται ο διακόπτης, • πώς επιλέγεται και ρυθμίζεται η προστασία, • με ποια σειρά θα ελεγχθεί με ασφάλεια ο πίνακας. Αφόρμηση – «Ο κινητήρας που δεν πρέπει να ξεκινήσει απευθείας» Ο εκπαιδευτικός παρουσιάζει: • την πινακίδα του κινητήρα, • την κλεμοσειρά των έξι ακροδεκτών, • τον διακόπτη Υ/Δ, • τον αυτόματο προστασίας. Δεν εξηγεί αρχικά τη συνδεσμολογία. Διερευνητική ερώτηση 1: Γιατί ο κινητήρας διαθέτει έξι και όχι τρεις ακροδέκτες; Διερευνητική ερώτηση 2: Ποια στοιχεία της πινακίδας πρέπει να ελέγξουμε; Διερευνητική ερώτηση 3: Τι θα συμβεί αν λειτουργήσει σε αστέρα και παραμείνει εκεί; Διερευνητική ερώτηση 4: Τι θα συμβεί αν επιλεγεί απευθείας η θέση Δ; Διερευνητική ερώτηση 5: Μπορεί οποιοσδήποτε τριφασικός κινητήρας να εκκινήσει με Υ/Δ; Διερευνητική ερώτηση 6: Τι προστατεύει ο αυτόματος: τον άνθρωπο, τη γραμμή ή τον κινητήρα; Διερευνητική ερώτηση 7: Πώς θα αναγνωρίσουμε τις επαφές του διακόπτη χωρίς να τον συνδέσουμε στο δίκτυο; Οι ομάδες καταγράφουν αρχική υπόθεση πριν αγγίξουν τα υλικά. Έλεγχος καταλληλότητας κινητήρα Κάθε ομάδα παρατηρεί την πινακίδα και συμπληρώνει: • ονομαστική ισχύ, • ονομαστική τάση, • ονομαστικό ρεύμα, • συχνότητα, • συνδεσμολογία Υ/Δ, • βαθμό προστασίας, • συντελεστή ισχύος, • ονομαστικές στροφές. Κρίσιμο σημείο διερεύνησης Για εκκίνηση Υ/Δ σε δίκτυο 400 V, ο κινητήρας πρέπει να είναι κατάλληλος να λειτουργεί κανονικά σε τρίγωνο στα 400 V, συνήθως με ένδειξη Δ/Y 400/690 V, και να διαθέτει έξι προσβάσιμα άκρα τυλιγμάτων. Κινητήρας με ένδειξη 230/400 V Δ/Y δεν πρέπει να λειτουργήσει σε τρίγωνο σε δίκτυο 400 V. Απόφαση ομάδας Οι μαθητές επιλέγουν μία απάντηση και την αιτιολογούν: • Ο κινητήρας είναι κατάλληλος. • Ο κινητήρας δεν είναι κατάλληλος. • Δεν υπάρχουν ακόμη αρκετά στοιχεία. Διερεύνηση των τυλιγμάτων Με τον κινητήρα πλήρως απομονωμένο: • Αφαιρούνται όλες οι μεταλλικές γέφυρες. • Μετριέται η συνέχεια μεταξύ των ακροδεκτών. • Εντοπίζονται τα τρία ανεξάρτητα τυλίγματα. • Συγκρίνονται οι αντιστάσεις τους. • Καταγράφονται τα αποτελέσματα. Διερευνητική ερώτηση 8: Γιατί οι τρεις αντιστάσεις πρέπει να είναι περίπου ίσες; Διερευνητική ερώτηση 9: Τι υποδηλώνει ένδειξη ανοικτού κυκλώματος; Διερευνητική ερώτηση 10: Τι θα μπορούσε να σημαίνει πολύ μικρότερη αντίσταση σε ένα τύλιγμα; Διερευνητική ερώτηση 11: Γιατί δεν αρκεί μόνο ο έλεγχος συνέχειας; Διερευνητική ερώτηση 12: Πώς ελέγχεται η μόνωση προς το μεταλλικό περίβλημα; «Ανακάλυψη» του διακόπτη Υ/Δ Οι ομάδες λαμβάνουν τον διακόπτη χωρίς έτοιμο πίνακα αντιστοίχισης επαφών. Με το πολύμετρο στη συνέχεια εξετάζουν τις θέσεις: • 0 • Υ • Δ Καταγράφουν ποιες επαφές κλείνουν σε κάθε θέση. Αποστολή ομάδας Να σχεδιάσει: • τη συνδεσμολογία αστέρα, • τη συνδεσμολογία τριγώνου, • τη διαδρομή του ρεύματος σε κάθε θέση, • τον τρόπο με τον οποίο ο διακόπτης πραγματοποιεί την αλλαγή. Ερώτημα ασφαλείας: Γιατί ο διακόπτης πρέπει να αποκλείει την ταυτόχρονη πραγματοποίηση των συνδέσεων Υ και Δ; Οι μαθητές προβλέπουν το αποτέλεσμα μιας λανθασμένης ταυτόχρονης σύνδεσης πριν συζητηθεί η απάντηση. Σύγκριση Υ και Δ Οι ομάδες συμπληρώνουν τον πίνακα πρόβλεψης: Ερώτηση εφαρμογής Ένας κινητήρας κινεί μηχανισμό που απαιτεί μεγάλη ροπή από την πρώτη στιγμή. Είναι κατάλληλη η εκκίνηση Υ/Δ; Οι μαθητές τεκμηριώνουν γιατί η μέθοδος είναι καταλληλότερη για κινητήρες που ξεκινούν χωρίς φορτίο ή με μικρό φορτίο. Διερεύνηση της προστασίας Οι ομάδες εξετάζουν τον αυτόματο προστασίας και εντοπίζουν: • ονομαστική τάση, • περιοχή ρύθμισης, • θερμική προστασία, • μαγνητική προστασία, • πλήκτρα ή χειριστήριο START–STOP, • βοηθητικές επαφές, εφόσον υπάρχουν, • ακροδέκτες εισόδου και εξόδου. Διερευνητική ερώτηση 13: Ποιο στοιχείο ενεργοποιείται σε παρατεταμένη υπερφόρτιση; Διερευνητική ερώτηση 14: Ποιο στοιχείο αντιδρά σε πολύ μεγάλο ρεύμα βραχυκυκλώματος; Διερευνητική ερώτηση 15: Από πού προκύπτει η σωστή ρύθμιση; Διερευνητική ερώτηση 16: Γιατί δεν ρυθμίζουμε τον αυτόματο στη μέγιστη διαθέσιμη τιμή; Διερευνητική ερώτηση 17: Τι θα συμβεί αν χαθεί μία φάση; Διερευνητική ερώτηση 18: Επιτρέπεται επαναφορά της προστασίας χωρίς να διερευνηθεί η αιτία; Ο αυτόματος που βρίσκεται στη γραμμή τροφοδοσίας του κινητήρα ρυθμίζεται σύμφωνα με το ονομαστικό ρεύμα και τις οδηγίες του κατασκευαστή. Η θέση της προστασίας μέσα στη συνδεσμολογία πρέπει πάντοτε να λαμβάνεται υπόψη. Σχεδιασμός πριν από την κατασκευή Κάθε ομάδα συντάσσει: • μονογραμμικό σχέδιο, • πολυγραμμικό σχέδιο ισχύος, • σχέδιο εμπρόσθιας όψης, • σχέδιο συρμάτωσης, • υπόμνημα υλικών, • πίνακα ακροδεκτών, • σχέδιο σύνδεσης του κινητήρα. Σημείο ελέγχου 1 Καμία ομάδα δεν προχωρά στη συναρμολόγηση πριν εγκριθούν: • η σειρά των συσκευών, • η συνδεσμολογία του διακόπτη, • η αντιστοίχιση των έξι αγωγών του κινητήρα, • η επιλογή των αγωγών, • η ρύθμιση του αυτόματου, • η σύνδεση του αγωγού προστασίας PE. Οργάνωση της ομάδας Προτείνονται τέσσερις ρόλοι: • Υπεύθυνος σχεδίου: ελέγχει κάθε σύνδεση ως προς το σχέδιο. • Υπεύθυνος υλικών: αναγνωρίζει συσκευές, αγωγούς και ακροδέκτες. • Υπεύθυνος συνδεσμολογίας: πραγματοποιεί τις συνδέσεις. • Υπεύθυνος ελέγχων και ασφάλειας: εκτελεί τις μετρήσεις και συμπληρώνει το πρωτόκολλο. Οι ρόλοι εναλλάσσονται ώστε όλοι οι μαθητές να εκτελέσουν διαφορετικές εργασίες. Κατασκευή του πίνακα Οι μαθητές αποφασίζουν και αιτιολογούν: • τη θέση του αυτόματου προστασίας, • τη θέση του διακόπτη Υ/Δ, • την όδευση των αγωγών, • τον διαχωρισμό των εισερχόμενων και εξερχόμενων αγωγών, • τον τρόπο σήμανσης, • τη θέση του ακροδέκτη PE, • τα μήκη απογύμνωσης, • τη χρήση ακροχιτωνίων, • την απαιτούμενη μηχανική στήριξη. Κανόνας κατασκευής Κάθε αγωγός: • αναγνωρίζεται στο σχέδιο, • σημαίνεται, • κόβεται στο κατάλληλο μήκος, • τερματίζεται, • συνδέεται, • ελέγχεται με ελαφριά μηχανική έλξη, • σημειώνεται ως ολοκληρωμένος στο σχέδιο. Έλεγχοι χωρίς τάση Πριν από οποιαδήποτε ηλεκτροδότηση πραγματοποιούνται: • Οπτικός έλεγχος • σωστή στερέωση συσκευών, • απουσία εκτεθειμένου χαλκού, • κατάλληλοι ακροδέκτες και ακροχιτώνια, • σωστή σήμανση, • σύνδεση του PE, • απουσία μεταλλικών γεφυρών στην κλεμοσειρά του κινητήρα, εφόσον τη μεταγωγή πραγματοποιεί ο εξωτερικός διακόπτης, • συμφωνία κατασκευής και σχεδίου. Ηλεκτρικός έλεγχος • συνέχεια αγωγού προστασίας, • απουσία βραχυκυκλώματος μεταξύ φάσεων, • απουσία ανεπιθύμητης συνέχειας φάσης–PE, • συνέχεια κάθε προβλεπόμενης διαδρομής, • επιβεβαίωση των επαφών στις θέσεις 0–Υ–Δ, • έλεγχος μόνωσης με κατάλληλο όργανο και διαδικασία. Σημείο ελέγχου 2 • Η ομάδα παρουσιάζει τα αποτελέσματα στον εκπαιδευτικό. • Η ηλεκτροδότηση γίνεται αποκλειστικά από τον εκπαιδευτικό. Πρόβλεψη πριν από τη δοκιμή Πριν τεθεί ο πίνακας υπό τάση, οι μαθητές συμπληρώνουν: Οι ομάδες συμφωνούν εκ των προτέρων σε κριτήρια άμεσης διακοπής: • ασυνήθιστος θόρυβος, • έντονοι κραδασμοί, • καπνός ή οσμή, • μεγάλη ασυμμετρία ρευμάτων, • αδυναμία επιτάχυνσης, • ενεργοποίηση προστασίας, • μη αναμενόμενη φορά περιστροφής. Ελεγχόμενη δοκιμή λειτουργίας Μετά την έγκριση του εκπαιδευτικού: • Ο διακόπτης Υ/Δ τοποθετείται στη θέση 0. • Ενεργοποιείται η τροφοδοσία. • Επιλέγεται η θέση Υ. • Παρατηρείται η εκκίνηση του κινητήρα. • Μετρώνται τα ρεύματα των τριών φάσεων με αμπεροτσιμπίδα. • Όταν ο κινητήρας προσεγγίσει την κανονική ταχύτητα, επιλέγεται η θέση Δ. • Επαναλαμβάνονται οι μετρήσεις. • Ελέγχονται θόρυβος, κραδασμοί και φορά περιστροφής. • Ο κινητήρας σταματά με επιστροφή στη θέση 0. • Ακολουθεί απομόνωση και επιβεβαίωση απουσίας τάσης. Διερεύνηση κρυφών βλαβών Ο εκπαιδευτικός εισάγει μία βλάβη κάθε φορά, αποκλειστικά με τον πίνακα απομονωμένο. Οι ομάδες δεν επιτρέπεται να αλλάζουν τυχαία συνδέσεις. Ενδεικτικές βλάβες: • Αντιστροφή δύο αγωγών τροφοδοσίας. • Διακοπή ενός αγωγού προς το τύλιγμα. • Λανθασμένη αντιστοίχιση αρχής και τέλους ενός τυλίγματος. • Χαλαρός ακροδέκτης. • Λανθασμένη ρύθμιση του αυτόματου προστασίας. • Αγωγός τοποθετημένος σε λανθασμένη επαφή του διακόπτη. • Διακοπή του αγωγού προστασίας. • Μηχανικό κώλυμα στη μεταγωγή του διακόπτη. Πρωτόκολλο διάγνωσης Για κάθε βλάβη οι μαθητές καταγράφουν: • παρατηρούμενο σύμπτωμα, • πιθανές αιτίες, • ασφαλή μέθοδο ελέγχου, • μετρήσεις, • πραγματική αιτία, • ενέργεια αποκατάστασης, • τελικό επανέλεγχο. Αναμενόμενο συμπέρασμα Οι μαθητές αναμένεται να καταλήξουν ότι: • στη θέση Υ κάθε τύλιγμα δέχεται μικρότερη τάση, • το ρεύμα και η ροπή εκκίνησης μειώνονται, • η θέση Υ χρησιμοποιείται μόνο για την εκκίνηση, • η κανονική λειτουργία πραγματοποιείται στη θέση Δ, • ο κινητήρας πρέπει να είναι κατάλληλος για τη συγκεκριμένη τάση δικτύου, • απαιτούνται έξι προσβάσιμοι ακροδέκτες, • ο αυτόματος προστασίας πρέπει να επιλέγεται και να ρυθμίζεται σύμφωνα με τον κινητήρα και τη θέση σύνδεσής του, • η σωστή λειτουργία δεν αποδεικνύει από μόνη της ότι η κατασκευή είναι ασφαλής, • η ηλεκτροδότηση επιτρέπεται μόνο μετά την ολοκλήρωση των ελέγχων. Επέκταση της διερεύνησης Οι ομάδες μπορούν να εξετάσουν: • Πώς θα γινόταν η μεταγωγή Υ/Δ αυτόματα; • Ποιοι τρεις ηλεκτρονόμοι θα απαιτούνταν; • Γιατί χρειάζεται ηλεκτρική και μηχανική μανδάλωση; • Ποιος είναι ο ρόλος του χρονικού; • Γιατί απαιτείται μικρός χρόνος ασφαλείας μεταξύ αποσύνδεσης Υ και σύνδεσης Δ; • Πώς θα προστεθούν START, STOP και Emergency Stop; • Πώς θα ενσωματωθεί βοηθητική επαφή του αυτόματου στο κύκλωμα ελέγχου; • Πώς θα καταγραφεί η πραγματική λειτουργία του κινητήρα και όχι μόνο η εντολή; • Πώς θα μπορούσε το κύκλωμα να ελεγχθεί με PLC; Αξιολόγηση Η αξιολόγηση δεν βασίζεται μόνο στο αν περιστρέφεται ο κινητήρας. Τελική ερώτηση αναστοχασμού Ποια στοιχεία αποδεικνύουν ότι ο πίνακας δεν λειτουργεί απλώς, αλλά λειτουργεί σωστά και με ασφάλεια; Η απάντηση πρέπει να στηρίζεται σε: • σχέδια, • οπτικό έλεγχο, • μετρήσεις, • λειτουργική δοκιμή, • έλεγχο προστασίας, • τεκμηρίωση των αποτελεσμάτων.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Μαθησιακοί στόχοι Γνώσεις Οι μαθητές θα μπορούν:  να εξηγούν γιατί χρησιμοποιείται η εκκίνηση αστέρα–τριγώνου,  να αναγνωρίζουν τις θέσεις 0–Υ–Δ,  να περιγράφουν τη σύνδεση των τυλιγμάτων σε αστέρα και τρίγωνο,  να εξηγούν τη λειτουργία του αυτόματου προστασίας κινητήρα,  να διακρίνουν την προστασία από υπερφόρτιση από την προστασία έναντι βραχυκυκλώματος,  να ερμηνεύουν τα στοιχεία της πινακίδας ενός κινητήρα. Δεξιότητες Οι μαθητές θα μπορούν:  να εντοπίζουν τα ζεύγη των τυλιγμάτων,  να αναγνωρίζουν τους ακροδέκτες U1–V1–W1 και U2–V2–W2,  να ελέγχουν αν ένας κινητήρας διαθέτει έξι προσβάσιμους ακροδέκτες,  να εξετάζουν αν η ονομαστική τάση επιτρέπει εκκίνηση Υ/Δ,  να αναγνωρίζουν τις επαφές του διακόπτη με πολύμετρο,  να σχεδιάζουν το μονογραμμικό και το πολυγραμμικό κύκλωμα,  να συναρμολογούν και να συρματώνουν τον πίνακα,  να πραγματοποιούν οπτικούς και ηλεκτρικούς ελέγχους εκτός τάσης,  να εκτελούν ελεγχόμενη δοκιμή λειτουργίας,  να εντοπίζουν και να αποκαθιστούν σφάλματα. Στάσεις Οι μαθητές επιδιώκεται:  να μη συνδέουν εξοπλισμό μόνο από το χρώμα ή την εμφάνιση,  να ζητούν έγκριση πριν από την ηλεκτροδότηση,  να θεωρούν τη μέτρηση μέρος της κατασκευής και όχι πρόσθετη εργασία,  να συνεργάζονται με σαφείς ρόλους,  να τεκμηριώνουν κάθε αλλαγή,  να σταματούν τη δοκιμή όταν εμφανίζεται μη αναμενόμενη συμπεριφορά.