13. Praktične vezave

Varnost pred vsako shemo

Risbe v tem poglavju so izobraževalne, načelne sheme. Niso izvedbeni načrt, niso razporeditev sponk na sponkovni letvi ali vodnikov in ne dajejo pooblastila za delo pod napetostjo. Na tokokrogih z omrežno napetostjo (230/400 V) sme delati le za to pooblaščena strokovna oseba; zaščita na kraju samem, ozemljitev, prerez vodnikov in predpisi imajo vedno prednost.

Kako brati sheme? Risbe uporabljajo običajne poenostavljene simbole električnih vezalnih shem, namesto besedila pa oznake naprav (njihov pomen najdete na koncu vsake točke). Stikala, kontakti in tipke so narisani v mirovnem stanju (niso aktivirani, tuljave so brez napetosti). Barve le pomagajo: rjava = faza (L1), črna in siva = L2 in L3, modra = nevtralni vodnik (N), zeleno-rumena = zaščitni vodnik (PE); pri enosmerni napetosti rdeča = +, modra = 0 V. Črtkana črta pomeni mehansko povezavo (na primer med tuljavo releja in njegovim kontaktom). V oznakah je F zaščita (varovalka, inštalacijski odklopnik, nadtokovni rele), Q odklopnik ali glavno stikalo, S stikalo ali tipka, K in KM rele in kontaktor, M motor, E razsvetljava, B senzor, G napajalnik.

1. Priključitev LED: učite se pri nizki napetosti

Za začetek je primeren nizkonapetostni tokokrog, na primer 12 V DC. LED je dioda: prevaja le v eno smer. Anoda (A) je obrnjena proti plusu, katoda (K) proti minusu; pri obrnjeni polariteti ne sveti, LED pa se lahko tudi poškoduje. Tok LED se ne uravnava sam: ko je dosežena prevodna napetost (UF), tok strmo naraste, zato je potreben zaporedno vezan upor ali gonilnik s konstantnim tokom, brez njiju se LED poškoduje. Varovalka (F1) ščiti vodnik in napajalno stran pred kratkim stikom, toka LED pa ne omejuje.

Shemo preberite v smeri toka, od plusa proti minusu: napajalnik G1 → varovalka F1 → stikalo S1 → upor R1 → LED D1 (anoda → katoda) → nazaj na minus napajalnika G1.

Vrednost upora izračunajte iz podatkovnega lista: R1 = (U − UF) / IF. Na primer pri napajalni napetosti 12 V, UF ≈ 2 V in IF = 20 mA je R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; izberite najbližjo višjo standardno vrednost (510 Ω), tako je tok približno 19,6 mA. Na uporu nastane približno 0,2 W izgub, zato uporabite upor ½ W.

Oznake: G1 enosmerni napajalnik 12 V, F1 varovalka, S1 stikalo (delovni kontakt), R1 upor, D1 LED, I smer toka. Shema ni uporabna za priključitev gonilnika LED na omrežno napetost.

2. Priključitev motorja: ločeni vlogi močnostnega in krmilnega tokokroga

Zagon trifaznega motorja ni preprosto priključitev treh vodnikov. Močnostni tokokrog (L1, L2, L3 → motor) in krmilni tokokrog (tuljava kontaktorja, tipke) sta ločena tokokroga. Shema prikazuje močnostni tokokrog neposrednega zagona: Q1 ščiti pred kratkim stikom in ločuje, glavni kontakti kontaktorja KM1 vklapljajo motor, termični nadtokovni rele F2 nadzoruje dolgotrajno preobremenitev, motor M1 prejema tri faze na sponkah U1, V1, W1, zaščitni vodnik (PE) pa gre na ohišje motorja. Tuljava kontaktorja (A1–A2) in pomožni kontakt releja F2 (95–96, mirovni) sodita v krmilni tokokrog: na desni strani sheme je nakazana le njuna povezava, njuno priključitev prikazuje točka 9.

Pri motorskem zaščitnem stikalu, ki ima termični in magnetni sprožnik, ločen F2 ni potreben, ker stikalo ščiti tudi pred preobremenitvijo. Vrednost proženja je treba nastaviti na nazivni tok z napisne ploščice motorja. Kategorijo uporabe kontaktorja (pri motorjih običajno AC-3), način zagona, zasilno zaustavitev, zaporedje faz (določa smer vrtenja) in izbiro zaščitnih naprav določata napisna ploščica motorja in projektant.

Oznake: Q1 zaščita pred kratkim stikom (motorsko zaščitno stikalo ali inštalacijski odklopnik), KM1 kontaktor (glavni kontakti 1–2, 3–4, 5–6; tuljava A1–A2), F2 termični nadtokovni rele (pomožni kontakt 95–96), M1 trifazni motor (3~), U1 V1 W1 sponke motorja.

3. Branje vezalne sheme: svetilka, krmiljena z dveh mest

Pri menjalni vezavi dve menjalni stikali krmilita isto svetilko. Faza (L) prispe prek inštalacijskega odklopnika F1 na skupno (COM) sponko stikala S1. Med drugima dvema sponkama stikala S1 in ustreznima sponkama stikala S2 potekata dva vezna vodnika. Od skupne sponke stikala S2 vodnik gre k svetilki (E1). Nevtralni vodnik (N) je priključen neposredno na svetilko. Preklop katerega koli stikala spremeni stanje svetilke: če sta obe stikali na istem veznem vodniku, je tokokrog sklenjen in svetilka sveti; če sta na različnih vodnikih, je tokokrog odprt. Shema prikazuje izklopljeno stanje.

Stikali vklapljata fazo, ne pa nevtralnega vodnika, zato grlo svetilke v izklopljenem stanju ni pod napetostjo. Zaščitni vodnik (PE) je ločen, neprekinjen vodnik: gre na ohišje svetilke in ga ni dovoljeno prekiniti s kontaktom stikala. Pri krmiljenju s treh ali več mest se med obe menjalni stikali v vezna vodnika vstavi križno stikalo.

Vrstni red branja: najprej prepoznajte napajanje in porabnik, nato stikalne elemente, nazadnje pa ločeno sledite poti faze, nevtralnega vodnika in zaščitnega vodnika. Barve vodnikov: faza je običajno rjava (ali črna, siva), nevtralni vodnik svetlo moder, zaščitni vodnik zeleno-rumen; vezni vodnik nima svoje barve, vendar zanj ne uporabljajte svetlo modre ali zeleno-rumene. Barve na shemi so le ponazoritev; za dejanske oznake vedno uporabite načrt, dokumentacijo naprave in veljavne predpise.

Oznake: F1 inštalacijski odklopnik, S1 in S2 menjalno stikalo (COM = skupna sponka), E1 svetilka, L faza, N nevtralni vodnik, PE zaščitni vodnik.

4. Tipka in rele: zakaj je krmiljenje ločeno?

Tuljavo releja aktivira majhen krmilni signal (tu 24 V DC), njegov kontakt pa, galvansko ločen od tuljave, vklaplja ločen tokokrog (tu 230 V tokokrog svetilke, zaščiten s F1). Tipka tako vklaplja le majhen tok tuljave, ne pa toka porabnika. Dokler držite S1 pritisnjen, K1 pritegne in kontakt 13–14 sklene; ko ga spustite, K1 odpade. Za trajno delovanje je potrebno samodržanje (točka 9).

Vzporedno z enosmerno tuljavo se veže prostotekalna dioda (V1): njena katoda je obrnjena proti plusu, zato je med normalnim obratovanjem zaporno polarizirana, ob izklopu tuljave pa odvede induktivni napetostni sunek, ki bi lahko poškodoval krmiljenje. Številni releji ali relejski moduli jo že vsebujejo; dioda je občutljiva na polariteto, pri obrnjeni vezavi povzroči kratek stik. Napetost, tok in kategorijo uporabe kontakta je treba izbrati glede na dejansko breme (pri gonilniku LED in induktivnem bremenu šteje tudi vklopni tokovni sunek); napetost tuljave se prilagodi krmilnemu tokokrogu. Raven izolacije med 24 V krmilnim in 230 V bremenskim tokokrogom zagotavlja podatkovni list releja.

Oznake: S1 tipka (delovni kontakt), K1 rele (tuljava A1–A2, kontakt 13–14 delovni), V1 prostotekalna dioda, F1 varovalka, E1 porabnik (svetilka). Risba prikazuje dva ločena tokokroga; črtkana črta je mehanska povezava med tuljavo in kontaktom.

5. Zvezda–trikot: vsi motorji se ne zaženejo enako

Pri večjih motorjih z lahkim zagonom (na primer ventilator, črpalka) zagon zvezda–trikot zmanjša zagonski tok. Pogoj je motor s šestimi sponkami, katerega navitja lahko pri medfazni napetosti omrežja obratujejo v trikotu. To je razvidno z napisne ploščice: na omrežju 400 V je primeren motor »400 V Δ« (na primer 400/690 V Δ/Y), motor z napisno ploščico 230/400 V Δ/Y pa lahko pri 400 V deluje le v zvezdi, zato tu ni primeren.

Po shemi: omrežni kontaktor KM1 pripelje omrežje na sponke U1, V1, W1. Kontaktor zvezde KM2 poveže sponke W2, U2, V2 (zvezdišče): motor se zažene v zvezdi, navitja prejmejo 1/√3 medfazne napetosti (približno 58 %, pri 400 V približno 230 V), zagonski tok in zagonski navor pa sta približno tretjina vrednosti pri neposrednem zagonu. Po časovnem diagramu KM2 sklene nekoliko (nekaj deset milisekund) pred KM1, da ne vklaplja obremenjenega tokokroga, po času t (nastavi se na časovnem releju, prilagojen zagonu stroja) pa KM2 odpade in po kratkem mrtvem času sklene kontaktor trikota KM3: poveže sponke U1–W2, V1–U2, W1–V2 in motor deluje v trikotu s polno napetostjo.

KM2 in KM3 nikoli ne smeta pritegniti hkrati: skupaj bi povzročila kratek stik med fazami, zato je električna medsebojna blokada obvezna, mehanska pa je običajna in priporočljiva. V zvezdi je navor majhen, zato metoda ni primerna za stroje, ki se zaganjajo pod obremenitvijo, ob preklopu pa nastopi tokovni in navorni sunek. Nadtokovni rele F2 je tu v napajalni veji, nastavljen na nazivni tok motorja; če bi nadzoroval fazni tok (zaporedno z navitjem), bi ga bilo treba nastaviti na približno 58 % nazivnega toka. Velikost kontaktorjev določa proizvajalčeva tabela.

Oznake: Q1 zaščita pred kratkim stikom, KM1 omrežni, KM2 Y kontaktor zvezde, KM3 Δ kontaktor trikota, F2 nadtokovni rele, M1 motor s šestimi sponkami (U1 V1 W1 in W2 U2 V2), t čas preklopa.

6. LED trak: več odsekov ni ena dolga LED

LED trak potrebuje napajanje s konstantno napetostjo (tu 24 V DC), nazivna napetost napajalnika pa naj se ujema z napetostjo traku. Trak je sestavljen iz vnaprej izdelanih vej (na risbi upor in LED zaporedno), ki so med pozitivno in negativno tirnico vezane vzporedno, zato ga je mogoče rezati na mestih, ki jih označi proizvajalec. Na risbi je poenostavljeno prikazana ena LED in en upor v vsaki veji; na pravem traku 24 V je v vsaki veji zaporedno z enim uporom vezanih več LED. Polariteta: plus na pozitivno tirnico, minus na negativno tirnico.

Na dolgem traku upornost prevodne tirnice povzroča padec napetosti, konec traku zato sveti šibkeje. Odseke je zato treba napajati neodvisno, vzporedno (ne verižno drugega za drugim), dolg odsek pa z obeh koncev. Trak z višjo napetostjo (24 V) pri enaki moči jemlje manjši tok, zato je tudi padec napetosti manjši. Na shemi odseka LS1 in LS2 prejmeta vsak svoj par vodnikov iz istega napajalnika G1, vsak s svojo varovalko, F1 oziroma F2.

Izračunajte iz moči: I = P / U. Primer: 5 m traku 14,4 W/m je 72 W, to je pri 24 V 3 A. Moč napajalnika naj bo z zadostno rezervo večja od skupne moči vseh trakov, nazivni tok varovalke pa večji od toka odseka, vendar manjši od tokovne obremenljivosti vodnika. Največjo dolžino napajanja in podatke traku podaja podatkovni list proizvajalca; traku ne uporabljajte v zvitem stanju, ker se pregreje.

Oznake: G1 napajalnik s konstantno napetostjo 24 V, F1 in F2 varovalka, LS1 in LS2 odseka LED traku.

7. Enopolna shema: logika razdelilnika v eni vrstici

Enopolna shema prikaže večvodniški tokokrog (tu L, N in PE) z eno črto in ne kaže fizičnih mest montaže, temveč vrstni red zaščit in porabnikov. Na shemi: napajanje (1N~ 230 V za števcem električne energije) → Q0 glavno stikalo (ločitev) → dve zaščitni stikali na diferenčni tok (FID; FI1, FI2, 30 mA) → za njima inštalacijski odklopniki (F1–F4) → končni tokokrogi: E1 razsvetljava, XS1 in XS2 vtičnici, EH1 kuhalna plošča. Ob kablu je poleg poševne črtice navedeno število vodnikov in prerez (na primer 3×1,5: trije vodniki, 1,5 mm²).

Zakaj dve zaščitni stikali na diferenčni tok? Sprožitev ene skupne naprave bi izklopila celo stanovanje, dve napravi to omejita. B10 in B16 sta sprožilna karakteristika (B) in nazivni tok (10 oziroma 16 A) inštalacijskega odklopnika. Vrednosti v primeru (B10 in 1,5 mm² za razsvetljavo, B16 in 2,5 mm² za vtičnice) so le okvirne: dejansko vrednost določajo breme, dolžina vodnika, način polaganja in predpisi. Primer kuhalne plošče EH1 velja za enofazno kuhalno ploščo do približno 3,6 kW; večjo kuhalno ploščo običajno priključimo na trifazni, posebej dimenzioniran tokokrog.

Oznake: Q0 glavno stikalo, FI1 in FI2 zaščitno stikalo na diferenčni tok (IΔ: deluje pri diferenčnem, to je okvarnem toku), F1–F4 inštalacijski odklopnik, E1 svetilka, XS1 in XS2 vtičnica, EH1 kuhalna plošča (stalno priključen porabnik).

8. Časovni rele: vklop po določeni zakasnitvi

Tuljava časovnega releja (KT1) ob krmilnem signalu požene odštevanje časa in po nastavljenem času t preklopi svoj kontakt. Shema prikazuje rele z zakasnitvijo vklopa (zakasnjenim pritegom): ko se S1 sklene, KT1 dobi napetost, po času t sklene zakasnjeni delovni kontakt 15–18 in svetilka E1 se vklopi. Ko se S1 odpre, je tuljava brez napetosti in se kontakt takoj odpre. Časovni diagram to prikazuje: vklop je zakasnjen, izklop ne. Majhen lok na kontaktu je znak zakasnitve; vbočena stran loka je obrnjena proti zakasnjenemu gibanju, tu proti sklenitvi.

Tak rele se uporablja na primer za zaporedni zagon strojev, za časovno določitev preklopa zvezda–trikot (točka 5) ali za zakasnitev ponovnega zagona kompresorja. Rele z zakasnitvijo izklopa po izklopu drži izhod še čas t; to je tipična rešitev za dodatno prezračevanje po izklopu (na primer ventilator v kopalnici) in za stopniščno razsvetljavo. Večfunkcijski časovni releji zmorejo tudi te ter impulzne in ciklične funkcije; funkcijo je treba vedno izbrati glede na tip naprave.

Oznake: S1 krmilni kontakt (tu trajno sklenjen vir signala), KT1 časovni rele (tuljava A1–A2, zakasnjeni delovni kontakt 15–18), E1 vklopljeno breme, t čas zakasnitve.

9. Samodržanje kontaktorja: START ne ostane pritisnjen

Pri samodržanju kratek pritisk tipke START (S1, delovni kontakt) pritegne kontaktor KM1. Lastni pomožni kontakt 13–14 kontaktorja KM1 sklene vzporedno s S1 in prevzame napajanje tuljave, zato lahko S1 spustite. Kontakt STOP (S0, mirovni) in mirovni kontakt 95–96 nadtokovnega releja F2 sta s tuljavo vezana zaporedno: vsak od njiju prekine tokokrog, KM1 odpade, odpre se tudi pomožni kontakt in motor se ponovno zažene šele po novem pritisku START.

STOP je mirovni (NC) kontakt, ker tudi pri pretrganem vodniku ali zrahljani sponki nastopi ustavljeno, varno stanje: napaka v krmilnem tokokrogu ne sme ohraniti motorja vklopljenega. Stikalni kontakti so na strani faze (L), tuljava pa na strani nevtralnega vodnika, zato zemeljski stik kontaktorja ne pritegne. Po izpadu napetosti se krmiljenje s samodržanjem samo ne zažene, kar je zaželeno; pri trajno sklenjenem stikalu (dvožično krmiljenje) pa se lahko stroj ob povrnitvi napetosti sam zažene. To je krmilna logika, ki jo je treba načrtovati skupaj z dejanskimi zaščitami, medsebojnimi blokadami in zaščito pred nepričakovanim ponovnim zagonom, v skladu z oceno tveganja stroja.

Oznake: F1 varovalka krmilnega tokokroga, S0 STOP (mirovni), F2 nadtokovni rele 95–96 (mirovni), S1 START (delovni), KM1 kontaktor (tuljava A1–A2, pomožni kontakt 13–14 delovni).

10. Svetilka s senzorjem gibanja

Senzor gibanja (B1, tu PIR, pasivni infrardeči) s svojim notranjim stikalnim kontaktom vklaplja fazni vodnik svetilke (L → L′). Ima tri sponke: L in N napajata senzor sam, zato potrebuje stalno fazo in stalen nevtralni vodnik; L′ je preklopljeni izhod, ki gre na svetilko. Druga sponka svetilke je priključena na nevtralni vodnik, na ohišje svetilke pa zaščitni vodnik. Če v stikalni dozi ni nevtralnega vodnika (le faza in vodnik k svetilki, kot pri klasični vgradnji s stikalom), trižilnega senzorja ni mogoče priključiti: za to je potreben senzor v dvožilni izvedbi.

Pri učenju si miselno ločite zaznavanje (PIR), odločanje (elektronika senzorja: občutljivost, zakasnitev, svetlobni prag), preklapljanje (L′) in porabnik; tako postane razumljiva večina nalog samodejne razsvetljave. Obremenljivost izhoda, pogoje za LED ali induktivna bremena (najmanjše breme, vklopni tok) in možnost ročne preglasitve vedno navaja dokumentacija naprave.

Oznake: F1 inštalacijski odklopnik, B1 senzor gibanja (PIR; L, N, preklopljeni L′), E1 svetilka, L faza, N nevtralni vodnik, PE zaščitni vodnik.

11. Senzor 24 V na vhodu krmilnika

Trižilni industrijski senzor uporablja ločena napajalna vodnika in ločen signalni vodnik. Običajne barve vodnikov in razporeditev priključka M12: rjava (BN, sponka 1) = +24 V, modra (BU, sponka 3) = 0 V, črna (BK, sponka 4) = izhodni signal. Napajanje senzor prejme iz napajalnika G1, PLC bere le signal (črni vodnik).

Senzor PNP ob aktivaciji preklopi izhod na +24 V. Signalni tok tedaj teče skozi vhod PLC in se vrača na 0 V, zato je skupna točka vhoda (tu 1M) priključena na 0 V, 0 V senzorja, napajalnika in vhoda pa je skupna. Senzor NPN nasprotno preklopi izhod na 0 V in zahteva vhod z nasprotno polariteto. Tip vhoda, napetostni nivo in obremenljivost senzorja je treba uskladiti po podatkovnih listih PLC in senzorja; pri neujemanju vhod ne deluje ali pa se naprava lahko poškoduje.

Oznake: G1 napajalnik 24 V DC, B1 senzor PNP (BN, BU, BK), PLC1 krmilnik (DI0 digitalni vhod, 1M skupna točka vhoda), I tok signalnega tokokroga.

12. Menjava smeri vrtenja motorja

Pri trifaznem motorju zamenjava dveh faz spremeni smer vrtenja. Na shemi KM1 poveže fazi L1, L2, L3 naravnost na sponke U1, V1, W1 (naprej), KM2 pa zamenja fazi L1 in L2 (nazaj: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). Oba kontaktorja se napajata iz istega napajanja, zato bi ob hkratnem pritegu nastal kratek stik med fazami. KM1 in KM2 nikoli ne smeta delovati hkrati, zato medsebojna blokada ni izbirna.

Blokado je treba izvesti električno (mirovni pomožni kontakt enega kontaktorja, na primer KM1 21–22, zaporedno s tuljavo drugega kontaktorja) in po možnosti tudi mehansko (mehanski element, ki povezuje oba kontaktorja; na shemi dvojna puščica med črtkanima črtama). Menjava smeri med tekom bi povzročila velik tokovni in navorni sunek, zato krmiljenje običajno dovoli zagon v nasprotni smeri šele po zaustavitvi. Risba prikazuje močnostni tokokrog; krmiljenje (ločen START za vsako smer, skupni STOP) je treba dopolniti po točki 9; zaščita s končnimi stikali, zaviranje in zaščita pred nepričakovanim ponovnim zagonom so del varnostnega načrta stroja.

Oznake: Q1 zaščita pred kratkim stikom, KM1 kontaktor naprej, KM2 kontaktor nazaj, F2 nadtokovni rele, M1 trifazni motor, ⇄ med obema kontaktorjema je mehanska medsebojna blokada.

13. Zakaj delimo na več tokokrogov?

V razdelilniku porabniki različnih namenov običajno izhajajo iz ločenih zaščitnih vej. Na shemi so za glavnim stikalom Q0 in zaščitnim stikalom na diferenčni tok FI1 trije tokokrogi: F1 razsvetljava (E1–E3), F2 vtičnice (XS1–XS3), F3 kuhalna plošča (EH1). Če se v tokokrogu vtičnic pojavi nadtok ali kratek stik (simbol strele), se sproži le F2: razsvetljava in kuhalna plošča ostaneta v obratovanju (na shemi je sproženi tokokrog črtkano siv).

Prednosti so preglednejše iskanje napak (vidite, kateri tokokrog je okvarjen), ciljnejša zaščita (vsak tokokrog dobi inštalacijski odklopnik, dimenzioniran za svoj vodnik in breme) in boljša neprekinjenost obratovanja (okvara vtičnice naj ne pusti stanovanja v temi). Veliki porabniki (kuhalna plošča, pečica, grelnik vode, klimatska naprava) običajno dobijo lasten tokokrog. Zaščitno stikalo na diferenčni tok FI1 pa se sproži pri diferenčnem (okvarnem) toku, torej pri razliki med tokovoma faznega in nevtralnega vodnika, na primer ob okvari na ohišju, zemeljskem stiku ali uhajanju toka, in izklopi vse tokokroge za njim; zato se v večjem razdelilniku uporablja več zaščitnih stikal na diferenčni tok (glejte točko 7). Natančno združevanje določijo načrt, bremena in veljavne zahteve.

Oznake: Q0 glavno stikalo, FI1 zaščitno stikalo na diferenčni tok, F1–F3 inštalacijski odklopnik (B10, B16 sta karakteristika in tok), E1–E3 svetilka, XS1–XS3 vtičnica, EH1 kuhalna plošča (manjši enofazni primer).

Vprašanja za vajo

1. Zakaj tokokrog LED potrebuje omejitev toka in kako izračunate vrednost upora?
2. Kakšna je razlika med stikalno nalogo kontaktorja in nalogo zaščite pred preobremenitvijo?
3. Zakaj PE ni dovoljeno speljati prek stikala?
4. Zakaj za tipko STOP uporabljamo mirovni (NC) kontakt?
5. Zakaj kontaktorja zvezde in trikota ter kontaktorja naprej in nazaj ne smeta nikoli pritegniti hkrati?

Če želite načrt pregledno dokumentirati, nadaljujte s poglavjem Simboli in nabor simbolov, nato pa s poglavjem Vodniki in tokokrogi.