Функции поворотного кулачкового переключателя: ON-OFF, переключение, вольтметр и амперметр

Поворотные кулачковые переключатели имеют общую механическую форму, но выполняют четыре различные электрические функции. Указание неправильного кода функции для данной схемы - не такая уж незначительная ошибка. В цепи трансформатора тока он может создать опасное перенапряжение. При переключении источника он может на мгновение запараллелить два источника питания. Понимание того, что разделяет функции ON-OFF, переключения, селектора вольтметра и селектора амперметра - и как проверить правильность выбора перед заказом - является основной целью этой статьи.

Что означают функции поворотных кулачковых переключателей

Поворотный кулачковый переключатель - это многопозиционное, многополюсное переключающее устройство. При повороте рукоятки вращается вал. На этом валу находится стопка кулачковых дисков, каждый из которых размыкает или замыкает определенную контактную пару в определенном угловом положении. Сочетание профилей дисков на всех полюсах определяет функцию переключателя.

Слово “функция” в данном контексте означает полный маршрут переключения, выполняемый устройством во всех положениях и на всех полюсах. Два переключателя, которые внешне выглядят одинаково - одинаковый размер рамки, одинаковое количество клемм, одинаковый номинальный ток, - могут иметь совершенно разные внутренние программы кулачков и, следовательно, выполнять совершенно разные электрические функции.

Это различие имеет значение, потому что:

• Селектор вольтметра направляет сигналы напряжения. Его контакты могут размыкаться до замыкания следующей позиции без какой-либо опасности.
• Селектор амперметра направляет вторичные обмотки трансформатора тока. Его контакты никогда не должны размыкаться без предварительного замыкания вторичной обмотки ТТ. Разомкнутая вторичная обмотка ТТ под нагрузкой может создать напряжение, достаточно высокое для повреждения изоляции и травмирования персонала.
• Переключатель осуществляет переключение между двумя источниками. Профиль его кулачка должен обеспечивать отключение отходящего источника перед подключением входящего, предотвращая даже кратковременное параллельное состояние.
• Выключатель ON-OFF просто изолирует. В положении OFF все полюса размыкаются вместе.

Ни одна из этих функций не является взаимозаменяемой. Спецификацией является программа кулачкового диска, а не размер кадра или расположение терминала.

Как кулачковые диски создают последовательности контактов

Каждый кулачковый диск представляет собой фигурный лепесток, установленный на центральном валу. При вращении вала лепесток либо приподнимает контактный мостик от неподвижных контактов (размыкая цепь), либо позволяет пружине прижать мостик к контакту (замыкая цепь). Угловая ширина лепестка определяет, на сколько градусов поворота контакт остается открытым или закрытым.

Одно положение переключателя соответствует определенному угловому приращению - обычно 30, 45 или 60 градусов в зависимости от конструкции. В каждом положении каждый кулачковый диск в стопке либо удерживает свой контакт разомкнутым, либо позволяет ему замкнуться. Полный набор состояний "открыт/закрыт" для всех полюсов во всех положениях - это последовательность контактов, иногда называемая таблицей истинности контактов.

Два термина описывают отношения между соседними позициями:

• Break-before-make (BBM): исходящий контакт размыкается раньше, чем замыкается входящий. Существует короткий интервал, когда ни один из контактов не замкнут.
• Make-before-break (MBM): входящий контакт замыкается до размыкания исходящего контакта. Оба контакта кратковременно замыкаются одновременно.

Для цепей измерения напряжения BBM является стандартным и безопасным. Для вторичных цепей КТ требуется MBM. Геометрия кулачкового диска - в частности, угловое перекрытие между кромками лепестков соседних дисков - определяет, какое поведение будет иметь место.

Именно поэтому схема последовательности контактов является важнейшим документом при выборе или замене поворотного кулачкового переключателя. Электрическая схема показывает, куда идут провода. Схема последовательности контактов показывает, что на самом деле происходит с электрической точки зрения на каждом угловом шаге. Оба документа необходимы, но именно диаграмма последовательности определяет безопасность в цепях CT.

Кулачковые диски обычно укладываются в группы, соответствующие полюсам. Трехфазный четырехполюсный переключатель имеет четыре положения диска на слой. Для нестандартных маршрутов переключения производители могут предложить индивидуальные программы кулачков, но стандартные функциональные коды охватывают наиболее распространенные области применения.

Функция ON-OFF

Функция ON-OFF - это самая простая программа для кулачков. В положении OFF все полюса одновременно открыты. В положении ON все полюса одновременно закрыты. Промежуточные положения отсутствуют.

Эта функция используется для:

• Изолирование секции панели для обслуживания
• Включение и выключение одной нагрузки под управлением оператора
• Обеспечение видимой точки разрыва в распределительной цепи

Профиль кулачка переключателя ON-OFF симметричен. Все лепестки выровнены таким образом, что каждый контакт размыкается и замыкается в одном и том же угловом положении. Переход происходит одновременно по всем полюсам, что является правильным поведением для режима изоляции.

Для приложений управления двигателями серия SH30 от Shieldhz охватывает от 20 до 125 А в режиме AC-23A, который является категорией IEC для коммутации нагрузки двигателя. Режим AC-23A учитывает более высокие пусковые и разрывные токи, связанные с индуктивной нагрузкой двигателя, которые более требовательны, чем коммутация резистивной нагрузки. SH30 также предлагает опции блокировки двери, которые актуальны для панелей, где выключатель должен находиться в положении OFF, прежде чем дверь шкафа может быть открыта.

При выборе выключателя ON-OFF необходимо проверить основные параметры, указанные в техническом паспорте:

• Номинальный рабочий ток при соответствующей категории использования переменного тока (AC-21A для резистивных, AC-22A для смешанных, AC-23A для моторных нагрузок)
• Необходимое количество столбов
• Подтверждается ли одновременная работа всех полюсов на схеме последовательности контактов
• Показатель механической прочности (количество рабочих циклов)

Функция переключения

Переключатель переключает нагрузку между двумя источниками. В стандартной программе кулачкового переключателя для этой функции используется последовательность "разрыв - перед выполнением": соединение с источником 1 полностью разрывается до установления соединения с источником 2. Это предотвращает даже кратковременное параллельное состояние между двумя источниками.

Типичными положениями трехпозиционного переключателя являются:

• Положение 1: Источник A подключен, источник B разомкнут
• Положение 0 (в центре): Оба источника открыты
• Положение 2: Источник A разомкнут, источник B подключен

Центральное положение ВЫКЛ не всегда присутствует. Некоторые переключатели предназначены для прямой передачи без нейтрального положения. Требуется ли нейтральное положение, зависит от области применения - например, при переводе генератора в сеть обычно требуется нейтральное положение, чтобы генератор мог стабилизироваться перед подключением к нагрузке.

Серия LW42 охватывает компактные устройства переключения на 20, 25 и 32 А. Она подходит для универсальных переключений, когда пространство на панели ограничено, а требуемый ток находится в этом диапазоне. Для переключения на более высокие токи - управление двигателями, передача источника в больших распределительных панелях - серия LW28 охватывает диапазоны от 10 до 315 А, при этом для нестандартных последовательностей переключения доступны специальные программы кулачков.

Проверьте наличие функции переключения в техническом паспорте:

• Убедитесь, что диаграмма последовательности контактов показывает подлинный переход от разрыва к изготовлению на каждом шаге передачи источника
• Убедитесь, что номинальный ток соответствует нагрузке, а не только номиналу кабеля
• Проверьте наличие нейтрального (центрального) положения, которое требуется в соответствии с условиями эксплуатации
• Убедитесь, что количество полюсов охватывает все коммутируемые проводники - в трехфазной системе это обычно означает три или четыре полюса в зависимости от того, коммутируется ли нейтраль

Функция селектора вольтметра

Селектор вольтметра направляет панельный вольтметр в различные точки измерения в трехфазной системе. Стандартная семипозиционная программа охватывает:

• Положение 0: Выключено (вольтметр изолирован)
• Положение 1: L1 - L2
• Положение 2: L2 - L3
• Положение 3: L3 - L1
• Положение 4: L1 - N
• Положение 5: L2 - N
• Положение 6: L3 - N

Это дает полный набор измерений фаза-фаза и фаза-нейтраль от одного прибора с помощью одного переключателя.

Профиль кулачка для селектора вольтметра использует переходы "прерывание-переход". Это безопасно для измерения напряжения, поскольку входной импеданс вольтметра высок. Размыкание одного измерительного соединения перед замыканием следующего не создает опасности - вольтметр просто ничего не считывает во время кратковременного перехода.

Ток контактов в цепи селектора вольтметра очень мал - обычно миллиамперы через вход вольтметра. Это означает, что номинал контакта для переключения не имеет первостепенного значения. Важнее другое:

• Количество позиций и соответствие программы кулачков требуемым точкам измерения
• Номинальное напряжение изоляции, которое должно соответствовать измеряемому напряжению системы
• Полностью ли положение OFF изолирует вольтметр от всех фаз

В качестве альтернативного функционального кода доступна сокращенная позиционная программа - например, только фаза-фаза без фазы-нейтрали. Всегда проверяйте, чтобы схема последовательности контактов соответствовала точкам измерения, необходимым для конкретной конструкции панели.

Функция селектора амперметра

Функция селектора амперметра является самой важной с точки зрения безопасности из всех четырех. Она направляет щитовой амперметр на вторичные обмотки трансформатора тока на каждой фазе трехфазной системы. Стандартными положениями являются:

• Положение 0: Выключено (амперметр закорочен или изолирован, в зависимости от конструкции)
• Положение 1: Вторичная обмотка ТТ фазы L1 подключена к амперметру
• Положение 2: Вторичная обмотка ТТ фазы L2 подключена к амперметру
• Положение 3: Вторичная обмотка ТТ фазы L3 подключена к амперметру

Важнейшим требованием является то, что вторичная цепь ТТ никогда не должна быть разомкнута, пока по первичному проводнику идет ток. Вторичная цепь ТТ, разомкнутая под нагрузкой, будет развивать напряжение, определяемое соотношением витков и током первичной обмотки. В практических распределительных цепях это напряжение может достигать нескольких сотен вольт и более на вторичной обмотке, рассчитанной на гораздо меньшее напряжение. Это представляет реальную опасность как для оборудования, так и для персонала.

Чтобы предотвратить это, селекторный переключатель амперметра, предназначенный для работы с ТТ, должен использовать последовательность контактов "сделать перед разрывом" при каждом переходе. Входящее соединение вторичной обмотки ТТ должно быть установлено до разрыва исходящего соединения. Это гарантирует, что вторичная обмотка ТТ всегда имеет низкоомный путь нагрузки, даже при переходе из одного положения в другое.

В некоторых конструкциях это достигается за счет специальных замыкающих контактов, которые соединяют вторичные клеммы ТТ во время вращения. В других используются перекрывающиеся лепестки кулачка, которые создают кратковременное параллельное соединение между соседними позициями. Любой подход допустим при условии, что диаграмма последовательности контактов подтверждает отсутствие состояния обрыва в любом угловом положении во время вращения.

Именно в этот момент обычный поворотный кулачковый переключатель автоматически не подходит для работы в качестве селектора амперметра. Стандартный кулачковый переключатель с профилем break-before-make будет размыкать вторичную обмотку ТТ при каждом изменении положения. Это недопустимо в цепи ТТ под напряжением. Переключатель должен быть специально разработан и задокументирован для работы с селектором амперметра, с последовательностью контактов, поддерживающей нагрузку на вторичную обмотку ТТ в течение всего времени вращения.

При выборе селекторного переключателя амперметра:

• Получите диаграмму последовательности контактов и подтвердите поведение MBM при каждом переходе
• Убедитесь, что выключатель рассчитан на вторичную нагрузку ТТ в цепи
• Проверьте, замыкает ли положение OFF вторичную обмотку CT или оставляет ее открытой - замыкание является более безопасным по умолчанию.
• Уточняйте код функции у производителя, а не только по схеме подключения.

Серия LW28 поддерживает пользовательские программы кулачков, включая конфигурации селектора амперметра. Перед заказом подтвердите код конкретной функции и запросите схему последовательности контактов.

IEC 60947-3:2020+AMD1:2025, доступный в веб-магазине IEC и распространяющийся на выключатели, разъединители, выключатели-разъединители и плавкие вставки для распределительных и моторных цепей до 1000 В переменного тока или 1500 В постоянного тока, является соответствующим стандартом для самого выключателя. Требования к приборному трансформатору CT относятся к отдельному стандарту. Оба стандарта применяются при вводе в эксплуатацию щита учета, а местные электротехнические нормы могут предъявлять дополнительные требования к защите цепей ТТ и маркировке щита.

Как выбрать правильный функциональный код

Функциональные коды зависят от производителя. Код одного производителя не гарантирует идентичную последовательность контактов у другого. Это является распространенным источником ошибок при замене переключателя или поиске эквивалента у другого поставщика.

Правильный процесс отбора:

1. Определите необходимый маршрут переключения - ON-OFF, переключение, селектор вольтметра или селектор амперметра.
2. Определите количество полюсов, положение и номинальный ток.
3. Получите схему последовательности контактов для выключателя-кандидата, а не только схему подключения.
4. Убедитесь, что диаграмма последовательности соответствует требуемому поведению переключения, включая BBM или MBM на каждом переходе.
5. Сверьте код функции с таблицей программ кулачков производителя, чтобы убедиться, что диаграмма соответствует заказанному коду.
6. При использовании амперметра в селекторном режиме необходимо уточнить у производителя поведение ТТ при замыкании.

Для серии Shieldhz LW28 функциональные коды охватывают стандартные программы для управления двигателями, переключения источников, измерения на панели и пользовательские конфигурации кулачков. Серия LW42 охватывает компактные устройства переключения и измерительные приложения. Для обеих серий доступны схемы последовательности контактов - запросите их перед составлением спецификации.

Практический контрольный список для инженеров по панелям:

• Номинальный ток соответствует нагрузке при правильной категории использования переменного тока
• Количество полюсов охватывает все коммутируемые проводники
• Получена и рассмотрена схема последовательности контактов
• Функциональный код подтвержден производителем
• Поведение BBM или MBM, проверенное для конкретного применения
• Завершена проверка безопасности местной панели, включая защиту цепей CT, если применимо
• Показатель механической прочности соответствует ожидаемым циклам эксплуатации

Поиск и устранение неисправностей по типам функций

Неисправности в цепях поворотных кулачковых переключателей обычно проявляются в соответствии с типом функции.

Переключатели ON-OFF: Наиболее распространенная неисправность - износ контактов, вызывающий высокое сопротивление в замкнутом положении. Это проявляется в виде падения напряжения на переключателе под нагрузкой. Проверьте сопротивление контактов в соответствии с предельными значениями, указанными в техническом паспорте производителя. Точечная коррозия или карбонизация на поверхностях контактов указывает на то, что выключатель работал под нагрузкой, превышающей его номинальную категорию. Если выключатель имеет номинал AC-21A, но переключал нагрузку двигателя, замените его устройством с номиналом AC-23A.

Переключатели: Неожиданные параллельные условия между источниками свидетельствуют об износе профиля кулачка или о том, что механизм фиксации не обеспечивает четкую фиксацию положения. Если переключатель может находиться в состоянии покоя между положениями, возможно, оба источника подключены на короткое время. Проверьте пружину фиксатора и ограничители положения. Также проверьте правильность схемы последовательности контактов для данного приложения - некоторые программы переключения не включают нейтральное положение, а если оно требуется, то был указан неправильный код функции.

Селекторы вольтметра: Неправильные показания в определенных положениях обычно указывают на неисправный контакт в этом положении. Используйте схему последовательности контактов, чтобы определить, какая пара контактов соответствует неисправному показанию, а затем проверьте этот контакт. Прерывистые показания при вращении указывают на износ лепестков кулачка, которые не удерживают контакт полностью замкнутым в заданном положении.

Селекторы амперметра: Любое необъяснимое отклонение амперметра до полной шкалы при изменении положения или признаки повреждения изоляции вблизи вторичных выводов ТТ указывают на то, что переключатель не поддерживает нагрузку на вторичные выводы ТТ во время вращения. Это серьезная неисправность. Выведите цепь из эксплуатации, проверьте схему последовательности контактов и убедитесь, что установленный переключатель действительно рассчитан на работу в качестве селектора амперметра. Не считайте, что переключатель с надписью “амперметр-селектор” имеет правильный профиль кулачка, не проверив схему последовательности.

Общие сведения: Если был установлен заменяющий выключатель, а поведение схемы изменилось, наиболее вероятной причиной является несоответствие функционального кода. Замена может иметь правильный размер рамки и номинальный ток, но другую программу кулачков. Перед вводом в эксплуатацию всегда сравнивайте схемы последовательности контактов между оригиналом и заменой.

Описание товара Shieldhz и контрольный список покупок

Компания Shieldhz производит поворотные кулачковые переключатели трех основных серий, соответствующих функциям, о которых пойдет речь в этой статье.

Серия LW28 охватывает токи от 10 до 315 А и поддерживает управление двигателем, переключение источника, измерение на панели и пользовательские программы кулачков. Это подходящий выбор, когда требования к току выходят за пределы компактного диапазона или когда требуется нестандартная программа кулачков. Модель Поворотный кулачковый переключатель LW28 стр. список доступных конфигураций.

Серия LW42 охватывает напряжения 20, 25 и 32 А в компактном форм-факторе, подходящем для универсальных переключений и измерительных приложений. Подробная информация доступна на сайте Поворотный кулачковый переключатель LW42 стр..

Серия SH30 охватывает от 20 до 125 А в качестве изолятора нагрузки с рабочим номиналом AC-23A, опциями блокировки двери и подходит для применения в системах ОВКВ, вентиляции и водяных насосах. См. Выключатель нагрузки SH30 страница.

Полный диапазон поворотных кулачковых переключателей также доступна для сравнения.

Список покупок перед заказом:

• Тип функции подтвержден: ON-OFF, переключение, селектор вольтметра или амперметра
• Номинальный ток и категория использования переменного тока проверяются в зависимости от нагрузки
• Количество подтвержденных полюсов и позиций
• Запрошена и рассмотрена схема последовательности контактов
• Для селектора амперметра: Поведение МБМ и замыкание ТТ подтверждено производителем
• Для переналадки: Поведение BBM и требование нейтрального положения подтверждены
• Код функции с перекрестной ссылкой на таблицу программ кулачков производителя
• Завершена проверка местных электротехнических норм и безопасности щитов
• Проверка на механическую прочность в соответствии с ожидаемым количеством циклов

По техническим вопросам или по индивидуальным требованиям к кулачковым программам, связаться с Шилдз.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между селекторным переключателем вольтметра и селекторным переключателем амперметра?

Селектор вольтметра направляет сигналы напряжения на щитовой вольтметр, используя последовательность контактов "разрыв-перерыв". Селектор амперметра направляет вторичные сигналы трансформатора тока к щитовому амперметру и должен использовать последовательность контактов "сделать перед разрывом", чтобы предотвратить обрыв вторичной обмотки ТТ во время вращения. Для этих двух функций требуются разные профили кулачков, и они не являются взаимозаменяемыми.

Можно ли использовать стандартный поворотный кулачковый переключатель в качестве селектора амперметра?

Не автоматически. Стандартный кулачковый переключатель с профилем break-before-make размыкает вторичную обмотку ТТ при изменении положения, что представляет опасность в цепи ТТ под напряжением. Для обслуживания селектора амперметра требуется переключатель с последовательностью контактов, специально разработанной для поддержания нагрузки на вторичную обмотку ТТ в течение всего времени вращения. Перед заказом уточните схему последовательности контактов у производителя.

Что включает в себя IEC 60947-3 для поворотных кулачковых переключателей?

IEC 60947-3:2020+AMD1:2025 распространяется на выключатели, разъединители, выключатели-разъединители и плавкие вставки для распределительных и моторных цепей до 1000 В переменного тока или 1500 В постоянного тока. Он устанавливает требования к номинальным токам, категориям использования, механической и электрической прочности, а также диэлектрическим свойствам. Стандарт доступен через Веб-магазин IEC. Требования к трансформаторам приборов CT относятся к отдельному стандарту.

Стандартизированы ли коды функций у разных производителей?

Нет. Функциональные коды зависят от производителя. Код одного производителя не гарантирует идентичную последовательность контактов у другого. При замене выключателя или поиске эквивалента у другого поставщика всегда сравнивайте схемы последовательности контактов напрямую, а не полагайтесь на совпадение функциональных кодов.

Чем опасна вторичная открытая КТ?

Вторичная обмотка трансформатора тока, которая разомкнута, в то время как по первичному проводнику течет ток, будет развивать напряжение, определяемое коэффициентом трансформации и током первичной обмотки. В распределительных цепях это напряжение может достигать уровня, повреждающего изоляцию и создающего опасность поражения током. Именно поэтому селекторные переключатели амперметров должны поддерживать низкоомный путь нагрузки через вторичную обмотку трансформатора тока в любом положении во время вращения.

В чем разница между break-before-make и make-before-break в кулачковых переключателях?

Break-before-make означает, что исходящий контакт размыкается раньше, чем замыкается входящий. Существует короткий интервал, когда ни один из контактов не замкнут. Это стандартный вариант для приложений измерения напряжения и переключения. Make-before-break означает, что входящий контакт замыкается до размыкания исходящего контакта. Оба контакта кратковременно замыкаются одновременно. Это требуется для вторичных цепей ТТ, чтобы предотвратить обрыв цепи во время вращения.

Как проверить правильность кода функции для переключателя Shieldhz LW28 или LW42?

Запросите у Shieldhz схему последовательности контактов для конкретного кода функции. Сверьте схему с таблицей программ кулачков в документации на изделие. Для конфигураций селектора амперметра подтвердите поведение MBM и поведение замыкающего контакта CT в явном виде. Для конфигураций с переключением подтвердите поведение BBM и наличие нейтрального положения. Свяжитесь с Shieldhz напрямую для выполнения индивидуальных требований к кулачковым программам.