Коммутационный аппарат выполняет основную функцию управления электрической цепью: включать и отключать. К этой разновидности аппаратов относятся: рубильники, выключатели, разъединители.
Выключатели предназначены включать и отключать электрические цепи «под током», т. е. во время протекания по цепи электрического тока.
Все электрические аппараты, имеющие подвижные части, могут быть разделены на автоматические и неавтоматические. Автоматические — это аппараты, приходящие в действие от заданного режима цепи, или машины, а неавтоматические, действие которых зависит только от воли оператора.
Автоматические выключатели бывают низковольтными (выпускаются на напряжение до 1000 В) и высоковольтными (на напряжение выше 1000 В).
Самый простой неавтоматический выключатель низкого напряжения — рубильник, состоящий в основном из подвижного ножа, неподвижного контакта и ручки.
Оператор рукой включает или отключает рубильник путем поворота ножа в вертикальное или горизонтальное положение. Контакты рубильника расположены просто в воздухе.
Простой однополюсный рублильник
Рублильник на 700 А на исторической гидроэлектростанции в Германии
Рублильники с предохранителями в закрытом распределительном устройстве в Китае
По мере роста рабочего напряжения и мощностей подобный аппарат уже не мог удовлетворить потребностям эксплуатации и постепенно появляются все более и более совершенные типы выключателей.
В электроустановках на напряжение до 1000 В наиболее широкое применение нашли воздушные автоматические выключатели различных конструкций.
Низковольтный автоматический выключатель Siemens на ток 16А
Низковольтный автоматический выключатель Schneider Electric на 125 А
Отчественные автоматические выключатели в электрощитовой (между ними разница в 30 лет)
При отключении цепи под током между расходящимися контактами выключателя появляется электрическая дуга которую необходимо погасить. Для лучшего гашения дуги в автоматах применяются специальные устройства, улучшающие процесс гашения дуги, так называемые дугогасящие камеры различного исполнения.
Электрощит закрытого контрольно-распределительного устройства
Для цепей высокого напряжения простой воздушный выключатель уже не мог удовлетворить требованиям эксплуатации. Первое, что было сделано в направлении усовершенствования конструкции выключателя, — опустили контакты в трансформаторное масло, в результате чего получился так называемый, масляный выключатель. В настоящее время масляный выключатель уже представляет очень сложное устройство, использующее для своей работы многие достижения науки и техники.
Выскоковольтный масляный выключатель на траснформаторной подстанции
Работа масляного выключателя при отключении сводится к следующему: от действия высокой температуры дуги масло разлагается на газы, основной составляющей которых является водород. Дуга, таким образом, горит в среде газа, который находится в динамическом состоянии, в нем происходит бурное перемешивание ионизированных и неионизированных частиц, холодных и горячих частиц газа и в един из моментов прохода тока через нуль, вследствие периодичности, дуга гаснет.
Образование газа происходит очень бурно, в выключателе создается значительное давление, и если выключатель сконструирован неправильно, он может взорваться.
В масляных выключателях, имеющих дугогасящие камеры, гашение дуги происходит более безболезненно и быстро. Здесь энергия дуги используется для создания давления, которое сильно увеличивает движение газа около дуги и тем самым способствует гашению дуги.
Конструкций камер много и принципы их действия довольно различны, но все они служат, главным образом, для одной из двух целей:
- или создают движение масла и газа относительно дуги;
- или дугу двигают относительно масла и стенок специальных камер.
Для подобных выключателей привод уже не составляет одно конструктивное целое с выключателем: в подавляющем большинстве случаев привод конструктивно выполняется отдельно от выключателя и связывается с последним с помощью специальных механизмов.
Существует также очень много других типов высоковольтных выключателей, давно вытесняющих многообъемные масляные выключатели. Это, например, малообъемные масляные выключатели, в которых применены фарфоровые баки, и потому не требуется специальной изоляции контактных частей от бака и количество масла в них значительно меньше.
Масляный колонковый выключатель на напряжение 10 кв
Затем следует упомянуть о «выключателях с сжатый воздухом», в которых гашение дуги производится струей сжатою воздуха. Эти выключатели имеют целый ряд преимуществ и все более и более вытесняют масляные выключатели. Привод для них также действует от сжатого воздуха, но управление приводом электрическое.
Воздушный выключатель на напряжение 110 кВ
Применяются также современные вакуумные и элегазовые выключатели.
Вакуумный выключатель
Элегазовый выключатель
Конструктивное оформление современных выключателей очень разнообразно, и подробнее о них вы можете прочитать здесь: Сравнительная характеристика масляных, элегазовых и вакуумных высоковольтных выключателей
Разъединители также являются высоковолтным коммутационным аппаратом, но не предназначены для включения и отключения под током (за исключением случая коммутации очень малых токов, специально указанных для каждого типа разъединителя).
Высококвольтный разъединитель, как правило, строится воздушным, т. е. с контактами, находящимися просто в воздухе, так как одно из основных требований к разъединителю: чтобы его контакты были видны непосредственно, дабы безошибочно можно было определить, включен разъединитель или отключен.
Разъединитель
В сущности разъединитель — это электрический аппарат, предназначенный соединить (или разъединить) металлически два участка цепи между собой, когда по этим участкам ток протекать не может.
Конструкция разъединителя весьма сходна с конструкцией рубильника, только его размеры соответственно его рабочему высокому напряжению значительно больше и система привода значительно сложнее чем у рубильника.
К силовой коммутационной аппаратуре можно отнести еще ряд аппаратов, производящих операции включения и отключения, например, выключатели нагрузки, отделители и короткозамыкатели, но перечисленные в этой статье аппараты являются самыми яркими представителями коммутационной аппаратуры.