Домашний электрик ("Сделай сам" №08∙1989)

Соединение проводов

Основные требования к электрическому соединению: обеспечить надежный и долговечный контакт в электрической цепи с сопротивлением, не превышающим сопротивление эквивалентного участка целого проводника, а для соединений, работающих в условиях, не исключающих случайное растяжение, обеспечить также механическую прочность не менее прочности проводника. Неразборные соединения выполняются пайкой, сваркой, опрессовкой; разборные (без учета разъемных) — стягиванием при помощи болтов, винтовых зажимов, штыревых выводов.

Наибольшие трудности при соединениях вызывают алюминиевые жилы, на поверхности которых всегда имеется плохо проводящая, твердая и тугоплавкая оксидная пленка. После зачистки поверхности алюминия она мгновенно образуется вновь. При пайке эта пленка препятствует сцеплению с припоем, при сварке образует в расплаве нежелательные включения. Температура ее плавления около 2000 °C, то есть в три раза больше, чем алюминия. При креплении в винтовых зажимах алюминий проявляет другой свой недостаток — низкий предел текучести, в результате чего алюминий «вытекает» из-под зажима, ослабляя контакт.

Места соединений и ответвлений проводов надежно изолируют, они, как правило, не должны при эксплуатации подвергаться растяжению и должны быть доступны для осмотра и ремонта. Как уже говорилось, соединяемые участки и ответвления проводов размещают в соответствующих коробках с закрывающейся крышкой. В соединительных и ответвительных коробках проводники могут стягиваться винтовым соединением, для чего в основании коробок запрессовываются либо гайки, либо винты.

Соединения контактными зажимами. Такие зажимы в силу простоты и удобства широко применяются для присоединения проводов к розеткам, выключателям, к токонесущим элементам электроприборов, для соединения и ответвления проводов в электропроводке. Контактные зажимы разделяются на винтовые и безвинтовые (пружинные). Основные виды контактных соединений приведены на риг. 14, а, б, в, г, д.

Рис. 14. Основные типы контактных соединений:

_{а — соединение однопроволочной жилы со штыревым выводом (1 — гайка; 2 — пружинная шайба; 3 — шайба-звездочка: 4 — стальная шайба; 5 — штыревой вывод); б — соединение однопроволочной жилы с плоским выводом (1 — шайба-звездочка; 2 — винт; 3 — пружинная шайба; 4 — плоский вывод); в — контактный зажим для присоединения алюминиевых жил (1 — винт; 2 — пружинная шайба; 3 — шайба или основание контактного зажима; 4 — провод; 5 — скоба, ограничивающая растекание алюминиевой жилы); г — соединение жилы с гнездовым выводом; д — безвинтовой контактный пружинящий зажим}

Винтовые зажимы для однопроволочных алюминиевых и многопроволочных медных жил снабжаются фасонной шайбой или шайбой-звездочкой, препятствующей выдавливанию жилы из-под крепления, а алюминиевые жилы — и разрезной пружинной шайбой, обеспечивающей постоянное давление на жилу. Стальные детали, а также детали для соединения с алюминиевыми проводами должны иметь антикоррозийное гальваническое покрытие.

С конца провода, подготавливаемого для изгибания в кольцо, срезают изоляцию на длине, равной трем диаметрам винта плюс 2–3 мм. Чтобы отдельные проволочки многопроволочной жилы не расходились, их свивают в плотный жгутик. Жилы зачищают мелкой наждачной бумагой, смазанной вазелином. Подготовленный конец жилы круглогубцами (или пассатижами на круглой оправке) изгибают в кольцо с диаметром отверстия, соответствующим винту. Изгиб кольца на винтовом зажиме должен быть направлен по часовой стрелке. Зажимной винт или гайку затягивают до полного сжатия пружинной шайбы и дожимают еще примерно на половину оборота.

Большинство унифицированных установочных изделий рассчитано на винтовое соединение втычного типа, при котором прямой конец жилы вводится в зажим без формирования кольца. В светильниках с люминесцентными лампами соединения проводов с патронами ламп и стартеров выполнены в виде безвинтовых зажимов — пружинящих пластин из высококачественной бронзы. Попытка вытянуть провод из такого зажима может привести к поломке зажима. Для освобождения провода вставляют в зажим тонкую отвертку или стальную спицу, которая отожмет пружину и освободит провод.

В резьбовых патронах для ламп накаливания, патронах для люминесцентных ламп и стартеров. проходных и встроенных малогабаритных выключателях контактные зажимы рассчитаны на присоединение только медных проводов.

Соединение проводов пайкой. Подобное соединение обеспечивает долговечный контакт с отличной проводимостью. Кроме проводов, пайка применяется дли соединений выводов электроэлементов в электробытовых приборах и особенно широко — в радиоэлектронной аппаратуре. Для соединений, подвергающихся механическим воздействиям или нагреву, пайка не применяется.

Для пайки и лужения жил обычно применяют оловянно-свинцовый припой ПОС-30 или ПОС-40. Цифры соответствуют содержанию олова в процентах (по массе). Температура плавления этих припоев 255 °C и 234 °C соответственно. В качестве флюса для пайки и лужения медных жил применяют канифоль, которую удобно использовать в виде 20 %-ного спиртового раствора (по объему). Флюс наносится на жилы кисточкой.

Перед пайкой жилы зачищают мелкой наждачной бумагой до блеска, залуживают и закрепляют между собой. Основные виды соединений проводов под пайку показаны в таблице 4 и на рис. 15.

Рис. 15. Соединение многопроволочных жил

Вид соединения выбирается в зависимости от материала жилы, ее сечения и др. При пайке алюминиевых жил рациональна скрутка желобком, в котором под слоем расплавленного припоя легче защищать жилы от оксидной пленки. Бандажная скрутка удобна для жил больших сечений, которые свить между собой трудно. В последнем случае удобно применить и совмещение бандажной скрутки с формированием желобка. Для бандажа берется медная проволока диаметром 0,6–1,5 мм, но не больше диаметра паяемых жил. Бандажная проволока залуживается, как и каждая подготовленная для пайки жила, в отдельности.

На пайку одной скрутки припоя потребуется больше, чем способно донести жало паяльника. Поэтому кончик палочки припоя подносят непосредственно к жалу паяльника, прогревающего скрутку, чтобы припой, расплавляясь, затекал в скрутку. Количества припоя будет достаточно, если он обволакивает скрутку так, что витки бандажа или скрутки просматриваются из-под слоя припоя.

После пайки остатки канифоли удаляют ватным тампоном, смоченным в ацетоне.

Оксидную пленку, препятствующую пайке алюминиевых жил, необходимо разрушать в процессе пайки. Предварительное залуживание облегчает пайку алюминиевых жил. Его проводят расплавленным припоем под слоем швейного масла или расплавленной канифоли с добавлением в расплав стальных опилок. Опилки под нажимом жала паяльника, «натирающего» жилу, разрушают пленку, обеспечивая хорошее залуживание. Предварительная зачистка алюминиевой жилы наждачной бумагой, обильно смазанной вазелином, также упрощает залуживание: вазелин, оставаясь на жиле, изолирует зачищенные места от кислорода воздуха. Пайку залуженной жилы ведут аналогично пайке медных проводов.

Соединение проводов сваркой. Наиболее простой способ сварки алюминиевых жил сечением до 10 мм2 и медных — до 4 мм2 — контактный разогрев их концов угольным электродом до образования расплавленного шарика. Нагрев происходит в точке соприкосновения электрода и жилы. Концы свариваемых жил и электрод подключают к вторичной обмотке трансформатора мощностью но менее 0,5 кВА и выходным напряжением 6—10 В. Для сварки можно применить лабораторный девятиамперный автотрансформатор (ЛATP), сняв с него регулирующий напряжение ползунок и намотав поверх сетевой обмотки вторичную обмотку, которую нужно изолировать от сетевой несколькими слоями бумаги от крафт-пакетов и поверх нее несколькими слоями лакоткани или изоляционной ленты с хлопчатобумажной основой.

Трансформатор несложно намотать и самостоятельно. Для него потребуется Ш-образное трансформаторное железо с сечением магнитопровода S не менее 25 см2. Число витков обмоток первичной W₁ и вторичной W₂ определяется:

W₁ = 40∙U₁/S;

W₂ = 40∙U₂/S;

Например, для напряжения сети U₁ = 220 В b сечения магнитопровода S = 30 см2 первичная обмотка должна иметь 293 витка, а для выходного напряжения в 10 В вторичная обмотка — 13 витков. Первичная обмотка наматывается проводом диаметром 0,8–1 мм, вторичная может быть намотана в несколько проводов параллельно, например в три провода диаметром по 3 мм. Главное, чтобы общее сечение проводов вторичной обмотки было не меньше 15–20 мм2.

Для электрода годится угольная щетка от коллекторного электродвигателя или графитовый вкладыш от троллейбусной штанги. На рабочей плоскости электрода вырезается ножом небольшая лунка, в которую засыпается флюс и где формируется на свариваемых жилах расплавленный шарик. Вариант конструкции зажимов для электрода и свариваемых жил показан на рис. 16. Можно работать и раздельными зажимами, не связанными в одну конструкцию. Однако при этом потребуется помощник для выключения трансформатора.

Рис. 16. Зажим для сварки жил проводов:

_{1 — угольный электрод; 2 — шине для подключения к сварочному трансформатору; 3 — изоляционная пластина; 4 — шарнирное соединение}

С проводов, подлежащих сварке, осторожно срезают изоляцию на длине 40–50 мм, зачищают провода наждачной бумагой до блеска и скручивают под сварку (рис. 17). Для защиты расплава от кислорода воздуха электромонтажники применяют флюс «ВАМИ», состоящий из хлористого калия, хлористого натрия и криолита, взятых в соотношении 5:3:2 (по массе). Можно обойтись и обычной бурой (тетраборатом натрия), продающейся в аптеках.

Рис. 17. Скрутка жил под сварку:

_{а — алюминиевые жилы; б, в — алюминиевая и медная жилы; г — сварное соединение}

Перед сваркой в лунку угольного электрода насыпают флюс и опускают скрутку проводов, прижимая их к электроду. Включают трансформатор. Под слоем расплавившегося флюса концы жил оплавляются и сливаются в шарик. Помните, что отводить жилы от электрода можно только после остывания (затвердевания) спая. За процессом сварки наблюдают через очки для газосварщика или синий светофильтр, закрепленный на очковой оправе.

Чтобы уменьшить потери напряжения, трансформатор размещают поближе к месту сварки. Сетевой выключатель выводят отдельным шнуром и держат в левой руке. Для этой цели подходит проходной выключатель, устанавливаемый в торшерах или настольных лампах в разрезе шнура. После сварки соединение очищают от флюса стальной щеткой, покрывают лаком и изолируют.

Хотя сварка проходит без брызг и капель расплавленного металла, для перестраховки ее следует выполнять в перчатках (лучше — кожаных) и в защитных очках-светофильтрах. На пол необходимо положить лист асбеста, оргалита или фанеры.

Полезно предварительно освоить технологию процесса на отрезках ненужных проводов, причем угольный электрод предварительно нужно обжечь (лучше всего на открытом воздухе).

Электроустановочные устройства

Электроустановочные устройства — группа электрических аппаратов, к которой относятся выключатели и переключатели, электрические двухполосные соединители (розетки, вилки), зажимы (контактные колодки), патроны для ламп накаливания и люминесцентных ламп, для стартеров, предохранители автоматические и плавкие.

Электроустановочные устройства должны рассчитываться, как и вся электропроводка, на длительную эксплуатацию (на 20–30 лет). Однако из-за ненадежного крепления, повышенных нагрузок, производственных дефектов или неудачной конструкции некоторые устройства выходят из строя значительно раньше этого срока. Статистика говорит о том, что большинство неисправностей возникает либо в начальный период эксплуатации (при сдаче новых домов) от проявления скрытых дефектов, либо после очень продолжительной работы в результате износа.

Домашнему электрику не всегда обязательно заменять неисправное устройство на повое, чаще его можно восстановить, отрегулировать. Для этого, а также для выбора и приобретения новых установочных устройств нужно знать основные их типы, принципы и допустимые режимы работы, причины поломок.

Выключатели, розетки. При замене выключателя или приобретении нового следует обратить внимание на конструкцию механизма (клавишный, перекидной, поворотный, кнопочный, шнуровой), на конструкцию корпуса (для скрытой или открытой проводки, для установки на проводе, для встраивания в электроприборы), на число полюсов и коммутирующих цепей, на номинальный коммутируемый ток.

Наибольшее применение получили выключатели с кинематическими схемами, приведенными на рис. 18.

В качающемся механизме с пружиной сжатия (рис. 18, а) при нажатии на клавишу 1 шарик 3, сжимая пружину 2, проходит через ось качания коромысла 4, после чего под действием пружины скользит по плечу коромысла, перекидывая его в противоположное положение.

В качающемся механизме с пружиной растяжения (рис. 18, б) рамка 2, механически закрепленная на клавише выключателя и прижимаемая к основанию пружиной 4, может качаться вокруг оси, вступая в контакт с пластиной 1 или размыкая этот контакт. Пружина 4 посредством детали 3 при переходе рамки 2 через вертикальную плоскость перекидывает рамку из положения «включено» в положение «выключено» или обратно, в зависимости от нажима на верхнюю или нижнюю часть клавиши. Механизм применяется в выключателях с плоским корпусом с одной, двумя или тремя крупными клавишами в одном блоке. Выключатели эстетичны, удобны для пользования, пригодны для скрытой и открытой проводки. Металлокерамический контакт, содержащий серебро, обеспечивает надежную работу выключателя, рассчитанного на ток до 4 А.

Принцип работы кулачкового механизма с плоской пружиной ясен из рис. 18. в.

Рис. 18. Конструкция механизмов выключателей:

_{а — качающийся механизм выключателя с пружиной сжатия (1 — клавиша; 2 — пружина; 3 — шарик; 4 — коромысло); б — качающийся механизм выключателя с пружиной растяжения (1 — контактная пластина; 2 — рамка; 3 — скоба; 4 — пружина; 5 — основание); в — кулачковый механизм выключателя с плоской пружиной (1 — ручка; 2 — пружина; 3 — контактная пластина)}

В бытовых приборах применяются выключатели и переключатели тумблерного и кулачкового типов (рис. 19).

Рис. 19. Механизм выключателей (переключателей) кулачкового (а) и тумблерного (б) типа

Механический износ контактов и выключателей происходит из-за их расклепывания, истирания, оплавления вольтовой дугой, возникающей в момент разрыва контактов или вибрации контактной пластины после удара контакта о контакт. Наибольший износ возникает при медленном разведении контактов, когда вольтова дуга продолжается значительное время. Поэтому при выборе нового выключателя следует предпочесть конструкцию, обеспечивающую более быстрое разведение контактов на расстояние, не поддерживающее горения дуги.

Но самым опасным для выключателя является образование между контактами постоянного искрения из-за ненадежного прилегания контактов во включенном состоянии. Это может быть следствием недостаточного усилия перекидной пружины, окисления, загрязнения контактов. Неисправность обнаруживается по миганию лампы, в цепи которой стоит выключатель. Неисправность нужно немедленно устранить, иначе выключатель полностью выйдет из строя.

Кулачковый механизм, применяемый в блоках на 3 выключателя, устанавливаемых на наружной стене санузла типовых многоэтажных домов, является самой неудачной конструкцией, не обеспечивающей быстрого разрыва цепи, стабильного и достаточного усилия на контакт. Такой блок при первой же неисправности полезно заменить целиком на блок с крупными клавишами и качающимся механизмом с пружиной растяжения.

Из всех типов розеток следует отдать предпочтение конструкции с прижимной пружиной (рис. 20), которая обладает наибольшей надежностью.

Рис. 20 Основание унифицированной розетки (а) контактный узел с прижимной пружиной (б)

Непосредственно у плинтуса устанавливаются розетки с перемещающейся заслонкой, предохраняющей от попадания внутрь розетки посторонних предметов.

Конструкция выключателей и розеток для скрытой электропроводки предусматривает присоединение к ним проводов после закрепления выключателя или розетки в гнезде на стеновой панели — это предохранит провода от лишних изгибов.

При открытой электропроводке выключатели и розетки устанавливаются на деревянных подрозетниках и крепятся к ним двумя шурупами. Удобно пользоваться выключателем с вмонтированной в его корпус неоновой лампочкой, позволяющей находить выключатель в темноте. Вмонтировать неоновую лампочку можно практически в любой тип выключателя. К выводам лампочки подпаиваются отрезки изолированного провода, которые последовательно с гасящим сопротивлением (резистор R = 1–5 МОм) подсоединяются к выводам выключателя (рис. 21).

Рис. 21. Включение неоновой лампочки в цепь выключателя