Рубильники, вимикачі та перемикачі

Рубильники належать до найпростіших комутаційних апаратів. Використовуються для вмикання та вимикання електричних мереж в електричних колах постійного та змінного струму. Основні елементи рубильника — нерухомі та рухомі контакти у вигляді ножів із міді чи латуні. Нерухомі контакти виготовляють у вигляді пружинних губок.

За ступенем захисту рубильники випускають відкритими і захищеними. За конструктивними особливостями рубильники бувають одно-, дво- і триполюсними, з центральною або бічною рукояткою чи важільним приводом.

Під час вимикання рубильника розривається електричне коло, що супроводжується виникненням дуги і виділенням тепла. Тому

Рис. 8.1. Вимикач із клавішним приводом: Рис. 8.2. Тумблер:

а — розімкнуте поло­ження; 6 — увімкнене положення; 1 — рухомий контакт;2 — нерухомий кон­такт;

1 — клаві­ша; 2 — рухомий кон­такт; 3 — нерухомий 3 — дугова план­ка; 4 і 8 — осі;

контакт; 4 — фіксатор; 5 — пружина. 5 — важіль; 6 — пружина; 7 — кулька.

на великі струми рубильники укомплектовують дугогасильними пристроями, а ножі встановлюють на пружинах для прискорення розривання електричного кола. Для цього на рубильниках встановлюють також допоміжні ножі, які з'єднані з руховими ножами — пружинами. Під час вимикання рубильника основні ножі вимикаються без розривання електричного кола, і тільки після цього під дією пружин швидко вимикаються допоміжні ножі. Таким чином значно зменшується час горіння електричної дуги.

Останнім часом використовують блочні рубильники — запо­біжники, які одночасно виконують функції комутації та захисту електричних кіл.

Для комутації електричних кіл використовують також вимикачі та перемикачі різних типів. Дуже поширені вимикачі клавішного типу, які використовуються в основному в освітлювальних елек­троустановках. Принцип дії такого вимикача показано на рис. 8.1. При положенні клавіші, як показано на рис. 8.1, а, рухомий 2 і нерухомий З контакти розімкнуті. При переведенні клавіші у положення, показане на рис. 8.1, б, фіксатор 4, стискуючи пружину 5, переміститься вниз, внаслідок чого контакти замкнуть­ся. Пружина з фіксаторами утворюють необхідне контактне на­тискування.

Для зручності користування в темноті клавіші вимикачів або пластини над ними покривають люмінофором.

Для вмикання споживачів малої потужності використовують тумблери (рис. 8.2). Це однополюсні вимикачі або перемикачі. Під час переміщення поворотного важеля 5 кулька 7 буде пере­суватися по дуговій планці З і при переході через нейтральне положення, тобто коли осі 4 і 8 збіжаться, під дією пружини контакти перемкнуться.

Для вмикання й вимикання в електричних колах керування і сигналізації, а також для керування електродвигунами малої

Рис. 8.3. Пакетний ви­микач: Рис. 8.4. Секція універсального перемикача:

1 — ручка увімкнення; 2 — стержень; 1 — скоба; 2 — шплінт; 3 — лівий рухомий контакт;

З — па­кети; 4 — нерухомі контакти; 4 — не­рухомий контакт; 5— правий рухомий контакт;

5 — рухомі контакти. 6 — кулачко­ві шайби; 7— центральний ва­лик.

потужності використовують вимикачі та пе­ремикачі поворотного типу. До них належать пакетні вимикачі й перемикачі, універсальні перемикачі, малогабаритні перемикачі малої потужності.

Пакетний вимикач (рис. 8.3) складається з кілець — пакетів, виконаних з ізоляційного матеріалу. Всередині містяться рухомі 5 та нерухомі 4 контакти. Отже, кожний пакет являє собою полюс. У механізмі перемикан­ня вимикача вмонтовано пружину, з допо­могою якої при перемиканні контакти за­микаються майже миттєво, незалежно від швидкості повертання ручки оператором.

Із пакетів можна набрати будь-яке число полюсів, але найчастіше використовують од­но-, дво- і триполюсний вимикач.

Універсальні перемикачі широко викорис­товують для перемикання в електричних ко­лах, постів керування, полюсів багатошвидкісних електродвигунів малої потужності. Во­ни складаються з секцій (рис. 8.4), а кожна секція — з нерухомого контакту 4, лівого З і правого 5 рухомих контактів, ізоляційних кулачкових шайб 6, які встановлюються на центральний валик 7. Рухомі контакти закріплені на скобах /. Під час повороту рукоятки повертаються ізоляційні кулачкові шайби. При попа­данні шплінта 2, розміщеного на скобі, у западину кулачкової

шайби рухомий контакт замикається з нерухомим.

В універсальному перемикачі мо­же бути від двох до восьми секцій, що дає змогу використовувати їх у складних електричних схемах.

Малогабаритні перемикачі загаль­ного призначення подібні за конс­трукцією до універсальних і пакетних. Вони використовуються на малі стру­ми для дистанційного керування ко­мутуючими апаратами, перемикання електричних кіл змінного та постій­ного струму.

Запобіжники

Запобіжник — це комутаційний електричний апарат, призначений для автоматичного вимикання елек-

Рис. 8.5. Труб­частий запобі­жник:

1 — плавка вставка; 2 — корпус; 3 — контактні но­жі.

тричного кола, що захищається. У запобіжнику є спеціально передбачена для цього струмоведуча ча­стина, яка руйнується при проходженні по ній струму визначеної величини. Запобіжник — це апа­рат захисту електричних установок при аварійних режимах.

Основний елемент запобіжника — плавка вста­вка, яку виготовляють із каліброваного дроту або пластини (рис. 8.5). Пластина має звуження, роз­раховані на номінальний струм запобіжника. При струмах перевантаження у місцях звуження плавка вставка нагрівається до температури плавлення і перегоряє. Матеріалом для плавкої вставки служать цинк, мідь, сплави свинцю з оловом.

Для зменшення часу горіння електричної дуги при перегорянні плавкої вставки корпус запобіж­ника виготовляють із газогенеруючого матеріалу — фібри. Гасіння дуги здійснюється газами, що ви­діляються з фібри. Особливо поширені запобіжни­ки, в яких для швидкого гасіння дуги вільний простір у корпусі заповнюють кварцовим піском.

Розрізняють плавкі запобіжники з великою тепловою інерцією та безінерційні. Інерційні запобіжники витримують значні ко­роткочасні перевантаження струмом, що забезпечується свинце­вим струмопровідним мостиком, мають значно обмежену здатність до перевантаження, що є результатом використання в них мідних струмопровідних мостиків.

Номінальний струм плавкої вставки I_вст запобіжників визна­чається за величиною тривалого розрахункового струму лінії I_тр. Це співвідношення повинно бути таким: I_вст > I_тр.

Для захисту електродвигунів номінальний струм для плавкої вставки вибирають із співвідношення: I_вст > I_n/k, де I_п — пусковий струм електродвигуна; k — коефіцієнт, який залежить від типу двигуна та умов його пуску.

Автоматичні вимикачі

Автоматичні вимикачі призначені для захисту електричних кіл від струмів короткого замикання, перевантаження або недопус­тимого зниження напруги, а також для нечастого оперативного вмикання та вимикання електричних кіл постійного та змінного струмів.

Автоматичні вимикачі розрізняють за: номінальним струмом, номінальним струмом розчіплювача, видом струму (постійного або змінного), кількістю полюсів.

Залежно від призначення автоматичні вимикачі складаються з таких основних елементів: контактної системи, механізму віль­ного розчіплення, дугогасильного пристрою, максимальних і до-

Рис. 8.6. Біметалева пла­стина:

1 — метал із меншим ко­ефіцієнтом лінійного розширення; 2 — метал із більшим коефіцієнтом лінійного розширення.

поміжних розчіплювачів струму, мінімаль­них розчіплювачів напруги та ін.

Основним елементом автоматичного вимикача є розчіплювач, який забезпечує вмикання та вимикання контактів. Він мо­же бути електромагнітним, тепловим і на­півпровідниковим.

Електромагнітний розчіплювач — це електромагнітне реле максимального стру­му з механізмами вимикання. Якщо струм в електричному колі, яке захищається ав­томатичним вимикачем, перевищує визначену величину, то реле максимального струму спрацьовує і через механізм виникнення розімкне головні контакти автомата. Отже, при коротких зами­каннях або при струмах, які перевищують визначену величину, автоматичний розчіплювач спрацьовує миттєво.

Тепловий розчіплювач — це біметалева пластина (рис. 8.6), яка є механізмом вимкнення автомата. Вона складається з двох рі­знорідних металів із різними коефіцієнтами лінійного розширен­ня. Тому при нагріванні пластина буде вигинатися в бік металу з меншим коефіцієнтом лінійного розширення і таким чином подіє на механізм вимкнення автомата. Нагрівання може здій­снюватися внаслідок безпосереднього проходження електричного струму, що перевищує мінімальний, через біметалеву пластину або від нагрівача, розташованого поряд з пластиною.

Під час розмикання автоматичного вимикача між його контак­тами виникає електрична дуга. Якщо автоматичний вимикач спра­цьовує при великих струмах перевантаження, це може призвести до замикання дуги між контактами різних фаз і виходу автомати­чного вимикача з ладу. Щоб запобігти цьому, в автоматичних вимикачах застосовують дугогасильні пристрої, які розділяють кон­такти різних фаз. Під дією електромагнітних сил електрична дуга розтягується вздовж пластин дугогасильного пристрою, стикаючись з їхньою холодною поверхнею, охолоджується і гасне.

Останнім часом промисловість випускає велику кількість швид­кодіючих апаратів захисту для напівпровідникових пристроїв (ви­прямлячі, інвертори, перетворювачі частоти та ін.) від аварійних струмових перевантажень, оскільки ці пристрої мають низьку перевантажувальну можливість.

Розглянемо будову і принцип дії автоматичних вимикачів серії ПАР (рис. 8.7). їх випускають на номінальний струм 6,3 А та 10 А. Встановлюють в основу різьбового запобіжника замість пробкового. У цих вимикачах використано комбінований розчі­плювач (електромагнітний і тепловий). Шлях проходження елек­тричного струму від електричної мережі до електроспоживача такий: центральний контакт 12, нерухомі контакти 11, рухомі контакти 10, тепловий розчіплювач (біметалева пластина і гнучкий провідник) 2, електромагнітний розчіплювач 5 (обмотка реле максимального струму), різьбова частина цоколя 1.

Рис. 8.7. Автоматичний вими­кач серії ПАР:

1 — різьбова частина цоколя;2 — біметалева пластина;3 — шплінт; 4 — похилий отвір; 5 — реле максималь­ного струму, 6 — кнопка вмикання; 7 — кнопка ви­микання; 8 — важіль відсіч­ки; 9 — двоплечовий важіль; 10 — рухомі контакти; 11 — нерухомі контакти, 12 — центральний контакт.

При довготривалому перевантаженні в електропроводці (декілька секунд) струм проходить через біметалеву плас­тину, нагріває її, і пластина, вигинаю­чись, зміщується вліво (див. рис. 8.7 — пунктирна лінія); при цьому двоплечовий важіль 9 зіскакує зі шплінта З, перемі­щується по похилому отвору 4, внаслідок чого автомат вимикається.

При коротких замиканнях сила струму різко підвищується і стає дос­татньою для спрацювання реле макси­мального струму. Осердя електромаг­ніта втягується, важіль відсічки 8 по­вертається і вивільняє двоплечовий важіль, внаслідок чого автомат миттєво вимикається. Таке миттєве вимкнення називається відсічкою.

Вмикається автоматичний вимикач вручну натискуванням на кнопку 6. Вимикається кнопкою 7. При натис­куванні цієї кнопки на важіль відсічки вивільняється двоплечовий важіль, внаслідок чого контакти автомата роз­микаються.