HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Målform: Bokmål Eksamensdato: 26.mai 2014 Varighet/eksamenstid: Emnekode: Emnenavn: Klasse(r): 5 timer TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner ELK12H Studiepoeng: 10 Faglærer(e): (navn og telefonnr på eksamensdagen) Kontaktperson(adm.) (fylles ut ved behov kun ved kursemner) Hjelpemidler: Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) Vedlegg består av: (antall sider) Pål Glimen / Gunnar Tøndel / Eilif H. Hansen / Ola Furuhaug (90643447) Ola Furuhaug (90643447) Kalkulator type C. Eventuelle godkjente standard matematiske/fysiske tabeller (men slike tabeller er ikke viktig mtp å løse disse oppgavene) 6 oppgaver, 7 sider (inkl forside) 2 Vedlegg (Vedlegg 1: 33 sider, Vedlegg 2: 4 sider) Merknad: Oppgavene er vektet i forhold til arbeidsmengde og vanskelighetsgrad. Omtrentlig vektfordeling: Oppgave 1-3 (42,5%) Oppgave 4-5 (42,5%) Oppgave 6 (15%) Oppgaveteksten kan beholdes av studenter som sitter eksamenstiden ut. NB! Les gjennom hele oppgavesettet før du begynner arbeidet, og disponer tiden. Det er mye å gjøre! Svar derfor kort og konsist. Begynn hver oppgave på ny side. Dersom noe virker uklart i oppgavesettet, skal du gjøre dine egne antagelser og forklare dette i besvarelsen. Lykke til!
Oppgave 1 Sikringsautomater Figur 1 Aksesystem for vernkarakteristikk a) Tegn et aksesystem som vist på figuren. Lag en prinsippskisse av vernkarakteristikken til en automatsikring i aksesystemet. b) Forklar følgende verndata I 1, I 2, I 4, I 5 og plasser dem på vernkarakteristikken du har tegnet. c) Hva er den prinsipielle forskjellen på vernkarakteristikkene B, C og D. Skisser på figuren og forklar. d) En stikkontaktkurs er sikret med 10A - B automat. Brukeren av anlegget sliter med at sikringen faller ut når det tilkobles støvsuger til kursen. Støvsugeren har en driftsstrøm på 7,0A. Hvordan vil du løse denne utfordringen, og hvilke vurderinger må tas? 2
Oppgave 2 Figur 2 viser et IT-Nett hvor Everks jord og Abonnement jord er sammenkoblet. (Den grønne streken mellom jordsymbolene illustrere jordskorpa, og er ikke en egen jordleder) a) Kan du si noe om fordeler og eventuelle ulemper ved en slik sammenkobling? b) Hvordan vil du merke hovedfordelinga hos forbruker? c) Du skal foreta en isolasjonskontroll av anlegget på figuren. Til dette benytter du et instrument som har 500V likestrøm prøvespenning. Vis med skisse hvordan du vil koble opp instrumentet. d) Hvordan vil du definere laveste kortslutningsstrøm i en kurs i et IT nett dersom kursen er beskyttet med jordfeilbryter? e) Hvordan vil du definere laveste kortslutningsstrøm i en kurs i et IT nett dersom denne kursen og andre kurser ikke er beskyttet med jordfeilbryter? f) Et nytt hyttefelt er forsynt med egen trafo for 20 hytter som skal bygges der. Nettsystemet er 230V IT - Nett. Hittil er det bygd bare en hytte i feltet og elinstallasjonen i hytta er klar for sluttkontroll. Ihht NEK 400 : 2010 er alle forbrukerkurser beskyttet med 30mA jordfeilautomater. Når elektromontøren som en del av sluttkontrollen skal teste utkoblingsstrøm og tid for jordfeilautomatene viser det seg at automatene ikke kobler ut. Hva tror du kan være årsaken til dette? 3
Oppgave 3 Dimensjonering av vern og ledertverrsnitt Næring Et næringsbygg har 3 stk parallellkoblede TFXP 3x150 Aluminium (TFXP er PEXisolert) som tilførselskabel. Kablene er ført 55m på perforert kabelbro fram til hovedfordelinga. Kablene ligger uten avstand til hverandre. Vis i svaret hvilke tabeller du har brukt. a) Hva blir samlet strømføringsevne for de tre parallellkoblede kablene? b) Hva ville samlet strømføringsevne vært dersom kablene var ført i kabelkanal i plan med gulv? c) Hva ville samlet strømføringsevne vært dersom kablene var av typen PFSP (PVC-isolert) og var ført i kabelkanal i plan med gulv? 4
Oppgave 4 Dimensjonering av ledertverrsnitt og vern. I en industrihall skal det monteres lysanlegg. Hallen er forsynt fra et 230/400V TNnett. Hallens dimensjoner er - lengde 40 meter - bredde 25 meter - høyde 10 meter Krav til belysningsstyrke på gulvet er 400 lux. Reflektansene i rommet er 0,5 for tak og vegger, og 0,2 for gulvet/arbeidsplanet. For vedlikeholdsfaktor benyttes v=0,75. Det er valgt å bruke armaturer med damplamper av type høytrykk natrium 150W, med lysytelse Φ=17000 lm. Forkoblingsutstyret kan regnes å ha tap 25W. Armaturene er fasekompensert, slik at cosφ = 0,9. Armaturene skal monteres helt oppe i taket. Virkningsfaktortabell for armaturen ligger vedlagt. a) Bestem antall nødvendig antall armaturer for å tilfredsstille kravet til belysningsstyrke. Damplampene representerer en ulineær belastning, og tredjeharmonisk strøm antas å være ca. 20 %. For lyskursene benyttes kabel av type PFSP (PVC-isolert, kobberledere), som monteres direkte i taket. Kablene ligger maksimalt sammen med 3 andre kabler. Omgivelsestemperaturen kan regnes lik 30 C. b) Foreslå en løsning for fordeling av lysanlegget på kurser, og bestem nødvendig ledertverrsnitt for kursen(e), gitt av belastningsstrøm. c) Bestem egnet overbelastningsvern for kursen(e), og kontroller at dette tilfredsstiller kravene i NEK400. Lysanlegget forsynes fra en fordelingstavle som står i det ene hjørnet av hallen. Avstanden fra fordelingstavlen til den lysarmaturen som ligger lengst unna er 60 meter. Minimal kortslutningsstrøm i fordelingstavlen er I k2p,min = 3 ka cosφ = 0,8 I k1p,min = 1 ka cosφ = 0,8 d) Bestem minste kortslutningsstrøm ved feil i lysarmaturen som ligger lengst unna fordelingstavlen, og finn om denne gir utkobling i vernets momentanområde. Kommenter resultatet. 5
Oppgave 5 Jordfeilstrømmer og jordfeilvern. a) Forklar prinsipiell virkemåte for et strømstyrt jordfeilvern. Et bolighus forsynes fra et 230V IT-system. Huset er bygget på 1990-tallet, og er utstyrt med jordfeil-varsler, men ikke jordfeilbryter. E-verket oppgir dimensjonerende jordfeilstrøm til å være 1 A. Husets jordelektrode er lagt som ringjord av en 25 mm 2 rund kobberwire. Ringen rundt huset kan regnes å ha diameter 15 meter. Jordsmonnet i området har spesifikk resistivitet 75 Ω m. b) Bestem jordelektrodens overgangsmotstand. Husets vannledning ligger slik at overgangsmotstanden til jord varierer en del med værforhold og årstid. En kan regne at overgangsmotstanden varierer mellom 30 og 60 Ω. Montøren som har utført elektroinstallasjonene i huset har slurvet, og glemt å legge utjevnings-forbindelse til vannledningen. På kjøkkenet oppstår det feil slik at en av faselederne kommer delvis i kontakt med vannledningen. Overgangsmotstanden mellom faseleder og vannledning kan regnes lik 10 Ω. c) Bestem den største berøringsspenningen en vil få om en samtidig er i kontakt med kranen på kjøkkenvasken og komfyren, som er tilkoblet husets jordelektrode via PE-leder. Bestem den største effektutviklingen i feilstedet. Kommenter resultatene. 6
Oppgave 6 Enøk - varme og ventilasjon a) Tegn en enkel skisse med navn på hovedkomponentene for en varmepumpe. Forklar kort hvordan den virker, og hvordan denne kan spare energi når den benyttes til oppvarming av et bygg. Oppgi formelen for varmefaktor for en varmepumpe. b) Et ventilasjonsanlegg i et næringsbygg har innblåsningskapasitet på 50.000 m3/h. Det er ønskelig med 20 grader på tillufta som skal inn til kontorene. Returluftas temperatur antas også å være 20 grader. Det er -5 grader ute denne dagen. Varmegjenvinneren i anlegget har virkningsgrad på 50 % (væskekoblet) og går for fullt. Det er i tillegg et elektrisk varmebatteri, der man betaler 1 kr pr kwh (inkl nettleie og mva). Drift fra kl 7-17 hver dag. Forklar oppbygging og virkemåte til en væskekoblet varmegjenvinner, og nevn fordeler/ulemper. Hva vil det koste å ha dette anlegget i drift denne dagen? Se bort fra forbruket til viftemotorer. Du kan bruke følgende formler til dette: P [W]=q * γ * c * Δt eller P [W]=0,35 [W*h/m 3 * C] * Q [m 3 /h] * Δt [ C] Δt= temperaturløft i grader [ C] q= luftmengde i m 3 /s γ=1,27 kg/m 3 (tettheten til luft) c=1000 Ws/(kg*K) (varmekapasitet for luft) Q=luftmengde i m 3 /h 0,35 omregningsfaktor i forhold til den første formelen. 7
Vedlegg 1 Eksamen TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner 26.05.2014 NEK 400 UTVALGTE SIDER
Vedlegg 2 Eksamen TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner 26.05.2014 Til eventuell bruk ved løsning av oppgavene oppgis følgende formler uten forklaring : I k3 p cu l 3 Z k I k2 p cu l Z Z I k1p c 3 Ul Z Z Z 3 Z o f R R20 1 0,004 20 C P l u 2 r tan 100% U d R ln [ ] d r N v E A l b k h ( l b) m 1
Vedlegg 2 Eksamen TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner 26.05.2014 Aktuelle data for løsing av oppgavene c max c min 230/400 V 1,00 0,95 230 V 1,05 1,00 > 1000 V 1,10 1,00 Spenningsfaktor c Utløsekarakteristikk og merkestrømsområde B C D 6 63 A 6 63 A 6 63 A Minste I 1 Termisk utløser. Prøvestrøm Største I 2 1,13 I N 1,45 I N 1,13 I N 1,13 I N 1,45 I N 1,45 I N t > 1h < 1h > 1h < 1h > 1h < 1h Elektromagnetisk utløser. Prøvestrøm Ikke Utkobling utkobling senest ved I 4 I 5 3 I N 5 I N 5 I N 10 I N 10 I N 20 I N Utløsetid Utløsetid t > 0,1s < 0,1s > 0,1s < 0,1s > 0,1s < 0,1s Data for sikringskarakteristikkene B, C og D 6 A 10 A 13 A 16 A 20 A 25 A 32 A 40 A 50 A 63 A Merkestrømmer for automatsikringer 2
Vedlegg 2 Eksamen TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner 26.05.2014 Kabel- Tverrsnitt type [mm 2 ] PFSP 2 x 1,5 /1,5 2 x 2,5 / 2,5 2 x 4 / 4 3 x 1,5 / 1,5 3 x 2,5 / 2,5 3 x 4 / 4 3 x 6 / 6 3 x 10 /10 4 x 1,5 / 1,5 4 x 2,5 / 2,5 4 x 4 / 4 4 x 6 / 6 r [m /m] x [m /m] r o [m /m] x o [m /m] r PE [m /m] 12,10 7,41 4,61 12,10 7,41 4,61 3,08 1,83 12,10 7,41 4,61 3,08 0,106 0,103 0,100 0,106 0,103 0,100 0,094 0,091 0,106 0,103 0,100 0,094 46,58 28,10 17,94 48,40 29,64 18,44 12,32 7,32 48,40 (N) 46,58 (PE) 29,64 (N) 28,10 (PE) 18,44 (N) 17,54 (PE) 12,32 (N) 11,70 (PE) 0,175 0,158 0,159 0,161 0,141 0,157 0,146 0,154 0,453 (N) 0,169 (PE) 0,441 (N) 0,146 (PE) 0,429 (N) 0,143 (PE) 0,405 (N) 0,139 (PE) 11,493 6,896 4,61 12,10 7,41 4,61 3,08 1,83 11,493 6,896 4,31 2,873 Kabeldata Gjennomsluppet I 2 t for automatsikringer 3
Vedlegg 2 Eksamen TELE2005-A 14V Elektriske lavspentinstallasjoner 26.05.2014 Tak/hulrom Vegger Arbeidsplan 0,7 0,5 0,2 0,7 0,3 0,2 0,7 0,1 0,2 0,5 0,5 0,2 Reflektanser 0,5 0,3 0,2 Romfaktor Virkningsfaktor i % k = 0,60 30 25 22 29 25 22 25 22 21 0,80 37 33 29 36 32 29 32 29 28 1,00 43 38 35 42 38 35 37 34 33 1,25 47 43 40 46 43 40 42 39 38 1,50 51 47 44 49 46 43 45 43 42 2,00 55 52 49 53 51 48 49 47 45 2,50 58 55 53 56 54 51 52 50 48 3,00 60 57 55 58 56 54 54 52 50 4,00 62 60 58 60 58 57 56 55 52 5,00 64 62 61 61 60 59 58 57 54 0,5 0,1 0,2 Virkningsfaktortabell for damplampearmatur 0,3 0,3 0,2 0,3 0,1 0,2 0 0 0 4