13. Praktične veze

Bezbednost pre svake šeme

Crteži u nastavku su konceptualne šeme za učenje. Nisu montažni crteži, tabele stezaljki niti uputstva za ožičenje i ne daju ovlašćenje za rad pod naponom. Na strujnim kolima mrežnog napona (230/400 V) smeju da rade samo stručna lica; zaštita na objektu, uzemljenje, dimenzionisanje provodnika i važeći zahtevi uvek imaju prednost.

Kako se čitaju šeme. Crteži koriste pojednostavljene standardne simbole strujnih šema, sa oznakama uređaja umesto reči (značenje svake oznake navedeno je na kraju svakog odeljka). Prekidači, kontakti i tasteri crtaju se u stanju mirovanja (nisu aktivirani, kalemovi nisu pod naponom). Boje služe samo kao pomoć: braon = faza (L1), crna i siva = L2 i L3, plava = neutralni provodnik (N), žuto-zelena = zaštitni provodnik (PE); kod jednosmerne struje crvena = +, plava = 0 V. Isprekidana linija predstavlja mehaničku vezu (na primer između kalema releja i njegovog kontakta). U oznakama, F je zaštita (osigurač, automatski osigurač, termički relej), Q je automatski osigurač ili glavni prekidač, S je prekidač ili taster, K i KM su relej i kontaktor, M je motor, E je osvetljenje, B je senzor, a G je napajanje.

1. Povezivanje LED diode: učenje na niskom naponu

Počnite sa strujnim kolom niskog napona, na primer 12 V DC. LED dioda je dioda: provodi samo u jednom smeru. Anoda (A) je okrenuta prema plusu, a katoda (K) prema minusu; pri obrnutom polaritetu ne svetli i može čak da se ošteti. LED dioda sama ne ograničava struju: kad se dostigne napon provođenja (UF), struja naglo raste, pa su potrebni redni otpornik ili izvor konstantne struje, inače se LED dioda uništava. Osigurač (F1) štiti provodnik i stranu napajanja od kratkog spoja; on ne ograničava struju LED diode.

Šemu čitajte u smeru struje, od plusa ka minusu: napajanje G1 → osigurač F1 → prekidač S1 → otpornik R1 → LED dioda D1 (anoda → katoda) → nazad na minus napajanja G1.

Otpornik izračunajte iz kataloškog lista: R1 = (U − UF) / IF. Na primer, pri napajanju od 12 V, UF ≈ 2 V i IF = 20 mA, R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; izaberite sledeću višu standardnu vrednost (510 Ω), što daje oko 19,6 mA. Otpornik disipira oko 0,2 W, pa koristite otpornik od ½ W.

Oznake: G1 napajanje 12 V DC, F1 osigurač, S1 prekidač (radni kontakt), R1 otpornik, D1 LED dioda, I smer struje. Šema nije pogodna za ožičenje LED drajvera mrežnog napona.

2. Povezivanje motora: odvojene funkcije snage i upravljanja

Pokretanje trofaznog motora nije puko povezivanje tri provodnika. Strujno kolo snage (L1, L2, L3 → motor) i upravljačko kolo (kalem kontaktora, tasteri) su odvojena kola. Šema prikazuje strujno kolo snage direktnog pokretanja: Q1 štiti od kratkog spoja i razdvaja, glavni kontakti kontaktora KM1 uključuju motor, termički relej F2 nadzire dugotrajno preopterećenje, motor M1 dobija tri faze na stezaljkama U1, V1, W1, a zaštitni provodnik (PE) ide na kućište motora. Kalem kontaktora (A1–A2) i pomoćni kontakt releja F2 (95–96, normalno zatvoren) pripadaju upravljačkom kolu: na desnoj strani šeme označena je samo njihova veza, a odeljak 9 pokazuje kako se ožičavaju.

Kod motorskog zaštitnog prekidača sa termičkim i magnetnim okidačem poseban F2 može da se izostavi, jer prekidač štiti i od preopterećenja. Vrednost okidanja podesite na nazivnu struju sa natpisne pločice motora. Kategorija upotrebe kontaktora (za motore obično AC-3), način pokretanja, zaustavljanje u slučaju opasnosti, redosled faza (on određuje smer obrtanja) i izbor zaštitnih uređaja zavise od natpisne pločice motora i od projektanta.

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

3. Čitanje strujne šeme: lampa upravljana sa dva mesta

Kod serijskog (naizmeničnog) prekidanja dva izmenična prekidača upravljaju jednom lampom. Faza (L) preko automatskog osigurača F1 stiže na zajedničku (COM) stezaljku prekidača S1. Dva provodnika između prekidača vode od preostale dve stezaljke prekidača S1 do odgovarajućih stezaljki prekidača S2. Sa zajedničke stezaljke prekidača S2 provodnik ide do lampe (E1). Neutralni provodnik (N) je direktno povezan sa lampom. Promena položaja bilo kog prekidača menja stanje lampe: kad su oba prekidača na istom provodniku, kolo je zatvoreno i lampa svetli; kad su na različitim provodnicima, kolo je otvoreno. Šema prikazuje isključeno stanje.

Prekidači prekidaju fazu, a ne neutralni provodnik, pa kad je lampa isključena, njeno grlo nije pod naponom. Zaštitni provodnik (PE) je poseban neprekinut provodnik: ide do tela svetiljke i ne sme da prolazi kroz prekidački kontakt. Za upravljanje sa tri ili više mesta, u provodnike između dva izmenična prekidača ugrađuje se međuprekidač (ukrsni prekidač).

Redosled čitanja: prvo prepoznajte napajanje i potrošač, zatim elemente za uključivanje, pa zasebno pratite fazu, neutralni i zaštitni provodnik. Boje provodnika: faza je obično braon (ili crna, siva), neutralni svetloplav, a zaštitni žuto-zelen; provodnici između prekidača nemaju sopstvenu boju, ali za njih ne koristite svetloplavu ni žuto-zelenu. Boje na šemi su samo ilustrativne; za stvarno označavanje koristite projekat, dokumentaciju opreme i važeće zahteve.

Oznake: F1 automatski osigurač, S1 i S2 izmenični prekidač (COM = zajednička stezaljka), E1 lampa, L faza, N neutralni provodnik, PE zaštitni provodnik.

4. Taster i relej: zašto je upravljanje odvojeno?

Mali upravljački signal pobuđuje kalem releja (ovde 24 V DC), dok njegov kontakt uključuje zasebno kolo, galvanski odvojeno od kalema (ovde strujno kolo lampe od 230 V zaštićeno osiguračem F1). Taster zato uključuje samo malu struju kalema, a ne struju potrošača. Dok držite S1 pritisnut, K1 privlači i kontakt 13–14 se zatvara; kad ga pustite, K1 otpušta. Za trajni rad potrebno je kolo sa samodržanjem (odeljak 9).

Zaštitna (povratna) dioda (V1) vezuje se paralelno kalemu jednosmerne struje: njena katoda je okrenuta prema plusu, pa je u normalnom radu inverzno polarisana, a kad se kalem isključi, ona prima induktivni naponski udar koji bi mogao da ošteti upravljanje. Mnogi releji i relejni moduli je već sadrže; dioda je osetljiva na polaritet i pri pogrešnom povezivanju izaziva kratak spoj. Napon, struju i kategoriju prekidanja kontakta birajte prema stvarnom potrošaču (kod LED drajvera ili induktivnog potrošača računa se i struja uključenja); napon kalema odgovara upravljačkom kolu. Nivo izolacije između upravljačkog kola od 24 V i kola potrošača od 230 V garantuje katalog releja.

Oznake: S1 taster (radni), K1 relej (kalem A1–A2, radni kontakt 13–14), V1 zaštitna dioda, F1 osigurač, E1 potrošač (lampa). Crtež prikazuje dva odvojena strujna kola; isprekidana linija je mehanička veza između kalema i kontakta.

5. Zvezda-trougao: nije svaki motor isti pri pokretanju

Kod većih motora sa lakim pokretanjem (na primer ventilatori i pumpe) pokretanje zvezda-trougao smanjuje struju pokretanja. Za to je potreban motor sa šest stezaljki čiji namotaji mogu da rade u trouglu na linijskom naponu mreže. To se vidi na natpisnoj pločici: na mreži od 400 V odgovara motor „400 V Δ“ (na primer 400/690 V Δ/Y), dok motor sa pločicom 230/400 V Δ/Y na 400 V može da radi samo u zvezdi i zato nije pogodan.

Na šemi: mrežni kontaktor KM1 povezuje napajanje sa stezaljkama U1, V1, W1. Kontaktor zvezde KM2 spaja stezaljke W2, U2, V2 (zvezdište): motor se pokreće u zvezdi, namotaji dobijaju 1/√3 linijskog napona (oko 58 %, oko 230 V na mreži od 400 V), a struja i moment pokretanja iznose oko trećinu vrednosti pri direktnom pokretanju. Prema vremenskom dijagramu, KM2 se zatvara malo (nekoliko desetina milisekundi) pre KM1 da ne bi prekidao opterećeno kolo, a posle vremena t (podešenog na vremenskom releju prema zaletanju mašine) KM2 otpušta i, posle kratke pauze, zatvara se kontaktor trougla KM3: on spaja stezaljke U1–W2, V1–U2, W1–V2 i motor radi u trouglu pod punim naponom.

KM2 i KM3 nikada ne smeju da privuku istovremeno: zajedno bi napravili kratak spoj među fazama, zato je električna blokada obavezna, a mehanička blokada je uobičajena i preporučljiva. Moment u zvezdi je mali, pa metoda nije pogodna za mašine koje se pokreću pod opterećenjem, a preklapanje izaziva udar struje i momenta. Ovde je termički relej F2 u napojnoj grani, podešen na nazivnu struju motora; kad bi nadzirao faznu struju (redno sa namotajem), podesio bi se na oko 58 % nazivne struje. Kontaktori se dimenzionišu prema tabelama proizvođača.

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

6. LED traka: više segmenata nije jedna duga LED dioda

LED traka zahteva napajanje konstantnim naponom (ovde 24 V DC), a nazivni napon napajanja mora da odgovara naponu trake. Traka se sastoji od gotovih grana (na crtežu otpornik i LED dioda redno) koje su paralelne između pozitivne i negativne šine, zbog čega može da se seče na mestima koja označava proizvođač. Radi jednostavnosti, crtež prikazuje po jednu LED diodu i jedan otpornik u grani; na stvarnoj traci od 24 V više LED dioda je redno sa jednim otpornikom u svakoj grani. Polaritet: plus na pozitivnu šinu, minus na negativnu šinu.

Kod duge trake otpor provodne šine izaziva pad napona i krajnji deo postaje slabiji. Zato segmente treba napajati nezavisno, paralelno (ne lančano jedan za drugim), a dugačak segment sa oba kraja. Traka višeg napona (24 V) za istu snagu vuče manju struju, pa je i pad napona manji. Na šemi segmenti LS1 i LS2 dobijaju svaki svoj par provodnika iz istog napajanja G1, svaki sa sopstvenim osiguračem (F1 i F2).

Računajte iz snage: I = P / U. Na primer, 5 m trake od 14,4 W/m je 72 W, što je 3 A pri 24 V. Napajanje treba da ima dovoljnu rezervu iznad ukupne snage svih traka, a nazivna struja osigurača treba da bude iznad struje segmenta, ali ispod strujne opteretivosti provodnika. Maksimalna dužina napajanja i podaci trake dolaze iz kataloškog lista proizvođača; ne koristite je smotanu, jer se pregreva.

Oznake: G1 napajanje konstantnog napona 24 V, F1 i F2 osigurač, LS1 i LS2 segmenti LED trake.

7. Jednopolna šema: logika table u jednoj liniji

Jednopolna šema crta višežilno strujno kolo (ovde L, N i PE) jednom linijom i prikazuje ne fizičke položaje ugradnje, već redosled zaštitnih uređaja i potrošača. Na šemi: napajanje (1N~ 230 V posle brojila električne energije) → glavni prekidač Q0 (razdvajanje) → dve FID sklopke (FI1, FI2, 30 mA) → iza njih automatski osigurači (F1–F4) → krajnja strujna kola: E1 osvetljenje, XS1 i XS2 utičnice, EH1 ploča za kuvanje. Na kablu se iza kose crte navodi broj provodnika i presek (na primer 3×1,5: tri provodnika od 1,5 mm²).

Zašto dve FID sklopke? Kad jedan zajednički uređaj okine, ceo stan ostaje bez napona; dva uređaja to ograničavaju. B10 i B16 su karakteristika okidanja (B) i nazivna struja (10 i 16 A) automatskog osigurača. Primeri vrednosti (B10 i 1,5 mm² za osvetljenje, B16 i 2,5 mm² za utičnice) samo su orijentacioni: stvarna vrednost zavisi od opterećenja, dužine provodnika, načina polaganja i zahteva. Primer ploče EH1 odnosi se na jednofaznu ploču snage najviše oko 3,6 kW; veća ploča se obično priključuje na posebno dimenzionisano trofazno strujno kolo.

Oznake: Q0 glavni prekidač, FI1 i FI2 FID sklopka (IΔ: reaguje na diferencijalnu, tj. strujnu grešku), F1–F4 automatski osigurač, E1 lampa, XS1 i XS2 utičnica, EH1 ploča za kuvanje (stalni potrošač).

8. Vremenski relej: uključivanje posle zadatog kašnjenja

Na upravljački signal kalem vremenskog releja (KT1) počinje da meri vreme i posle zadatog vremena t prebacuje svoj kontakt. Šema prikazuje relej sa kašnjenjem pri uključenju: kad se S1 zatvori, KT1 se pobuđuje, posle vremena t zatvara se radni kontakt 15–18 sa kašnjenjem i lampa E1 se uključuje. Kad se S1 otpusti, kalem se isključuje i kontakt se odmah otvara. Vremenski dijagram to prikazuje: uključivanje kasni, isključivanje ne kasni. Mali luk na kontaktu je simbol kašnjenja; udubljena strana luka okrenuta je prema kretanju koje kasni, ovde zatvaranju.

Takav relej se koristi, na primer, za uzastopno pokretanje mašina, za vremensko preklapanje zvezda-trougao (odeljak 5) ili za odlaganje ponovnog pokretanja kompresora. Relej sa kašnjenjem pri isključenju drži izlaz uključenim još vreme t posle isključenja; to je tipično rešenje za naknadni rad ventilacije (na primer kupatilskog ventilatora) i za stepenišno osvetljenje. Višefunkcijski vremenski releji mogu da izvedu i ove, kao i impulsne i ciklične funkcije; funkciju uvek birajte prema tipu uređaja.

Oznake: S1 upravljački kontakt (ovde izvor signala koji se drži zatvoren), KT1 vremenski relej (kalem A1–A2, radni kontakt sa kašnjenjem 15–18), E1 potrošač koji se uključuje, t vreme kašnjenja.

9. Samodržanje kontaktora: START ne ostaje pritisnut

Kod samodržanja kratak pritisak na taster START (S1, radni) privlači kontaktor KM1. Pomoćni kontakt 13–14 kontaktora KM1 zatvara se paralelno sa S1 i preuzima napajanje kalema, pa S1 može da se pusti. Kontakt STOP (S0, mirni) i mirni kontakt 95–96 termičkog releja F2 nalaze se redno sa kalemom: bilo koji od njih prekida kolo, KM1 otpušta, pomoćni kontakt se takođe otvara, a motor se ponovo pokreće tek novim pritiskom na START.

STOP je mirni (NC) kontakt jer i prekinuta žica ili olabavljena stezaljka tada vodi u zaustavljeno, bezbedno stanje: greška u upravljačkom kolu ne sme da drži motor u radu. Kontakti za uključivanje su na strani faze (L), a kalem na strani neutralnog provodnika, pa zemljospoj ne privlači kontaktor. Posle ispada napona kolo sa samodržanjem ne kreće samo, što je poželjno; kod trajno zatvorenog prekidača (dvožično upravljanje) mašina može sama da krene kad se napon vrati. To je upravljačka logika koja se mora projektovati zajedno sa stvarnim zaštitama, blokadama i zaštitom od neočekivanog ponovnog pokretanja, prema proceni rizika mašine.

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

10. Svetiljka sa senzorom pokreta

Senzor pokreta (B1, ovde PIR, pasivni infracrveni) svojim unutrašnjim kontaktom prekida fazni provodnik svetiljke (L → L′). Ima tri stezaljke: L i N napajaju sam senzor, pa mu je potrebna stalna faza i stalni neutralni provodnik; L′ je prekidani izlaz koji ide do lampe. Druga stezaljka lampe povezuje se na neutralni provodnik, a zaštitni provodnik ide na telo svetiljke. Ako u razvodnoj kutiji prekidača nema neutralnog provodnika (samo faza i provodnik do lampe, kao kod klasične prekidačke instalacije), trožični senzor ne može da se poveže: potreban je dvožični senzor.

Pri učenju u mislima razdvojte detekciju (PIR), odlučivanje (elektronika senzora: osetljivost, kašnjenje, prag svetlosti), prekidanje (L′) i potrošač; tako postaje razumljiva većina zadataka automatskog osvetljenja. Opteretivost izlaza, uslove za LED ili induktivne potrošače (minimalno opterećenje, struja uključenja) i eventualno ručno nadjačavanje uvek navodi dokumentacija uređaja.

Oznake: F1 automatski osigurač, B1 senzor pokreta (PIR; L, N, prekidano L′), E1 lampa, L faza, N neutralni provodnik, PE zaštitni provodnik.

11. Senzor od 24 V na ulazu kontrolera

Trožični industrijski senzor koristi odvojene provodnike napajanja i poseban provodnik signala. Uobičajene boje provodnika i raspored na M12 konektoru su: braon (BN, stezaljka 1) = +24 V, plava (BU, stezaljka 3) = 0 V, crna (BK, stezaljka 4) = izlazni signal. Senzor se napaja iz napajanja G1; PLC čita samo signal (crni provodnik).

PNP senzor, kad je aktivan, prebacuje izlaz na +24 V. Struja signala tada teče kroz ulaz PLC-a i vraća se na 0 V, pa se zajednička tačka ulaza (ovde 1M) povezuje na 0 V, a 0 V senzora, napajanja i ulaza je zajednički. NPN senzor, nasuprot tome, prebacuje izlaz na 0 V i zahteva ulaz suprotnog polariteta. Tip ulaza, naponski nivo i opteretivost senzora moraju se uskladiti prema katalozima PLC-a i senzora; neusklađenost dovodi do toga da ulaz ne radi ili može da ošteti opremu.

Oznake: G1 napajanje 24 V DC, B1 PNP senzor (BN, BU, BK), PLC1 kontroler (DI0 digitalni ulaz, 1M zajednička tačka ulaza), I struja signalnog kola.

12. Promena smera obrtanja motora

Kod trofaznog motora zamena dve faze menja smer obrtanja. Na šemi KM1 povezuje faze L1, L2, L3 direktno na stezaljke U1, V1, W1 (napred), a KM2 zamenjuje faze L1 i L2 (nazad: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Oba kontaktora se napajaju iz istog izvora, pa bi, kad bi privukli zajedno, došlo do kratkog spoja među fazama. KM1 i KM2 nikada ne smeju da rade zajedno, zato blokada nije opciona.

Blokada mora biti i električna (mirni pomoćni kontakt jednog kontaktora, na primer KM1 21–22, redno sa kalemom drugog kontaktora) i, poželjno, mehanička (mehanički element koji povezuje dva kontaktora; na šemi dvostruka strelica između isprekidanih linija). Promena smera u hodu izazvala bi veliki udar struje i momenta, zato upravljanje obično dozvoljava pokretanje u suprotnom smeru tek posle zaustavljanja. Crtež prikazuje strujno kolo snage; upravljanje (poseban START za svaki smer i zajednički STOP) dopunite kao u odeljku 9; zaštita krajnjim prekidačima, kočenje i zaštita od neočekivanog ponovnog pokretanja deo su bezbednosnog projekta mašine.

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

13. Zašto podeliti na više strujnih kola?

U razvodnoj tabli potrošači različite namene obično polaze iz odvojenih zaštićenih grana. Na šemi se posle glavnog prekidača Q0 i FID sklopke FI1 nalaze tri strujna kola: F1 osvetljenje (E1–E3), F2 utičnice (XS1–XS3), F3 ploča za kuvanje (EH1). Ako se u kolu utičnica pojavi preopterećenje ili kratak spoj (simbol munje), okida samo F2: osvetljenje i ploča za kuvanje ostaju u radu (na šemi je okinuto kolo prikazano isprekidanom sivom linijom).

Prednost je lakše traženje kvara (vidi se koje je kolo neispravno), ciljanija zaštita (svako kolo dobija automatski osigurač dimenzionisan prema svom provodniku i potrošaču) i bolji kontinuitet rada (kvar na utičnici ne ostavlja stan u mraku). Veliki potrošači (ploča za kuvanje, rerna, bojler, klima-uređaj) obično dobijaju sopstveno kolo. FID sklopka FI1 međutim okida na diferencijalnu (rezidualnu) struju, tj. razliku struja faze i neutralnog provodnika, na primer pri zemljospoju ili curenju, i isključuje sva kola iza sebe; zato se u većim tablama koristi više FID sklopki (vidi odeljak 7). Tačno grupisanje određuje se prema projektu, potrošačima i važećim zahtevima.

Oznake: Q0 glavni prekidač, FI1 FID sklopka, F1–F3 automatski osigurač (B10, B16 su karakteristika i struja), E1–E3 lampa, XS1–XS3 utičnica, EH1 ploča za kuvanje (manji jednofazni primer).

Pitanja za vežbu

1. Zašto je kolu LED diode potrebno ograničenje struje i kako se izračunava otpornik?
2. Po čemu se razlikuje zadatak uključivanja kontaktora od zadatka zaštite od preopterećenja?
3. Zašto PE ne sme da se vodi kroz prekidač?
4. Zašto se za taster STOP koristi mirni (NC) kontakt?
5. Zašto kontaktori zvezde i trougla, odnosno napred i nazad, nikada ne smeju da privuku istovremeno?

Ako želite da pregledno dokumentujete projekat, nastavite sa simbolima i skupovima simbola, a zatim sa poglavljem provodnici i strujna kola.