Элемент коммутации что это

Коммутационные и электромеханические элементы

Коммутационные элементы предназначены для включения, отключения и переключения электрических цепей. Под коммутацией обычно понимают выполнение этих трех операций. Различают коммутационные элементы ручного и автоматического управления. Коммутационные элементы ручного управления срабатывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления. Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их приводные органы. Основной частью таких элементов обычно является электромагнит, входным сигналом для них служит электрический ток или напряжение. Автоматические коммутационные элементы используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами.

Рассмотрим коммутационные элементы с механическим приводом. Используются они для местного управления и для подачи сигналов о достижении каких-либо промежуточных и конечных положений. По своему назначению коммутационные элементы подразделяют на два вида: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромагнитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и напряжений в коммутируемых цепях, что влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры. Изучение коммутационных элементов для силовых цепей не входит в нашу задачу. Отметим только, что наибольшее распространение для этих целей получили рубильники и переключатели рубящего типа, обеспечивающие быстрое размыкание и имеющие специальные устройства для гашения электрической дуги.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управления, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по допустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом числе срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовозвратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управления.

К коммутационным элементам с механическим приводом относятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавишные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а также концевые и путевые выключатели.

2. Кнопки управления и тумблеры

Кнопки управления — это аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу контактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герметичные, взрывобезопасные и т. д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок (рис. 1, а, б) все они имеют неподвижные контакты 1 и подвижные контакты 6, перемещаемые с помощью толкателя 3. Внешняя цепь подсоединяется к кнопке с помощью винтовых зажимов 7. Корпус 2 кнопки фиксируется на панели управления гайками 4 и 5.

Рис. 1. Конструкции кнопок управления

Для коммутации цепей электроники выпускаются специальные кнопки (например, типа ВК14-21). Малогабаритные кнопки управления выполняют на основе микровыключателя типа МП, который используют в качестве исполнительного контактного элемента в тумблерах типа MTI и МТП. Долговечность и надежность кнопок управления оценивают коммутационной износостойкостью, которую выражают в гарантированном числе циклов включений-отключений под нагрузкой. Этот параметр различен для разных кнопок и условий эксплуатации. Например, для кнопок типа ВК14-21 с медными контактами он составляет 0,25 10 6 циклов, с биметаллическими контактами — 2,5 10 6 , с серебряными контактами — 4 10 6 циклов. Механическая износостойкость всегда превышает коммутационную. В последнее время все большее распространение получили кнопки управления с прямоугольной формой толкателя — их называют клавишами.

На основе кнопок управления изготовляют кнопочные станции, содержащие до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе. Такие коммутационные устройства называют кнопочными или клавишными переключателями (рис. 2).

Переключатель представляет собой наборную панель из кнопок 1 (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снабженных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным. Кнопки могут также иметь самовозврат в исходное положение или чередование включенного и отключенного фиксированных положений. Каждая кнопка или клавиша осуществляет коммутацию одной или нескольких цепей. Некоторые типы переключателей снабжают специальной кнопкой возврата (сброса) включенных кнопок в исходное положение. В этом случае возможно включенное положение нескольких кнопок одновременно. Особенностью этих переключателей является двухпозиционное положение (включено, отключено) каждой кнопки или клавиши. Необходимый режим или программа управления задается путем набора включенных и отключенных положений соответствующих кнопок (клавиш). При этом положение кнопок или клавиш (поднятое или утопленное) играет роль указателя. Для этой цели используют также световые сигнализаторы 3 (лампы или светодиоды), вмонтированные в корпус блока переключателя (рис. 2). Закрытое исполнение и использование высококачественных материалов (биметаллов, сплавов серебра и т. п.) для контактов обеспечивают малые переходные сопротивления, что весьма важно при установке этих переключателей в низковольтных и слаботочных цепях автоматики и электроники.

Рис. 2. Кнопочный переключатель

Рис. 3. Двухпозиционный тумблер

Для более мощных цепей автоматики применяют тумблеры, используемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей. На рис. 3 показано устройство двухпозиционного тумблера. Мостиковый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика 1, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов 2. Переключение контактов тумблера осуществляется воздействием на рычаг 3, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспечивается пружиной 4. Номинальный ток тумблера 1 и 2 А при напряжении 220 В, масса их не превышает 30 г.

коммутационный элемент

2.3.1. коммутационный элемент: Полупроводниковый (см. 2.3.2) или контактный (см. 2.3.3) элемент.

Смотри также родственные термины:

92 . Коммутационный элемент связи

Элемент, осуществляющий коммутацию в сетях связи

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Полезное

Смотреть что такое «коммутационный элемент» в других словарях:

коммутационный элемент — Полупроводниковый или контактный элемент. [ГОСТ 50030.5.1 2005] Тематики аппарат, изделие, устройство . выключатель, переключатель … Справочник технического переводчика

коммутационный элемент — perjungiamasis elementas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. switching element vok. Schaltelement, n rus. коммутационный элемент, m pranc. élément de commutation, m … Fizikos terminų žodynas

коммутационный элемент связи — КЭ Элемент, осуществляющий в сетях связи коммутацию. [ГОСТ 19472 88] Тематики телефонные сети Синонимы КЭ EN switching element … Справочник технического переводчика

коммутационный элемент доступа — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN access switch … Справочник технического переводчика

Коммутационный элемент связи — 92 . Коммутационный элемент связи кэ Switching element Элемент, осуществляющий коммутацию в сетях связи Источник: ГОСТ 19472 88: Система автоматизированной телефонной связи общегосударственная. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

бесконтактный коммутационный элемент связи — БКЭ Коммутационный элемент связи, осуществляющий коммутацию в сетях связи путем изменения условий для прохождения сигналов электросвязи без перемещения в пространстве контакт деталей. Примечание В зависимости от принципа действия различают… … Справочник технического переводчика

механический коммутационный элемент связи — МКЭ Коммутационный элемент связи, осуществляющий коммутацию в сетях связи путем перемещения в пространстве его контакт деталей. [ГОСТ 19472 88] Тематики телефонные сети Синонимы МКЭ EN mechanical switching element … Справочник технического переводчика

Бесконтактный коммутационный элемент связи — 94 . Бесконтактный коммутационный элемент связи БКЭ Static switching element Коммутационный элемент связи, осуществляющий коммутацию в сетях связи путем изменения условий для прохождения сигналов электросвязи без перемещения в пространстве… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Механический коммутационный элемент связи — 93 . Механический коммутационный элемент связи МКЭ Mechanical switching element Коммутационный элемент связи, осуществляющий коммутацию в сетях связи путем перемещения в пространстве его контакт деталей Источник: ГОСТ 19472 88: Система… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

полупроводниковый коммутационный элемент — Элемент, выполняющий коммутацию тока в электрической цепи посредством воздействия на проводимость полупроводника. [ГОСТ Р 50030.5.2 99 (МЭК 60947 5 2 97)] Тематики датчики и преобразователи физических величин … Справочник технического переводчика

Коммутационные элементы

Коммутационные элементы предназначены для включе­ния, отключения и переключения электрических цепей. Под ком­мутацией обычно понимают выполнение этих трех операций. Раз­личают коммутационные элементы ручного и автоматического управления. Коммутационные элементы ручного управления сра­батывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления. Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их при­водные органы. Основной частью таких элементов обычно являет­ся электромагнит, входным сигналом для них служит электриче­ский ток или напряжение. Автоматические коммутационные эле­менты используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами. Они рас­сматриваются в последующих главах данного раздела.

В этой главе рассмотрены коммутационные элементы с меха­ническим приводом. Используются они, как правило, для местного управления и для подачи сигналов о достижении каких-либо про­межуточных и конечных положений. По своему назначению комму­тационные элементы подразделяют на два вида: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромаг­нитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и на­пряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры. Изучение ком­мутационных элементов для силовых цепей не входит в нашу зада­чу. Отметим только, что наибольшее распространение для этих целей получили рубильники и переключатели рубящего типа, обес­печивающие быстрое размыкание и имеющие специальные устрой­ства для гашения электрической дуги.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управле­ния, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по до­пустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом чис­ле срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовоз­вратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управле­ния.

К коммутационным элементам с механическим приводом отно­сятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавиш­ные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а так­же концевые и путевые выключатели.

Рекомендуемые материалы

§ 15.2. Кнопки управления и тумблеры

Кнопки управления — это аппараты, подвижные контак­ты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толка­тель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу кон­тактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герме­тичные, взрывобезопасные и т. д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок (рис. 15.1, а, б) все они имеют неподвижные контакты / и под­вижные контакты 6, перемещаемые с помощью толкателя 3. Внеш­няя цепь подсоединяется к кнопке с помощью винтовых зажимов 7. Корпус 2 кнопки фиксируется на панели управления гайками 4 и 5.

Электрические параметры наиболее распространенных кнопок приведены в табл. 15.1. Кнопки управления общепромышленного применения серий КУ и КЕ имеют различные исполнения и формы толкателей.

Для коммутации цепей электроники выпускаются специальные кнопки (например, типа ВК14-21). Малогабаритные кнопки управ­ления выполняют на основе микровыключателя типа МП, который используют в качестве исполнительного контактного элемента в тумблерах типа MTI и МТН. Долговечность и надежность кнопок управления оценивают коммутационной износостойкостью, которую выражают в гарантированном числе циклов включений-отключений под нагрузкой. Этот параметр различен для разных кнопок и ус­ловий эксплуатации. Например, для кнопок типа ВК14-21 с медными контактами он составляет 0,25*10 6 циклов, с биметалличе­скими контактами — 2,5*10 8 , с серебряными контактами — 4*10 6 циклов. Механическая износостойкость всегда превышает коммутационную. В последнее время все большее распространение получили кнопки управления с прямоугольной формой толкателя — их называют клавишами.

На основе кнопок управления изготовляют кнопочные станции, содержащие до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе. Такие коммутационные устрой­ства называют кнопочными или клавишными переключателями (рис. 15.2).

Переключатель представляет собой наборную панель из кно­пок / (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снаб­женных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным. Кнопки могут также иметь самовозврат в исходное положение или чередование включенного и отключенного фиксированных положе

ний. Каждая кнопка или клавиша осуществляет коммутацию одной или нескольких цепей. Некоторые типы переключателей снабжают специальной кнопкой возврата (сброса) включенных кнопок в ис­ходное положение. В этом случае возможно включенное положс-

ченных положений соответствующих кнопок (клавиш). При этом положение кнопок или клавиш (поднятое или утопленное) играет роль указателя. Для этой цели используют также световые сигнализаторы 3 (лампы или светодиоды), вмонтированные в корпус бло­ка переключателя (рис. 15.2). За­крытое исполнение и использование высококачественных материалов (биметаллов, сплавов серебра и т. п.) для контактов обеспечива­ют малые переходные сопротивле­ния, что весьма важно при установ­ке этих переключателей в низко­вольтных и слаботочных цепях ав­томатики и электроники.

Для более мощных цепей авто­матики применяют тумблеры, ис­пользуемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей. На рис. 15.3 показано устройство двухпозиционного тумблера. Мостико-вый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика /, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов 2. Переклю­чение контактов тумблера осуществляется воздействием на ры­чаг 3, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспе­чивается пружиной 4. Номинальный ток тумблера 1 и 2 А при напряжении 220 В, масса их не превышает 30 г.

§ 15.3. Пакетные переключатели

Для коммутации нескольких цепей при нескольки-х фик­сированных положениях для выбора различных режимов работы используются пакетные переключатели.* Такой переключатель (рис. 15.4, а) состоит из ряда слоев — пакетов 3 (показан отдель­но на рис. 15.4, б), внутри которых находятся подвижный 5 и не­подвижный 4 контакты. Подвижный контакт 5 закреплен на оси 2, вращающейся с помощью рукоятки / и имеющей ряд фиксирован­ных положений, в которых замыкаются неподвижные контакты одного из пакетов. Выводы 6 неподвижных контактов закреплены в корпусе переключателя. Недостаток таких пакетных переключа­телей — низкая надежность скользящих контактов.

Пакетные переключатели кулачкового типа, в которых электри­ческая цепь замыкается неподвижными контактами, более надеж­ны. Подвижными у них являются диэлектрические кулачки, кото­рые и замыкают контакты в зависимости от профиля кулачка и положения оси.

Конструкции пакетных переключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить десятки и сотни вариантов разнообразных схем соединений при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений до 8 (через 45, 60 или 90°).

Имеются переключатели и без фиксации переключаемого поло­жения — с самовозвратом в исходное положение. Особенность этих переключателей — наличие запирающего (на ключ) устройства, что исключает бесконтроль­ное переключение.

Наиболее распростра­ненными переключателя­ми цепей управления яв­ляются аппараты серий ПКУ2 и ПКУЗ. Номи­нальный (длительно до­пустимый) ток переклю­чателей серии ПК.У2 — 6 А при напряжении 380 В переменного тока и 220 В постоянного то­ка, а для переключате­лей серии ПКУЗ — 10 А при 500 В переменного тока. Как видно по тех­ническим параметрам, такие переключатели пригодны и для непо­средственного включения и отключения довольно мощных потребителей электроэнергии, на­пример электродвигателей мощностью в несколько киловатт.

Меньшими габаритами обладают переключатели серий ПУ и ПЭ, имеющие поворотные механизмы привода на два или три по­ложения. Среди них имеется исполнение с выемным ключом-руко­яткой. Такими переключателями, как правило, блокируют подачу напряжения в схему управления, изменяют режимы и способы управления. При этом предусмотрена возможность запирания пе­реключателя как в отключенном, так и в других его положениях. Номинальный ток переключателей серий ПУ и ПЕ — 5 А при на­пряжении 220 В переменного тока и 1 А при ПО В постоянного тока.

Системы автоматического и программного управления требуют весьма сложных переключений, для которых необходимы много­позиционные и многоцепные переключатели (при числе цепей и положений порой в несколько десятков). Конструктивно такие коммутационные элементы выполнены в виде двух, четырех (и бо­лее) неподвижных секций, смонтированных на платах, и подвиж­ных контактов, закрепленных на общем валу и фиксируемых спе­циальным пружинно-шариковым фиксатором в заданных позициях.

На рис. 15.5 показаны наиболее распространенные ползунко-вые переключатели серии ПП однопаяельного исполнения на 35 це-

пей. Переключатели в открытом исполнении предназначены для встроенного монтажа за панелью управления. Аналогичные щеточ­ные переключатели, но закрытого исполнения, имеют от 1 до 4 сек­ций при числе контактов в каждой секции от 4 до 24. Они обеспе-

чивают надежную коммутацию при токе нагрузки до 1 А цепей пе­ременного (напряжением 380 В) и постоянного (напряжением 220 В) тока.

В радиоэлектронной аппаратуре используются аналогичные па­кетным переключатели — так называемые галетные. Они имеют от 2 до 11 положений при числе секций (галет) от 1 до 4. На рис. 15.6 показан переключатель серии ПГС на 10 положений.

В последнее время в автоматике все шире используются дости­жения микроэлектроники, например большие интегральные схемы. Для коммутации в цепях, содержащих подобные элементы, необ­ходимы переключатели, контакты которых обеспечивали бы на­дежное прохождение очень слабых токов (милли- или микроампе­ры) при пониженных значениях напряжений (до 5 В). Рассмот­ренные в данном параграфе переключатели, как правило, такими свойствами не обладают, так как их контакты имеют значительные (порой в несколько ом) переходные сопротивления. В этом случае предпочтительнее применение клавишных переключателей с биме­таллическими или серебряными контактами.

§ 15.4. Путевые и конечные выключатели

Путевые и ‘конечные выключатели представляют собой коммутационные элементы, кинематически связанные с рабочей машиной и срабатывающие в зависимости от перемещения по­движной части рабочей машины. Путевые выключатели срабаты­вают в определенных промежуточных точках на пути перемеще­ния, конечные выключатели срабатывают в крайних точках: в на­чале и конце пути. Особенно широко путевые и конечные выключатели используются в схемах автоматизированного элект­ропривода различных производственных механизмов. С их по­мощью происходят автоматическое управление приводом на отдель­ных участках пути и автоматическое отключение в крайних поло­жениях механизма.

В зависимости от устройства, осуществляющего замыкание или размыкание контактов, путевые и конечные выключатели можно подразделить на кнопочные (нажимные), рычажные, шпиндельные и вращающиеся. Переключение контактов в этих выключателях осуществляется следующим образом. В кнопочных — нажатием ра­бочего органа механизма на шток, с которым связаны контакты выключателя. В рычажных — воздействием рабочего органа меха­низма на рычаг, с которым связаны контакты. В шпиндельных — перемещением гайки по винту, связанному через передачи с валом механизма. Во вращающихся — переключающими кулачковыми шайбами, связанными с валом механизма.

В штоковых выключателях скорость переключения контактов определяется скоростью перемещения производственного механиз­ма. При малой скорости взаимное перемещение подвижных и не­подвижных контактов происходит медленно, что приводит к дли­тельному горению дуги, возникающей между размыкающимися контактами, и их быстрому разрушению из-за оплавления и усиленного окисления. Для нормальной работы такого выключателя скорость перемещения механизма должна быть не менее 0,5 м/мин. А для обеспечения мгновенного переключения контактов использу­ются специальные пружинные механизмы, освобождающиеся с по­мощью спусковых механизмов (собачек). Пружины также исполь­зуются для обеспечения необходимой силы контактного нажатия. На рис. 15.7 показано устройство простого конечного выключа­теля. Закрепляется он таким образом, чтобы упор на подвижной части производственного механизма находился напротив штока 4. При нажатии упора на шток 4 последний давит на пружину 3. При достижении определенной силы нажатии пружина 3 перебрасы­вается влево, размыкая контакт 2 и замыкая контакт 1. При этом ток пойдет по другой цепи управления. Внешние соединения вы­ключателя выполняются с помощью пайки к выводам: 5—непо­движный контакт (общий);. 6 — размыкающийся контакт 2; 7— замыкающийся контакт /. Плоская пружина 3 выполнена из трех частей. Средняя часть длиннее крайних, поэтому она всегда нахо­дится в изогнутом состоянии и стремится прижимать контакты в их крайних положениях (/ или 2). Переключатель способен ра­ботать в цепях с напряжением до 380 В при токе до 3 А. Пере­мещение штока составляет 0,5—0,7 мм, необходимое усилие для срабатывания не более 5—7 Н. Время срабатывания 0,01—0,02 с при частоте включений до двух раз в минуту.

На рис. 15.8 показан конечный выключатель типа ВК-111 с мо-стиковыми контактами. Переключение контактов производится на­жатием на шток 1, а возврат контактов в исходное положение осуществляется пружиной 2. Использование мостикового контакта 3 уменьшает вероятность возникновения дуги, поскольку цепь раз­рывается в двух точках. Такие выключатели могут работать при токе включения до 20 А и длительном токе 6 А. Износоустойчи­вость выключателей—10 6 срабатываний. Допустимая частота —

600 включений в час.

На рис. 15.9 показан выключатель с малым временем срабатывания (моментпо-го действия). Контакты подобных выклю­чателей переключаются с постоянной ско­ростью при определенном положении про­изводственного механизма независимо от скорости движения. Поэтому их применя­ют при малых скоростях (до 0,5 м/мии) или при необходимости повышенной точно­сти срабатывания (до 0,05 мм).

При нажатии упора па ролик 1 рычаг 2 поворачивается и давит на набор спи­ральных пружин 3, мгновенно действую­щих на поводок 4. Поводок поворачивает­ся, и ролик 10, сжимая пружину 11, дви­жется по планке 9, занимая положение правее от оси поворота планки 9. При этом собачка 6 отводится и контактный мостик под действием пружины 11 и ролика 10 переорасывастся в другое положение, размыкая контакт 7 и за­мыкая контакт 8. После отхода упора от ролика 1 поводок 4 и контактный мостик возвращаются в исходное положение под дей­ствием пружины 5.

В некоторых случаях используются многопозиционные трех- и пятиконктактные датчики, последовательно управляющие несколь­кими управляющими цепями. Конструкции таких датчиков сложнее, и они значительно дороже двухконтактных.

Рассмотренные путевые и конечные выключатели имеют сравни­тельно низкую надежность, связанную с повышенным износом кон­тактной пары. Более высокая надежность обеспечивается при использовании бесконтактных датчиков (например, индуктивного или фотоэлектрического типов), мгновенность срабатывания кото­рых обеспечивается с помощью электронных схем.

Что такое коммутационный аппарат и для чего он нужен

Коммутационный аппарат — это защитный прибор, который довольно часто используется в различных сферах. Его можно встретить, например, в частном доме или на промышленном предприятии. Назначение всех типов коммутационных аппаратов — включение и отключение электротока в одной или нескольких электрических цепях. Широкое использование получили следующие виды коммутационных аппаратов:

• рубильники;
• масляные выключатели;
• устройства, работающие на сжатом воздухе;
• элегазовые и вакуумные устройства;
• разъединители.

Перед тем как приступать к рассмотрению таких коммутирующих приборов, надо сначала выяснить, что такое коммутация. Определение данного процесса в электроцепях будет следующим. Под коммутацией понимаются процессы, которые происходят в начальный момент времени в электроцепях во время замыкания или размыкания различных ее участков. Происходит коммутация довольно быстро. Ее длительность зачастую не превышает десятых, сотых, а иногда даже миллиардных долей секунды. Продолжительность такого процесса от секунды до нескольких десятков секунд встречается очень редко.

Все электрические аппараты, имеющие подвижные части, могут быть автоматическими и неавтоматическими. К первому типу относятся те устройства, которые автоматически активируются согласно заданного режима работы в данной электроцепи без какого-либо участия оператора. Работа второго типа электрических аппаратов полностью зависит от воли ответственного за его работу сотрудника. Коммутационный аппарат может быть высоковольтным (сети с напряжением более 1000 вольт) или низковольтным (сети с напряжением до 1000 вольт).

Хорошая коммутационная аппаратура должна обеспечивать следующее: иметь достаточный срок службы, отличаться надежностью и простой эксплуатации, пропускать электроток заданного значения в течение определенного промежутка времени, оперативно отключать подачу электроэнергии в случае превышения установленного порогового значения. Некоторые коммутационные устройства способны гасить возникающую электродугу, которая зачастую возникает между расходящимися контактами и представляет серьезную опасность как для безопасности сотрудников предприятия, так и для всего производственного комплекса в целом. Чтобы улучшить гашение этой электродуги, в автоматы монтируют спецустройства, которые намного лучше справляются с этим процессом (дугогасящая камера).

Рубильник

Существует несколько видов коммутационных устройств до 1000 вольт. Самые простые неавтоматические коммутационные аппараты до 1000 в настоящее время это рубильники. Конструкция данного изделия довольно простая. Она включает нож и ручку (подвижная часть), а также контакт (неподвижная часть).

Эта простейшая коммутационная аппаратура работает за счет перевода ножа рубильника в горизонтальное или вертикальное положение. За счет таких действий оператора данного устройства электроцепь размыкается или замыкается. При этом сами контакты этого оборудования располагаются в воздухе и ничем не прикрыты.

Из-за того, что происходил рост рабочих напряжений и мощностей различного оборудования, данное коммутационное устройство перестало справляться с поставленными задачам и не могло удовлетворять потребности людей в данном вопросе. Поэтому пришлось искать замену простым однополюсным рубильникам и изобретать более совершенные виды электрических выключателей.

Защита электроустановок с напряжением ниже 1000 вольт обеспечивается за счет применения воздушных автоматических выключателей различного вида. Предназначение таких автоматических выключателей: отключение подачи электротока при различных аварийных ситуациях (короткое замыкание, перегрузки, недопустимое понижение напряжения), оперативное отключение или включение электроцепей (включая электродвигатели) с напряжением не более тысячи вольт.

Подобное коммутационное оборудование зачастую встречается в частных квартирах или на небольших предприятиях. Для более комплексных и серьезных задач применяются высоковольтные коммутаторы. Про данные коммутационные устройства будет рассказано ниже в данном материале.

Масляный выключатель

Из-за того, что простой воздушный выключатель уже не мог удовлетворять всем требованиям эксплуатации оборудования, было принято решение модернизировать коммутационный аппарат за счет изменения его конструкции. Для этого контакты устройства поместили в трансформаторное масло. Благодаря такому конструктивному решению был создан масляный выключатель. В настоящий момент масляный выключатель — это сложный прибор, который в своей работе использует большое количество достижений научного и технического прогресса.

Данный коммутационный аппарат работает по такому принципу:

• Электродуга, которая имеет высокую температуру, воздействует на трансформаторное масло. При этом происходит разложение масла, которое превращается в газ. Основной газ при таком разложении водород.
• Горение электродуги происходит внутри газа, который представляет собой динамическую среду. Внутри данной среды наблюдается непрерывное смешивание ионизированных и неионизированных частиц, холодных и горячих газовых частичек.
• Во время очередного прохождения электротока сквозь его нейтраль, электродуга гасится за счет такой периодичности процесса.

Надо понимать, что во время гашения дуги происходит бурное образование газов, а внутри выключателя возникает большое по величине давление. Если коммутационное защитное устройство было сконструировано с ошибками, то оно просто взорвется. Поэтому масляный коммутационный аппарат оборудуется дугогасящей камерой, в которой электродуга гасится очень быстро и исключается взрыв данного устройства. В таких устройствах энергию электродуги используют, чтобы создать давление, под действием которого газы вокруг дуги начинают двигаться быстрее. За счет этого электродуга гасится довольно быстро.

Дугогасящие камеры могут отличаться по принципу работы и конструктивному исполнению. Все эти устройства, независимо от конструкции или принципа действия, используют один из двух возможных вариантов для гашения дуги:

• Газ и масло перемещаются вокруг электродуги;
• Сама дуга перемещается относительно стенок камеры и масла.

Отличается такое коммутационное защитное устройство тем, что выключатель и привод в нем это раздельные конструктивные элементы, которые связываются между собой через специальные механизмы.

Кроме того, есть и другие высоковольтные выключатели, которые постепенно вытесняют массивные масляные коммутационные аппараты. К примеру, это может быть малообъемный масляный выключатель. В конструкции последнего используются фарфоровые баки. При использовании таких фарфоровых баков можно упростить конструкцию устройства и уменьшить объем используемого масла. Это связано с тем, что специальная изоляция для контактов такого устройства от баков не потребуется. За счет уменьшения объема используемого масла габариты такого аппарата значительно уменьшаются.

Выключатели на сжатом воздухе

Нельзя не упомянуть популярные в настоящее время выключатели на сжатом воздухе, которые широко используются для защиты электроцепей, взамен массивных и не очень удобных масляных устройств. В таких выключателях дуга гасится при помощи потока сжатого воздуха. Управление приводом устройства осуществляется при помощи электричества. Вне зависимости от вида и конструктивного исполнения воздушного выключателя, он включает 3 основные части: дугогасительное устройство (может включать отделитель или выпускаться без такого элемента), блока подачи сжатого воздуха и управляющей системы.

Для гашения электродуги используется сжатый воздух, номинальное давление которого составляет от 600 кПа до 5 МПа. Гасится дуга внутри поперечной или продольной камеры, во время производства которой используется одностороннее или двухстороннее дутье.

Вакуумный и элегазовый выключатели

Вакуумные устройства предназначены для использования в электросетях с высоким напряжением. Наименование данный прибор получил из-за того, что в его конструкции есть вакуумная камера, внутри которой электодуга практически мгновенно гасится. Данный тип выключателей применяют в качестве коммутирующего устройств, которые призваны осуществлять выключение различных приборов, если наступает аварийная ситуация.

Сфера использования вакуумных устройств — коммутация в трехфазных электроцепях на переменных электротоках (менее десяти киловольт) как во время нормальной работы, так и во время аварийной ситуации. В этих электросетях нейтраль может быть: изолированной, компенсированной, заземлённой при помощи резисторов или дугогасительных реакторов. Данные устройства монтируют на станции, подстанции и иные участки, где распределяется и потребляется электроэнергия. Это могут быть различные предприятия народного хозяйства в нефтегазодобывающей, перерабатывающей, нефтехимической, химической, горнорудной отрасли и др.

Рассмотрим, как гасится дуга в данном устройстве. Когда контакты разрываются, между поверхностями начинается ионизация. В вакуумных выключателях используется технология, отличная от воздушного и масляного гашения дуги. Способ, который используется в таких выключателях — внутри идеального вакуума нет никаких веществ, способных выделять заряженные частицы. Благодаря этому при разделении контактов ионизация поддерживается только при помощи паров раскаленных металлических частей устройства. При этом продолжается движение ионов между поверхностями контактов, однако, в тот момент, когда пересекается синусоида электротока во время прохождения нейтрали, заряженные частицы теряют энергию и дальнейшее продолжение ионизации становится невозможным. Их месторасположение занимает пустое пространство с высокой электрической плотностью, а сама электродуга начинает рваться и постепенно гаснет.

В таких устройствах время гашения дуги значительно снижено, по сравнению с другими аналогичными коммутационными приборами. Это неоспоримый плюс таких выключателей. Но, необходимо понимать, что чрезмерные коммутационные перенапряжения могут деформировать поверхность, из-за чего контакты не смогут нормально замыкаться. Кроме того, за счет таких процессов возрастет переходное сопротивление, а вакуумная камера может перегреться.

Элегазовый высоковольтный выключатель — это устройство, которое позволяет оперативно контролировать и управлять высоковольтными линиями электроснабжения. Внешне они очень сильно похожи на масляные выключатели. Главное отличие между этими устройствами заключается в принципе гашения электродуги. В отличие от масляных устройств, элегазовые выключатели гасят дугу при помощи различных газовых соединений. Очень часто в данных выключателях в качестве элегаза используется шестифтористая сера SF₆. Масляный выключатель требует периодического обслуживания, ведь в нем надо заменять масло и чистить контакты. В элегазовых приборах такое обслуживание не требуется. Главный плюс элегазовых устройств заключается в их большом сроке службы. Элегаз не подвержен старению и может служить очень долго. Механическую часть чистить практически не придется, т.к. эта часть выключателя почти не загрязняются.

В элегазовых высоковольтных выключателях фазы изолируются друг от друга при помощи элегаза. Во время поступления сигнала на выключения электрооборудования, происходит размыкание контактов в раздельных камерах (колонковый тип устройства). За счет этого между встроенными контактами внутри газовой среды формируется электродуга. Она начинает разлагать газы на составные элементы. Но высокое внутреннее давление начинает гасить дугу, которая за счет этого уменьшается. В том случае, когда используется выключатель с системой низкого давления, потребуется монтаж дополнительного компрессора, который будет отвечать за нагнетание давления и выдувание газовой смеси. Чтобы выровнять электроток в устройстве, делают монтаж дополнительных шунтов.

Преимущества элегазового выключателя:

1. Универсальный прибор. Его можно использовать в качестве контролирующего устройства в различных электросетях.
2. Быстрое действие. Время срабатывания элегаза при образовании электродуги довольно короткое. По факту это несколько долей секунды. Благодаря этому можно быстро отключить подконтрольную систему, если наступила такая аварийная ситуация.
3. Можно использовать в пожароопасных местах и на тех участках, где есть наличие высокой вибрации.
4. Долговечный. Практически исключен износ контактов, которые соприкасаются с элегазом. Замена газовой смеси не требуется. При этом присутствует хорошая защита наружной оболочки устройства, поэтому утечка элегаза исключается.
5. Подойдет для всех электросетей с высоким напряжением (на переменном или постоянном токе). А вот вакуумный выключатель использовать в высоковольтной сети нельзя.

Однако у таких приборов есть и свои минусы:

1. Наличие высокой стоимостью. Причина этого — сложность производства и дорогая цена элегаза.
2. Устанавливать такой выключатель можно только на фундаменте или в специальном электрощите. При этом потребуется наличие специальной инструкции и привлечение персонала с опытом выполнения аналогичных работ.
3. Элегазовый выключатель нельзя эксплуатировать в регионах с низкими температурами.
4. Если потребуется обслуживание устройства, то без специального оборудования сделать это не получится.

Разъединители

Разъединитель — это так же высоковольтный коммутационный аппарат. Однако он не предназначен для подключения или выключения подключенного оборудования. Кроме тех случаев, когда осуществляется коммутация маленьких по величине электротоков. В этом случае на корпус разъединителей наносят соответствующую маркировку.

Высоковольтные разъединители зачастую используются для соединения контактов, которые располагаются в воздухе. Это связано с тем, что основное требование к разъединителям заключается в том, что его контакты быть визуально видны. Такой вариант позволит определить обслуживающим сеть работникам определить состояние разъединительного устройства (подключен или выключен разъединитель).

По своей сути любой разъединитель это электрический аппарат, предназначенный для соединения при помощи металла двух участков электроцепи в том случае, когда прохождение электротока по таким участкам невозможно. Конструктивно разъединитель напоминает рубильник. На габаритные размеры разъединителя влияет величина высоковольтного напряжения той сети, где планируется его использования. Монтаж разъединителя, по сравнению с рубильником, гораздо сложнее.