13. Praktiske koblinger

Sikkerhet foran hver figur

Tegningene her er pedagogiske, prinsipielle figurer. De er ikke en utførelsestegning, ikke en klemmerekke- eller ledningsfordeling, og de gir ikke tillatelse til arbeid under spenning. På en krets med nettspenning (230/400 V) skal bare en person med nødvendig kompetanse arbeide; vern, jording, ledertverrsnitt og forskrifter på stedet har alltid forrang.

Hvordan leser du figurene? Tegningene bruker de vanlige, forenklede symbolene i elektriske koblingsskjemaer, med utstyrsmerking i stedet for tekst (betydningen finner du i slutten av hvert punkt). Brytere, kontakter og knapper er tegnet i hviletilstand (ikke påvirket, spoler uten spenning). Fargene er bare en hjelp: brun = fase (L1), svart og grå = L2 og L3, blå = nulleder (N), grønn-gul = vernleder (PE); ved likespenning rød = +, blå = 0 V. En stiplet linje betyr mekanisk forbindelse (for eksempel mellom reléspolen og kontakten). I merkingen er F vern (sikring, automatsikring, overstrømsrelé), Q effektbryter eller hovedbryter, S bryter eller trykknapp, K og KM relé og kontaktor, M motor, E belysning, B sensor, G strømforsyning.

1. Tilkobling av LED: øv på lavspenning

For å begynne passer en lavspenningskrets, for eksempel 12 V DC. LED-en er en diode: den leder bare i én retning. Anoden (A) vender mot pluss, katoden (K) mot minus; med omvendt polaritet lyser den ikke, og LED-en kan også skades. Strømmen i en LED regulerer seg ikke selv: etter at framspenningen (UF) er nådd, stiger strømmen bratt, så det trengs en seriemotstand eller en konstantstrømdriver, ellers skades LED-en. Sikringen (F1) beskytter ledningen og forsyningssiden mot kortslutning, den begrenser ikke strømmen i LED-en.

Les figuren i strømmens retning, fra plusssiden mot minus: G1 strømforsyning → F1 sikring → S1 bryter → R1 motstand → D1 LED (anode → katode) → tilbake til minus på G1.

Verdien på motstanden regner du ut fra databladet: R1 = (U − UF) / IF. For eksempel ved 12 V forsyningsspenning, UF ≈ 2 V og IF = 20 mA er R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; velg den nærmeste større standardverdien (510 Ω), da blir strømmen ca. 19,6 mA. I motstanden oppstår det et tap på ca. 0,2 W, så bruk en ½ W motstand.

Merking: G1 12 V likespenningsforsyning, F1 sikring, S1 bryter (sluttekontakt), R1 motstand, D1 LED, I strømmens retning. Figuren kan ikke brukes til tilkobling av en LED-driver for nettspenning.

2. Tilkobling av motor: effektkrets og styrekrets har hver sin rolle

Start av en trefasemotor er ikke bare å koble til tre ledninger. Effektkretsen (L1, L2, L3 → motor) og styrekretsen (kontaktorens spole, trykknappene) er egne kretser. Figuren viser effektkretsen ved direkte start: Q1 beskytter mot kortslutning og skiller, hovedkontaktene til kontaktoren KM1 kobler motoren, det termiske overstrømsreléet F2 overvåker langvarig overbelastning, motoren M1 får de tre fasene på klemmene U1, V1, W1, og vernlederen (PE) går til motorhuset. Kontaktorspolen (A1–A2) og hjelpekontakten til F2 (95–96, brudd) hører til styrekretsen: på høyre side av figuren er bare forbindelsen deres antydet, tilkoblingen vises i punkt 9.

Ved en motorvernbryter som har både termisk og magnetisk utløser, kan den separate F2 utelates, fordi bryteren også beskytter mot overbelastning. Utløserverdien må stilles inn på merkestrøm etter motorens merkeplate. Kontaktorens koblingskategori (for motorer vanligvis AC-3), startmåten, nødstopp, fasefølgen (den avgjør rotasjonsretningen) og valget av vernutstyr bestemmes av motorens merkeplate og den prosjekterende.

Merking: Q1 kortslutningsvern (motorvernbryter eller automatsikring), KM1 kontaktor (hovedkontakter 1–2, 3–4, 5–6; spole A1–A2), F2 termisk overstrømsrelé (hjelpekontakt 95–96), M1 trefasemotor (3~), U1 V1 W1 motorens klemmer.

3. Å lese et koblingsskjema: lampe styrt fra to steder

I en vekselkobling styrer to vekselbrytere den samme lampen. Fasen (L) kommer via automatsikringen F1 til fellesklemmen (COM) på S1. Mellom de to andre klemmene på S1 og de to tilsvarende klemmene på S2 går to vekselledere. Fra fellesklemmen på S2 går ledningen til lampen (E1). Nullederen (N) er koblet direkte til lampen. Hver gang en av bryterne slås om, bytter lampen tilstand: hvis begge brytere står på samme vekselleder, er kretsen sluttet og lampen lyser; hvis de står på forskjellige ledere, er kretsen brutt. Figuren viser tilstanden «av».

Bryterne bryter fasen, ikke nullederen, slik at lampefatningen ikke står på fase når den er slått av. Vernlederen (PE) er en egen, sammenhengende leder: den går til lampehuset og kan ikke brytes av en bryterkontakt. Ved styring fra tre eller flere steder settes det inn en kryssbryter i vekselledningene mellom de to vekselbryterne.

Rekkefølge for å lese skjemaet: identifiser først forsyningen og forbrukeren, deretter bryterelementene, og følg til slutt veien til fasen, nullederen og vernlederen hver for seg. Ledningsfarger: fasen er vanligvis brun (eller svart, grå), nullederen lyseblå, vernlederen grønn-gul; vekselledere har ingen egen farge, men bruk ikke lyseblå og grønn-gul til dette. Fargene i figuren er bare illustrasjon; til den faktiske merkingen bruker du alltid planen, utstyrets dokumentasjon og gjeldende forskrifter.

Merking: F1 automatsikring, S1 og S2 vekselbryter (COM = fellesklemme), E1 lampe, L fase, N nulleder, PE vernleder.

4. Trykknapp og relé: hvorfor skilles styringen ut?

Reléspolen drives av et lite styresignal (her 24 V DC), og kontakten bryter galvanisk skilt fra det en egen krets (her en 230 V lampekrets beskyttet av F1). Slik bryter trykknappen bare den lille spolestrømmen, ikke forbrukerens strøm. Så lenge S1 holdes inne, trekker K1, og kontakten 13–14 sluttes; når du slipper, faller K1. For varig drift trengs selvholding (punkt 9).

Parallelt med DC-spolen kobles en frihjulsdiode (V1): katoden vender mot plusssiden, så den sperrer i normal drift, men når spolen kobles fra, leder den bort den induktive spenningspulsen som ellers kunne skade styringen. Mange reléer eller relémoduler har en slik allerede innebygd; dioden er polaritetsfølsom, og hvis den kobles omvendt, gir den kortslutning. Kontaktens merkespenning, strøm og koblingskategori må velges ut fra den faktiske lasten (ved en LED-driver og induktiv last teller også innkoblingsstrømstøtet); spolespenningen tilpasses styrekretsen. Isolasjonsnivået mellom 24 V-styrekretsen og 230 V-lastkretsen garanteres av reléets datablad.

Merking: S1 trykknapp (sluttekontakt), K1 relé (spole A1–A2, kontakt 13–14, sluttekontakt), V1 frihjulsdiode, F1 sikring, E1 forbruker (lampe). Tegningen viser to separate kretser; den stiplede linjen er den mekaniske forbindelsen mellom spolen og kontakten.

5. Stjerne–trekant: ikke alle motorer starter likt

For større motorer med lett start (for eksempel vifte, pumpe) reduseres startstrømmen med stjerne–trekant-start. Forutsetningen er en motor med seks klemmer (viklingsender), hvis viklinger kan gå i trekant på nettets linjespenning. Det kan leses av merkeplaten: på et 400 V-nett er en motor med «400 V Δ» (for eksempel 400/690 V Δ/Y) egnet, mens en motor med merkeplate 230/400 V Δ/Y på 400 V bare kan gå i stjerne og er derfor ikke egnet her.

Ifølge figuren: nettkontaktoren KM1 gir nettet til klemmene U1, V1, W1. Stjernekontaktoren KM2 forbinder klemmene W2, U2, V2 (stjernepunktet): motoren starter i stjerne, viklingene får 1/√3 av linjespenningen (ca. 58 %, ved 400 V ca. 230 V), og både startstrømmen og startmomentet er ca. en tredjedel av direkte start. Ifølge tidsdiagrammet lukker KM2 litt (noen titalls millisekunder) før KM1, slik at den ikke bryter den belastede kretsen, og etter tiden t (stilt inn av tidsreléet, tilpasset maskinens oppløpstid) faller KM2, og etter en kort dødtid lukker KM3 trekantkontaktoren: den forbinder klemmene U1–W2, V1–U2, W1–V2, og motoren går i trekant, med full spenning.

KM2 og KM3 må aldri trekke samtidig: sammen ville de gi kortslutning mellom fasene, derfor er elektrisk sperre obligatorisk, og mekanisk sperre er vanlig og anbefalt. I stjerne er momentet lite, så den kan ikke brukes for en maskin som starter under last, og ved omkoblingen oppstår det et strøm- og momentstøt. Overstrømsreléet F2 ligger her i nettgrenen, innstilt på motorens merkestrøm; hvis det overvåker fasestrømmen (i serie med viklingsgrenen), må det stilles på ca. 58 % av merkestrøm. Dimensjoneringen av kontaktorene gis av produsentens tabell.

Merking: Q1 kortslutningsvern, KM1 nett-, KM2 Y stjerne-, KM3 Δ trekantkontaktor, F2 overstrømsrelé, M1 motor med seks klemmer (U1 V1 W1 og W2 U2 V2), t omkoblingstiden.

6. LED-stripe: flere seksjoner er ikke én lang LED

En LED-stripe krever en konstantspenningskilde (her 24 V DC), og strømforsyningens merkespenning må være lik stripens. Stripen består av ferdige grener (i tegningen en motstand og en LED i serie), som ligger parallelt mellom den positive og den negative skinnen, og derfor kan deles opp på stedene produsenten har merket for kapping. I tegningen er det forenklet én LED og én motstand per gren; på en ekte 24 V-stripe er det flere LED-er i serie med en motstand per gren. Polaritet: pluss går til plusskinnen, minus til minuskinnen.

På en lang stripe gir ledermotstanden i skinnen spenningsfall, og enden av stripen blir svakere. Derfor må seksjonene forsynes uavhengig av hverandre, parallelt (ikke kjedet etter hverandre), og en lang seksjon i begge ender. En stripe med høyere spenning (24 V) trekker mindre strøm ved samme effekt, så spenningsfallet blir også mindre. I figuren får seksjonene LS1 og LS2 hvert sitt ledningspar fra den samme strømforsyningen G1, hver med sin egen sikring F1 og F2.

Regn ut fra effekten: I = P / U. Eksempel: 5 m av en stripe på 14,4 W/m er 72 W, det er 3 A ved 24 V. Strømforsyningens effekt bør ha god margin over den samlede effekten til alle stripene, sikringens merkestrøm være større enn seksjonens strøm, men mindre enn ledningens strømføringsevne. Største innmatingslengde og data for stripen står i produsentens datablad; bruk den ikke oppviklet, for da overopphetes den.

Merking: G1 24 V konstantspenningsforsyning, F1 og F2 sikring, LS1 og LS2 LED-stripeseksjon.

7. Enlinjeskjema: tavlens logikk på én linje

Et enlinjeskjema viser en flerlederkrets (her L, N og PE) med én enkelt linje, og viser ikke de fysiske monteringsstedene, men rekkefølgen på vern og forbrukere. I figuren: innmating (1N~ 230 V etter strømmåleren) → Q0 hovedbryter (frakobling) → to jordfeilbrytere (FI1, FI2, 30 mA) → bak dem automatsikringene (F1–F4) → sluttkretser: E1 belysning, XS1 og XS2 stikkontakt, EH1 platetopp. På kabelen står det ved siden av skråstreken antall ledere og tverrsnitt (for eksempel 3×1,5: tre ledere, 1,5 mm²).

Hvorfor to jordfeilbrytere? Utløsing av én felles bryter gjør hele boligen strømløs, to brytere begrenser dette. B10 og B16 er automatsikringens utløserkarakteristikk (B) og merkestrøm (10 og 16 A). Eksempelverdiene (B10 og 1,5 mm² til belysning, B16 og 2,5 mm² til stikkontakt) er bare veiledende: den faktiske verdien bestemmes av lasten, ledningslengden, leggemåten og forskriftene. Eksempelet med platetopp EH1 gjelder en enfase platetopp på inntil ca. 3,6 kW; en større platetopp kobles vanligvis til en egen, separat dimensjonert trefasekrets.

Merking: Q0 hovedbryter, FI1 og FI2 jordfeilbryter (IΔ: virker med differansestrømmen, altså feilstrømmen), F1–F4 automatsikring, E1 lampe, XS1 og XS2 stikkontakt, EH1 platetopp (fast forbruker).

8. Tidsrelé: kobling etter en bestemt ventetid

Spolen i tidsreléet (KT1) starter tidsmålingen når styresignalet kommer, og etter den innstilte tiden t kobler det kontakten sin. Figuren viser et relé med innkoblingsforsinkelse (trekkforsinkelse): når S1 lukkes, får KT1 spenning, etter tiden t lukker den forsinkede sluttekontakten 15–18, og lampen E1 slås på. Når S1 slippes, blir spolen spenningsløs, og kontakten åpner umiddelbart. Tidsdiagrammet viser dette: innkoblingen er forsinket, frakoblingen ikke. Den lille buen på kontakten er tegnet for forsinkelsen; den hule siden av buen vender mot den forsinkede bevegelsen, her mot lukkingen.

Slike reléer brukes for eksempel ved sekvensstart av maskiner, ved tidsstyring av stjerne–trekant-omkoblingen (punkt 5) eller ved forsinket omstart av en kompressor. Et relé med frakoblingsforsinkelse holder utgangen i tiden t etter frakobling; det er den typiske løsningen for etterventilasjon (for eksempel baderomsvifte) og trappelys. Multifunksjonsrelé kan også dette og puls- og syklusfunksjoner; funksjonen må alltid velges etter apparatets type.

Merking: S1 styrekontakt (her en signalkilde som holdes lukket), KT1 tidsrelé (spole A1–A2, forsinket sluttekontakt 15–18), E1 koblet last, t forsinkelsestiden.

9. Selvholding av kontaktor: START blir ikke stående inne

Ved selvholding trekker en kort trykking på START (S1, sluttekontakt) kontaktoren KM1. KM1s egen hjelpekontakt 13–14 lukker parallelt med S1 og overtar forsyningen til spolen, slik at S1 kan slippes. STOP (S0, brytekontakt) og hjelpekontakten 95–96 (brytekontakt) på overstrømsreléet F2 ligger i serie med spolen: hvilken som helst av dem bryter kretsen, KM1 faller, hjelpekontakten åpner også, og motoren starter igjen først etter en ny START.

STOP er en brytekontakt (NC) fordi tilstanden blir stoppet og trygg også ved ledningsbrudd eller løs klemme: en feil i styrekretsen skal ikke kunne holde motoren innkoblet. Bryterkontaktene ligger på fase (L)-siden, spolen på nulledersiden, så en jordfeil ikke trekker kontaktoren. Etter spenningsbortfall starter ikke en selvholdende styring av seg selv, og det er ønskelig; i en krets styrt av en varig lukket bryter (totråds) kan maskinen derimot starte av seg selv når spenningen kommer tilbake. Dette er styringslogikk som må prosjekteres sammen med de faktiske vernene, sperrene og vern mot uventet gjenstart, etter risikovurderingen for maskinen.

Merking: F1 styrekretssikring, S0 STOP (brytekontakt), F2 overstrømsrelé 95–96 (brytekontakt), S1 START (sluttekontakt), KM1 kontaktor (spole A1–A2, hjelpekontakt 13–14, sluttekontakt).

10. Lys med bevegelsessensor

Bevegelsessensoren (B1, her PIR, passiv infrarød) bryter med sin interne bryterkontakt fasen til lampen (L → L′). Den har tre klemmer: L og N er sensorens egen forsyning, så sensoren trenger en konstant fase og en konstant nulleder; L′ er den koblede utgangen som går til lampen. Lampens andre klemme kobles til nullederen, og vernlederen til lampehuset. Hvis det ikke er noen nulleder i koblingsboksen (bare fasen og ledningen til lampen, som i en tradisjonell brytermontasje), kan en trelederssensor ikke kobles: da trengs en sensor i totrådsutførelse.

Når du lærer: skill i tankene mellom registreringen (PIR), beslutningen (sensorens elektronikk: følsomhet, forsinkelse, lysterskel), koblingen (L′) og forbrukeren; da blir de fleste automatiske belysningsoppgaver forståelige. Utgangens belastbarhet, vilkårene for LED- eller induktiv last (minimumslast, innkoblingsstrøm) og muligheten for manuell overstyring står alltid i apparatets dokumentasjon.

Merking: F1 automatsikring, B1 bevegelsessensor (PIR; L, N, koblet L′), E1 lampe, L fase, N nulleder, PE vernleder.

11. 24 V-sensor på styringens inngang

En industriell trelederssensor bruker separate forsyningsledere og en separat signalleder. De vanlige ledningsfargene og M12-tilkoblingen: brun (BN, pinne 1) = +24 V, blå (BU, pinne 3) = 0 V, svart (BK, pinne 4) = utgangssignal. Sensoren får forsyningen fra strømforsyningen G1, PLS-en leser bare signalet (den svarte ledningen).

En PNP-sensor kobler i innkoblet tilstand utgangen sin til +24 V. Signalstrømmen går da gjennom PLS-ens inngang og lukker seg til 0 V, derfor kobles inngangens fellespunkt (her 1M) til 0 V, og 0 V for sensoren, strømforsyningen og inngangen er felles. En NPN-sensor kobler derimot utgangen til 0 V, og den krever en inngang med omvendt polaritet. Inngangens type, spenningsnivået og sensorens belastbarhet må samsvare etter databladet til PLS-en og sensoren; ved avvik virker ikke inngangen, eller utstyret kan skades.

Merking: G1 24 V DC strømforsyning, B1 PNP-sensor (BN, BU, BK), PLC1 styring (DI0 digital inngang, 1M fellespunkt for inngangen), I strømmen i signalkretsen.

12. Reversering av motor

På en trefasemotor endrer ombytting av to faser rotasjonsretningen. I figuren kobler KM1 fasene L1, L2, L3 rett til klemmene U1, V1, W1 (foran), KM2 bytter om fasene L1 og L2 (bakover: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). De to kontaktorene får strøm fra den samme innmatingen, så hvis de trakk samtidig, ville det oppstå kortslutning mellom fasene. KM1 og KM2 må aldri virke samtidig, så sperren er ikke valgfri.

Sperren må løses elektrisk (brytehjelpekontakten til den ene kontaktoren, for eksempel KM1 21–22, i serie med spolen til den andre) og helst også mekanisk (et mekanisk element som forbinder de to kontaktorene; i figuren dobbeltpilen mellom de stiplede linjene). Retningsskifte under gange ville gi et stort strøm- og momentstøt, derfor tillater styringen vanligvis start i motsatt retning først etter stopp. Tegningen viser effektkretsen, styringen (separat START per retning, felles STOP) må utvides etter punkt 9; endestoppvern, bremsing og vern mot uventet gjenstart er en del av maskinens sikkerhetsplan.

Merking: Q1 kortslutningsvern, KM1 foran-, KM2 bakoverkontaktor, F2 overstrømsrelé, M1 trefasemotor, ⇄ mellom de to kontaktorene er den mekaniske sperren.

13. Hvorfor deler vi opp i flere kurser?

I tavlen går forbrukere med ulike formål vanligvis ut på egne vern. I figuren er det tre kurser etter hovedbryteren Q0 og jordfeilbryteren FI1: F1 belysning (E1–E3), F2 stikkontakter (XS1–XS3), F3 platetopp (EH1). Hvis det oppstår overstrøm eller kortslutning i stikkontaktkursen (lynsymbolet), løser bare F2 ut: belysningen og platetoppen forblir i drift (i figuren er den utløste kursen stiplet grå).

Fordelen er enklere feilsøking (du ser hvilken kurs som er defekt), mer målrettet vern (hver kurs får en automatsikring dimensjonert for sin egen ledning og last) og bedre driftskontinuitet (en feil på en stikkontakt skal ikke etterlate boligen i mørke). Store forbrukere (platetopp, stekeovn, varmtvannsbereder, klimaanlegg) får vanligvis en egen kurs. Jordfeilbryteren FI1 løser derimot ut på feilstrøm (differansen mellom strømmen i fase- og nulleder, for eksempel ved jordfeil eller lekkasje) og kobler fra alle kurser bak seg; derfor brukes det i en større tavle flere jordfeilbrytere (se punkt 7). Den nøyaktige grupperingen lages ut fra planen, lastene og gjeldende krav.

Merking: Q0 hovedbryter, FI1 jordfeilbryter, F1–F3 automatsikring (B10, B16 er karakteristikken og strømmen), E1–E3 lampe, XS1–XS3 stikkontakt, EH1 platetopp (mindre enfase-eksempel).

Øvingsspørsmål

1. Hvorfor trengs det strømbegrensning i en LED-krets, og hvordan regner du ut verdien på motstanden?
2. Hva er forskjellen mellom kontaktorens koblingsoppgave og oppgaven til overlastvernet?
3. Hvorfor kan ikke PE føres gjennom en bryter?
4. Hvorfor bruker vi en brytekontakt (NC) til STOP-knappen?
5. Hvorfor kan ikke stjerne- og trekantkontaktoren, eller foran- og bakoverkontaktoren, trekke samtidig?

Hvis du vil dokumentere en plan oversiktlig, fortsetter du med kapitlene om symboler og symbolsett og deretter kabler og kurser.