13. Praktični spojevi

Sigurnost prije svake sheme

Sheme u nastavku konceptualni su poučni prikazi. Nisu izvedbeni crteži instalacije, tablice stezaljki ni upute za spajanje, niti odobravaju rad pod naponom. Na strujnim krugovima mrežnog napona (230/400 V) smiju raditi samo osposobljene osobe; zaštita na mjestu ugradnje, uzemljenje, dimenzioniranje vodiča i važeći zahtjevi uvijek imaju prednost.

Kako čitati sheme. Sheme koriste pojednostavljene standardne simbole strujnih shema s oznakama uređaja umjesto riječi (značenje svake oznake navedeno je na kraju svakog odjeljka). Sklopke, kontakti i tipkala crtaju se u mirnom stanju (nisu aktivirani, zavojnice nisu pod naponom). Boje služe samo kao pomoć: smeđa = faza (L1), crna i siva = L2 i L3, plava = neutralni vodič (N), zeleno-žuta = zaštitni vodič (PE); kod istosmjernog napona crvena = +, plava = 0 V. Crtkana crta je mehanička veza (na primjer između zavojnice releja i njegova kontakta). U oznakama F je zaštita (osigurač, zaštitni prekidač, termički relej), Q je zaštitni prekidač ili glavna sklopka, S je sklopka ili tipkalo, K i KM su relej i kontaktor, M je motor, E je rasvjeta, B je senzor, a G je izvor napajanja.

1. Spajanje LED-a: učimo na niskom naponu

Počnite s niskonaponskim krugom, na primjer 12 V DC. LED je dioda: vodi struju samo u jednom smjeru. Anoda (A) okrenuta je prema plusu, a katoda (K) prema minusu; pri obrnutom polaritetu ne svijetli i može se čak oštetiti. LED ne ograničava vlastitu struju: čim se postigne napon vođenja (UF), struja naglo raste, pa je potreban serijski otpornik ili strujni izvor, inače se LED ošteti. Osigurač (F1) štiti vodič i stranu napajanja od kratkog spoja; ne ograničava struju LED-a.

Shemu čitajte u smjeru struje, od plusa prema minusu: izvor G1 → osigurač F1 → sklopka S1 → otpornik R1 → LED D1 (anoda → katoda) → natrag na minus izvora G1.

Otpornik izračunajte iz kataloškog lista: R1 = (U − UF) / IF. Na primjer, uz napajanje od 12 V, UF ≈ 2 V i IF = 20 mA, R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; odaberite sljedeću višu standardnu vrijednost (510 Ω), što daje oko 19,6 mA. Na otporniku se rasipa oko 0,2 W, stoga upotrijebite otpornik od ½ W.

Oznake: G1 izvor napajanja 12 V DC, F1 osigurač, S1 sklopka (radni kontakt), R1 otpornik, D1 LED, I smjer struje. Shema nije prikladna za spajanje LED drivera mrežnog napona.

2. Spajanje motora: odvojite snažni i upravljački dio

Pokretanje trofaznog motora nije samo spajanje triju vodiča. Glavni strujni krug (L1, L2, L3 → motor) i upravljački strujni krug (zavojnica kontaktora, tipkala) odvojeni su krugovi. Shema prikazuje glavni strujni krug izravnog pokretanja: Q1 štiti od kratkog spoja i služi za odvajanje, glavni kontakti kontaktora KM1 uklapaju motor, termički relej F2 nadzire dugotrajno preopterećenje, motor M1 prima tri faze na stezaljkama U1, V1, W1, a zaštitni vodič (PE) ide na kućište motora. Zavojnica kontaktora (A1–A2) i pomoćni kontakt releja F2 (95–96, mirni kontakt) pripadaju upravljačkom krugu: s desne strane sheme prikazana je samo njihova veza, a odjeljak 9 pokazuje kako se spajaju.

Kod motorskog zaštitnog prekidača s termičkim i magnetskim okidačem zasebni F2 može se izostaviti jer prekidač štiti i od preopterećenja. Vrijednost okidanja podesite na nazivnu struju s natpisne pločice motora. Kategorija uporabe kontaktora (za motore obično AC-3), način pokretanja, zaustavljanje u nuždi, redoslijed faza (određuje smjer vrtnje) i izbor zaštitnih uređaja ovise o natpisnoj pločici motora i o projektantu.

Oznake: Q1 zaštita od kratkog spoja (motorski zaštitni prekidač ili instalacijski prekidač), KM1 kontaktor (glavni kontakti 1–2, 3–4, 5–6; zavojnica A1–A2), F2 termički relej (pomoćni kontakt 95–96), M1 trofazni motor (3~), U1 V1 W1 stezaljke motora.

3. Čitanje strujne sheme: svjetiljka upravljana s dva mjesta

Kod izmjeničnog spoja dvije izmjenične sklopke upravljaju jednom svjetiljkom. Faza (L) preko instalacijskog prekidača F1 dolazi na zajedničku (COM) stezaljku sklopke S1. Između druge dvije stezaljke sklopke S1 i odgovarajućih stezaljki sklopke S2 vode dva putna vodiča. Sa zajedničke stezaljke sklopke S2 vodič ide do svjetiljke (E1). Neutralni vodič (N) spojen je izravno na svjetiljku. Preklapanje bilo koje sklopke mijenja stanje svjetiljke: kada su obje sklopke na istom putnom vodiču, krug je zatvoren i svjetiljka svijetli; kada su na različitim putnim vodičima, krug je otvoren. Shema prikazuje isključeno stanje.

Sklopke prekidaju fazu, a ne neutralni vodič, pa kad je svjetiljka isključena, njezina grla nisu pod naponom. Zaštitni vodič (PE) zasebni je neprekinuti vodič: vodi se do kućišta svjetiljke i ne smije prolaziti kroz sklopni kontakt. Za upravljanje s tri ili više mjesta u putne vodiče između dviju izmjeničnih sklopki umeće se križna sklopka.

Redoslijed čitanja: najprije prepoznajte napajanje i trošilo, zatim sklopne elemente, a zatim zasebno pratite fazu, neutralni i zaštitni vodič. Boje vodiča: faza je obično smeđa (ili crna, siva), neutralni vodič svijetloplav, a zaštitni vodič zeleno-žut; putni vodiči nemaju vlastitu boju, ali za njih ne treba upotrebljavati svijetloplavu ni zeleno-žutu. Boje na shemi samo su ilustrativne; za stvarno označavanje služe projekt, dokumentacija opreme i važeći zahtjevi.

Oznake: F1 instalacijski prekidač, S1 i S2 izmjenična sklopka (COM = zajednička stezaljka), E1 svjetiljka, L faza, N neutralni vodič, PE zaštitni vodič.

4. Tipkalo i relej: zašto je upravljanje odvojeno?

Mali upravljački signal aktivira zavojnicu releja (ovdje 24 V DC), dok njegov kontakt uklapa zaseban strujni krug, galvanski odvojen od zavojnice (ovdje strujni krug svjetiljke od 230 V zaštićen osiguračem F1). Tipkalo dakle uklapa samo malu struju zavojnice, a ne struju trošila. Dok držite pritisnuto S1, K1 privlači i kontakt 13–14 se zatvara; kada ga otpustite, K1 otpušta. Za trajni rad potreban je krug samodržanja (odjeljak 9).

Preko istosmjerne zavojnice spaja se zaštitna (povratna) dioda (V1): katoda joj je okrenuta prema plusu, pa je u normalnom radu zaporno polarizirana, a pri isključenju zavojnice prigušuje induktivni naponski šiljak koji bi mogao oštetiti upravljanje. Mnogi releji i relejni moduli već je sadrže; dioda je osjetljiva na polaritet i izaziva kratki spoj ako se spoji obrnuto. Napon, struju i sklopnu kategoriju kontakta odaberite prema stvarnom trošilu (kod LED drivera ili induktivnog trošila računa se i početna struja uklopa); napon zavojnice odgovara upravljačkom krugu. Razinu izolacije između upravljačkog kruga od 24 V i kruga trošila od 230 V jamči kataloški list releja.

Oznake: S1 tipkalo (radni kontakt), K1 relej (zavojnica A1–A2, radni kontakt 13–14), V1 zaštitna dioda, F1 osigurač, E1 trošilo (svjetiljka). Crtež prikazuje dva zasebna strujna kruga; crtkana crta je mehanička veza između zavojnice i kontakta.

5. Zvijezda-trokut: ne pokreće se svaki motor na isti način

Kod većih motora s lakim zaletom (na primjer ventilatori i crpke) pokretanje zvijezda-trokut smanjuje struju pokretanja. Za to je potreban motor sa šest stezaljki čiji namoti mogu raditi u trokutu pri linijskom naponu mreže. To se vidi na natpisnoj pločici: na mreži od 400 V prikladan je motor „400 V Δ” (na primjer 400/690 V Δ/Y), dok motor s pločicom 230/400 V Δ/Y može raditi samo u zvijezdi pri 400 V pa nije prikladan.

Na shemi: mrežni kontaktor KM1 spaja napajanje na stezaljke U1, V1, W1. Kontaktor zvijezde KM2 spaja stezaljke W2, U2, V2 (zvjezdište): motor se pokreće u zvijezdi, namoti primaju 1/√3 linijskog napona (oko 58 %, oko 230 V na mreži od 400 V), a struja i moment pokretanja iznose oko trećine vrijednosti izravnog pokretanja. Prema vremenskom dijagramu KM2 se zatvara neznatno (nekoliko desetaka milisekundi) prije KM1 kako ne bi uklapao opterećeni krug, a nakon vremena t (podešava se na vremenskom releju prema zaletu stroja) KM2 otpušta i nakon kratke stanke zatvara se kontaktor trokuta KM3: spaja stezaljke U1–W2, V1–U2, W1–V2 i motor radi u trokutu pri punom naponu.

KM2 i KM3 nikada ne smiju privući istodobno: zajedno bi kratko spojili faze, stoga je električno međusobno blokiranje obvezno, a mehaničko je uobičajeno i preporučljivo. Moment u zvijezdi je malen, pa metoda nije prikladna za strojeve koji se pokreću pod opterećenjem, a prebacivanje uzrokuje udar struje i momenta. Ovdje je termički relej F2 u napojnoj grani, podešen na nazivnu struju motora; kad bi nadzirao fazu struju (u seriji s namotom), podesio bi se na oko 58 % nazivne struje. Kontaktori se dimenzioniraju prema tablicama proizvođača.

Oznake: Q1 zaštita od kratkog spoja, KM1 mrežni, KM2 Y kontaktor zvijezde, KM3 Δ kontaktor trokuta, F2 termički relej, M1 motor sa šest stezaljki (U1 V1 W1 i W2 U2 V2), t vrijeme prebacivanja.

6. LED traka: nekoliko dionica nije jedna duga LED

LED traka treba izvor konstantnog napona (ovdje 24 V DC), a nazivni napon izvora mora odgovarati naponu trake. Traka se sastoji od gotovih grana (na crtežu otpornik i LED u seriji) koje su paralelno spojene između pozitivne i negativne sabirnice, zbog čega se može rezati na mjestima za rezanje koja označava proizvođač. Radi jednostavnosti crtež prikazuje po jednu LED i jedan otpornik u grani; na stvarnoj traci od 24 V u svakoj je grani nekoliko LED-ova u seriji s jednim otpornikom. Polaritet: plus na pozitivnu sabirnicu, minus na negativnu.

Na dugoj traci otpor vodljive sabirnice uzrokuje pad napona pa se daleki kraj zatamni. Dionice stoga treba napajati neovisno, paralelno (ne jednu za drugom), a dugu dionicu s oba kraja. Traka višeg napona (24 V) za istu snagu vuče manju struju pa je i pad napona manji. Na shemi dionice LS1 i LS2 dobivaju svaka vlastiti par vodiča iz istog izvora G1, svaka sa svojim osiguračem (F1 i F2).

Računajte iz snage: I = P / U. Na primjer, 5 m trake od 14,4 W/m iznosi 72 W, što je 3 A pri 24 V. Izvor napajanja treba imati dovoljnu rezervu iznad ukupne snage svih traka, a nazivna struja osigurača treba biti iznad struje dionice, ali ispod strujne opteretivosti vodiča. Najveća duljina napajanja i podaci trake dolaze iz kataloškog lista proizvođača; ne radite s namotanom trakom jer se pregrijava.

Oznake: G1 izvor napajanja konstantnog napona 24 V, F1 i F2 osigurač, LS1 i LS2 dionice LED trake.

7. Jednopolna shema: logika razdjelnika u jednoj liniji

Jednopolna shema prikazuje višežilni strujni krug (ovdje L, N i PE) jednom linijom i ne prikazuje fizičke položaje ugradnje, nego redoslijed zaštitnih uređaja i trošila. Na shemi: napajanje (1N~ 230 V nakon brojila energije) → Q0 glavna sklopka (odvajanje) → dvije FID sklopke (FI1, FI2, 30 mA) → iza njih instalacijski prekidači (F1–F4) → završni strujni krugovi: E1 rasvjeta, XS1 i XS2 utičnice, EH1 ploča za kuhanje. Na kabelu iza kose crte slijedi broj vodiča i presjek (na primjer 3×1,5: tri vodiča od 1,5 mm²).

Zašto dvije FID sklopke? Okidanje jedne zajedničke ostavilo bi cijeli stan bez napona; dvije to ograničavaju. B10 i B16 su karakteristika okidanja (B) i nazivna struja (10 i 16 A) instalacijskog prekidača. Primjerne vrijednosti (B10 i 1,5 mm² za rasvjetu, B16 i 2,5 mm² za utičnice) samo su orijentacijske: stvarna vrijednost ovisi o opterećenju, duljini vodiča, načinu polaganja i zahtjevima. Primjer ploče za kuhanje EH1 vrijedi za jednofaznu ploču do otprilike 3,6 kW; veća se ploča obično spaja na zasebno dimenzioniran trofazni krug.

Oznake: Q0 glavna sklopka, FI1 i FI2 FID sklopka (IΔ: djeluje na diferencijalnu, tj. strujnu grešku), F1–F4 instalacijski prekidač, E1 svjetiljka, XS1 i XS2 utičnica, EH1 ploča za kuhanje (stalno spojeno trošilo).

8. Vremenski relej: uklapanje nakon zadanog kašnjenja

Na upravljački signal zavojnica vremenskog releja (KT1) počinje odbrojavati i nakon zadanog vremena t uklapa svoj kontakt. Shema prikazuje relej s kašnjenjem privlačenja: kada se S1 zatvori, KT1 se pobuđuje, nakon vremena t zatvara se odgođeni radni kontakt 15–18 i svjetiljka E1 se uključuje. Kada se S1 otpusti, zavojnica se isključuje i kontakt se odmah otvara. Vremenski dijagram to prikazuje: uključivanje je odgođeno, isključivanje nije. Mali luk na kontaktu simbol je kašnjenja; udubljena strana luka okrenuta je prema odgođenom gibanju, ovdje zatvaranju.

Takav se relej koristi, na primjer, za slijedno pokretanje strojeva, za vremensko određivanje prebacivanja zvijezda-trokut (odjeljak 5) ili za odgodu ponovnog pokretanja kompresora. Relej s kašnjenjem otpuštanja zadržava izlaz uključenim još vrijeme t nakon isključenja; to je tipično rješenje za naknadni rad ventilacije (na primjer ventilatora u kupaonici) i za stubišnu rasvjetu. Višefunkcijski vremenski releji mogu izvoditi i te funkcije te impulsne i ciklične funkcije; funkciju uvijek birajte prema tipu uređaja.

Oznake: S1 upravljački kontakt (ovdje izvor signala koji ostaje zatvoren), KT1 vremenski relej (zavojnica A1–A2, odgođeni radni kontakt 15–18), E1 uklapano trošilo, t vrijeme kašnjenja.

9. Samodržanje kontaktora: START ne ostaje pritisnut

Kod samodržanja kratki pritisak tipkala START (S1, radni kontakt) privlači kontaktor KM1. Pomoćni kontakt 13–14 kontaktora KM1 zatvara se paralelno sa S1 i preuzima napajanje zavojnice, pa se S1 može otpustiti. Kontakt STOP (S0, mirni) i mirni kontakt 95–96 termičkog releja F2 u seriji su sa zavojnicom: svaki od njih prekida krug, KM1 otpušta, pomoćni se kontakt također otvara, a motor se ponovno pokreće tek novim pritiskom na START.

STOP je mirni (NC) kontakt jer i prekinuta žila ili labava stezaljka tada dovode do zaustavljenog, sigurnog stanja: greška u upravljačkom krugu ne smije zadržati motor u radu. Sklopni kontakti nalaze se na strani faze (L), a zavojnica na strani neutralnog vodiča, pa zemljospoj ne privlači kontaktor. Nakon prestanka napona krug samodržanja ne pokreće se sam, što je poželjno; kod trajno zatvorene sklopke (dvožilno upravljanje) stroj se može sam ponovno pokrenuti kad se napon vrati. To je upravljačka logika koju treba projektirati zajedno sa stvarnim zaštitama, blokadama i zaštitom od neočekivanog ponovnog pokretanja, prema procjeni rizika stroja.

Oznake: F1 osigurač upravljačkog kruga, S0 STOP (mirni), F2 termički relej 95–96 (mirni), S1 START (radni), KM1 kontaktor (zavojnica A1–A2, pomoćni radni kontakt 13–14).

10. Svjetiljka sa senzorom pokreta

Senzor pokreta (B1, ovdje PIR, pasivni infracrveni) svojim unutarnjim sklopnim kontaktom uklapa fazni vodič svjetiljke (L → L′). Ima tri stezaljke: L i N napajaju sam senzor, pa mu je potrebna stalna faza i stalni neutralni vodič; L′ je uklopljeni izlaz koji ide na svjetiljku. Druga stezaljka svjetiljke spaja se na neutralni vodič, a zaštitni vodič ide na kućište svjetiljke. Ako u instalacijskoj kutiji sklopke nema neutralnog vodiča (samo faza i vodič do svjetiljke, kao kod uobičajene sklopne instalacije), trožilni senzor nije moguće spojiti: potreban je dvožilni senzor.

Pri učenju u mislima razdvojite detekciju (PIR), odluku (elektronika senzora: osjetljivost, odgoda, prag svjetline), uklapanje (L′) i trošilo; tako je razumljiva većina zadataka automatske rasvjete. Opteretivost izlaza, uvjete za LED ili induktivna trošila (najmanje opterećenje, početna struja uklopa) i eventualno ručno nadjačavanje uvijek navodi dokumentacija uređaja.

Oznake: F1 instalacijski prekidač, B1 senzor pokreta (PIR; L, N, uklopljeni L′), E1 svjetiljka, L faza, N neutralni vodič, PE zaštitni vodič.

11. Senzor od 24 V na ulazu upravljača

Trožilni industrijski senzor koristi zasebne napojne vodiče i zasebni signalni vodič. Uobičajene boje vodiča i raspored na M12 konektoru su: smeđa (BN, stezaljka 1) = +24 V, plava (BU, stezaljka 3) = 0 V, crna (BK, stezaljka 4) = izlazni signal. Senzor se napaja iz izvora G1; PLC čita samo signal (crni vodič).

PNP senzor pri aktivaciji spaja izlaz na +24 V. Signalna struja tada teče kroz ulaz PLC-a i vraća se na 0 V, pa se zajednička točka ulaza (ovdje 1M) spaja na 0 V, a 0 V senzora, izvora i ulaza zajednički je. NPN senzor, naprotiv, spaja izlaz na 0 V i traži ulaz suprotnog polariteta. Vrstu ulaza, naponsku razinu i opteretivost senzora treba uskladiti prema kataloškim listovima PLC-a i senzora; neusklađenost ostavlja ulaz neradnim ili može oštetiti opremu.

Oznake: G1 izvor napajanja 24 V DC, B1 PNP senzor (BN, BU, BK), PLC1 upravljač (DI0 digitalni ulaz, 1M zajednička točka ulaza), I struja signalnog kruga.

12. Promjena smjera vrtnje motora

Na trofaznom motoru zamjena dviju faza mijenja smjer vrtnje. Na shemi KM1 spaja faze L1, L2, L3 izravno na stezaljke U1, V1, W1 (naprijed), a KM2 zamjenjuje faze L1 i L2 (nazad: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Oba se kontaktora napajaju iz istog izvora, pa bi se njihovim istodobnim privlačenjem dogodio kratki spoj među fazama. KM1 i KM2 nikada ne smiju raditi zajedno, zbog čega blokada nije izborna.

Blokada mora biti i električna (mirni pomoćni kontakt jednog kontaktora, na primjer KM1 21–22, u seriji sa zavojnicom drugog kontaktora) i, po mogućnosti, mehanička (mehanički element koji povezuje oba kontaktora; na shemi dvostruka strelica između crtkanih linija). Promjena smjera tijekom vrtnje uzrokovala bi veliki udar struje i momenta, pa upravljanje obično dopušta pokretanje u suprotnom smjeru tek nakon zaustavljanja. Crtež prikazuje glavni strujni krug; upravljanje (zasebni START za svaki smjer i zajednički STOP) treba dovršiti kao u odjeljku 9; zaštita krajnjim sklopkama, kočenje i zaštita od neočekivanog ponovnog pokretanja dio su sigurnosnog projekta stroja.

Oznake: Q1 zaštita od kratkog spoja, KM1 kontaktor naprijed, KM2 kontaktor nazad, F2 termički relej, M1 trofazni motor, ⇄ između dvaju kontaktora je mehanička blokada.

13. Zašto podijeliti na više strujnih krugova?

U razdjelniku trošila različite namjene obično počinju na zasebnim zaštitnim granama. Na shemi su nakon glavne sklopke Q0 i FID sklopke FI1 tri strujna kruga: F1 rasvjeta (E1–E3), F2 utičnice (XS1–XS3), F3 ploča za kuhanje (EH1). Ako se u krugu utičnica pojavi prekomjerna struja ili kratki spoj (simbol munje), okida samo F2: rasvjeta i ploča za kuhanje ostaju u radu (na shemi je okinuti krug prikazan crtkano sivo).

Prednost je lakše traženje kvara (vidi se koji je krug neispravan), ciljanija zaštita (svaki krug dobiva prekidač dimenzioniran za vlastiti vodič i trošilo) i bolja neprekinutost napajanja (kvar na utičnici ne ostavlja stan u mraku). Velika trošila (ploča za kuhanje, pećnica, bojler, klima-uređaj) obično dobivaju vlastiti krug. FID sklopka FI1 pak okida na diferencijalnu (strujnu) grešku, tj. razliku struja faze i neutralnog vodiča, na primjer kod zemljospoja ili struje curenja, i isključuje sve krugove iza sebe; zato veći razdjelnici koriste više FID sklopki (vidi odjeljak 7). Točno grupiranje određuje se prema projektu, trošilima i važećim zahtjevima.

Oznake: Q0 glavna sklopka, FI1 FID sklopka, F1–F3 instalacijski prekidač (B10, B16 su karakteristika i struja), E1–E3 svjetiljka, XS1–XS3 utičnica, EH1 ploča za kuhanje (manji jednofazni primjer).

Pitanja za vježbu

1. Zašto je strujnom krugu LED-a potrebno ograničenje struje i kako se izračunava otpornik?
2. Po čemu se razlikuje sklopna zadaća kontaktora od zadaće zaštite od preopterećenja?
3. Zašto se PE ne smije voditi kroz sklopku?
4. Zašto se za tipkalo STOP koristi mirni (NC) kontakt?
5. Zašto kontaktori zvijezde i trokuta, odnosno kontaktori za vrtnju naprijed i nazad, nikada ne smiju privući istodobno?

Ako želite pregledno dokumentirati projekt, nastavite sa simbolima i skupovima simbola, a zatim s poglavljem o vodičima i strujnim krugovima.