Пакетный выключатель: схема и устройство

Когда производится модернизация старого распределительного электрического щита, владельцы дома или квартиры обычно стараются обеспечить его «аппаратное насыщение» наиболее современными и надежными приборами управления, коммутации и защиты. Недостатка в предложении такой продукции нет – ассортимент в специализированных магазинах очень широк. Но вопросы, безусловно, возникнут, и один из них – оставлять ли в качестве одного из элементов схемы пакетный выключатель, или заменить его на нечто более надежное и компактное?

Отношение к этим приборам – очень неоднозначное. С одной стороны, они верно служили десятилетиями и, должно быть, полностью оправдывали свое предназначение. С другой стороны – по современным понятиям пакетный выключатель считается «вчерашним днем», особой «любви» профессионалов-электриков не снискал.

Давайте попробуем хотя бы в общих чертах разобраться в проблеме: что же это такое — пакетный выключатель, и насколько целесообразно его применение в указанных условиях.

Для чего бывает нужен пакетный включатель.

Коль в дом или квартиру подается электропитание, то логичным будет, хотя бы из-соображений безопасности, иметь какое-либо электротехническое устройство, предназначенное для мгновенного и требующего буквально одного движения руки отключения от внешней сети.

Самое простое – это, конечно, рубильник. Прибор несложный в исполнении, способный выдерживать значительные токовые нагрузки. Но есть у него и свои недостатки, и прежде всего – это довольно значительные габариты.

В период массового строительства многоквартирных жилых домов в прошлом веке функции такого коммутационного устройства были возложены на пакетные выключатели (пакетники). И хотя в наше время их принято уже считать «вчерашним днем», а на замену им проходят более современные надежные и многофункциональные приборы, «пакетники» до сих пор продолжают массово использоваться.

Стоит взглянуть на большинство подъездных распределительных щитов, чтобы убедиться в этом – в большинстве случаев там будут пока еще стоять пакетные выключатели. Их невозможно спутать ни с какими-либо другими устройствами. Это характерный цилиндрический корпус, с торчащими наружу винтовыми клеммами, к которым с разных сторон подведены провода. А с лицевой части – мощная пластиковая поворотная рукоятка на металлической оси. Как раз поворотом этой рукоятки на четверть оборота (на 90 градусов) и производится включение выключение домашней электрической сети.

По идее, при правильной установке такого выключателя из-за панели щита должна выступать только рукоятка. Этим обеспечивается безопасность для обычного пользователя, которому требуется произвести включение или выключение сети. Однако, картина, показанная на иллюстрации выше, встречается повсеместно, то есть весь выключатель со всеми подходящими к нему проводами — как на ладони.

Про безопасность разговор у нас еще впереди. А пока ограничимся перечислением возможных случаев использования пакетных выключателей и их «собратьев» — пакетных переключателей. Понятно, что распределительными щитами их домовых электросетей их применение не ограничивается.

Что по этому поводу говорят технические описания подобных приборов:

Итак, пакетные выключатели были разработаны для коммутации электрических цепей переменного и постоянного тока. Выпускаемые модели рассчитаны на разную нагрузку. При переменном напряжении до 220 В самые мощные пакетики способны выдерживать токовую нагрузку до 160 А, предназначенные для трехфазных сетей 380 В – до 100 А. Максимальный ток при постоянном напряжении не выше 220 В – 63 А.

В бытовых электрических сетях чаще всего применяются «пакетники» с номиналами 10, 16, 25 и 40 А. При этом, если выключатель устанавливается в переменной трехфазной сети, то номинал снижается на одну позицию. Например, «пакетник» с номиналом в 40 А для сети 220 В рассматривается, как 25-амперный для трехфазной сети 380 В. Как правило, этот нюанс сразу указывается в маркировке на корпусе прибора.

Пакетные выключатели и переключатели обычно используются:

• В качестве вводных выключателей и коммутационных переключателей в электроустановках распределения электрической энергии. Характерный пример был показан выше – подъездный щит.
• В качестве устройств ручного управления электрооборудованием и коммутационными приборами. Обычно это – производственные условия, то есть с помощью «пакетников» запускают, скажем, конвейерные линии, системы вентиляции, станки, подъемные механизмы, мощные системы освещения и т.п. Важное условие – ограниченное количество включений в течение заданного промежутка времени.
• Очень часто «пакетники» используются в цепях ручного управления асинхронными двигателями.

Особенности конструкции пакетного выключателя (о чем речь пойдет несколько ниже) позволяют сочетать коммутацию цепей с высокими показателями тока с компактностью корпуса самого прибора. Это достигается высокой скоростью замыкания или размыкания контактов, быстрым гашением электрической дуги в замкнутом пространстве и за счет использования специальных фибровых искрогасительных шайб, двойным разрывом цепи на каждой фазе.

«Пакетники» в большинстве своем неприхотливы к температуре и влажности в месте установки. Многие модели собраны в полностью герметичных корпусах, имеющих высокую степень защиты, доходящую до IP56. Практически все пакетные выключатели способны работать в любом пространственном положении.

Для пакетных выключателей характерны три основных режима работы: продолжительный, прерывисто-продолжительный и повторно-кратковременный. При этом максимальное число переключений обычно ограничивается 120 раз в час.

Ресурс, заложенный в новый «пакетник», обычно составляет 20 тысяч переключений. Естественно, если в процессе эксплуатации выдерживаются номинальные показатели напряжения и тока.

На деле же бывает не все столь «радужно» — об этом мы тоже поговорим чуть ниже.

Как устроены пакетные выключатели и переключатели.

Об устройстве пакетных выключателей во многом говорит уже само их название. Дело в том, что за коммутацию каждой фазы отвечает отдельная секция – пакет. В зависимости от требуемого количества коммутируемых линий различается и количество пакетов – от одного до четырех, а иногда даже больше.

Все эти пакеты собираются «стопкой» и, после установки крышки, стягиваются в общую конструкцию с помощью резьбовых шпилек.

Разберем устройство более подробно на схеме:

Итак, сверху расположена крышка (поз. 1) с выходящим из нее металлическим валом, на который одета поворотная рукоятка (поз. 2). В самой крышке расположена часть механизма быстрого переключения и фиксации, в частности, именно под ней размещена пружина с фигурной скобой, которая заводится вращением рукоятки.

Ниже механизма переключения (поз.6) располагаются коммутационные пакеты (поз. 3). Под ними, крайним пакетом, обычно стоит изоляционная секция и скоба (поз. 4) для крепления выключателя в распределительном шкафу. Через эту же скобу снизу продеты длинные шпильки, проходящие через прибор насквозь, на которые «нанизываются» все пакеты, а затем сверху через крышку стягиваются гайками (поз. 5).

Сам коммутационный пакет состоит из неподвижной и подвижной секций. Неподвижная часть – это пластиковый диск из диэлектрика (поз. 7). В нем имеется центральное круглое гнездо, в котором вращается подвижная секция. А с противоположных сторон сделаны пазы, в которых размещены бронзовые неподвижные контакты (поз. 9). С внешней стороны эти контакты оканчиваются винтовыми (иногда – обжимными) клеммами (поз. 8) для подключения коммутируемых проводов. С внутренней стороны контакт имеет так называемую ножевую форму.

Подвижная секция пакета включает прежде всего пружинные контакты (поз. 10), которые при включении обожмут ножевые неподвижные контакты сверху и снизу. По центру подвижного контакта имеется фигурное окно (поз. 11), через которое вставляется шток квадратного сечения. Этот шток связан с механизмом быстрого переключения, и именно через него на подвижные секции всех пакетов передаётся вращательный момент. Кроме того, все остальное пространство подвижной секции заполнено фибровой шайбой (поз. 12). Эта шайба, во-первых, за счет своей  формы  становится как бы направляющей для неподвижных ножевых контактов. А во-вторых, и это главное, свойства фибры при попадании на нее искр выделять большое количество газов способствуют быстрому гашению возникающей при включении или выключении электрической дуги.

На схеме не все может быть полностью понятно, поэтому можно еще взглянуть и на фотографии, на которых показан процесс разборки вышедшего из строя «пакетника».

• Итак, на столе пакетный выключатель ПВ 2 номиналом в 16 ампер. Для его разборки в первую очередь снята рукоятка – она удерживается на валу с помощью шлицевого соединения и фиксируется винтом.
• Далее, с обеих сторон со шпилек скручиваются гайки. Теперь вся конструкция уже просто нанизана на шпильки, но уже ничем иным не удерживается – секции легко поочерёдно снимаются вверх. Первой, понятно, снимается крышка выключателя.

• Под крышкой расположен механизм, отвечающий за мгновенное переключение и надежную фиксацию положений контактов.

Вал рукоятки соединен с витковой пружиной (поз. 14), которая, в свою очередь, соединена с металлическим фигурным рычагом (поз. 13), имеющим два смотрящих вниз выступа-«молоточка».

Непосредственно под крышкой расположена специальная вставка-шайба (поз. 15), имеющая четыре выступа, который как раз четко определяют четыре возможных положения выключателя. Обратите внимание — хорошо видны пружинные стопора, которые с обеих сторон упираются в эти выступы, четко фиксируя положение подвижных секций выключателя.

• Если вытащить вал с витковой пружиной и фигурным рычагом, то откроется весь механизм мгновенного переключения.

Итак, снизу размещена подвижная фигурная шайба (поз. 18), имеющая два направленных вверх металлических выступа (поз. 19). Именно этим выступам будет передаваться усилие от молоточков фигурного рычага, связанного с валом рукоятки. Кроме того, на этой же шайбе жестко закреплены те самые пружинные фиксаторы (поз. 17), которые «обхватывают» выступы на фиксирующей вставке (поз. 16). В центре фигурной шайбы механизма переключения имеется квадратный паз (поз. 20), в который вставлен пластиковый шток (паз 21), проходящий далее через все пакеты выключателя.

• Как это работает? При приложении вращающего усилия на рукоятку выключателя один из молоточков упирается в пружинный фиксатор. От этого витковая пружина начинает закручиваться, накапливая необходимое усилие.

В определенный момент давление молоточка на фиксатор становится достаточным, чтобы отогнуть его лепесток вниз, так, чтобы он перестал упираться в выступ. Появившаяся степень свободы фигурного рычага позволяет ему через свои молоточки передать вращающее усилие на смотрящие вверх выступы фигурной шайбы. Но это вращение не будет длительным – ровно через четверть оборота пружинные стопора «поймают» и захватят очередной выступ.

Так как ударно-вращательное усилие с рычага на фигурную шайбу передается за счет накопленной пружиной энергии, проворот на 90 градусов происходит мгновенно, буквально в доли секунды. И за счет системы фиксации выключатель очень точно занимает очередное положение.

Проворот на четверть оборота фигурной шайбы через шток передается всем подвижным секциям пакетов. Таким образом, в них происходит замыкание или размыкание контактов.

Обратите внимание — вал рукоятки никак механически не связан с фигурным штоком. Отверстие на штоке и несколько выступающая металлическая оконечность вала – это просто для центровки всей механической части выключателя, не более. Это важно – усилие на мгновенное срабатывание и одновременное перекидывание всех контактов накапливается именно витковой пружиной. А скорость чрезвычайно важна – чем она выше, тем меньше воздействие электрической дуги в момент соединения или разрыва контактов.

• И вот перед нами уже коммутирующий пакет.

Хорошо виден диэлектрический корпус (поз. 7). По краям у него имеются пазы, в которые вставлены контакты, сочетающие внешнюю клемму для подключения проводов (поз. 8) и ножевую часть (поз. 9).

А внутри расположена подвижная секция, главной деталью которой является бронзовый пружинный контакт (поз. 10), выполненный в виде «мостика», перекинутого с одной на другую сторону. Понятно, что на иллюстрации показано положение «выключено» — контакты разомкнуты. При включении подвижная секция провернется на 90 градусов, отчего неподвижные контакты окажутся соединенными этим самым «мостиком».

Фибровая шайба (поз. 12), про которую уже говорилось выше, служит для гашения искр и электрической дуги в моменты замыкания и размыкания контактов.

Обратите внимание – показан выключатель двухполюсный, то есть он имеет два коммутирующих пакета. И на нижнем пакете расположение контактов сдвинуто на 90 градусов. Понятно, что и подвижная секция также при этом сдвинута, то есть в обоих пакетах положение «выключено». Такое расположение контактов облегчает электромонтажные работы при установке выключателя.

Просто чтобы дополнить картину, показана снятая подвижная секция пакета и те самые контакты, которые коммутируются при работе выключателя.

Наверняка многие обратят внимание, что на иллюстрации заметны явные следы пригорания контактов. Да, это случается, и о таком негативном явлении будет подробно рассказано ниже.

Был показан пример одной из наиболее распространенных схем устройства пакетных выключателей. Но надо правильно понимать, что отличия в конструкции у разных моделей все же могут быть. В частности – встречается несколько иное устройство механизма мгновенного переключения. Да и по исполнению корпуса тоже могут быть весьма значительная разница. Но при этом принцип работы прибора остается тем же.

Серьезные отличия могут быть в пакетных переключателях – там возможна совершенно иная схема коммутации контактов для каждого из фиксированных положений. Это позволяет, например, управлять направлением вращения двигателей или переключать питание с одного объекта на другой. Вариантов здесь может быть очень много, но обычно такие приборы – это удел специалистов, и на бытовом уровне сталкиваться с ними почти не приходится.

Несколько особняком стоят кулачковый пакетные переключатели. В них вместо «галетной» схемы (так еще часто называют совокупность неподвижных ножевых и подвижных пружинных контактов) используется иной принцип.

Внешне такой переключатель может быть похож на обычный. То же набор пакетов в изолированных корпусах (поз. 4), стянутый шпильками (поз. 2), рукоятка (поз. 1), те же выступающие наружу неподвижные контакты (поз. 3). Но принцип коммутации уже иной.

Каждая пара контактов соединяется контактным мостиком (поз. 5). Этот мостик подпружинен, то есть стремится к центру, к замыканию контактов. Но он оснащен штоком с кулачком (поз. 6), который перемещается по центральному валу особой конфигурации (поз. 7), имеющему выступы или впадины. В зависимости от положения переключателя, мостики или перемыкают пару контактов, или размыкают ее.

Такая схема считается более надежной и долговечной. В подобных переключателях количество фиксированных позиций может быть различным – от двух до восьми. А в сочетании с разным количеством пакетов этим самым предоставляется возможность создания практически любой по сложности схемы коммутации.

Но, опять же, это, как правило, приборы, используемые профессионалами для создания сложных электротехнических схем. А рядовому пользователю на бытовом уровне с ними сталкиваться вряд ли придется.

Классификация и маркировка пакетных выключателей и переключателей

«Пакетники» выпускаются в довольно большом разнообразии моделей. Об их характеристиках можно судить по нанесенной маркировке.

Принята такая схема маркировки моделей:

ХХ Х – ХХХ  ХХ  ХХ  ХХХХ  ХХХХ

ХХ — тип прибора. Возможны два варианта:

ПВ — пакетный выключатель;

ПП — пакетный переключатель.

Х — количество полюсов (то есть коммутирующих пакетов). Указывается цифрой, обычно от 1 до 4.

ХХХ — номинальный ток, например, 25А. как мы помним, для трехфазной сети этот показатель должен уменьшаться на одну ступень.

ХХ — актуально только для переключателей – это количество направлений при коммутации электрических цепей. Возможные значения – от Н2 до Н4. Обозначение Р говорит о предназначении переключателя для реверсивного запуска электродвигателя.

ХХ — обозначение климатического исполнения прибора и категория его допустимого размещения, в соответствии с ГОСТ 15150.

ХХХХ — обозначение степени защищённости корпуса и материала его изготовления:

Отсутствие символов – защиты не предусмотрено, IP00;

кар. 30 — карболитовый корпус, степень защиты IP30;

пл. 56 — корпус из ударопрочного негорючего пластика, степень защиты IP56;

сил. 56 — силуминовый корпус, степень защиты IP56.

ХХХХ — условное обозначение способа крепления пакетного выключателя (переключателя).

исп. 1 – исполнение 1, крепление передней скобой за панелью толщиной до 4 мм;

исп. 2 – исполнение 2, крепление передней скобой за панелью толщиной до 25 мм;

исп. 3 – исполнение 3, крепление задней скобой внутри распределительного шкафа (чаще всего как раз и встречается в подъездных шкафах);

отсутствие символов – исполнение 4, характерное для приборов, обладающих степенью защиты IP30 или IP56. Крепление осуществляется через предусмотренные монтажные отверстия в нижней части корпуса.

 Для примера на иллюстрации показано несколько одинаковы по количество полюсов и по номинальному току нагрузки пакетных выключателей в различном исполнении.

• «а» и «б» — выключатели, не имеющие защиты (IP00). Разница между ними – в исполнении: «а» — исполнение 1 с креплением передней скобой, «б» — исполнение 3 с креплением задней скобой.
• «в» — выключатель в карболитовом корпусе, степень защиты IP30, только от попадания твердых предметов, то есть со спрятанными под изолированным корпусом клеммами.
• «в» и «г» — выключатели соответственно в ударопрочном пластиковом и в силуминовом корпусах. Степень защиты IP56, то есть практически полная, в том числе от самой мелкой пыли и от прямого попадания воды. Предусмотрены сальниковые проходы для герметизации подходящей к выключателю проводки.

Все выключатели, имеющие ту или иную степень защиты, имеют исполнение 4, то есть их крепление осуществляется через предусмотренный проушины с монтажными отверстиями.

Чтобы закончить с маркировкой, дадим еще одну таблицу. Это – условные обозначения различных пакетных выключателей и переключателей на электрических схемах.

Как уже, наверное, становится понятно, в руках настоящего мастера пакетный переключатель становится своеобразным «конструктором». Можно создать различные схемы коммутации электрических цепей.

А почему от старого «пакетника» в распределительном щите лучше отказаться?

Однако, хватит теории, перейдем к более «приземленным» вопросам.

Наверное, понятно, что наша статья рассчитана не на профессионалов – они про «пакетники» и без того все знают. Цель – познакомить не особо разбирающегося в электротехнике читателя с этим типом приборов. И сразу – «крутой поворот»: посоветовать избавиться от старого пакетного выключателя в распределительном щите как можно скорее.

Как же так? С одной стороны, можно услышать про их высокую надежность, а с другой – такая неожиданная рекомендация? Объясняем, почему.

Для начала посмотрим, по какой схеме обычно выполнялась коммутация ввода в квартиру от подъездного распределительного щита в многоэтажке.

Как правило, в подъезде проложена трехфазная линия (поз. 1). К разным фазам (равномерно, чтобы не вызвать перекоса), но к общему нулю подключены отдельные квартиры.

Вот на этом отводе от общей фазы и нуля и ставится пакетный выключатель (поз. 2). По сути, его предназначение – полное отключение квартирной линии от общей электрической «магистрали», причём, еще до счетчика потребления энергии (поз.3).

После счетчика уже устанавливались один или несколько автоматических выключателей в разрыв фазы, а кое-где еще сохранились и плавкие предохранители – так называемые пробки.

Положа руку на сердце ответьте – часто ли вы пользовались именно «пакетником», когда возникала необходимость обесточить квартиру? Гораздо привычнее для большинства хозяев – перещелкнуть рычажок автомата вниз или выкрутить пробки.  Многие даже и не знают, что такое пакетный выключатель и не прикасаются к нему. Кстати, показанная картина на иллюстрации выше – вовсе не редкость. Имеется в виду отсутствие поворотных рукояток на «пакетниках» — электрики их частенько снимают, памятуя о весьма опасном «норове» этих приборов, просто намеренно не давая жильцам возможности ими пользоваться.

Казалось бы – и что страшного? Стоит себе выключатель во включенном положении уже пару десятков лет – и еще столько же проработает… Возможно, но есть высокая вероятность и другого развития событий.

Главная проблема в том, что трудно предсказать, что же твориться внутри самого «пакетника». А там может быть очень безрадостная картина.

Не секрет, что когда сдавались дома старых серий, потребление электроэнергии средней семьи было значительно ниже, чем в наше время. Быт человека постоянно насыщается новыми полезными приборами, и старые изношенные локальные электросети зачастую с трудом справляются с возросшей нагрузкой.

Хозяева квартир частенько выходили из этого положения обычными известными способами. Чтобы домашнюю сеть не выбивало от большой нагрузки они или завышали токовый номинал на автоматах, или приобретали более мощные пробки. А то и вовсе на пробках ставили толстую перемычку – «жучка». Но при этом, конечно, никто не обращал внимания на то, что пакетный выключатель остается тем же, с его старым номиналом.

Повышение нагрузки, а стало быть – и проходящего через выключатель тока, ведет к нагреву контактов, что нередко приводит к искрению, пригоранию и т.п.. А это еще больше ослабляет качество коммутации, то есть вызывает еще больший нагрев. На одной из иллюстраций выше, когда разбиралось устройство пакетного выключателя, хорошо видны такие подгоревшие контакты.

Кроме того, к нагреву часто ведет некачественное соединение проводов в клеммах «пакетника». И дело не в том, что когда-то мастер не затянул хорошо винты. Просто металл проводника под давящим воздействием клеммы потихоньку «плывет» — это в особой степени качается алюминиевой проводки, распространенной ранее повсеместно. Потемневшая от нагрева или даже подгоревшая изоляция провода у самой клеммы – очень частая картина.

А чем опасен нагрев контактов – ведь они сделаны из довольно толстых пластин их электротехнической бронзы? Проблема не столько в них, сколько в том, что этот нагрев передается на изоляционные корпуса пакетов. А они изготавливались из карболита. Материал хороший, но вот при сильном нагреве он начинает терять свои качества. Во-первых, нарушается его полимерная структура – он начинает «дуться» и становится очень хрупким. А во-вторых, при этом наблюдается резкое снижение его диэлектрических качеств.

А теперь представьте, что такой «пакетник» необходимо, скажем, выключить. Как мы видели, переключение положения контактов производится очень резко, рывком. Где гарантия, что выключатель не разлетится при такой механической ударной нагрузке? И в какую сторону отлетит при этом фазный провод? Не замкнется ли он на стальном корпусе щита?

Если судить по многочисленным комментариям в сети, бывалые электрики терпеть не могут работу со старыми пакетными выключателями. Именно из-за их непредсказуемости – масса случаев, когда они буквально взрывались при попытке переключения, с образованием внутренней электрической дуги между пакетами из-за разрушившейся изоляции. Не зря их частенько именуют «взрывпакетниками». И многие мастера уже зареклись на будущее – касаться пакетного выключателя исключительно при полностью снятом напряжении со всего щита.

Немало описано случаев, когда старые пакетные выключатели разрушаются даже сами по себе, без какого бы то ни было приложения механических усилий. По всей видимости, разложение карболита от перегрева доходит до определённого критического порога, после которого следует мощная электрическая дуга между соседними пакетами. И это – одна из довольно распространенных причин ничем вроде не предвещавшихся крупных аварий с возгоранием распределительных щитов.

Вывод – старые пакетные выключатели могут представлять очень серьёзную угрозу и жизни человека, и целостности жилья. Какой выход – менять их на новые?

Вряд ли это оправдано.

Дело еще вот в чем – «пакетники» в щитах играют исключительно коммутирующую роль, но не имеют абсолютно никаких защитных функций. Наоборот, они сами весьма уязвимы к превышению токового номинала.

Поэтому гораздо более разумным будет вообще отказаться от «пакетника». А его место на вводе должен занять двухполюсный автоматический выключатель требуемого номинала.

Что мы при этом теряем? Да абсолютно ничего – полное отключение квартиры легко обеспечивается перемещением вниз клавиши автомата. Но зато этот выключатель и намного безопаснее, и кроме того, способен самостоятельно среагировать отключением на непредусмотренное превышение тока. То есть сохранить и себя, и распределительный щит, и всю квартирную проводку в целостности.

И последнее – не вздумайте производить такую замену самостоятельно! Это сопряжено с очень высоким риском для жизни и требует опытных, выверенных действий квалифицированного специалиста.

В завершение публикации – видео, в котором также приводится аргументация об опасности старых пакетных выключателей в распределительных щитах.

Видео: Об устройстве и потенциальной опасности пакетных выключателей