Prekidač

Prekidač je jednostavni elektromehanički uređaj koji zatvara ili otvara strujno kolo. Sa time omogućuje ili onemogućuje tok struje, i kod jednostavnih sklopova, uključuje ili isključuje uređaj. Za razliku od tastera, ostvaruje trajan, a ne trenutan električni spoj.

Instalaciona sklopka

Tehnički posmatrano, prekidači moraju da isključe i struje kratkog spoja, pa obični prekidači malih snaga kućnih električnih uređaja ne spadaju u tu grupu. Međutim, naziv prekidač je u tako raširenoj upotrebi da se koristi za obje vrste.

U elektronici, prekidačima se često nazivaju i druge elektronske komponente koje vrše ulogu prekidanja struje. Tako se može govoriti o tranzistoru, releju, ili elektronskoj cijevi kao prekidaču.

Opis

Električni prekidači. Gore, s leva na desno: prekidač kola, živin prekidač, vaferski prekidač, DIP prekidač, prekidač za površinsku montažu, rid prekidač. Dole, s leva na desno: zidni prekidač (u američkom stilu), minijaturni prekidač, inlajn prekidač, prekidač na dugme, prekidač za navigaciju, mikroprekidač.

Najpoznatiji oblik prekidača je ručni elektromehanički uređaj sa jednim ili više setova električnih kontakata, koji su povezani na spoljna kola. Svaki skup kontakata može biti u jednom od dva stanja: ili „zatvoren” što znači da se kontakti dodiruju i električna energija može da teče između njih, ili „otvoren”, što znači da su kontakti razdvojeni i prekidač nije provodljiv. Mehanizam koji pokreće prelaz između ova dva stanja (otvoreno ili zatvoreno) je obično (postoje i druge vrste radnji) ili „alternativna radnja“ (okrenuti prekidač za neprekidno „uključeno“ ili „isključeno“) ili „trenutno“ (pritisnuti za „uključeno“ i otpuštanje za „isključeno“).

Kontakti

Prekidač u položaju „uključeno”.

U najjednostavnijem slučaju, prekidač ima dva provodna dela, često metalna, koja se nazivaju kontakti, povezana sa spoljnim kolom, koja se mogu dodirnuti da bi zatvorili (napravili) kolo i odvojiti se da bi otvorili (prekinuli) kolo. Kontaktni materijal je izabran po osnovu njegove otpornosti na koroziju, jer većina metala formira izolacione okside koji bi sprečili rad prekidača. Kontaktni materijali se takođe biraju na osnovu električne provodljivosti, tvrdoće (otpornosti na abrazivno habanje), mehaničke čvrstoće, niske cene i niske toksičnosti. Formiranje oksidnih slojeva na kontaktnoj površini, kao i hrapavost površine i kontaktni pritisak, određuju kontaktni otpor i struju vlaženja mehaničkog prekidača. Ponekad su kontakti obloženi plemenitim metalima, zbog njihove odlične provodljivosti i otpornosti na koroziju. Mogu biti dizajnirane da se brišu jedna o drugu kako bi se očistila svaka kontaminacija. Ponekad se koriste nemetalni provodnici, kao što je provodna plastika. Da bi se sprečilo stvaranje izolacionih oksida, minimalna struja vlaženja može biti specificirana za dati dizajn prekidača.

Kontakt terminologija

Tropolni prekidač sa jednim dometom (TPST ili 3PST) koji se koristi za kratki spoj namotaja 3-fazne turbine na vetar u svrhu kočenja. Ovde je prekidač prikazan u otvorenom položaju.

U elektronici, prekidači se klasifikuju prema rasporedu njihovih kontakata. Za par kontakata se kaže da je „zatvoren” kada struja može teći od jednog do drugog. Kada su kontakti razdvojeni izolacionim vazdušnim otvorom, za njih se kaže da su „otvoreni”, i nikakva struja ne može da teče između njih pri normalnim naponima. Široko se koriste i termini „napraviti“ za zatvaranje kontakata i „prekid“ za otvaranje kontakata.

Termini stub i bacanje se takođe koriste za opisivanje varijacija kontakta prekidača. Broj „polova” je broj električnih odvojenih prekidača kojima upravlja jedan fizički aktuator. Na primer, „2-polni” prekidač ima dva odvojena, paralelna skuba kontakata koji se otvaraju i saglasno zatvaraju preko istog mehanizma. Broj „izbacivanja“ je broj odvojenih izbora putanje ožičenja osim „otvorenog“ koje prekidač može da usvoji za svaki pol. Prekidač sa jednim bacanjem ima jedan par kontakata koji mogu biti zatvoreni ili otvoreni. Dvostruki prekidač ima kontakt koji se može povezati sa bilo kojim od dva druga kontakta, trostruki prekidač ima kontakt koji se može povezati sa jednim od tri druga kontakta, itd.

Odbijanje kontakta

Snimak odbijanja prekidača na osciloskopu. Prekidač nekoliko puta odskoči između uključivanja i isključivanja pre nego što se smiri.

Odbijanje kontakta (koji se naziva i cvokotanje) je uobičajen problem sa mehaničkim prekidačima i relejima, koji nastaje kao rezultat pojave električnog kontaktnog otpora (ECR) na interfejsima. Kontakti prekidača i releja obično su napravljeni od elastičnih metala. Kada se kontakti udare zajedno, njihov zamah i elastičnost deluju zajedno i uzrokuju da se razdvoje jedan ili više puta pre nego što uspostave stabilan kontakt. Rezultat je brzo pulsirajuća električna struja umesto čistog prelaska sa nulte na punu struju. Efekat je obično nevažan u strujnim kolima, ali izaziva probleme u nekim analognim i logičkim kolima koja reaguju dovoljno brzo da pogrešno protumače impulse za uključivanje-isključivanje kao tok podataka. U dizajnu mikro-kontakata, kontrola površinske strukture (hrapavost površine) i minimiziranje formiranja pasiviranih slojeva na metalnim površinama su instrumentalni u sprečavanju cvokotanja.

Lukovi

Kada je snaga koja se prebacuje dovoljno velika, protok elektrona preko zazora kontakata prekidača je dovoljan da jonizuje molekule vazduha kroz mali razmak između kontakata dok se prekidač otvara, formirajući gasnu plazmu, takođe poznatu kao električni luk. Plazma je malog otpora i sposobna je da održi protok snage, čak i sa rastojanjem između kontakata prekidača koji se stalno povećava. Plazma je takođe veoma vruća i sposobna je da erodira metalne površine kontakata prekidača (isto važi i za vakuumske prekidače). Izbijanje električnog luka izaziva značajnu degradaciju kontakata, kao i značajne elektromagnetne smetnje (EMI), što zahteva upotrebu lučnih metoda za suzbijanje.

Prekidači malih snaga

Prekidači za male snage.

Prekidači malih snaga se sreću na skoro svim električnim uređajima malih snaga. Imaju različite konfiguracije, po broju polova, po broju kontakata i obliku. Nisu namjenjeni za prekidanje struja kratkog spoja, pa su uređaji dodatno zaštićeni automatskim ili topljivim osiguračima.

Prekidači velikih snaga za elektroenergetiku

Prekidač sa gasom SF6 za napone do 420 kV

Prekidači u elektroenergetici mogu da prekidaju i struje kratkog spoja, često na vrlo visokim naponima. Radi toga su velikih dimenzija i težine. Posebne mjere se primjenjuju kod njih za gušenje iskre pri otvaranju kontakata. Mnogi su radi toga hermetički zatvoreni, i imaju vakuum ili inertni gas u sebi, da se spriječi ionizacija.

Simboli

Simboli za neke konfuguracije prekidača su prikazani u tabeli. Termin -pol- se odnosi na pokretni dio prekidača koji uspostavlja spoj. Termin -položaj- se odnosi na broj radnih položaja prekidača.

Naziv	Opis	Simbol	IEC 60617 simbol	engleska skraćenica
Jedan pol, jedan položaj (JPJP)	Jednostavni prekidač za uključivanje i isključivanje: Dva kontakta su ili spojena ili razdvojena. Primjer je prekidač za svjetlo.		|| SPST
Jedan pol, dva položaja (JPDP)	Zajednički kontakt COM je povezan sa L1 ILI L2.		|| SPDT
Dva pola, jedan položaj (DPJP)	Isto kao dva JPJP prekidača na početku tabele, kontrolisana jednim mehanizmom.		|| DPST
Dva pola, dva položaja (DPDP)	Kao dva JPDP prekidača na drugom mjestu tabele, kontrolisana jednim mehanizmom.		|| DPDT

Literatura

• Principles of Electric Circuits, 7th edition, Thomas I. Floyd, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-098576-7. str. 45-47.
• Pitney, Kenneth E. (2014) [1973]. Ney Contact Manual - Electrical Contacts for Low Energy Uses (reprint of 1st izd.). Deringer-Ney, originally JM Ney Co. ASIN B0006CB8BC. 
• Slade, Paul G. (2014-02-12) [1999]. Electrical Contacts: Principles and Applications. Electrical and Computer Engineering. Electrical engineering and electronics. 105 (2 izd.). CRC Press, Taylor & Francis, Inc. ISBN 978-1-43988130-9. 
• Holm, Ragnar; Holm, Else (2013-06-29) [1967]. Williamson, J. B. P., ur. Electric Contacts: Theory and Application (reprint of 4th revised izd.). Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-03875-7.  (NB. A rewrite of the earlier "Electric Contacts Handbook".)
• Holm, Ragnar; Holm, Else (1958). Electric Contacts Handbook (3rd completely rewritten izd.). Berlin / Göttingen / Heidelberg, Germany: Springer-Verlag. ISBN 978-3-66223790-8.  [1] (NB. A rewrite and translation of the earlier "Die technische Physik der elektrischen Kontakte" (1941) in German language, which is available as reprint under ISBN 978-3-662-42222-9.)
• Huck, Manfred; Walczuk, Eugeniucz; Buresch, Isabell; Weiser, Josef; Borchert, Lothar; Faber, Manfred; Bahrs, Willy; Saeger, Karl E.; Imm, Reinhard; Behrens, Volker; Heber, Jochen; Großmann, Hermann; Streuli, Max; Schuler, Peter; Heinzel, Helmut; Harmsen, Ulf; Györy, Imre; Ganz, Joachim; Horn, Jochen; Kaspar, Franz; Lindmayer, Manfred; Berger, Frank; Baujan, Guenter; Kriechel, Ralph; Wolf, Johann; Schreiner, Günter; Schröther, Gerhard; Maute, Uwe; Linnemann, Hartmut; Thar, Ralph; Möller, Wolfgang; Rieder, Werner; Kaminski, Jan; Popa, Heinz-Erich; Schneider, Karl-Heinz; Bolz, Jakob; Vermij, L.; Mayer, Ursula (2016) [1984]. Vinaricky, Eduard; Schröder, Karl-Heinz; Weiser, Josef; Keil, Albert; Merl, Wilhelm A.; Meyer, Carl-Ludwig, ur. Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen: Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren (na jeziku: nemački) (3 izd.). Berlin / Heidelberg / New York / Tokyo: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-45426-4. 
• Zhai, C; et al. (2016). „Interfacial electro-mechanical behaviour at rough surfaces” (PDF). Extreme Mechanics Letters. 9: 422—429. doi:10.1016/j.eml.2016.03.021. 
• Holm, Ragnar (1999). Electric Contacts: Theory and Applications (4th izd.). Springer. ISBN 978-3540038757. 
• Zhai, C.; Hanaor, D.; Proust, G.; Gan, Y. (2015). „Stress-Dependent Electrical Contact Resistance at Fractal Rough Surfaces” (PDF). Journal of Engineering Mechanics. 143 (3): B4015001. doi:10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000967. 
• „Contact Arc Phenomenon” (PDF). PickerComponents.com. Picker Components. 
• Beurskens, Jack. „Contacts - Shin-Etsu Polymer Europe B.V.”. www.shinetsu.info. Arhivirano iz originala 13. 11. 2019. g. Pristupljeno 2017-03-04. 

Spoljašnje veze

• Trostruki prekidač
• Povezivanje prekidača
• Prikaz otklanjanja oscilovanja kod prekidača
• Video iskrenja kod visokonaponskog prekidača
• Dijagrami povezivanja
• Povezivanje prekidača sa 8051 mikrokontrolerom
• „IEEE Holm Conferences on Electrical Contacts”. ieee-holm.org. Pristupljeno 2017-03-04.