Выключатель — это ключевое электротехническое устройство, предназначенное для замыкания и размыкания электрической цепи, тем самым управляя подачей питания к потребителям.
Принцип работы и конструкция
Основу любого выключателя составляет контактная система. Она включает в себя неподвижный контакт (А) и подвижный контакт (Б). Когда эти контакты разомкнуты, цепь разорвана и ток не течет. При их замыкании цепь становится замкнутой, по ней начинает протекать электрический ток, что приводит в действие подключенные устройства — например, зажигает лампу или запускает электродвигатель.
Важным физическим явлением, сопровождающим размыкание цепи под нагрузкой, является возникновение электрической дуги (Д) между расходящимися контактами. Длина и энергия этой дуги напрямую зависят от силы тока и напряжения в цепи. Дуга высокой мощности может вызвать сильное обгорание и оплавление контактов, что выводит аппарат из строя. Для защиты от этого в цепях среднего и высокого напряжения применяются специальные дугогасительные устройства, часто обеспечивающие автоматическое гашение дуги.
Классификация и виды выключателей
Выключатели можно классифицировать по сфере применения, принципу действия и номинальным параметрам.
Бытовые выключатели
В жилых и офисных помещениях наиболее распространены поворотные, перекидные и групповые (многоклавишные) выключатели, рассчитанные на низкое напряжение сети.
Промышленные выключатели низкого напряжения
К этой категории относятся простейшие рубильники — устройства с ручным управлением для коммутации цепей напряжением до 500 В, а также более сложные автоматические выключатели (автоматы). Автоматы предназначены не только для ручного включения/отключения, но и для автоматической защиты электрической цепи от перегрузок, коротких замыканий и других аварийных режимов. Среди них выделяют автоматы, срабатывающие при превышении тока (максимальные) и при его падении ниже нормы (минимальные).
Принцип работы выключателя минимального тока основан на электромагнитном удержании: ток, протекающий через катушку электромагнита, удерживает якорь, связанный с контактом. Если сила тока падает ниже заданного порога, электромагнитное поле ослабевает, и пружина размыкает контакты. Для частых коммутаций в силовых цепях используются контакторы, рассчитанные на тысячи циклов срабатывания.
Выключатели высокого напряжения
Для работы в сетях высокого напряжения (свыше 1000 В) применяются специализированные аппараты, отличающиеся способом гашения мощной электрической дуги:
- Масляные выключатели: Контакты размыкаются в объеме минерального масла, которое эффективно охлаждает и гасит дугу. Применяются в сетях от 6 до 220 кВ.
- Выключатели с элегазом (SF6) или сжатым воздухом: Гашение дуги происходит в среде инертного газа или потока сжатого воздуха, подаваемого от компрессора. Обладают высоким быстродействием.
- Вакуумные выключатели: Контакты находятся в вакуумной камере, где из-за отсутствия среды для ионизации дуга гаснет очень быстро. Современный и надежный тип аппаратов.
- Автогазовые (газогенерирующие) выключатели: Дуга гасится газами, выделяющимися из стенок дугогасительной камеры (из органического стекла или фибры) под действием её высокой температуры. Рассчитаны на напряжение до 10 кВ.
- Электромагнитные (магнитодутьевые) выключатели: Используют магнитное поле специальных катушек для втягивания и растягивания дуги в узкой камере, где она охлаждается и гаснет. Принцип был предложен М. О. Доливо-Добровольским еще в 1912 году.
Выбор конкретного типа высоковольтного выключателя зависит от номинальных параметров сети (напряжение, ток, отключаемая мощность) и требований к надежности и быстродействию.