Силовые вилки и розетки для переменного тока | это... Что такое Силовые вилки и розетки для переменного тока? (original) (raw)

Эта статья — о конструкции, технических особенностях и истории развития штепсельных разъёмов. О стандартах на штепсельные разъёмы, принятых в разных странах см. Список стандартов штепсельных разъёмов.

розетки типа Schuko, в одну из них вставлена вилка

Штепсельные соединители (от нем. Stöpsel — пробка) — это приспособления для разъёмного подключения электроприборов к электрической сети. Штепсельное соединение состоит из двух частей: розетки и вилки.

Штепсельная розетка — часть соединителя, к которому подводится электрическая энергия от источника. Русское название происходит от распространённого украшения. Для предотвращения контакта с посторонними предметами розетка исполняется как гнездовой разъём.

Штепсельная вилка — часть соединителя для подключения потребителя электроэнергии к розетке. Электрические контакты вилки обычно имеют форму штырей, которые придают ей некоторое сходство со столовой вилкой, отчего и произошло русское название. Может соединяться с электроприбором гибким кабелем (шнуром), либо быть неподвижно закреплённой на нём.

Содержание

История

Ранняя история

Изначально электричество в домашнем хозяйстве использовалось преимущественно для освещения. В то время бытовые электроприборы обычно включали в патроны ламп. Несомненно, такое подключение было неудобно и небезопасно, поэтому требовалась разработка специальных разъёмов. В 1904 году розетку и вилку запатентовал Харви Хаббелл (Harvey Hubbell)[1]. Другие производители приняли разъём Хаббелла и к 1915 году он стал широко распространён, хотя и в 1920х годах, и даже значительно позднее переходники для патронов Эдисона пользовались популярностью[2]. Хоть и нечасто, но такие переходники можно найти в продаже и сегодня.

Систему Schuko с заземлением изобрёл и запатентовал[3] в 1926 году Альберт Бюттнер (Albert Büttner). Когда необходимость заземления бытовых приборов стала очевидна, во многих промышленно развитых странах трёхпроводная система электропитания стала стандартом.

Распространение стандартов

Широкое применение электричества в быту невозможно без разработки соответствующих стандартов. Стандартизация электроустановочных изделий позволяла сделать использование электричества более безопасным, приборы — более надёжными, недорогими и массовыми. Однако нередко стандарты в разных странах разрабатывались независимо друг от друга, что привело к их большому разнообразию и несовместимости друг с другом. Некоторые стандарты не получали широкого распространения и исчезали. В результате влияния экономических и политических факторов некоторые страны меняли свои стандарты. Гостиницы и аэропорты для удобства путешествующих могут иметь розетки иностранных стандартов. В некоторых странах могут одновременно использоваться несколько стандартов подключения, напряжения и частоты, что нередко приводит к проблемам.

Объединение стандартов

В последние годы многие страны согласовали между собой немногие стандарты де факто, которые стали формально официальными национальными стандартами, хотя во многих странах до сих пор используются разъёмы устаревших типов. В некоторых зданиях имеется проводка, которая используется уже около века, которая проводилась до введения современных стандартов.

Предпринимались шаги по объединению стандартов разных стран. Например, вилка CEE 7/7 принята в некоторых европейских странах и является совместимой с типами розеток E и F, в то время как неполяризованная вилка CEE 7/16 (Евровилка) совместима с розетками на большей части континентальной Европы, бывшего СССР и во многих других странах. Предложен стандарт IEC 60906-1, как общий стандарт для всех 230-вольтовых вилок и розеток по всему миру, но пока он принят лишь в Бразилии[4].

Многие производители электроприборов, таких как персональные компьютеры, приняли на вооружение практику использования сменного шнура, подключаемого, к разъёму IEC. Для каждой страны прибор комплектуется разным шнуром, в то время как остальные части остаются неизменными. Для выбора стандартов напряжения и частоты устанавливается переключатель, а иногда и вовсе прибор рассчитывается для эксплуатации в широком диапазоне напряжений сети, что стало возможно с применением импульсных источников питания. Практическая выгода такого подхода — в упрощении сертификации, а также в выпуске одного устройства, вместо нескольких под каждый стандарт.

Стандарты разных стран

В мире наиболее распространены два основных стандарта напряжения и частоты. Один из них — американский стандарт 110—127 Вольт 60 Герц, совместно с вилками A и B. Другой стандарт — европейский, 220—240 Вольт 50 Герц, вилки типов C — M.

Большинство стран приняли один из этих двух стандартов, хотя в иногда встречаются переходные, или уникальные стандарты. На картах показано, в каких странах используются те или иные стандарты[5].

Напряжение и частота. Синие — 220/50, зелёные — 220/60, жёлтые — 110/50, красные — 110/60

Типы вилок.

Требования к штепсельным соединениям

Последствия плохого контакта

Основные требования, предъявляемые к розеткам и вилкам[6][7][8]:

Также кроме этих требований могут предъявляться и другие:

Терминология

Термин Значение
Ввод Провода, входящие в здание, подключённые к предохранителям или автоматам.
Бытовая электросеть Однофазный ток напряжением 220—240 В, либо 100—127 В, используемый в жилье для одной семьи
Заземление (защитное зануление) контакт розетки, имеющий в системе TN-C, TN-S, TN-C-S (трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью) соединение с нулевым защитным проводом, а в системе TT и IT соединение с заземляющим проводом .
Фазный или линейный провод Проводник, на котором имеется переменное напряжение относительно земли
Нулевой, или Нейтральный провод Провод, соединённый со средней точкой в трёхфазной сети. В бытовой электросети должен быть заземлён[9]
Электрический шнур Гибкий кабель, по которому электрический ток доставляется в электроприбор.
Штырь, штифт Контакт вилки цилиндрической формы. В США в электросетях применяются плоские контакты, которые обычно называют «Ножами» («blade»), или «зубьями» («prong»)
Гнездо Отверстие, в которое вставляется штырь (или нож)

Часто разъёмам приписывают «пол»: штыревому разъёму — мужской (в русском языке — «папа», в английском — «male»), а гнездовому — соответственно женский (по-русски — «мама», по-английски — «female»). И если в английском языке подобные названия являются официальными терминами, то в русском считаются скорее жаргонизмами[источник не указан 571 день].

В разных странах есть значительные различия в терминологии. Например, рассмотрим различия между американской и британской номенклатурами, касающимися силовых вилок и розеток.

В Соединённых Штатах Америки фазный контакт может называться live (живой), hot (горячий) или ungrounded (незаземлённый). Нейтральный контакт может называться cold (холодный), neutral (нейтральный), return (возвратный), the grounded conductor (заземлённый проводник), или (в National Electrical Code) identified conductor. Заземляющий контакт называют ground (земля) или the grounding conductor (заземляющий контакт).

В Великобритании слово line (линия) время от времени используется для обозначения фазного конца или провода. В электротехнике line (линейное) напряжение это напряжение между фазными проводами трёхфазной сети, в то время как phase (фазное) напряжение это напряжение между фазным и нейтральным проводами.

Фазные провода часто называют просто фазы, когда используется более чем одна фаза. Штыри также часто называют prongs (зубцы), contacts (контакты), blades (ножи), или terminals (окончания).

В Австралии фазный контакт называют active (активный).

Конструкция розеток и вилок

У каждой розетки есть два или три контакта, подключённые к проводам. Контакты могут быть из стали или меди и могут быть гальванически покрыты цинком, оловом или никелем. В бытовой розетке может быть 2 или 3 контакта:

Розетка в штепсельном соединении является источником электроэнергии, а вилка — приёмником, поэтому розетка является гнездовой частью разъёма, а вилка — штырьевой. Токоведущие части вилки открыты, когда вилка не вставлена в розетку, а значит на ней отсутствует напряжение сети. Однако если вилка вставлена не до конца, существует опасность прикосновения к токоведущим частям вилки при наличии на них напряжения сети. Чтобы избежать этого, либо розетка имеет заглубление, либо штыри вилки имеют изолирующее покрытие на половину длины от основания. Для нетоковедущего проводника — заземления — порядок может быть обратным, так как прикосновение к заземляющему проводнику безопасно. Не требуется для него и частичная изоляция.

Розетки стандартной конструкции устанавливают в сухих и отапливаемых помещениях. Если розетка установлена в ванной, или на улице, она должна быть защищена от пыли и влаги. Обычно такие розетки оснащены крышкой, предохраняющей от брызг и пыли.

Розетка с защитными шторками

Наибольшую опасность розетка представляет для детей. Дети, не усвоившие ещё опасности электричества могут из любопытства попытаться вскрыть крышку розетки, или вставить в розетку посторонний предмет, например канцелярскую скрепку. Чтобы избежать этого, применяются розетки, имеющие защитные шторки, которые открываются в том случае, если вставляется стандартная вилка. Другой вариант решения проблемы — использование пониженного напряжения, однако этот способ сопряжён с определёнными проблемами. Третий вариант — использование «электронных шторок», когда розетка содержит управляющую электронную схему, подающую напряжение только в случае подключения электроприбора, распознание подключения может быть произведено различными способами (падение сопротивления между контактами розетки, применение радиочастотной идентификации). Такой способ дорогостоящий, и проекты «электронных шторок» существуют пока только на бумаге.

Большое значение имеет надёжный контакт токоведущих частей вилки и розетки, для исключения перегрева, и надёжная фиксация — для предотвращения самопроизвольного отключения. Для этого чаще всего применяются пружинящие контакты в розетке, однако в СССР некоторое время эксплуатировалась система, где гнёзда розетки были жесткими, а пружинящими делались штыри вилки, для чего в них делались прорези[10]. Штыри вилки Europlug также пружинят, но не за счёт прорезей, а за счёт того, что они установлены с некоторым схождением к концу. Это сделано для того, чтобы обеспечить надёжный контакт с гнёздами розеток различных конструкций, в том числе старой советской.

Поляризация

Эта вилка поляризована и вставить её «вверх ногами» нельзя

А эта вилка — неполяризованная. Фазный и нулевой провода могут быть подключены произвольно

Поляризованные вилки и розетки устроены так, чтобы их можно было включить только в одном положении: так, что фазный и нейтральный провода розетки соединяются соответственно с фазным и нейтральным проводами устройства. Поляризация вилки нужна в случае, если выключатель или предохранитель разрывает цепь только одного провода, в то время как второй провод остаётся подключённым. При использовании поляризованной вилки сетевые выключатели и предохранители устанавливаются в разрыв фазного провода. В светильниках с эдисоновскими патронами фазный контакт подключается к центральному контакту патрона.

Форма неполяризованных разъёмов позволяет включить их в любой полярности, фазный контакт подключается произвольно. Неполяризованные вилки стараются применять для устройств, в которых приняты соответствующие меры защиты от поражения электрическим током: например, сдвоенные выключатели, двойная изоляция и т. д.

Неправильная разводка фазного и нейтрального проводников сводит на нет безопасность поляризованных розеток и вилок. Опасность состоит прежде всего в том, что смена полярности обычно не отражается на работе электроприбора и может проявиться только при его неисправности. Для проверки правильности подключения можно использовать пробник для розеток или неоновый индикатор фазного напряжения, который часто встраивается в отвёртки для электромонтажных работ. Кроме того, на нейтральном проводнике может оказаться значительный потенциал в случае его обрыва, который в некоторых случаях тоже может не быть замечен вовремя. Вне зависимости от того, поляризована вилка, или нет, ремонт электроприбора, включённого в розетку, производить небезопасно.

Приборы, встроенные в вилку

Встречаются электроприборы, настолько компактные, что не имеет смысла соединять их гибким шнуром с вилкой, а гораздо эффективнее разместить их непосредственно внутри вилки. Иногда часть более крупногабаритного прибора имеет смысл вынести в отдельный блок, совмещённый с вилкой. Примеры таких приборов:

Обычно подобные приборы больше по габаритам, чем стандартная вилка, что иногда приводит к сложностям при подключении в тройники и сдвоенные розетки. Несмотря на это подобные устройства получили широкое распространение.

Типы, используемые в настоящее время

Электрические вилки и розетки различаются от страны к стране по форме, размеру, максимальному току и другим особенностям. Тип, используемый в каждой стране, закрепляется законодательно, принятием национальных стандартов[11]. В данной таблице каждый тип обозначен буквой из публикации правительства США[5].

На рисунках зелёным цветом обозначен заземляющий контакт, серым — фаза, белым — ноль.

Тип Стандарт Номинал Заземление Поляризация Предохранитель Изоляция основания штифтов Внешний вид
A NEMA 1-15 неполяризованная 15А/125В Нет Нет Нет Нет JPAC100V15A.svg
NEMA 1-15 поляризованная 15А/125В Нет Есть Нет Нет
JIS C 8303, Класс II 15А/100В Нет Нет Нет Нет
B NEMA 5-15 15А/125В Есть Есть Нет Нет JPAC100V15AET.svg
JIS C 8303, Класс I 15А/100В Есть Есть Нет Нет
NEMA 5-20 20А/125В Есть Есть Нет Нет JPAC100V15A20AET.svg
C CEE 7/16 (Евровилка) 2,5А/250В Нет Нет Нет Есть Europlug.svg
CEE 7/17 16А/250В Нет Нет¹ Нет Нет Plug 7.17.svg
Советские вилка (ГОСТ 7396.1 Раздел C1) 6А/250В Нет Нет Нет Нет Soviet plug.svg
D BS 546 (2-контактная) 2А/250В5А/250В = BS 4573 Нет Нет Нет Нет Soviet plug.svg
BS 546 (3-контактная) 2А/250В5А/250В15А/250В = SABS 16430А/250В Есть Есть Нет Нет BS 546.svg
E CEE 7/5 16А/250В Есть Есть² Нет Нет³ Socket E.svg
F CEE 7/4 (Schuko) 16А/250В Есть Нет Нет Нет³ Schuko plug.svg
E+F CEE 7/7 16А/250В Есть Частично² Нет Нет³ Plug 7.7.svg
G BS 1363, IS 401 & 411, MS 589, SS 145 13А/230-240В Есть Есть Есть Есть BS 1364.svg
H SI 32 16А/250В Есть Есть Нет В некоторых модификациях Socket H.svg
I AS/NZS 3112 10А/240В20А/240В25А/240В32А/240В Есть Есть Нет Есть Socket I.svg
CPCS-CCC 10А/250В Есть Есть Нет Нет
IRAM 2073 10А/250В Есть Есть Нет Нет
J SEV 1011 10А/250В16А/250В Есть Есть Нет Нет Socket J.svg
K Секция 107-2-D1 13А/250В Есть Есть Нет Нет Socket K.svg
Таиландская TIS 166—2549 13А/250В Есть Есть Нет Нет
L CEI 23-16/VII 10А/250В16А/250В Есть Нет Нет Есть Socket L.svg
- IEC 60906-1 (2-контактные) 10А и 20А/250В Нет Нет Нет Есть Europlug.svg
IEC 60906-1 (3-контактные) 10А и 20А/250В Есть Есть Нет Есть IEC-906-1-plug.svg

Разъём Legrand для электроплит (400 В, 32 А)

Вилка для электроплиты, выпущенная в СССР. Рассчитана на 25 А

¹ Существуют вилки специальной формы, которые механически поляризованы при использовании розетки типа E (фактически же поляризация отсутствует)
² Вилки можно вставить в розетку типа E только в одном положении, но недостаточно строгие требования к разводке приводят к тому, что на практике поляризация не соблюдается
³ Необходимости в изоляции основания контактных штифтов нет, благодаря заглублённой конструкции розетки

В таблице приведены только наиболее распространённые типы. Кроме них существует множество нестандартных вилок и розеток. Причины их использования различны: иногда производители разрабатывали собственные, несовместимые с другими стандартами конструкции разъёмов, которые по какой-то причине завоёвывали на определённое время популярность, но так и не были вписаны в стандарты. В домах старой постройки до сих пор встречаются розетки устаревших типов, от которых уже отказались. Иногда специально разрабатывались розетки, несовместимые с популярными, чтобы исключить подключение в них приборов общего назначения, или наоборот — вилки, устанавливаемые на приборы, для которых необходима особая электросеть. Примеры, когда это может понадобиться:

Особняком стоят разъёмы для подключения электроплит. Электроплита обычно является одним из самых мощных бытовых электроприборов, в стандартную бытовую розетку могут быть подключены только электроплиты малой мощности (обычно одно- и двухконофорочные без духового шкафа). Установка мощной электроплиты требует специального разъёма. И если в США для электроплит разработан разъём NEMA 14-50, то в большинстве других стран отсутствуют какие-либо стандарты на них. В этих случаях могут использоваться промышленные разъёмы, либо нестандартные разъёмы различных производителей. Разъёмы для подключения электроплит от разных производителей нередко несовместимы между собой и продаются парами «Розетка-вилка»

Аксессуары

Для удобства и безопасности применения электричества совместно с розетками и вилками используются множество других устройств.

Разветвители и удлинители

Компактный тройник с раздельными разъёмами C и F

Удлинитель, имеющий розетки всех применяемых в Италии систем, а также выключатель с индикацией включения.

Бывают ситуации, когда имеющихся розеток недостаточно, или они расположены далеко от электроприбора. Тогда используются удлинители и компактные разветвители. Отличие компактного разветвителя в том, что он не имеет шнура. Удлинитель, или переноска в свою очередь может быть оснащён как одно- так и многоместной розеткой, а также выключателями и защитными устройствами.

Компактные тройники обычно имеют максимально простую конструкцию. Если тройник предназначен для подключения вилок различных стандартов, редко можно увидеть тройники с отдельными розетками для каждого стандарта. Чаще всего используются многостандартные разъёмы. Они практически никогда не оснащаются выключателями и предохранителями. В продаже можно встретить компактные тройники невысокого качества, иногда даже изготовленные с пренебрежением к нормам безопасности: они не обеспечивают надёжного контакта, не удерживают достаточно надёжно вилку, их форма не всегда обеспечивает защиты от неправильного подключения, а некоторые компактные тройники даже не обеспечивают защиты от прикосновения к токоведущим частям. В то время как удлинители могут иметь выключатель, предохранитель, сетевой фильтр, иногда даже УЗО. В странах, где распространено несколько стандартов, используются удлинители с отдельными розетками для разных стандартов.

В советское время для простоты было принято, что в одну розетку нельзя включать более трёх электроприборов. После внедрения розеток, рассчитанных на больший ток, а также широкого распространения бытовых компьютеров, сложных аудио- и видеокомплексов стало ясно, что необходимы разветвители на большее количество розеток. Но несмотря на то, что количество розеток в разветвителе бывает больше трёх, их продолжают называть тройниками. Иногда стараются называть их, избегая слова «тройник», например «сетевыми фильтрами», «пилотами», «удлинителями» или «переносками».

Защита от детей

Некоторые розетки не оснащены шторками, защищающими от прикосновения к токоведущим частям розетки посторонним предметом. Чтобы защитить излишне любопытных детей от опасности, применяются специальные «пробки», которые ребёнок не сможет вынуть из розетки самостоятельно. Принцип действия может быть различным: например некоторые пробки можно достать, вставив в них вилку, некоторые имеют специальный замок, требующий приложения силы для того, чтобы его открыть.

Переходники и адаптеры

Этот переходник-тройник позволяет подключить приборы с вилками всех основных стандартов.

Универсальный переходник, позволяющий подключаться к электросети в большинстве стран мира.

Два патрона — «жулика». Слева — образец 1930, справа — ок. 1970 г.

Нередко бывают ситуации, когда в доме отсутствуют розетки стандарта, подходящего для вновь купленного электроприбора. В качестве временной меры можно использовать переходник. Другая ситуация, когда переходник может понадобиться — путешествия, когда оказывается, что в той или иной стране может использоваться совершенно другой тип розеток и имеющиеся личные электроприборы (электробритвы, зарядники сотовых телефонов, компьютеры) не могут быть подключены в них. К выбору переходника также нужно подходить со всей ответственностью и отказаться от дешёвых переходников низкого качества: здесь ситуация аналогична ситуации с компактными тройниками. Кроме того, нужно быть внимательным к стандартам напряжения и частоты в стране пребывания: переходник может не иметь защиты от подключения в сеть другого напряжения, или частоты, и стать причиной неисправности электроприбора. Для подключения прибора в сеть с другим напряжением необходим преобразователь напряжения.

Существуют также переходники, позволяющие подключить электроприбор к патронам, предназначенным для ламп накаливания (в просторечии — «жулики»). Особенно популярными они были 1920 — 1960-х годах, когда во многих домах не хватало настенных розеток, или их не было вовсе. Другой причиной популярности подобных патронов были раздельные тарифы на электричество в осветительной и силовой сети. Сейчас подобные переходники запрещены во многих странах, так как их использование небезопасно по ряду причин. Тем не менее их ещё можно найти в продаже, в том числе и в России.

Разъёмы промышленного назначения

Разъёмы IEC 60309

Использование штепсельных соединителей в промышленности отличается более жёсткими условиями эксплуатации, накладывает более жесткие требования к безопасности и надёжности. В числе требований к промышленным штепсельным соединителям[12]:

В некоторых случаях промышленные разъёмы могут эксплуатироваться и в быту: например для подключения электроплит, для питания прицепов-дач, подключения автономных бензиновых генераторов, и т. д. Примеры промышленных штепсельных соединителей:

См. также

Электрический удлинитель Заземление Зануление Класс защиты от поражения электрическим током IP (степень защиты оболочки) Многофазное электропитание Трёхфазная система электроснабжения Двухфазное электропитание Электропитание с раздельными фазами Однофазное электропитание Телефонная розетка Радио-розетка Список стандартов штепсельных разъёмов Розетка (разъём)

Примечания

  1. ↑ U.S. Patent 774 250
  2. ↑ Crist Socket Tutorial. www.mosaicshades.com. Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012. Проверено 14 сентября 2007.
  3. ↑ Патент Германии DE 370538
  4. ↑ Brazil Introduces New Requirements for Power Supply Cords: OTM 9/3
  5. ↑ 1 2 Electric Current Abroad (PDF). U.S. Department of Commerce, International Trade Administration (2002). Архивировано из первоисточника 5 апреля 2012.
  6. ↑ Правила устройства электроустановок. Глава 6.6. Осветительные приборы и электроустановочные устройства. Электроустановочные устройства
  7. ↑ Правила устройства электроустановок. Глава 7.1. Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Внутреннее электрооборудование
  8. ↑ ГОСТ Р 51322.1-99 «Соединители электрические штепсельные бытового и аналогичного назначения. Часть 1: общие требования и методы испытаний»
  9. ↑ Правила устройства электроустановок. Глава 7.1. Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий
  10. ↑ Волков Владимир Михайлович Электрик в доме.
  11. ↑ IEC/TR 60083, Plugs and socket-outlets for domestic and similar general use standardized in member countries of IEC, International Electrotechnical Commission (2006)
  12. ↑ ГОСТ Р 51323.1-99 «Вилки, штепсельные розетки и соединительные устройства промышленного назначения. Часть 1. Общие требования»

Ссылки