13. Praktiska kopplingar

Säkerhet före varje figur

Ritningarna här är pedagogiska, principiella figurer. De är ingen utförandeplan, ingen plint- eller ledningsfördelning och ger ingen behörighet att arbeta spänningsförande. På krets med nätspänning (230/400 V) får bara behörig fackman arbeta; skydd, jordning, ledararea och föreskrifter på plats har alltid företräde.

Hur läser du figurerna? Ritningarna använder de vanliga, förenklade symbolerna för elscheman, med apparatbeteckningar i stället för text (deras betydelse hittar du i slutet av varje avsnitt). Strömbrytare, kontakter och knappar är ritade i viloläge (ej manövrerade, spolarna spänningslösa). Färgerna är bara ett stöd: brun = fas (L1), svart och grå = L2 och L3, blå = nolla (N), grön-gul = skyddsledare (PE); vid likspänning röd = +, blå = 0 V. Den streckade linjen betyder mekanisk förbindelse (till exempel mellan reläspolen och dess kontakt). I beteckningarna står F för skydd (säkring, automatsäkring, överströmsrelä), Q för brytare eller huvudbrytare, S för strömbrytare eller tryckknapp, K och KM för relä och kontaktor, M för motor, E för belysning, B för givare och G för nätaggregat.

1. Koppla en LED: lär dig på lågspänning

För att börja passar en lågspänningskrets, till exempel 12 V DC. En LED är en diod: den leder bara i en riktning. Anoden (A) vetter mot plus, katoden (K) mot minus; med omvänd polaritet lyser den inte, och LED:en kan också ta skada. LED:ens ström reglerar sig inte själv: när framspänningen (UF) har nåtts stiger strömmen brant, därför behövs ett seriekopplat motstånd eller en konstantströmsdrivkrets, annars skadas LED:en. Säkringen (F1) skyddar ledningen och matningssidan mot kortslutning, den begränsar inte LED:ens ström.

Läs figuren i strömmens riktning, från plussidan mot minus: G1 nätaggregat → F1 säkring → S1 strömbrytare → R1 motstånd → D1 LED (anod → katod) → tillbaka till G1:s minus.

Motståndets värde räknar du ut ur databladet: R1 = (U − UF) / IF. Till exempel vid 12 V matning, UF ≈ 2 V och IF = 20 mA blir R1 = (12 − 2) / 0,02 = 500 Ω; välj närmast större standardvärde (510 Ω), då blir strömmen ca 19,6 mA. I motståndet uppstår en förlust på ca 0,2 W, så använd ett ½ W-motstånd.

Beteckningar: G1 12 V likspänningsaggregat, F1 säkring, S1 strömbrytare (slutande kontakt), R1 motstånd, D1 LED, I strömmens riktning. Figuren kan inte användas för att koppla en LED-drivkrets för nätspänning.

2. Koppla en motor: effektkretsens och styrkretsens separata roller

Att starta en trefasmotor är inte bara att ansluta tre ledare. Effektkretsen (L1, L2, L3 → motor) och styrkretsen (kontaktorns spole, tryckknapparna) är separata kretsar. Figuren visar effektkretsen vid direktstart: Q1 skyddar mot kortslutning och frånskiljer, huvudkontakterna på kontaktor KM1 kopplar motorn, det termiska överströmsreläet F2 övervakar långvarig överbelastning, motorn M1 får de tre faserna på plintarna U1, V1, W1 och skyddsledaren (PE) går till motorns hölje. Kontaktorns spole (A1–A2) och F2:s hjälpkontakt (95–96, brytande) hör till styrkretsen: till höger i figuren visas bara deras koppling, och deras inkoppling visas i avsnitt 9.

Vid ett motorskydd som har både termisk och magnetisk utlösare kan den separata F2 utgå, eftersom skyddet också skyddar mot överbelastning. Utlösningsvärdet ska ställas in på märkströmmen enligt motorns märkskylt. Kontaktorns användningskategori (för motorer vanligen AC-3), startsättet, nödstoppet, fasföljden (den avgör rotationsriktningen) och valet av skyddsapparater bestäms av motorns märkskylt och av projektören.

Beteckningar: Q1 kortslutningsskydd (motorskydd eller automatsäkring), KM1 kontaktor (huvudkontakter 1–2, 3–4, 5–6; spole A1–A2), F2 termiskt överströmsrelä (hjälpkontakt 95–96), M1 trefasmotor (3~), U1 V1 W1 motorns plintar.

3. Läsa ett kopplingsschema: lampa som styrs från två ställen

Vid trappkoppling styr två trappströmbrytare samma lampa. Fasen (L) kommer via automatsäkringen F1 till S1:s gemensamma (COM) plint. Mellan S1:s två andra plintar och S2:s två motsvarande plintar går två växelledare. Från S2:s gemensamma plint går ledaren till lampan (E1). Nollan (N) ansluts direkt till lampan. När någon av strömbrytarna slås om ändras lampans tillstånd: om båda strömbrytarna står på samma växelledare är kretsen sluten och lampan lyser; om de står på olika ledare är kretsen öppen. Figuren visar det frånslagna läget.

Strömbrytarna kopplar fasen, inte nollan, så i frånslaget läge ligger inte lampsockeln på fas. Skyddsledaren (PE) är en separat, genomgående ledare: den går till armaturens hölje och får inte brytas av en strömbrytarkontakt. För styrning från tre eller flera ställen sätts en korsströmbrytare in mellan de två trappströmbrytarna i växelledarna.

Läsordning för schemat: identifiera först matningen och förbrukaren, därefter kopplingselementen, och följ till sist fasens, nollans och skyddsledarens väg var för sig. Ledarfärg: fasen är vanligen brun (eller svart, grå), nollan ljusblå, skyddsledaren grön-gul; växelledaren har ingen särskild färg, men använd inte ljusblått eller grön-gult till den. Färgerna i figuren är bara illustrationer; för de faktiska märkningarna använder du alltid planen, apparatens dokumentation och gällande föreskrifter.

Beteckningar: F1 automatsäkring, S1 och S2 trappströmbrytare (COM = gemensam plint), E1 lampa, L fas, N nolla, PE skyddsledare.

4. Tryckknapp och relä: varför skiljs styrningen åt?

Reläspolen manövreras av en liten styrsignal (här 24 V DC), medan dess kontakt, galvaniskt skild från den, kopplar en separat krets (här en 230 V-lampkrets skyddad med F1). Tryckknappen kopplar alltså bara spolens lilla ström, inte förbrukarens ström. Så länge du håller S1 intryckt drar K1, och kontakten 13–14 sluter; när du släpper släpper K1. För varaktig drift behövs självhållning (avsnitt 9).

Parallellt med DC-spolen kopplas en frihjulsdiod (V1): dess katod vetter mot plussidan, så den är backspänd vid normal drift, men när spolen kopplas från leder den bort den induktiva spänningspulsen som annars kunde skada styrningen. Många reläer eller relämoduler innehåller redan en sådan; dioden är polaritetskänslig och ger kortslutning om den kopplas omvänt. Kontaktens märkspänning, ström och användningskategori ska väljas efter den faktiska lasten (vid en LED-drivkrets och induktiv last räknas även tillslagsströmpulsen); spolens spänning ska passa styrkretsen. Isolationsnivån mellan 24 V-styrkretsen och 230 V-lastkretsen garanteras av reläets datablad.

Beteckningar: S1 tryckknapp (slutande), K1 relä (spole A1–A2, kontakt 13–14 slutande), V1 frihjulsdiod, F1 säkring, E1 förbrukare (lampa). Ritningen visar två separata kretsar; den streckade linjen är den mekaniska förbindelsen mellan spole och kontakt.

5. Stjärn–triangel: alla motorer startar inte på samma sätt

För större motorer med lätt start (till exempel fläkt, pump) minskar stjärn–triangelstart startströmmen. Förutsättningen är en motor med sex anslutningar, vars lindningar får drivas i triangel vid nätets huvudspänning. Det framgår av märkskylten: vid ett 400 V-nät är en motor med ”400 V Δ” (till exempel 400/690 V Δ/Y) lämplig, medan en motor med märkskylten 230/400 V Δ/Y vid 400 V bara kan gå i stjärn och därför inte passar här.

Enligt figuren: nätkontaktorn KM1 ger nätet till plintarna U1, V1, W1. Stjärnkontaktorn KM2 sammanbinder plintarna W2, U2, V2 (stjärnpunkten): motorn startar i stjärn, lindningarna får 1/√3 av huvudspänningen (ca 58 %, vid 400 V ca 230 V), och startströmmen och startmomentet är ungefär en tredjedel av värdena vid direktstart. Enligt tidsdiagrammet sluter KM2 något (några tiotals millisekunder) före KM1, så att den inte kopplar den belastade kretsen, och efter tiden t (ställs in med tidreläet, anpassad till maskinens uppvarvning) släpper KM2, och efter en kort dödtid sluter triangelkontaktorn KM3: den sammanbinder plintarna U1–W2, V1–U2, W1–V2, och motorn går i triangel med full spänning.

KM2 och KM3 får aldrig dra samtidigt: tillsammans skulle de orsaka kortslutning mellan faserna, därför är elektrisk förreglering obligatorisk, och mekanisk förreglering är vanlig och rekommenderad. I stjärn är momentet litet, så metoden kan inte användas för maskiner som startar under last, och vid omkopplingen uppstår en ström- och momentpuls. Överströmsreläet F2 sitter här i nätgrenen, inställt på motorns märkström; om det övervakar fasströmmen (i serie med lindningsgrenen) ska det ställas in på ca 58 % av märkströmmen. Kontaktorernas dimensionering ges av tillverkarens tabell.

Beteckningar: Q1 kortslutningsskydd, KM1 nät-, KM2 Y stjärn-, KM3 Δ triangelkontaktor, F2 överströmsrelä, M1 motor med sex plintar (U1 V1 W1 och W2 U2 V2), t omkopplingstiden.

6. LED-list: flera sektioner är inte en enda lång LED

En LED-list kräver en konstantspänningsmatning (här 24 V DC), och nätaggregatets märkspänning ska vara densamma som listens. Listen består av färdiga grenar (i ritningen motstånd och LED i serie) som ligger parallellt mellan den positiva och den negativa skenan, därför kan den delas i sektioner vid de skärställen som tillverkaren markerat. I ritningen visas förenklat en LED och ett motstånd per gren; en verklig 24 V-list har flera LED i serie med ett motstånd per gren. Polaritet: plus går till plusskenan, minus till minusskenan.

På en lång list ger ledarskenans resistans ett spänningsfall, och listens ände blir svagare. Därför ska sektionerna matas oberoende av varandra, parallellt (inte kedjade ände mot ände), och en lång sektion matas från båda ändar. En list med högre spänning (24 V) tar vid samma effekt mindre ström, så även spänningsfallet blir mindre. I figuren får sektionerna LS1 och LS2 varsitt ledarpar från samma aggregat G1, var och en med sin egen säkring F1 och F2.

Räkna ut från effekten: I = P / U. Exempel: 5 m av en list på 14,4 W/m är 72 W, vilket vid 24 V är 3 A. Nätaggregatets effekt ska med tillräcklig marginal vara större än alla listors sammanlagda effekt, och säkringens märkström större än sektionens ström men mindre än ledarens strömbelastbarhet. Listens längsta matningslängd och data ges av tillverkarens datablad; driv den inte upprullad, eftersom den då överhettas.

Beteckningar: G1 24 V konstantspänningsaggregat, F1 och F2 säkringar, LS1 och LS2 LED-listens sektioner.

7. Enlinjeschema: centralens logik på en rad

Ett enlinjeschema visar en flerledarkrets (här L, N och PE) med en enda linje, och visar inte de fysiska monteringsplatserna utan ordningen mellan skydd och förbrukare. I figuren: inmatning (1N~ 230 V efter elmätaren) → Q0 huvudbrytare (frånskiljning) → två jordfelsbrytare (FI1, FI2, 30 mA) → bakom dem automatsäkringarna (F1–F4) → slutkretsar: E1 belysning, XS1 och XS2 vägguttag, EH1 spishäll. På kabeln står vid snedstrecket antalet ledare och arean (till exempel 3×1,5: tre ledare, 1,5 mm²).

Varför två jordfelsbrytare? Om en gemensam apparat löser ut blir hela lägenheten strömlös; två apparater begränsar det. B10 och B16 är automatsäkringens utlösningskarakteristik (B) och märkström (10 respektive 16 A). Exempelvärdena (B10 och 1,5 mm² för belysning, B16 och 2,5 mm² för vägguttag) är bara vägledande: det faktiska värdet ges av lasten, ledarlängden, förläggningssättet och föreskrifterna. Exemplet med spishällen EH1 gäller för en enfasspishäll på högst ca 3,6 kW; en större spishäll ansluts vanligen på en trefaskrets som dimensioneras separat.

Beteckningar: Q0 huvudbrytare, FI1 och FI2 jordfelsbrytare (IΔ: den arbetar med differensströmmen, alltså felströmmen), F1–F4 automatsäkringar, E1 lampa, XS1 och XS2 vägguttag, EH1 spishäll (fast förbrukare).

8. Tidrelä: koppling efter en bestämd väntetid

Tidreläets (KT1) spole startar, när styrsignalen kommer, en tidtagning och kopplar sin kontakt efter den inställda tiden t. Figuren visar ett tillslagsfördröjt (dragfördröjt) relä: när S1 sluter får KT1 spänning, efter tiden t sluter den fördröjda slutande kontakten 15–18, och lampan E1 slås på. När S1 upphör blir spolen spänningslös och kontakten öppnar direkt. Tidsdiagrammet visar detta: tillslaget är fördröjt, frånslaget inte. Den lilla bågen på kontakten är tecknet för fördröjning; bågens hålsida vetter mot den fördröjda rörelsen, här mot slutningen.

Ett sådant relä används till exempel vid sekvensstart av maskiner, vid tidsstyrning av stjärn–triangelomkopplingen (avsnitt 5) eller vid fördröjning av omstart för en kompressor. Ett frånslagsfördröjt relä håller utgången ytterligare tiden t efter frånkopplingen; det är den typiska lösningen för eftergång (till exempel badrumsfläkt) och trapphusbelysning. Multifunktionella tidreläer klarar både dessa och puls- och cykelfunktioner; funktionen ska alltid väljas efter apparatens typ.

Beteckningar: S1 styrkontakt (här en signalkälla som hålls sluten), KT1 tidrelä (spole A1–A2, fördröjd slutande kontakt 15–18), E1 den kopplade lasten, t fördröjningstiden.

9. Kontaktorns självhållning: START förblir inte intryckt

Vid självhållning drar ett kort tryck på START-knappen (S1, slutande) kontaktorn KM1. KM1:s egen hjälpkontakt 13–14 sluter parallellt med S1 och tar över matningen av spolen, så S1 kan släppas. STOPP-kontakten (S0, brytande) och överströmsreläets F2 brytande kontakt 95–96 ligger i serie med spolen: vilken som helst av dem bryter kretsen, KM1 släpper, hjälpkontakten öppnar också, och motorn startar på nytt först efter ett nytt START.

STOPP är en brytande (NC) kontakt eftersom det även vid ledarbrott eller lös plint blir det stoppade, säkra tillståndet: ett fel i styrkretsen får inte hålla motorn inkopplad. Kopplingskontakterna sitter på fas-sidan (L) och spolen på nollsidan, så ett jordfel drar inte kontaktorn. Efter ett spänningsavbrott startar inte en självhållande styrning av sig själv, vilket är önskvärt; en krets som styrs med en varaktigt sluten strömbrytare (tvåtrådsstyrning) kan däremot starta av sig själv när spänningen återkommer. Det är en styrlogik som ska utformas tillsammans med de faktiska skydden, förreglingarna och skyddet mot oväntad omstart, enligt maskinens riskbedömning.

Beteckningar: F1 säkring i styrkretsen, S0 STOPP (brytande), F2 överströmsrelä 95–96 (brytande), S1 START (slutande), KM1 kontaktor (spole A1–A2, hjälpkontakt 13–14 slutande).

10. Belysning med rörelsedetektor

Rörelsedetektorn (B1, här PIR, passiv infraröd) kopplar med sin inbyggda kopplingskontakt lampans fasledare (L → L′). Den har tre plintar: L och N är detektorns egen matning, så detektorn behöver både ständig fas och ständig nolla; L′ är den kopplade utgången, som går till lampan. Lampans andra plint ansluts till nollan, och till armaturens hölje skyddsledaren. Om det i apparatdosan inte finns någon nolledare (bara fasen och ledaren som går till lampan, som vid en traditionell strömbrytarinstallation) kan en trelednings detektor inte kopplas in: då behövs en detektor i tvåledarutförande.

Vid inlärning kan du i tankarna skilja på detekteringen (PIR), beslutet (detektorns elektronik: känslighet, fördröjning, ljuströsk), kopplingen (L′) och förbrukaren; det gör de flesta automatiska belysningsuppgifter begripliga. Utgångens belastbarhet, villkoren för LED eller induktiv last (minimilast, tillslagsström) och möjligheten till manuell överstyrning anges alltid i apparatens dokumentation.

Beteckningar: F1 automatsäkring, B1 rörelsedetektor (PIR; L, N, kopplad L′), E1 lampa, L fas, N nolla, PE skyddsledare.

11. 24 V-givare på styrenhetens ingång

En industriell trelednings givare använder separata matningsledare och en separat signalledare. De vanliga ledarfärgerna och M12-kontaktens stiftfördelning: brun (BN, stift 1) = +24 V, blå (BU, stift 3) = 0 V, svart (BK, stift 4) = utsignal. Givaren får matningen från aggregatet G1, och PLC:n läser bara signalen (den svarta ledaren).

En PNP-givare kopplar i påslaget tillstånd sin utgång till +24 V. Då flyter signalströmmen genom PLC:ns ingång och sluter mot 0 V, därför ansluts ingångens gemensamma punkt (här 1M) till 0 V, och givarens, aggregatets och ingångens 0 V är gemensamma. En NPN-givare kopplar däremot sin utgång till 0 V, och för den behövs en ingång med omvänd polaritet. Ingångens typ, spänningsnivån och givarens belastbarhet ska samordnas enligt PLC:ns och givarens datablad; vid avvikelse fungerar inte ingången, eller så kan enheten skadas.

Beteckningar: G1 24 V DC-aggregat, B1 PNP-givare (BN, BU, BK), PLC1 styrenhet (DI0 digital ingång, 1M ingångens gemensamma punkt), I signalkretsens ström.

12. Reversering av motorns rotationsriktning

Hos en trefasmotor ändrar ombyte av två faser rotationsriktningen. I figuren kopplar KM1 faserna L1, L2, L3 rakt till plintarna U1, V1, W1 (framåt), medan KM2 byter plats på faserna L1 och L2 (bakåt: L1 → V1, L2 → U1, L3 → W1). De två kontaktorerna får ström från samma matning, så om de drog samtidigt skulle det uppstå kortslutning mellan faserna. KM1 och KM2 får aldrig vara inkopplade samtidigt, därför är förreglingen inte valfri.

Förreglingen ska utföras elektriskt (den ena kontaktorns brytande hjälpkontakt, till exempel KM1 21–22, i serie med den andra kontaktorns spole) och helst också mekaniskt (ett mekaniskt element som förbinder de två kontaktorerna; i figuren den dubbla pilen mellan de streckade linjerna). Ett riktningsbyte under gång skulle ge en stor ström- och momentpuls, därför tillåter styrningen vanligen start i motsatt riktning först efter stillastående. Ritningen visar effektkretsen; styrningen (separat START per riktning, gemensamt STOPP) ska kompletteras enligt avsnitt 9; ändlägesskydd, bromsning och skydd mot oväntad omstart är en del av maskinens säkerhetsplan.

Beteckningar: Q1 kortslutningsskydd, KM1 framåt-, KM2 bakåtkontaktor, F2 överströmsrelä, M1 trefasmotor, ⇄ mellan de två kontaktorerna är den mekaniska förreglingen.

13. Varför delar vi upp i flera grupper?

I centralen utgår förbrukare med olika ändamål normalt på separata skyddsgrenar. I figuren finns efter huvudbrytaren Q0 och jordfelsbrytaren FI1 tre grupper: F1 belysning (E1–E3), F2 vägguttag (XS1–XS3), F3 spishäll (EH1). Om det i uttagsgruppen uppstår överström eller kortslutning (blixtsymbolen) löser bara F2 ut: belysningen och spishällen förblir i drift (i figuren är den utlösta gruppen streckad grå).

Fördelen är en tydligare felsökning (du ser vilken grupp som är felaktig), ett mer riktat skydd (varje grupp får en automatsäkring dimensionerad för sin egen ledare och last) och bättre driftkontinuitet (ett fel i ett vägguttag ska inte lämna lägenheten i mörker). Stora förbrukare (spishäll, ugn, varmvattenberedare, luftkonditionering) får vanligen en egen grupp. Jordfelsbrytaren FI1 löser däremot ut på felström (skillnaden mellan fas- och nollledarens ström, till exempel vid jordfel eller läckage) och kopplar från alla grupper bakom sig; därför används i en större central flera jordfelsbrytare (se avsnitt 7). Den exakta indelningen görs utifrån planen, lasterna och gällande krav.

Beteckningar: Q0 huvudbrytare, FI1 jordfelsbrytare, F1–F3 automatsäkringar (B10, B16 är karakteristik och ström), E1–E3 lampor, XS1–XS3 vägguttag, EH1 spishäll (mindre enfasexempel).

Övningsfrågor

1. Varför behövs strömbegränsning i en LED-krets, och hur räknar du ut motståndets värde?
2. Vad är skillnaden mellan kontaktorns kopplingsuppgift och överbelastningsskyddets uppgift?
3. Varför kan PE inte föras genom en strömbrytare?
4. Varför används en brytande (NC) kontakt för STOPP-knappen?
5. Varför får stjärn- och triangelkontaktorn, respektive framåt- och bakåtkontaktorn, inte dra samtidigt?

Om du vill dokumentera en plan på ett överskådligt sätt kan du fortsätta med symboler och symbolsatser och därefter kapitlet om kablar och grupper.