Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 13-20 (σελ. 130, 131) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 13-20

Πλήρεις λύσεις και των τριών ερωτήσεων της ενότητας — ο έλεγχος της συνέχειας στα νήματα του λαμπτήρα φθορισμού και στο μπάλαστ με δοκιμαστικό λαμπτήρα, το εξάρτημα που υποβαθμίζει τον συντελεστή ισχύος και η υποχρεωτική αντιστάθμισή του με πυκνωτή.

Θέμα 13 · Ερώτηση 1 — Έλεγχος διακοπής στα νήματα λαμπτήρα φθορισμού

Ερώτηση: ΙΙΙ. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡ: Πώς ελέγχεται η διακοπή στα νήματα ενός λαμπτήρα φθορισμού;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 130): Όταν θέλετε να ελέγξετε αν υπάρχει διακοπή στο νήμα ενός λαμπτήρα φθορισμού, πρέπει να πραγματοποιήσετε την παρακάτω συνδεσμολογία — το Κύκλωμα ελέγχου του νήματος λαμπτήρα φθορισμού με Πηγή, Νήμα και Δοκιμαστικό λαμπτήρα σε σειρά.

    ΚΥΚΛΩΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΝΗΜΑΤΟΣ
  
     ΠΗΓΗ ●───┬──[ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΟΣ ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ]──┬───● ΠΗΓΗ
              │                             │
              └──[ ΝΗΜΑ λαμπτήρα φθορισμού ]┘
  
     ΑΝΑΒΕΙ ο δοκιμαστικός  →  το νήμα έχει ΣΥΝΕΧΕΙΑ  ✔
     ΔΕΝ ανάβει             →  το νήμα είναι ΚΟΜΜΕΝΟ  ✘

  Το κριτήριο (σελ. 131): Αν η λάμπα δοκιμής ανάβει, τότε δεν υπάρχει διακοπή στο κύκλωμα που εξετάζεται. Η ίδια μέθοδος και για το τσοκ (σελ. 131): Επίσης, η ίδια διαδικασία ακολουθείται και για τον έλεγχο συνέχειας του μπάλαστ (τσοκ) — Κύκλωμα ελέγχου του μπάλαστ.

  Γιατί χρειάζεται δοκιμαστικός λαμπτήρας σε σειρά και όχι απευθείας σύνδεση: ο λαμπτήρας λειτουργεί ως περιοριστική αντίσταση. Αν το εξεταζόμενο στοιχείο είναι βραχυκυκλωμένο ή έχει πολύ μικρή αντίσταση, ο δοκιμαστικός λαμπτήρας απορροφά την υπόλοιπη τάση και αποτρέπει την υπερένταση. Πώς ερμηνεύεται η φωτεινότητα: Κανονικό άναμμα → πολύ μικρή αντίσταση στο εξεταζόμενο στοιχείο, δηλαδή συνέχεια (ή βραχυκύκλωμα). Αμυδρό άναμμα → υπάρχει συνέχεια αλλά με αξιόλογη αντίσταση. Σβηστός → διακοπή. Γιατί τα νήματα είναι κρίσιμα: ο λαμπτήρας φθορισμού προθερμαίνει τα νήματα ώστε να διευκολυνθεί η εκκίνηση της εκκένωσης. Κομμένο νήμα σημαίνει ότι ο λαμπτήρας δεν ανάβει ή αναβοσβήνει συνεχώς — το χαρακτηριστικό σύμπτωμα του λαμπτήρα στο τέλος της ζωής του. Η σειρά ελέγχου στην πράξη: 1. νήματα λαμπτήρα, 2. εκκινητής (starter), 3. μπάλαστ (τσοκ) με την ίδια μέθοδο, 4. καλωδίωση και επαφές του φωτιστικού. Η προσοχή: το κύκλωμα βρίσκεται υπό τάση δικτύου — οι ακροδέκτες είναι επικίνδυνοι, όπως ρητά προειδοποιεί το βιβλίο σε αντίστοιχη δοκιμή (θέμα 7, σελ. 69): δύο μεταλλικούς ακροδέκτες με τους οποίους πρέπει ο χειριστής να μην έρθει σε επαφή γιατί βρίσκονται υπό τάση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο έλεγχος γίνεται με δοκιμαστικό λαμπτήρα συνδεδεμένο σε σειρά: η πηγή, το νήμα του λαμπτήρα φθορισμού και ο δοκιμαστικός λαμπτήρας σχηματίζουν κλειστό κύκλωμα. Αν η λάμπα δοκιμής ανάβει, τότε δεν υπάρχει διακοπή στο κύκλωμα που εξετάζεται· αν δεν ανάβει, το νήμα είναι κομμένο. Η ίδια ακριβώς διαδικασία ακολουθείται και για τον έλεγχο της συνέχειας του μπάλαστ, δηλαδή του τσοκ. Ο δοκιμαστικός λαμπτήρας συνδέεται σε σειρά και όχι απευθείας, γιατί λειτουργεί ως περιοριστική αντίσταση: αν το εξεταζόμενο στοιχείο είναι βραχυκυκλωμένο ή έχει πολύ μικρή αντίσταση, ο λαμπτήρας απορροφά την υπόλοιπη τάση και αποτρέπει την υπερένταση. Η φωτεινότητα δίνει και πρόσθετη πληροφορία: κανονικό άναμμα σημαίνει πολύ μικρή αντίσταση, αμυδρό άναμμα σημαίνει συνέχεια με αξιόλογη αντίσταση και σβηστός λαμπτήρας σημαίνει διακοπή. Τα νήματα είναι κρίσιμα, γιατί ο λαμπτήρας φθορισμού τα προθερμαίνει για να διευκολυνθεί η εκκίνηση της εκκένωσης, οπότε κομμένο νήμα σημαίνει ότι ο λαμπτήρας δεν ανάβει ή αναβοσβήνει συνεχώς. Στην πράξη ελέγχονται με τη σειρά τα νήματα, ο εκκινητής, το μπάλαστ και η καλωδίωση, πάντοτε με προσοχή, γιατί οι ακροδέκτες βρίσκονται υπό τάση δικτύου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 13 · Ερώτηση 2 — Ποιο εξάρτημα μειώνει το συνφ του λαμπτήρα φθορισμού

Ερώτηση: ΕΡ: Ο λαμπτήρας φθορισμού μόνος του παρουσιάζει συνφ = 0,9. Ποιο εξάρτημα του μειώνει το συνφ και το κάνει 0,9;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 131): Το τσοκ ή μπάλαστ μειώνει το συνφ.

  Γιατί το τσοκ είναι υπεύθυνο: το μπάλαστ είναι ουσιαστικά ένα πηνίο με σιδηροπυρήνα — δηλαδή καθαρά επαγωγικό φορτίο. Όπως ορίζει το ίδιο το θέμα (σελ. 123): οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις φωτισμού και κίνησης περιλαμβάνουν πολλά επαγωγικά φορτία, όπως λαμπτήρες φθορισμού, επαγωγικούς κινητήρες και μετασχηματιστές. Επομένως, το διάνυσμα του ρεύματος σε τέτοιες εγκαταστάσεις θα βρίσκεται σε επιπορεία (καθυστέρηση) σε σχέση με το διάνυσμα της τάσης.

    ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΟΥ ΛΑΜΠΤΗΡΑ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ
  
     L ──[ ΤΣΟΚ / ΜΠΑΛΑΣΤ ]──[ ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ ]── N
              ▲                     ▲
         ΕΠΑΓΩΓΙΚΟ            σχεδόν ΩΜΙΚΟ
         (πηνίο)              (εκκένωση αερίου)
              │
       καθυστερεί το ρεύμα κατά γωνία φ  →  μειώνει το συνφ

  Ποιος είναι ο ρόλος του τσοκ και γιατί δεν μπορεί να παραλειφθεί: ο λαμπτήρας φθορισμού έχει αρνητική χαρακτηριστική τάσης-ρεύματος — μόλις ανάψει, η αντίστασή του πέφτει και το ρεύμα θα αυξανόταν απεριόριστα. Το τσοκ παρεμβάλλεται ως επαγωγική αντίσταση που περιορίζει το ρεύμα και, κατά την εκκίνηση, παράγει την υπέρταση που πυροδοτεί την εκκένωση. Η λύση (σελ. 131): Η ΔΕΗ υποχρεώνει τους πελάτες της να χρησιμοποιούν στους λαμπτήρες φθορισμού πυκνωτές — παράλληλη σύνδεση πυκνωτή που αντισταθμίζει την επαγωγή του τσοκ. Σημείωση για την εκφώνηση: η ερώτηση δηλώνει ότι ο λαμπτήρας μόνος του παρουσιάζει συνφ = 0,9 και ρωτά ποιο εξάρτημα το κάνει 0,9 — προφανές τυπογραφικό, αφού διαφορετικά δεν θα υπήρχε μεταβολή. Το νόημα είναι ότι ο λαμπτήρας από μόνος του έχει συντελεστή ισχύος κοντά στη μονάδα (σχεδόν ωμικό φορτίο) και το τσοκ τον κατεβάζει — στην πράξη σε τιμές γύρω στο 0,5, δηλαδή πολύ κάτω από το όριο του 0,85 που θέτουν οι εταιρείες ηλεκτροδότησης (σελ. 124). Γιατί έχει μεγάλη σημασία: τα φωτιστικά φθορισμού είναι πολλά και διαρκούς λειτουργίας σε κτίρια γραφείων, σχολεία και βιομηχανίες· το άθροισμα της άεργης ισχύος τους επιβαρύνει σοβαρά το δίκτυο, αφού (σελ. 124) όσο πιο χαμηλό είναι το συν φ< 0,85, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιβάρυνση των δικτύων με άεργη ισχύ. Η σύγχρονη εναλλακτική: τα ηλεκτρονικά μπάλαστ, τα οποία λειτουργούν σε υψηλή συχνότητα και έχουν ενσωματωμένη διόρθωση του συντελεστή ισχύος, φθάνοντας σε τιμές άνω του 0,95 χωρίς εξωτερικό πυκνωτή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το εξάρτημα που μειώνει τον συντελεστή ισχύος είναι το τσοκ ή μπάλαστ. Ο λόγος είναι ότι το μπάλαστ είναι ουσιαστικά ένα πηνίο με σιδηροπυρήνα, δηλαδή καθαρά επαγωγικό φορτίο, και έτσι το ρεύμα καθυστερεί ως προς την τάση· το ίδιο το θέμα αναφέρει ρητά ότι οι λαμπτήρες φθορισμού συγκαταλέγονται στα επαγωγικά φορτία των εγκαταστάσεων φωτισμού. Το τσοκ δεν μπορεί να παραλειφθεί, γιατί ο λαμπτήρας φθορισμού έχει αρνητική χαρακτηριστική τάσης ρεύματος: μόλις ανάψει, η αντίστασή του πέφτει και το ρεύμα θα αυξανόταν απεριόριστα. Το τσοκ λειτουργεί ως επαγωγική αντίσταση που περιορίζει το ρεύμα και, κατά την εκκίνηση, παράγει την υπέρταση που πυροδοτεί την εκκένωση. Σημειώνεται ότι η εκφώνηση δίνει την ίδια τιμή συντελεστή ισχύος και πριν και μετά, προφανές τυπογραφικό· το νόημα είναι ότι ο λαμπτήρας από μόνος του συμπεριφέρεται σχεδόν ωμικά, με συντελεστή κοντά στη μονάδα, ενώ με το τσοκ ο συντελεστής πέφτει πολύ κάτω από το όριο του μηδέν κόμμα ογδόντα πέντε. Η λύση είναι η παράλληλη σύνδεση πυκνωτή, ενώ σύγχρονη εναλλακτική αποτελούν τα ηλεκτρονικά μπάλαστ με ενσωματωμένη διόρθωση του συντελεστή ισχύος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 13 · Ερώτηση 3 — Υποχρέωση χρήσης πυκνωτών στους λαμπτήρες φθορισμού

Ερώτηση: ΕΡ: Η ΔΕΗ υποχρεώνει τους πελάτες της να χρησιμοποιούν στους λαμπτήρες φθορισμού πυκνωτές για τη βελτίωση του συνφ;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 131): Η ΔΕΗ υποχρεώνει τους πελάτες της να χρησιμοποιούν στους λαμπτήρες φθορισμού πυκνωτές με τους οποίους το συνφ σε 0,8. Μια συνηθισμένη τιμή των πυκνωτών είναι e=4 μF.

    ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΦΩΤΙΣΤΙΚΟΥ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ
  
     L ──┬──[ ΤΣΟΚ ]──[ ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ ]──┬── N
         │                            │
         └────────[ C ≈ 4 μF ]────────┘
                   παράλληλα στην είσοδο
  
     πριν:  Ι μεγάλο, συνφ χαμηλό
     μετά:  Ι΄ μικρότερο, συνφ ≈ 0,8

  Γιατί επιβάλλεται: η άεργη ισχύς δεν παράγει έργο, αλλά κυκλοφορεί στο δίκτυο και επιβαρύνει γραμμές, μετασχηματιστές και σταθμούς παραγωγής με επιπλέον ρεύμα, δηλαδή με απώλειες και πτώσεις τάσης. Όπως ορίζει το θέμα (σελ. 124): όσο πιο χαμηλό είναι το συν φ< 0,85, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιβάρυνση των δικτύων με άεργη ισχύ. Γιατί όχι πλήρης διόρθωση (σελ. 124): για λόγους οικονομικούς δεν πραγματοποιούμε πλήρη βελτίωση του συντελεστή σε συν φ=1 — το κόστος των πυκνωτών αυξάνεται δυσανάλογα για την τελευταία δεκάδα, ενώ υπάρχει και κίνδυνος υπεραντιστάθμισης (χωρητικό φορτίο) όταν το φορτίο μειώνεται. Ποια μέθοδος αντιστάθμισης είναι αυτή (σελ. 125): πρόκειται για α. Ατομική αντιστάθμιση — στη μέθοδο αυτή εγκαθιστούμε σε κάθε φορτίο μια μονάδα πυκνωτών κατάλληλης χωρητικότητας. Στα φωτιστικά φθορισμού είναι ιδανική, γιατί ο πυκνωτής μπαίνει και βγαίνει από το κύκλωμα μαζί με το φορτίο του, χωρίς κίνδυνο υπεραντιστάθμισης. Πώς προκύπτει η τιμή των 4 μF: από τον τύπο υπολογισμού των πυκνωτών (σελ. 126) — φKVAR = k·PΠ(KW), όπου k = (εφφ1 − εφφ2) — και τη μετατροπή της άεργης ισχύος σε χωρητικότητα στα 230 V / 50 Hz. Για ένα τυπικό φωτιστικό των 40 W με αρχικό συνφ γύρω στο 0,5, ο απαιτούμενος πυκνωτής προκύπτει περίπου 4 μF. Η προσοχή που απαιτούν οι πυκνωτές (σελ. 125-126): οι πυκνωτές είναι τα πλέον δύσκολα φορτία ως προς τη ζεύξη στο δίκτυο και απαιτούν όργανα χειρισμού και ασφάλειες με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά· επίσης η εισαγωγή των πυκνωτών στις εγκαταστάσεις αποτελεί αιτία προβλημάτων… Τέτοια προβλήματα είναι η δημιουργία υπερεντάσεων και αρμονικών στο δίκτυο. Η ασφάλεια του χειριστή (θέμα 14, σελ. 136): σε μεγαλύτερες διατάξεις για λόγους προστασίας του χειριστή, συνδέονται αντιστάσεις εκφόρτισης παράλληλα με τον πυκνωτή — στα μικρά φωτιστικά ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσα από το τύλιγμα του τσοκ.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ναι, η επιχείρηση ηλεκτροδότησης υποχρεώνει τους πελάτες της να χρησιμοποιούν στους λαμπτήρες φθορισμού πυκνωτές, με τους οποίους ο συντελεστής ισχύος ανεβαίνει στο μηδέν κόμμα οκτώ, με συνηθισμένη τιμή πυκνωτή περίπου τέσσερα μικροφαράντ. Η υποχρέωση επιβάλλεται, γιατί η άεργη ισχύς δεν παράγει έργο αλλά κυκλοφορεί στο δίκτυο και επιβαρύνει γραμμές, μετασχηματιστές και σταθμούς παραγωγής με επιπλέον ρεύμα, δηλαδή με απώλειες και πτώσεις τάσης· όσο χαμηλότερος είναι ο συντελεστής ισχύος από το μηδέν κόμμα ογδόντα πέντε, τόσο μεγαλύτερη η επιβάρυνση. Δεν επιδιώκεται πλήρης διόρθωση σε μονάδα για οικονομικούς λόγους, αφού το κόστος των πυκνωτών αυξάνεται δυσανάλογα και υπάρχει κίνδυνος υπεραντιστάθμισης. Πρόκειται για ατομική αντιστάθμιση, δηλαδή για εγκατάσταση μονάδας πυκνωτών σε κάθε φορτίο, μέθοδο ιδανική για τα φωτιστικά φθορισμού, γιατί ο πυκνωτής μπαίνει και βγαίνει από το κύκλωμα μαζί με το φορτίο του. Η τιμή των τεσσάρων μικροφαράντ προκύπτει από τον τύπο υπολογισμού της άεργης ισχύος και τη μετατροπή της σε χωρητικότητα για τα διακόσια τριάντα volt και τα πενήντα hertz. Σημειώνεται ότι οι πυκνωτές είναι δύσκολα φορτία ως προς τη ζεύξη, απαιτούν όργανα και ασφάλειες με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και μπορούν να δημιουργήσουν υπερεντάσεις και αρμονικές στο δίκτυο.

Κριτήρια αξιολόγησης: