Τίτλος Άσκησης: Υλικά χαμηλής τάσης: Πώς επιλέγουμε το κατάλληλο υλικό για μια ασφαλή ηλεκτρική εγκατάσταση; Κεντρικό διερευνητικό ερώτημα Μπορούμε να επιλέξουμε ένα ηλεκτρολογικό υλικό μόνο από την εμφάνισή του ή πρέπει να γνωρίζουμε τη λειτουργία, τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τη θέση του στην εγκατάσταση; Σενάριο πραγματικής εφαρμογής Το σχολείο πρόκειται να διαμορφώσει ένα μικρό εργαστήριο που θα περιλαμβάνει: • κύκλωμα φωτισμού, • ρευματοδότες, • ηλεκτρονικό υπολογιστή, • μονοφασικό κινητήρα, • μεταλλικό ηλεκτρικό πίνακα. Στον πάγκο υπάρχουν διάφορα καλώδια, ασφάλειες, μικροαυτόματοι, διακόπτες, RCD, RCBO, SPD και υλικά χειρισμού. Οι σημάνσεις ορισμένων υλικών είναι δυσδιάκριτες. Οι μαθητές πρέπει να απαντήσουν: Ποια υλικά χρειαζόμαστε, τι προστατεύει το καθένα και πώς θα ελέγξουμε ότι είναι κατάλληλο; Αρχική πρόκληση – Το «κουτί του ηλεκτρολόγου» Ο εκπαιδευτικός δίνει σε κάθε ομάδα ένα σύνολο υλικών: • τμήματα καλωδίων διαφορετικής διατομής, • ασφάλεια τήξης, • μικροαυτόματο, • RCD/RCCB, • RCBO, • SPD, • διακόπτη φορτίου, • απλό διακόπτη φωτισμού, • διακόπτη αλέ-ρετούρ, • dimmer, • ρευματοδότη, • ακροδέκτη ή κλέμα σύνδεσης. Οι μαθητές δεν λαμβάνουν αρχικά θεωρητικές πληροφορίες. Πρώτη αποστολή Για κάθε αντικείμενο καταγράφουν: Σημείωση: Απαγορεύεται η εφαρμογή τάσης. Σε αυτή τη φάση γίνεται μόνο παρατήρηση και αναγνώριση. Φάση 1 — Ταξινόμηση χωρίς βοήθεια Οι ομάδες χωρίζουν τα υλικά στις παρακάτω κατηγορίες: • Αγωγοί και καλώδια • Υλικά σύνδεσης • Υλικά χειρισμού • Υλικά απομόνωσης • Προστασία από υπερένταση • Προστασία από διαρροή • Προστασία από μεταβατικές υπερτάσεις Διερευνητική ερώτηση 1: Μπορεί ένα υλικό να ανήκει σε περισσότερες από μία κατηγορίες; Διερευνητική ερώτηση 2: Ένας γενικός διακόπτης προστατεύει πάντα και από βραχυκύκλωμα; Διερευνητική ερώτηση 3: Οποιαδήποτε συσκευή διαθέτει μοχλό είναι ασφάλεια; Διερευνητική ερώτηση 4: Το πλήκτρο TEST αποδεικνύει ότι το υλικό προστατεύει από υπερφόρτιση; Διερευνητική ερώτηση 5: Ποια στοιχεία της συσκευής στηρίζουν την ταξινόμησή σας; Οι ομάδες παρουσιάζουν τις επιλογές τους. Δεν διορθώνονται αμέσως· καταγράφονται οι διαφωνίες για έλεγχο στις επόμενες φάσεις. Φάση 2 — Διερεύνηση καλωδίων Οι μαθητές εξετάζουν διαφορετικά δείγματα αγωγών και καλωδίων. Αποστολή Να εντοπίσουν: • υλικό αγωγού, • μονόκλωνη ή πολύκλωνη κατασκευή, • αριθμό αγωγών, • ονομαστική διατομή, • είδος μόνωσης, • ονομαστική τάση, • πιθανή εφαρμογή. Διερευνητική ερώτηση 6: Δύο αγωγοί ίδιας εξωτερικής διαμέτρου έχουν υποχρεωτικά ίδια διατομή; Διερευνητική ερώτηση 7: Η μεγαλύτερη διατομή σημαίνει πάντοτε ότι το καλώδιο είναι κατάλληλο; Διερευνητική ερώτηση 8: Γιατί η επιλογή δεν γίνεται μόνο με βάση το ρεύμα του φορτίου; Διερευνητική ερώτηση 9 Πώς επηρεάζουν το μήκος και η πτώση τάσης την επιλογή; Διερευνητική ερώτηση 10: Πώς επηρεάζουν ο τρόπος εγκατάστασης, η θερμοκρασία και η ομαδοποίηση; Διερευνητική ερώτηση 11: Επιτρέπεται να προσδιορίσουμε τη χρήση ενός αγωγού αποκλειστικά από το χρώμα του; Μικρό πρόβλημα Δίνονται δύο φορτία ίδιας ισχύος, αλλά το ένα βρίσκεται 5 m και το άλλο 50 m από τον πίνακα. Θα χρησιμοποιήσουμε οπωσδήποτε την ίδια διατομή; Ποια επιπλέον στοιχεία χρειαζόμαστε για να αποφασίσουμε; Αναμενόμενο συμπέρασμα: Η διατομή δεν επιλέγεται μόνο από την ισχύ. Εξετάζονται το ρεύμα φορτίου, το επιτρεπόμενο ρεύμα του αγωγού, η πτώση τάσης, το μήκος, ο τρόπος εγκατάστασης, οι συνθήκες περιβάλλοντος και η συνεργασία με τη διάταξη προστασίας. Φάση 3 — Ποιος προστατεύει από τι; Οι μαθητές λαμβάνουν τις ακόλουθες κάρτες σφάλματος: • υπερφόρτιση, • βραχυκύκλωμα, • διαρροή προς γη, • επαφή ανθρώπου με ενεργό μέρος, • κεραυνική ή μεταβατική υπέρταση, • ανάγκη χειροκίνητης απομόνωσης. Πρέπει να αντιστοιχίσουν κάθε περίπτωση με το κατάλληλο υλικό. Κρίσιμο ερώτημα: Αν ένας πίνακας διαθέτει μόνο RCD, προστατεύεται το καλώδιο από υπερφόρτιση και βραχυκύκλωμα; Αναμενόμενη απάντηση: Όχι. Το RCD ανιχνεύει διαφορικό ρεύμα. Απαιτείται κατάλληλη προστασία υπερέντασης, εκτός αν χρησιμοποιείται RCBO που συνδυάζει τις δύο λειτουργίες. Φάση 4 — Ασφάλεια τήξης και μικροαυτόματος Οι μαθητές συγκρίνουν μία ασφάλεια τήξης με έναν μικροαυτόματο. Παρατηρούν και καταγράφουν • δυνατότητα επαναφοράς, • ονομαστικό ρεύμα, • ικανότητα διακοπής, • τρόπο λειτουργίας, • ένδειξη ενεργοποίησης, • ανάγκη αντικατάστασης, • δυνατότητα απομόνωσης. Διερευνητική ερώτηση 12: Γιατί δεν επιτρέπεται να αντικατασταθεί το τηκτό στοιχείο με σύρμα; Διερευνητική ερώτηση 13: Γιατί ένας μικροαυτόματος που έπεσε δεν πρέπει να επαναφέρεται συνεχώς; Διερευνητική ερώτηση 14: Τι μπορεί να σημαίνει επαναλαμβανόμενη ενεργοποίηση; Διερευνητική ερώτηση 15: Αρκεί να έχει ένας μικροαυτόματος το ίδιο ονομαστικό ρεύμα για να θεωρηθεί ισοδύναμος με κάποιον άλλο; Διερευνητική ερώτηση 16: Τι δηλώνουν η χαρακτηριστική καμπύλη και η ικανότητα διακοπής; Σενάριο Ένας μικροαυτόματος ενεργοποιείται αμέσως μόλις δοθεί τάση. Οι ομάδες κατατάσσουν τις πιθανές αιτίες: • βραχυκύκλωμα, • λανθασμένη καλωδίωση, • ελαττωματικό φορτίο, • ακατάλληλος μικροαυτόματος, • υπερφόρτιση. Στη συνέχεια αποφασίζουν ποια αιτία θα ελέγξουν πρώτη και γιατί. Φάση 5 — Πείραμα λειτουργίας RCD Η διερεύνηση πραγματοποιείται αποκλειστικά σε κατάλληλο εκπαιδευτικό πίνακα και υπό την επίβλεψη του εκπαιδευτικού. Πριν από τη δοκιμή Οι μαθητές προβλέπουν: • Τι θα συμβεί αν πατηθεί το TEST; • Χρειάζεται το RCD τροφοδότηση για να λειτουργήσει το ενσωματωμένο TEST; • Προστατεύει το TEST από μόνο του την εγκατάσταση; • Αν δεν πέσει το RCD, ποια ενέργεια είναι ασφαλής; Μετά τη δοκιμή Καταγράφουν: • αρχική κατάσταση, • ενέργεια που πραγματοποιήθηκε, • αποτέλεσμα, • συμπέρασμα, • επόμενη ασφαλή ενέργεια. Ερώτημα σύγκρουσης ιδεών: Αν το ρεύμα που φεύγει από τη φάση επιστρέφει ολόκληρο από τον ουδέτερο, θα λειτουργήσει το RCD ακόμη και αν το φορτίο καταναλώνει μεγάλο ρεύμα; Το ερώτημα βοηθά τους μαθητές να ξεχωρίσουν το μεγάλο ρεύμα φορτίου από το διαφορικό ρεύμα. Φάση 6 — Διερεύνηση SPD Οι ομάδες εξετάζουν εικόνες ή πραγματικά SPD Τύπου 1, 2 και 3. Αποστολή Να εντοπίσουν: • τον τύπο SPD, • την ονομαστική τάση, • την ένδειξη κατάστασης, • το επίπεδο προστασίας, • την ικανότητα εκφόρτισης, • τη θέση εγκατάστασης, • την απαιτούμενη εφεδρική προστασία. Πρόβλημα Μία σχολική εγκατάσταση διαθέτει: • τροφοδότηση από εναέριο δίκτυο, • κεντρικό πίνακα, • υποπίνακα εργαστηρίου, • ευαίσθητους υπολογιστές. Οι μαθητές προτείνουν κλιμακωτή προστασία. Διερευνητική ερώτηση 17: Γιατί ένα SPD δεν συνδέεται απλώς σε σειρά με το φορτίο; Διερευνητική ερώτηση 18: Γιατί η σύνδεσή του προς τη γείωση πρέπει να είναι κατάλληλη και όσο γίνεται σύντομη; Διερευνητική ερώτηση 19: Ένα SPD προστατεύει από παρατεταμένη υπέρταση; Διερευνητική ερώτηση 20: Τι σημαίνει η αλλαγή χρώματος της ένδειξης; Διερευνητική ερώτηση 21: Γιατί η προστασία Τύπου 3 δεν αντικαθιστά πάντοτε την προστασία Τύπου 2; Φάση 7 — Διακόπτης, αποζεύκτης ή προστασία; Οι μαθητές συγκρίνουν: • απλό διακόπτη, • διακόπτη φορτίου, • αποζεύκτη, • μικροαυτόματο, • ασφαλειοαποζεύκτη. Καλούνται να συμπληρώσουν: Κρίσιμο πείραμα σκέψης: Τι μπορεί να συμβεί αν ανοίξουμε έναν απλό αποζεύκτη ενώ διέρχεται μεγάλο ρεύμα φορτίου; Οι μαθητές πρέπει να αναφερθούν στη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου και στην ανάγκη χρήσης κατάλληλου διακοπτικού στοιχείου. Φάση 8 — Διακόπτες φωτισμού ως πρόβλημα λογικής Δίνονται: • απλός διακόπτης, • κομιτατέρ, • αλέ-ρετούρ ακραίος, • αλέ-ρετούρ μεσαίος, • dimmer. Οι μαθητές δεν ενημερώνονται αρχικά ποιο είναι το καθένα. Αποστολή Με παρατήρηση ακροδεκτών και δοκιμή συνέχειας χωρίς τάση, να προσδιορίσουν: • πόσους ακροδέκτες έχει κάθε διακόπτης, • ποιες επαφές συνδέονται σε κάθε θέση, • ποια λειτουργία μπορεί να πραγματοποιήσει, • πόσοι διακόπτες χρειάζονται για έλεγχο από μία, δύο ή τρεις θέσεις. Πίνακας καταγραφής Αναμενόμενο συμπέρασμα: Η λειτουργία του διακόπτη μπορεί να αναγνωριστεί από τη διάταξη των ακροδεκτών και από τον ασφαλή έλεγχο συνέχειας, χωρίς εφαρμογή τάσης. Φάση 9 — Κρίσιμα σενάρια βλαβών Κάθε ομάδα αναλαμβάνει μία κάρτα βλάβης. Βλάβη Α: Το RCD πέφτει όταν συνδέεται μία συσκευή. Βλάβη Β: Ο μικροαυτόματος πέφτει αμέσως μόλις κλείσει ο διακόπτης. Βλάβη Γ: Το SPD εμφανίζει κόκκινη ένδειξη. Βλάβη Δ: Το φωτιστικό λειτουργεί από τη μία θέση αλλά όχι από τη δεύτερη. Βλάβη Ε: Ένα καλώδιο υπερθερμαίνεται χωρίς να ενεργοποιείται αμέσως η προστασία. Για κάθε βλάβη οι μαθητές καταγράφουν: • Παρατηρούμενο σύμπτωμα • Πιθανές αιτίες • Κίνδυνο • Πρώτη ασφαλή ενέργεια • Έλεγχο που πρέπει να πραγματοποιήσουν • Κατάλληλο όργανο μέτρησης • Αναμενόμενο αποτέλεσμα • Προτεινόμενη αποκατάσταση • Δοκιμή επιβεβαίωσης Φάση 10 — Η μεγάλη πρόκληση επιλογής υλικών Κάθε ομάδα σχεδιάζει έναν απλό μονοφασικό πίνακα για: • ένα κύκλωμα φωτισμού, • ένα κύκλωμα ρευματοδοτών, • ένα κύκλωμα ηλεκτρονικών συσκευών, • ένα μονοφασικό κινητήρα. Πρέπει να επιλέξει και να αιτιολογήσει: • τύπο και διατομή αγωγών, • προστασία υπερέντασης, • διαφορική προστασία, • προστασία από υπερτάσεις, • γενικό μέσο απομόνωσης, • υλικά χειρισμού, • σύστημα σήμανσης κυκλωμάτων. Δεν ζητείται απλώς ένα σχέδιο. Κάθε επιλογή πρέπει να συνοδεύεται από: «Επιλέξαμε … επειδή … και θα επιβεβαιώσουμε την καταλληλότητά του ελέγχοντας …» Κρίσιμο πείραμα του μαθήματος Παρουσιάζονται δύο πίνακες: Πίνακας Α: διαθέτει μικροαυτόματο αλλά όχι RCD. Πίνακας Β: διαθέτει RCD αλλά όχι προστασία υπερέντασης. Διερευνητική ερώτηση 22: Ποιος πίνακας είναι ασφαλής; Αναμενόμενο συμπέρασμα: Κανένας δεν παρέχει ολοκληρωμένη προστασία. Ο μικροαυτόματος και το RCD αντιμετωπίζουν διαφορετικά είδη σφάλματος. Η ασφαλής εγκατάσταση απαιτεί συντονισμένη επιλογή προστασιών, σωστή γείωση, κατάλληλους αγωγούς και επαλήθευση με τους προβλεπόμενους ελέγχους. Πρόκληση επέκτασης Κάθε ομάδα επιλέγει μία επέκταση. Επέκταση Α — Λανθασμένος μικροαυτόματος Δίνεται φορτίο με μεγάλο ρεύμα εκκίνησης. Οι μαθητές εξετάζουν γιατί ένας μικροαυτόματος μπορεί να ενεργοποιείται χωρίς να υπάρχει βλάβη. Επέκταση Β — Επιλεκτικότητα Δύο προστατευτικές διατάξεις βρίσκονται σε σειρά. Οι μαθητές διερευνούν ποια πρέπει να ενεργοποιηθεί πρώτη σε σφάλμα τελικού κυκλώματος. Επέκταση Γ — RCD και ανεπιθύμητες ενεργοποιήσεις Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές συνδέονται στο ίδιο RCD. Οι μαθητές διερευνούν πώς τα επιμέρους ρεύματα διαρροής μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία. Επέκταση Δ — Συντονισμός SPD Οι μαθητές τοποθετούν SPD Τύπου 1, 2 και 3 σε κατάλληλα σημεία ενός διαγράμματος εγκατάστασης. Επέκταση Ε — Έξυπνη εγκατάσταση Αντικαθιστούν έναν συμβατικό διακόπτη φωτισμού με έξυπνο ενεργοποιητή και εντοπίζουν ποιες παραδοσιακές προστασίες εξακολουθούν να απαιτούνται. Τελικός αναστοχασμός Κάθε μαθητής συμπληρώνει: • Πριν από την άσκηση πίστευα ότι… • Μετά τις δοκιμές διαπίστωσα ότι… • Το υλικό που δυσκολεύτηκα περισσότερο να αναγνωρίσω ήταν… • Η σημαντικότερη διαφορά μεταξύ RCD και μικροαυτόματου είναι… • Σε μια πραγματική εγκατάσταση δεν θα επέλεγα ποτέ υλικό χωρίς να ελέγξω… • Το ερώτημα που εξακολουθώ να έχω είναι… Αναμενόμενο τελικό συμπέρασμα Κανένα υλικό δεν επιλέγεται μόνο από την εμφάνιση ή το ονομαστικό του ρεύμα. Απαιτείται αναγνώριση της λειτουργίας του, ανάγνωση των σημάνσεων, γνώση του είδους του φορτίου και των πιθανών σφαλμάτων, έλεγχος των συνθηκών εγκατάστασης και συνεργασία με τις υπόλοιπες διατάξεις. Ο μικροαυτόματος, το RCD και το SPD δεν αντικαθιστούν ο ένας τον άλλο, αλλά παρέχουν διαφορετικές και συμπληρωματικές μορφές προστασίας.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Στόχοι του μαθήματος Με την ολοκλήρωση της δραστηριότητας οι μαθητές θα μπορούν: Γνώσεις Να αναγνωρίζουν βασικά υλικά εγκαταστάσεων χαμηλής τάσης. Να εξηγούν τη λειτουργία κάθε υλικού. Να διακρίνουν την προστασία από υπερφόρτιση, βραχυκύκλωμα, διαρροή και υπέρταση. Να διακρίνουν το RCD από τον μικροαυτόματο και το RCBO. Να εξηγούν τη λειτουργία των SPD Τύπου 1, 2 και 3. Να αναγνωρίζουν βασικές σημάνσεις καλωδίων και συσκευών προστασίας. Δεξιότητες Να εντοπίζουν στοιχεία από πινακίδες και τεχνικά φυλλάδια. Να ταξινομούν τα υλικά ανάλογα με τη λειτουργία τους. Να επιλέγουν κατάλληλο υλικό για συγκεκριμένη εφαρμογή. Να χρησιμοποιούν πολύμετρο μόνο σε ασφαλείς δοκιμές χωρίς τάση. Να αιτιολογούν και να τεκμηριώνουν την επιλογή τους. Να διαγιγνώσκουν απλές λανθασμένες επιλογές υλικών. Στάσεις Να μη βασίζονται στο χρώμα ή στην εξωτερική εμφάνιση ενός υλικού. Να θεωρούν υποχρεωτικό τον έλεγχο των τεχνικών χαρακτηριστικών. Να εφαρμόζουν απομόνωση, ασφάλιση και επιβεβαίωση απουσίας τάσης. Να συνεργάζονται και να καταγράφουν τα αποτελέσματα των ελέγχων.