13. Rangkaian praktis

Keselamatan sebelum setiap diagram

Gambar di bawah ini adalah diagram pembelajaran yang bersifat konseptual. Gambar ini bukan gambar instalasi, daftar terminal, atau petunjuk pengawatan, dan tidak mengizinkan pekerjaan listrik dalam keadaan bertegangan. Pekerjaan pada sirkuit bertegangan jaringan (230/400 V) hanya boleh dilakukan oleh orang yang berkualifikasi; proteksi di lokasi, pembumian, penentuan penampang penghantar, dan persyaratan yang berlaku selalu diutamakan.

Cara membaca diagram. Gambar menggunakan simbol diagram sirkuit standar yang disederhanakan, dengan penandaan perangkat sebagai pengganti kata (arti masing-masing tercantum di akhir setiap bagian). Sakelar, kontak, dan tombol digambar dalam keadaan diam (tidak dioperasikan, kumparan tidak diberi energi). Warna hanya sebagai bantuan: cokelat = fasa (L1), hitam dan abu-abu = L2 dan L3, biru = netral (N), hijau-kuning = penghantar proteksi (PE); pada DC, merah = +, biru = 0 V. Garis putus-putus adalah hubungan mekanis (misalnya antara kumparan relai dan kontaknya). Dalam penandaan, F berarti proteksi (sekring, pemutus sirkuit, relai beban lebih), Q pemutus sirkuit atau sakelar utama, S sakelar atau tombol tekan, K dan KM relai dan kontaktor, M motor, E penerangan, B sensor, dan G catu daya.

1. Menyambung LED: belajar pada tegangan rendah

Mulailah dengan sirkuit tegangan rendah, misalnya 12 V DC. LED adalah dioda: hanya menghantarkan arus ke satu arah. Anoda (A) menghadap sisi plus dan katoda (K) menghadap sisi minus; dengan polaritas terbalik LED tidak menyala dan bahkan dapat rusak. LED tidak membatasi arusnya sendiri: setelah tegangan maju (UF) tercapai, arus naik tajam, sehingga diperlukan resistor seri atau driver arus konstan, jika tidak LED akan rusak. Sekring (F1) melindungi penghantar dan sisi catu daya dari hubung singkat; sekring tidak membatasi arus LED.

Baca diagram menurut arah arus, dari plus ke minus: catu daya G1 → sekring F1 → sakelar S1 → resistor R1 → LED D1 (anoda → katoda) → kembali ke minus G1.

Hitung resistor dari lembar data: R1 = (U − UF) / IF. Misalnya, dengan catu 12 V, UF ≈ 2 V, dan IF = 20 mA, R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; pilih nilai standar berikutnya yang lebih tinggi (510 Ω), yang menghasilkan sekitar 19,6 mA. Resistor mendisipasikan sekitar 0,2 W, jadi gunakan resistor ½ W.

Penandaan: G1 catu daya 12 V DC, F1 sekring, S1 sakelar (kontak tutup), R1 resistor, D1 LED, I arah arus. Diagram ini tidak cocok untuk mengawatkan driver LED bertegangan jaringan.

2. Menyambung motor: pisahkan fungsi daya dan kendali

Menjalankan motor tiga fasa tidak sekadar menyambung tiga penghantar. Sirkuit daya (L1, L2, L3 → motor) dan sirkuit kendali (kumparan kontaktor, tombol tekan) adalah sirkuit yang terpisah. Diagram menunjukkan sirkuit daya untuk start langsung (direct-on-line): Q1 melindungi dari hubung singkat dan mengisolasi, kontak utama kontaktor KM1 menyambung dan memutus motor, relai beban lebih termal F2 memantau beban lebih yang berkepanjangan, motor M1 menerima tiga fasa pada terminal U1, V1, W1, dan penghantar proteksi (PE) menuju rangka motor. Kumparan kontaktor (A1–A2) dan kontak bantu F2 (95–96, normal tertutup) termasuk sirkuit kendali: di sisi kanan diagram hanya hubungannya yang ditunjukkan, dan bagian 9 memperlihatkan cara pengawatannya.

Dengan pemutus sirkuit pelindung motor yang memiliki pelepas termal dan magnetik, F2 yang terpisah dapat ditiadakan karena pemutus tersebut juga melindungi dari beban lebih. Atur nilai trip sesuai arus nominal pada pelat nama motor. Kategori penggunaan kontaktor (biasanya AC-3 untuk motor), metode start, tombol darurat, urutan fasa (menentukan arah putaran), dan pemilihan perangkat proteksi bergantung pada pelat nama motor dan perancang.

Penandaan: Q1 proteksi hubung singkat (pemutus pelindung motor atau MCB), KM1 kontaktor (kontak utama 1–2, 3–4, 5–6; kumparan A1–A2), F2 relai beban lebih termal (kontak bantu 95–96), M1 motor tiga fasa (3~), U1 V1 W1 terminal motor.

3. Membaca diagram sirkuit: lampu yang dikendalikan dari dua lokasi

Pada penyakelaran dua arah, dua sakelar pengubah (changeover) mengendalikan satu lampu. Fasa (L) mencapai terminal bersama (COM) S1 melalui MCB F1. Dua penghantar perantara (traveller) terpasang antara dua terminal lain S1 dan terminal yang sesuai pada S2. Dari terminal bersama S2, penghantar menuju lampu (E1). Netral (N) tersambung langsung ke lampu. Membalik salah satu sakelar mengubah keadaan lampu: ketika kedua sakelar berada pada traveller yang sama, sirkuit tertutup dan lampu menyala; ketika berada pada traveller yang berbeda, sirkuit terbuka. Diagram menunjukkan keadaan mati.

Sakelar memutus fasa, bukan netral, sehingga ketika lampu mati, fitingnya tidak bertegangan. Penghantar proteksi (PE) adalah penghantar menerus yang terpisah: PE menuju badan armatur dan tidak boleh melewati kontak penyakelaran. Untuk kendali dari tiga lokasi atau lebih, sakelar perantara (cross-over) disisipkan pada traveller di antara kedua sakelar pengubah.

Urutan membaca: pertama kenali catu dan beban, lalu elemen penyakelaran, kemudian ikuti fasa, netral, dan penghantar proteksi secara terpisah. Warna penghantar: fasa biasanya cokelat (atau hitam, abu-abu), netral biru muda, dan penghantar proteksi hijau-kuning; traveller tidak memiliki warna khusus, tetapi jangan gunakan biru muda atau hijau-kuning untuknya. Warna pada diagram hanya ilustrasi; gunakan rancangan, dokumentasi peralatan, dan persyaratan yang berlaku untuk identifikasi yang sebenarnya.

Penandaan: F1 MCB, S1 dan S2 sakelar pengubah (COM = terminal bersama), E1 lampu, L fasa, N netral, PE penghantar proteksi.

4. Tombol tekan dan relai: mengapa kendali dipisah?

Sinyal kendali kecil mengoperasikan kumparan relai (di sini 24 V DC), sedangkan kontaknya menyakelar sirkuit terpisah yang terisolasi secara galvanis dari kumparan (di sini sirkuit lampu 230 V yang diproteksi oleh F1). Karena itu tombol tekan hanya menyakelar arus kumparan yang kecil, bukan arus beban. Selama S1 ditekan, K1 menarik dan kontak 13–14 menutup; ketika dilepas, K1 melepas. Untuk operasi yang menetap diperlukan sirkuit penahan (self-holding) (bagian 9).

Dioda roda bebas (freewheeling) (V1) dipasang paralel pada kumparan DC: katodanya menghadap sisi plus, sehingga pada operasi normal berada dalam bias mundur, dan ketika kumparan dimatikan, dioda menyerap lonjakan tegangan induktif yang dapat merusak kendali. Banyak relai dan modul relai sudah memilikinya; dioda ini peka terhadap polaritas dan menyebabkan hubung singkat jika dipasang terbalik. Pilih tegangan, arus, dan kategori penyakelaran kontak sesuai beban yang sebenarnya (untuk driver LED atau beban induktif, arus masuk (inrush) juga diperhitungkan); tegangan kumparan disesuaikan dengan sirkuit kendali. Tingkat isolasi antara sirkuit kendali 24 V dan sirkuit beban 230 V dijamin oleh lembar data relai.

Penandaan: S1 tombol tekan (kontak tutup), K1 relai (kumparan A1–A2, kontak tutup 13–14), V1 dioda roda bebas, F1 sekring, E1 beban (lampu). Gambar menunjukkan dua sirkuit yang terpisah; garis putus-putus adalah hubungan mekanis antara kumparan dan kontak.

5. Bintang-segitiga: tidak semua motor dijalankan dengan cara yang sama

Untuk motor yang lebih besar dengan start ringan (misalnya kipas dan pompa), start bintang-segitiga mengurangi arus start. Cara ini memerlukan motor dengan enam terminal yang belitannya dapat dijalankan dalam segitiga pada tegangan saluran catu. Hal ini dapat dibaca dari pelat nama: pada catu 400 V, motor “400 V Δ” (misalnya 400/690 V Δ/Y) cocok, sedangkan motor dengan pelat 230/400 V Δ/Y hanya dapat berjalan dalam bintang pada 400 V sehingga tidak cocok.

Dalam diagram: kontaktor saluran KM1 menyambungkan catu ke terminal U1, V1, W1. Kontaktor bintang KM2 menghubungkan terminal W2, U2, V2 (titik bintang): motor mulai dalam bintang, belitan menerima 1/√3 dari tegangan saluran (sekitar 58 %, sekitar 230 V pada catu 400 V), dan arus start serta torsi start sekitar sepertiga dari start langsung. Menurut diagram waktu, KM2 menutup sedikit (beberapa puluh milidetik) sebelum KM1 agar tidak menyakelar sirkuit yang berbeban, dan setelah waktu t (diatur pada relai waktu sesuai percepatan mesin) KM2 melepas dan, setelah waktu mati yang singkat, kontaktor segitiga KM3 menutup: kontaktor ini menghubungkan terminal U1–W2, V1–U2, W1–V2 dan motor berjalan dalam segitiga pada tegangan penuh.

KM2 dan KM3 tidak boleh menarik bersamaan: bersama-sama keduanya akan menghubungsingkatkan fasa, sehingga interlock listrik wajib, dan interlock mekanis lazim digunakan dan dianjurkan. Torsi dalam bintang rendah, sehingga metode ini tidak cocok untuk mesin yang start dengan beban, dan peralihan menyebabkan lonjakan arus dan torsi. Di sini relai beban lebih F2 berada pada cabang catu, diatur pada arus nominal motor; jika memantau arus fasa (seri dengan belitan), nilainya diatur sekitar 58 % dari arus nominal. Ukuran kontaktor ditentukan dari tabel pabrikan.

Penandaan: Q1 proteksi hubung singkat, KM1 kontaktor saluran, KM2 Y kontaktor bintang, KM3 Δ kontaktor segitiga, F2 relai beban lebih, M1 motor enam terminal (U1 V1 W1 dan W2 U2 V2), t waktu peralihan.

6. Strip LED: beberapa segmen bukan satu LED panjang

Strip LED memerlukan catu tegangan konstan (di sini 24 V DC), dan tegangan nominal catu daya harus sesuai dengan strip. Strip terdiri atas cabang-cabang siap pakai (pada gambar, resistor dan LED yang seri) yang paralel di antara rel positif dan negatif, itulah sebabnya strip dapat dipotong pada titik potong yang ditandai pabrikan. Agar sederhana, gambar menunjukkan satu LED dan satu resistor per cabang; pada strip 24 V yang sebenarnya, beberapa LED terpasang seri dengan satu resistor di setiap cabang. Polaritas: plus ke rel plus, minus ke rel minus.

Pada strip yang panjang, tahanan rel penghantar menyebabkan jatuh tegangan dan ujung yang jauh menjadi lebih redup. Karena itu segmen harus dicatu secara terpisah, paralel (tidak dirantai ujung ke ujung), dan segmen yang panjang dari kedua ujung. Strip bertegangan lebih tinggi (24 V) menarik arus lebih kecil untuk daya yang sama, sehingga jatuh tegangannya juga lebih kecil. Dalam diagram, segmen LS1 dan LS2 masing-masing mendapat sepasang penghantar sendiri dari catu daya G1 yang sama, masing-masing dengan sekringnya sendiri (F1 dan F2).

Hitung dari daya: I = P / U. Misalnya, 5 m strip 14,4 W/m adalah 72 W, yaitu 3 A pada 24 V. Catu daya harus memiliki cadangan yang cukup di atas daya total semua strip, dan arus nominal sekring harus di atas arus segmen tetapi di bawah kapasitas hantar arus penghantar. Panjang catu maksimum dan data strip berasal dari lembar data pabrikan; jangan dioperasikan dalam keadaan tergulung, karena akan panas berlebih.

Penandaan: G1 catu daya tegangan konstan 24 V, F1 dan F2 sekring, LS1 dan LS2 segmen strip LED.

7. Diagram garis tunggal: logika panel dalam satu garis

Diagram garis tunggal menggambar sirkuit multi-penghantar (di sini L, N, dan PE) sebagai satu garis, dan menunjukkan bukan posisi pemasangan fisik, melainkan urutan perangkat proteksi dan beban. Dalam diagram: catu (1N~ 230 V setelah kWh meter) → Q0 sakelar utama (isolasi) → dua RCD (FI1, FI2, 30 mA) → di belakangnya MCB (F1–F4) → sirkuit akhir: E1 penerangan, XS1 dan XS2 stop kontak, EH1 kompor listrik. Pada kabel, garis miring diikuti jumlah penghantar dan penampang (misalnya 3×1,5: tiga penghantar 1,5 mm²).

Mengapa dua RCD? Satu perangkat bersama yang trip akan memadamkan seluruh hunian; dua perangkat membatasi hal itu. B10 dan B16 adalah karakteristik trip (B) dan arus nominal (10 dan 16 A) MCB. Nilai contoh (B10 dan 1,5 mm² untuk penerangan, B16 dan 2,5 mm² untuk stop kontak) hanya sebagai petunjuk: nilai sebenarnya bergantung pada beban, panjang penghantar, cara pemasangan, dan persyaratan. Contoh kompor EH1 berlaku untuk kompor satu fasa maksimum sekitar 3,6 kW; kompor yang lebih besar biasanya disambungkan ke sirkuit tiga fasa yang ukurannya ditentukan tersendiri.

Penandaan: Q0 sakelar utama, FI1 dan FI2 RCD (IΔ: bekerja pada arus diferensial, yaitu arus gangguan), F1–F4 MCB, E1 lampu, XS1 dan XS2 stop kontak, EH1 kompor listrik (beban tetap).

8. Relai waktu: menyakelar setelah tunda yang ditetapkan

Pada sinyal kendali, kumparan relai waktu (KT1) mulai menghitung waktu dan menyakelar kontaknya setelah waktu t yang ditetapkan. Diagram menunjukkan relai on-delay: ketika S1 menutup, KT1 diberi energi, setelah waktu t kontak tutup tertunda 15–18 menutup dan lampu E1 menyala. Ketika S1 dilepas, kumparan kehilangan energi dan kontak membuka seketika. Diagram waktu menunjukkan hal ini: penyalaan tertunda, pemadaman tidak. Busur kecil pada kontak adalah simbol penundaan; sisi cekung busur menghadap gerakan yang tertunda, di sini menutup.

Relai seperti ini digunakan, misalnya, untuk menjalankan mesin secara berurutan, untuk mengatur waktu peralihan bintang-segitiga (bagian 5), atau untuk menunda start ulang kompresor. Relai off-delay mempertahankan keluarannya tetap hidup selama waktu t setelah dimatikan; itu solusi khas untuk ventilasi susulan (misalnya kipas kamar mandi) dan penerangan tangga. Relai waktu multifungsi juga dapat menjalankan fungsi-fungsi ini serta fungsi pulsa dan siklus; selalu pilih fungsi sesuai tipe perangkat.

Penandaan: S1 kontak kendali (di sini sumber sinyal yang ditahan tertutup), KT1 relai waktu (kumparan A1–A2, kontak tutup tertunda 15–18), E1 beban yang disakelar, t waktu tunda.

9. Penahan kontaktor: START tidak perlu terus ditekan

Pada penahan, penekanan singkat tombol START (S1, kontak tutup) menarik kontaktor KM1. Kontak bantu 13–14 KM1 menutup paralel dengan S1 dan mengambil alih pencatuan kumparan, sehingga S1 dapat dilepas. Kontak STOP (S0, kontak buka) dan kontak buka 95–96 relai beban lebih F2 terpasang seri dengan kumparan: salah satunya memutus sirkuit, KM1 melepas, kontak bantu ikut membuka, dan motor baru berjalan lagi setelah START yang baru.

STOP adalah kontak buka (NC) karena kawat putus atau terminal longgar pun akan menghasilkan keadaan berhenti yang aman: gangguan pada sirkuit kendali tidak boleh membuat motor tetap berjalan. Kontak penyakelaran berada di sisi fasa (L) dan kumparan di sisi netral, sehingga gangguan tanah tidak menarik kontaktor. Setelah tegangan padam, sirkuit penahan tidak menyala kembali sendiri, dan itu yang diinginkan; dengan sakelar yang tertutup permanen (kendali dua kawat) mesin dapat menyala sendiri ketika tegangan kembali. Ini adalah logika kendali yang harus dirancang bersama proteksi, interlock, dan proteksi terhadap start ulang tak terduga yang sebenarnya, sesuai penilaian risiko mesin.

Penandaan: F1 sekring sirkuit kendali, S0 STOP (buka), F2 relai beban lebih 95–96 (buka), S1 START (tutup), KM1 kontaktor (kumparan A1–A2, kontak bantu tutup 13–14).

10. Lampu dengan sensor gerak

Sensor gerak (B1, di sini PIR, inframerah pasif) menyakelar penghantar fasa lampu dengan kontak penyakelaran internalnya (L → L′). Sensor memiliki tiga terminal: L dan N mencatu sensor itu sendiri, sehingga memerlukan fasa permanen dan netral permanen; L′ adalah keluaran yang disakelar menuju lampu. Terminal lain lampu tersambung ke netral, dan penghantar proteksi menuju badan armatur. Jika kotak sakelar tidak memiliki penghantar netral (hanya fasa dan penghantar ke lampu, seperti pada instalasi sakelar konvensional), sensor tiga kawat tidak dapat disambungkan: diperlukan sensor dua kawat.

Saat belajar, pisahkan dalam pikiran antara deteksi (PIR), keputusan (elektronik sensor: sensitivitas, tunda, ambang cahaya), penyakelaran (L′), dan beban; dengan begitu sebagian besar tugas penerangan otomatis menjadi mudah dipahami. Peringkat beban keluaran, ketentuan untuk beban LED atau induktif (beban minimum, arus masuk), dan kendali manual selalu ditetapkan oleh dokumentasi perangkat.

Penandaan: F1 MCB, B1 sensor gerak (PIR; L, N, L′ yang disakelar), E1 lampu, L fasa, N netral, PE penghantar proteksi.

11. Sensor 24 V pada masukan pengendali

Sensor industri tiga kawat menggunakan penghantar catu yang terpisah dan penghantar sinyal yang terpisah. Warna penghantar dan penugasan konektor M12 yang lazim adalah: cokelat (BN, terminal 1) = +24 V, biru (BU, terminal 3) = 0 V, hitam (BK, terminal 4) = sinyal keluaran. Sensor mengambil dayanya dari catu daya G1; PLC hanya membaca sinyalnya (penghantar hitam).

Sensor PNP menyakelar keluarannya ke +24 V ketika aktif. Arus sinyal kemudian mengalir melalui masukan PLC dan kembali ke 0 V, sehingga titik bersama masukan (di sini 1M) tersambung ke 0 V, dan 0 V sensor, catu daya, serta masukan menjadi bersama. Sebaliknya, sensor NPN menyakelar keluarannya ke 0 V dan memerlukan masukan dengan polaritas berlawanan. Jenis masukan, tingkat tegangan, dan peringkat beban sensor harus dicocokkan menurut lembar data PLC dan sensor; ketidakcocokan membuat masukan tidak bekerja atau dapat merusak peralatan.

Penandaan: G1 catu daya 24 V DC, B1 sensor PNP (BN, BU, BK), PLC1 pengendali (DI0 masukan digital, 1M titik bersama masukan), I arus sirkuit sinyal.

12. Membalik arah motor

Pada motor tiga fasa, menukar dua fasa membalik arah putaran. Dalam diagram, KM1 menyambungkan fasa L1, L2, L3 langsung ke terminal U1, V1, W1 (maju), dan KM2 menukar fasa L1 dan L2 (mundur: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Kedua kontaktor dicatu dari catu yang sama, sehingga jika menarik bersamaan akan terjadi hubung singkat antarfasa. KM1 dan KM2 tidak boleh bekerja bersamaan, itulah sebabnya interlock bukan pilihan.

Interlock harus berupa listrik (kontak bantu buka salah satu kontaktor, misalnya KM1 21–22, seri dengan kumparan kontaktor lainnya) dan, sebaiknya, mekanis (elemen mekanis yang menghubungkan kedua kontaktor; dalam diagram berupa panah ganda di antara garis putus-putus). Membalik saat motor berputar akan menyebabkan lonjakan arus dan torsi yang besar, sehingga kendali biasanya mengizinkan start ke arah berlawanan hanya setelah berhenti. Gambar menunjukkan sirkuit daya; kendalinya (START terpisah untuk setiap arah dan STOP bersama) harus dilengkapi seperti pada bagian 9; proteksi sakelar batas, pengereman, dan proteksi terhadap start ulang tak terduga merupakan bagian dari rancangan keselamatan mesin.

Penandaan: Q1 proteksi hubung singkat, KM1 kontaktor maju, KM2 kontaktor mundur, F2 relai beban lebih, M1 motor tiga fasa, ⇄ di antara kedua kontaktor adalah interlock mekanis.

13. Mengapa dibagi menjadi beberapa sirkuit?

Dalam panel distribusi, beban dengan tujuan berbeda biasanya dimulai pada cabang proteksi yang terpisah. Dalam diagram, setelah sakelar utama Q0 dan RCD FI1 terdapat tiga sirkuit: F1 penerangan (E1–E3), F2 stop kontak (XS1–XS3), F3 kompor listrik (EH1). Jika arus lebih atau hubung singkat terjadi pada sirkuit stop kontak (simbol petir), hanya F2 yang trip: penerangan dan kompor tetap beroperasi (dalam diagram sirkuit yang trip digambar abu-abu putus-putus).

Manfaatnya adalah pencarian gangguan yang lebih mudah (terlihat sirkuit mana yang bermasalah), proteksi yang lebih tepat sasaran (setiap sirkuit mendapat pemutus sirkuit yang ukurannya sesuai penghantar dan bebannya), dan kontinuitas operasi yang lebih baik (gangguan stop kontak tidak membuat hunian gelap gulita). Beban besar (kompor, oven, pemanas air, pendingin udara) biasanya mendapat sirkuit tersendiri. RCD FI1, bagaimanapun, trip karena arus residu (gangguan), yaitu selisih antara arus fasa dan netral, misalnya pada gangguan tanah atau kebocoran, dan mematikan setiap sirkuit di belakangnya; itulah sebabnya panel yang lebih besar menggunakan beberapa RCD (lihat bagian 7). Pengelompokan yang tepat ditentukan dari rancangan, beban, dan persyaratan yang berlaku.

Penandaan: Q0 sakelar utama, FI1 RCD, F1–F3 MCB (B10, B16 adalah karakteristik dan arusnya), E1–E3 lampu, XS1–XS3 stop kontak, EH1 kompor listrik (contoh satu fasa yang lebih kecil).

Pertanyaan latihan

1. Mengapa sirkuit LED memerlukan pembatasan arus, dan bagaimana menghitung resistornya?
2. Apa perbedaan antara tugas penyakelaran kontaktor dan tugas proteksi beban lebih?
3. Mengapa PE tidak boleh dilewatkan melalui sakelar?
4. Mengapa kontak buka (NC) digunakan untuk tombol STOP?
5. Mengapa kontaktor bintang dan segitiga, atau kontaktor maju dan mundur, tidak boleh menarik bersamaan?

Jika ingin mendokumentasikan rancangan dengan jelas, lanjutkan dengan simbol dan set simbol lalu bab Kabel dan sirkuit.