Interruptor - Light switch
Na fiação elétrica , um interruptor de luz é o interruptor mais comumente usado para operar luzes elétricas , equipamentos permanentemente conectados ou tomadas elétricas . Candeeiros portáteis, como candeeiros de mesa, podem ter um interruptor de luz montado na tomada, base ou em linha com o cabo. Os interruptores liga / desliga operados manualmente podem ser substituídos por interruptores dimmer que permitem controlar o brilho das lâmpadas, bem como ligá-los ou desligá-los, interruptores controlados por tempo, interruptores de detecção de ocupação e interruptores e dimmers controlados remotamente. Interruptores de luz também são encontrados em lanternas , veículos e outros dispositivos.
Interruptores de parede
Os interruptores de iluminação podem estar em dispositivos portáteis, veículos em movimento e edifícios. Os edifícios residenciais e comerciais geralmente têm interruptores de luz montados na parede para controlar a iluminação dentro de uma sala. A altura de montagem, a visibilidade e outros fatores de projeto variam de país para país. As caixas de montagem de interruptores ou gabinetes costumam ser embutidos em uma parede acabada. A montagem em superfície de gabinetes também é bastante comum, embora seja vista mais em ambientes comerciais industriais e externos do que em estruturas residenciais. Essas caixas de interruptor de luz (uma caixa de proteção ) são projetadas para abrigar e montar o (s) interruptor (es), proteger a fiação e conter qualquer calor ou fogo. Cada tipo usa alguma forma de cobertura de plástico, cerâmica ou metal para evitar o contato acidental com os terminais energizados da chave. As placas de parede estão disponíveis em diferentes estilos e cores para combinar com o estilo de uma sala, também disponíveis em variedades à prova de intempéries para o exterior. Essas tampas são geralmente muito fáceis de montar.
História, cultura e estilo
O primeiro interruptor de luz empregando "tecnologia de quebra rápida" foi inventado por John Henry Holmes em 1884 no distrito de Shieldfield, Newcastle upon Tyne. A chave de "interrupção rápida" superou o problema de os contatos de uma chave desenvolverem arco elétrico sempre que o circuito era aberto ou fechado. O arco elétrico causaria corrosão em um contato e o acúmulo de resíduos no outro, e a vida útil do switch seria reduzida. A invenção de Holmes garantiu que os contatos se separassem ou se unissem muito rapidamente, independentemente de muita ou pouca pressão exercida pelo usuário no atuador da chave. A ação desse mecanismo de "interrupção rápida" significava que não havia tempo suficiente para a formação de um arco, e a chave teria, portanto, uma longa vida útil. Essa tecnologia de "interrupção rápida" ainda está em uso em quase todos os interruptores de luz comuns no mundo hoje, na casa dos bilhões, bem como em muitas outras formas de interruptores elétricos.
O interruptor de luz de alternância foi inventado em 1916 por William J. Newton.
Como um componente de uma fiação elétrica ou sistema de fiação residencial , a instalação de interruptores de luz é regulamentada por alguma autoridade preocupada com segurança e padrões. Em diferentes países, as dimensões padrão do hardware de montagem na parede (caixas, placas, etc.) podem ser diferentes. Uma vez que as placas frontais usadas devem cobrir esse hardware, esses padrões determinam os tamanhos mínimos de todos os equipamentos montados na parede. Assim, a forma e o tamanho das caixas e placas frontais, bem como o que está integrado, variam de país para país.
As dimensões, designs mecânicos e até mesmo a aparência geral dos interruptores de luz mudaram lentamente com o tempo. Os interruptores geralmente permanecem em serviço por muitas décadas, muitas vezes sendo trocados apenas quando uma parte da casa é reconectada. Não é incomum ver interruptores de luz centenários ainda em uso funcional. Os fabricantes introduzem várias novas formas e estilos, mas na maioria das vezes a decoração e as preocupações com a moda se limitam às placas frontais ou de parede. Até mesmo o interruptor dimmer "moderno" com botão giratório tem pelo menos quarenta anos de idade, e mesmo na construção mais recente os formatos familiares de chave seletora e basculante predominam.
Orientação
A direção que representa "ligado" também varia de acordo com o país. Nos EUA, Canadá, países europeus, Rússia, etc., é comum que a posição "ligado" de uma chave seletora seja "para cima", enquanto em muitos outros países, como Reino Unido, Austrália, Nova Zelândia (países da Comunidade Britânica ) e na Irlanda, é "baixo". (Na comutação multiponto , a correspondência entre o estado de uma única chave e se as luzes estão acesas ou apagadas depende do estado da outra chave [es] no circuito.)
Projeto
Os interruptores podem ser únicos ou múltiplos, projetados para uso interno ou externo. Extras opcionais podem incluir controles de dimmer, proteção ambiental, proteção contra intempéries e segurança. Em sistemas de iluminação residenciais e comerciais leves, o interruptor de luz controla diretamente o circuito que alimenta as lâmpadas. Em sistemas de iluminação maiores, por exemplo, armazéns ou sistemas de iluminação externa, a corrente necessária pode ser muito alta para um interruptor manual. Nestes sistemas, interruptores de luz controlam contatores de iluminação , um relé que permite que o interruptor de luz manual opere em uma tensão mais baixa ou com fiação menor do que seria necessário no circuito de iluminação principal.
No Reino Unido, não é recomendável colocar soquetes BS 1363 de 13 A em um circuito de iluminação (embora não seja totalmente proibido), mas as tomadas BS 546 de 2 ou 5 A são frequentemente colocadas em circuitos de iluminação para permitir o controle de lâmpadas independentes da luz da sala comuta. Em residências móveis e construídas na América do Norte , muitas vezes as salas de estar e os quartos têm um receptáculo comutado para um abajur ou abajur.
Operação interna
Os contatos de uma chave estão sob maior estresse durante a abertura ou fechamento. Quando a chave é fechada, a resistência entre os contatos muda de quase infinita para quase zero. Na resistência infinita, nenhuma corrente flui e nenhuma energia é dissipada. Na resistência zero, não há queda de tensão e nenhuma energia é dissipada. No entanto, enquanto os contatos mudam de estado, há um breve instante de contato parcial quando a resistência não é zero nem infinita, e a energia elétrica é convertida em calor. Se o aquecimento for excessivo, os contatos podem ser danificados ou podem até mesmo se soldar.
Um switch deve ser projetado para fazer sua transição o mais rápido possível. Isso é obtido pela operação inicial do mecanismo da alavanca do interruptor, armazenando energia potencial , geralmente como tensão mecânica em uma mola . Quando energia mecânica suficiente é armazenada, o mecanismo na chave "quebra" e rapidamente conduz os contatos através da transição de aberto para fechado, ou fechado para aberto, sem ação adicional do operador da chave. Esta ação de quebra rápida da chave é essencial para uma longa vida dos contatos da chave, conforme descrito na patente de 1884 de Holmes.
Enquanto os contatos estão se separando, qualquer energia elétrica armazenada na indutância do circuito sendo desconectado é dissipada como um arco dentro da chave, prolongando a transição e piorando o efeito de aquecimento dos contatos. As chaves são normalmente avaliadas pela corrente para a qual foram projetadas, sob tensão especificada e condições de fator de potência , visto que esta é a limitação mais rigorosa.
O arco que resulta quando a chave abre corrói os contatos da chave. Portanto, qualquer chave tem uma vida finita, geralmente avaliada em um determinado número de ciclos de desconexão em uma corrente especificada. A operação fora de sua capacidade operacional especificada reduzirá drasticamente a vida útil do switch.
Para combater a corrosão por contato, uma chave geralmente é projetada para ter uma ação de "limpeza" para que os contatos sejam limpos. Grandes interruptores podem ser projetados com um contato substituível suplementar que fecha e abre antes do contato principal, protegendo os contatos principais de transporte de corrente do desgaste devido ao arco voltaico. A área de contato da chave é construída com materiais que resistem à corrosão e formação de arco.
Muitos projetos de chave de corrente mais alta contam com o arco de separação para auxiliar na dispersão da corrosão de contato. Uma chave projetada para uso de alta tensão e alta corrente pode se tornar não confiável se operada em correntes muito baixas e baixas tensões, porque uma camada de óxido não condutiva se forma sem um arco para dispersá-la.
Dois tipos de faíscas podem ocorrer durante a operação da chave. No fechamento, algumas faíscas, como as de uma pederneira e aço , podem aparecer quando um minúsculo pedaço de metal é aquecido pela fricção até a incandescência, derretido e lançado fora. Na abertura, um arco azulado pode ocorrer, com um odor "elétrico" ( ozônio ) detectável. Posteriormente, os contatos podem parecer escurecidos e corroídos. Contatos danificados têm maior resistência, tornando-os mais vulneráveis a danos futuros e causando um ciclo no qual os contatos logo podem falhar completamente.
Para tornar uma chave segura, durável e confiável, ela deve ser projetada de forma que os contatos sejam mantidos firmemente juntos sob força positiva quando a chave for fechada. Deve ser projetado de forma que, independente de como o operador manipule o atuador, os contatos sempre fechem ou abram rapidamente.
Na construção de muitos pequenos interruptores, a mola que armazena a energia mecânica necessária para a ação de encaixe do mecanismo do interruptor é feita de uma liga de cobre-berílio que é endurecida para formar uma mola como parte da fabricação do contato. Muitas vezes, a mesma parte também forma o próprio corpo do contato e, portanto, é o caminho atual. Abusar do mecanismo da chave para manter os contatos em um estado de transição, ou sobrecarregar gravemente a chave, aquecerá e, assim, anulará a mola, reduzindo ou eliminando a "ação instantânea" da chave, levando a transições mais lentas, mais energia dissipada na chave e falha progressiva.
Variações no design
Botão de apertar
O interruptor de luz com botão de pressão tem dois botões: um que fecha os contatos e outro que abre os contatos. Pressionar o botão levantado abre ou fecha os contatos e tira o botão pressionado anteriormente para que o processo possa ser revertido. Nos Estados Unidos, os botões geralmente eram pretos; o botão "on" normalmente tinha uma incrustação de madrepérola branca (real ou simulada) para indicar sua função. Por convenção, o switch era normalmente instalado com o botão "on" na parte superior. Reproduções de interruptores com botão de pressão estão disponíveis no mercado hoje para estilos vintage ou autênticos.
Alternancia
O mecanismo de alternância fornece "ação instantânea" por meio do uso de uma geometria "centralizada". O design foi patenteado em 1916 por William J. Newton e Morris Goldberg. O atuador da chave não controla os contatos diretamente, mas por meio de um arranjo intermediário de molas e alavancas. Girar o atuador não causa, inicialmente, nenhum movimento dos contatos, que na verdade continuam a ser mantidos abertos positivamente pela força da mola. Girar o atuador gradualmente estica a mola. Quando o mecanismo passa sobre o ponto central, a energia da mola é liberada e a mola, ao invés do atuador, conduz os contatos rápida e vigorosamente para a posição fechada com um som audível de "estalo". Esse mecanismo é seguro, confiável e durável, mas produz um clique ou estalo alto.
Em 1984, nos Estados Unidos, o mecanismo de alternância foi quase totalmente suplantado pelos mecanismos de "interruptor silencioso". Os mecanismos de "interruptor silencioso" ainda possuem uma forma de ação instantânea, mas é muito fraca em comparação com seu antecessor. Eles são, portanto, equipados com contatos maiores e de alta qualidade, que são capazes de comutar cargas domésticas sem danos, apesar da ação menos positiva.
Interruptor iluminado
Os interruptores iluminados incorporam uma pequena lâmpada de néon ou LED , permitindo ao usuário localizar facilmente o interruptor no escuro. Os interruptores iluminados domésticos foram introduzidos em meados da década de 1950.
Os interruptores iluminados de um pólo obtêm a energia para energizar sua fonte de iluminação embutida (geralmente, uma lâmpada de "néon") da corrente que passa pelas lâmpadas que eles controlam. Esses interruptores funcionam satisfatoriamente com lâmpadas incandescentes, iluminação de halogênio e luminárias fluorescentes não eletrônicas, porque a pequena corrente necessária para a fonte de iluminação do interruptor é muito pequena para produzir qualquer luz visível de tais dispositivos controlados pelo interruptor iluminado. No entanto, se eles controlam apenas lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs) e / ou lâmpadas LED , a pequena quantidade de corrente necessária para energizar a fonte de iluminação dentro do interruptor também carrega lentamente o capacitor de entrada interno no reator eletrônico do CFL ou LED até a tensão através dele sobe até o ponto em que produz uma breve descarga através do CFL. Este ciclo pode se repetir indefinidamente, resultando em um breve piscar repetitivo da (s) lâmpada (s) (e da luz dentro do interruptor) enquanto o interruptor iluminado está na posição "desligado".
Rocker
Um projeto alternativo para a chave seletora é a chave basculante. Grandes interruptores com esse design são comumente conhecidos nos Estados Unidos como estilo "decorador" ou "Decora". "Decora" é uma marca comercial da Leviton e o termo nos últimos anos tornou-se uma marca comercial genérica nos Estados Unidos para qualquer interruptor de luz oscilante, independentemente da marca. Os interruptores desse projeto ficam quase alinhados com a placa da parede e são ativados "balançando" uma alavanca plana e larga, em vez de empurrar um atuador curto saliente para cima ou para baixo.
Na Europa, Hong Kong, Malásia, Cingapura e Índia, esse tipo é quase universal, e os interruptores de estilo de alternância seriam considerados antiquados.
Chaves rocker australianas
Na Austrália e na Nova Zelândia, um pequeno interruptor basculante é quase universalmente usado, na forma de um mecanismo de interruptor de 16 mm (0,63 pol.), Que é montado por trás em uma placa de parede - conectado por meio de alças de montagem, conforme mostrado na foto à esquerda. Uma "placa de cobertura" um pouco maior, fornecida com a placa de parede, ou adicional a ela, é presa sobre o conjunto, como uma barreira isolante adicional cobrindo os parafusos de montagem da placa de parede de encaixe profundo - que são "encaixados profundamente" para prevenir inadvertidamente contato humano. A "placa de cobertura" pode ser removida sem o uso de ferramentas, como quando é necessária pintura de parede.
Embora interruptores maiores no estilo "decorador" estejam disponíveis na Austrália, a vantagem dos mecanismos menores é que as placas de parede estão disponíveis para montagem de um a seis mecanismos de interruptores individuais ou outros "mecanismos" de tamanho correspondente - como dimmers e luzes indicadoras - no mesmo espaço em que um (ou dois) interruptores de design maior podem ser montados. Como os mecanismos são pequenos, eles também podem ser montados em placas " arquitrave ", para montagem em posições onde não é possível montar uma placa de parede de tamanho "padrão". Um exemplo é mostrado na imagem abaixo à direita. Todos os mecanismos da chave não têm peças de metal expostas que necessitem de aterramento (aterramento). Embora interruptores, placas de parede e placas de cobertura de diferentes fabricantes tendam a não ser intercambiáveis, os mecanismos de chave desse tipo estão disponíveis na Austrália desde 1951.
O sistema de módulo keystone para tomadas elétricas de voltagem extra baixa (patenteado em 1975) é um tanto semelhante em aparência a esses módulos, mas o design das montagens keystone é diferente e os módulos keystone podem ser removidos sem uma ferramenta. (Um sistema semelhante, mas com interruptores maiores, é usado na Itália.)
Conforme mostrado na foto de desmontagem, o atuador da chave gira em dois orifícios nas laterais do corpo de plástico da chave. Uma barra do atuador desliza em duas ranhuras dentro do atuador, pressionada para baixo por uma mola de compressão em um entalhe na barra de contato comum. A barra de contato comum está livre para balançar em uma haste de pequeno diâmetro, soldada ao terminal comum. No entanto, por causa da pressão aplicada pela mola de compressão, a barra de contato comum sempre será mantida contra um dos dois contatos.
Quando o atuador é movido, a energia mecânica é armazenada na mola de compressão até que o atuador passe por sua posição intermediária. Nesse momento, a barra de contato comum é forçada na direção oposta pela mola de compressão, agindo através da barra atuadora, rompendo assim a conexão com o contato existente e fazendo a conexão com o outro contato. A barra de contato comum é feita de cobre, com uma incrustação de metal de contato mais duro na parte inferior. Embora seja livre para se mover na distância necessária no sentido do comprimento, é impedido de se mover para os lados pela construção do corpo de plástico moldado.
Os terminais de parafuso são ocos e permitem que pelo menos três fios de 1 mm (CSA), torcidos juntos, sejam inseridos a uma profundidade de até 10 milímetros (0,39 pol.) E fixados com um parafuso de ajuste . Os parafusos de ajuste do terminal de contato são instalados em um pequeno ângulo para permitir um acesso mais fácil à chave de fenda após o mecanismo da chave ter sido instalado em uma placa de parede - antes de fixar a placa de parede na parede. Também é mostrado um terminal de conexão em "loop". Este terminal não desempenha nenhum papel na ação da chave, mas, por haver espaço disponível, ele é fornecido como um terminal isolado para conectar outros fios, se necessário (como os fios neutros). Cada mecanismo de switch rocker australiano é, na verdade, um switch de um pólo duplo (SPDT), também conhecido como "switch bidirecional" e tem três terminais.
Um interruptor com basicamente o mesmo design também é usado nas placas de parede das tomadas elétricas australianas. Agora é extremamente raro encontrar qualquer outro tipo de switch em casas australianas, embora o Australian Wiring Standard AS 3112 não proíba outros tipos. Embora muitas variações de designs australianos e placas de cobertura estejam disponíveis, alguns designers e renovadores podem importar interruptores projetados no Reino Unido e na Europa quando desejam um acabamento específico. No entanto, embora as placas de montagem em parede australianas padrão tenham as mesmas dimensões das usadas na América do Norte, elas têm dimensões diferentes daquelas usadas no Reino Unido ou na Europa.
Interruptores (e outros mecanismos) desta série de design australiana estão atualmente disponíveis no Reino Unido (e outros países), junto com placas de parede apropriadas para os padrões de montagem dos países em questão.
Por um curto período, os interruptores rocker australianos foram exportados para os Estados Unidos na década de 1960. Embora os interruptores tivessem classificações adequadas para uso em circuitos de 120 V e tivessem vantagens de compactação e aparência distinta, eles não conseguiram se estabelecer no mercado americano.
Resistente a adulteração
Onde os circuitos de iluminação não devem ser desligados acidentalmente, por exemplo, controles de iluminação de corredores e banheiros em prédios públicos, como escolas, um interruptor anti-violação pode ser instalado. Eles exigem uma chave para operar e, portanto, desencorajam a operação casual ou acidental do interruptor.
Classe de voltagem
Em instalações de iluminação comercial e industrial da América do Norte, a iluminação instalada em circuitos trifásicos 480Y / 277 V usa tensões mais altas do que a classificação de comutadores de 120 V comuns.
Interruptor de mercúrio
Em meados do século 20, foram introduzidos interruptores "silenciosos" que usavam mercúrio para fazer a conexão, evitando o estalo alto feito pelos interruptores com mola que eram a norma. Uma forma de interruptor de luz de mercúrio usa um frasco de vidro selado que é inclinado pela alavanca seletora, fazendo com que uma gota de mercúrio metálico líquido role de uma extremidade à outra, formando uma ponte entre um par de contatos para completar o circuito. Outro estilo de interruptor de luz de mercúrio usa uma roda de metal com um isolador separando as duas metades que tem um orifício que permite que o mercúrio se conecte a qualquer lado da roda em apenas uma posição.
Alguns desses interruptores também eram equipados com uma lâmpada de néon conectada aos contatos e, portanto, em série com a carga elétrica. Isso fez com que o indicador brilhasse levemente quando o interruptor estava desligado, como uma ajuda para encontrar o interruptor em uma sala escura.
Na década de 1970, outros designs de interruptores silenciosos que não exigiam mercúrio (e, portanto, eram mais simples e baratos de produzir) passaram a ser amplamente utilizados, substituindo gradualmente os interruptores convencionais "instantâneos" e os interruptores silenciosos baseados em mercúrio.
Corrente ou cordão de puxar
Um interruptor de luz combinado com uma tomada de luz às vezes é instalado no porão ou nas áreas de serviço das residências. O interruptor é operado por uma corrente ou cabo de tração. Também é possível ter o interruptor operado por cabo separado da tomada da luz, o que é particularmente comum nos banheiros britânicos. Até 2001, os regulamentos de fiação do Reino Unido exigiam que todos os interruptores do banheiro fossem operados por cabos de tração.
Interruptor
Um interruptor de dimmer , apropriadamente chamado de controle de dimmer , contém um circuito de estado sólido que permite alterar o brilho reduzindo a tensão média aplicada à lâmpada.
Interruptores eletrônicos
Em princípio, é fácil projetar interruptores silenciosos nos quais os contatos mecânicos não controlam diretamente a corrente, mas simplesmente sinalizam um dispositivo de estado sólido, como um tiristor, para completar o circuito. Muitas variações sobre este tema foram criadas e comercializadas. " Touch-placa dispositivos" pode ser operado por toque ou apenas acenando com a mão perto da chave. Os interruptores de toque não têm partes móveis e alternam eletronicamente o circuito de luz. Em 1986, esses itens ainda eram especiais. Os interruptores eletrônicos fornecem flexibilidade em termos de interfaces diferentes para suas operações, como placas de toque, controles de toque suave, controle baseado em sensor de pressão ou luz, telas de toque interativas (que são amplamente utilizadas em aeronaves para controle de iluminação) e outros.
Prédios públicos, como hospitais, freqüentemente economizam energia usando interruptores detectores de movimento , também conhecidos como sensores de ocupação . Os sensores de ocupação também podem ser usados em aplicações residenciais, como banheiros, garagens e corredores.
Um interruptor de luz sem fio fornece controle remoto da iluminação usando um transmissor portátil. Embora o dispositivo de controle possa ser uma unidade dedicada a essa finalidade, cada vez mais esses interruptores podem ser controlados pela tecnologia (como Bluetooth ou Wi-Fi ) agora encontrada em smartphones .
O controle remoto com fio de interruptores de iluminação também é possível usando, por exemplo, sinalização X10 sobre os fios de energia.
Comutação Multiway
Dois ou mais interruptores de luz podem ser interconectados para permitir o controle da iluminação de, por exemplo, duas extremidades de um longo corredor ou patamares nos patamares superior e inferior de um lance de escadas. A comutação multiway é feita usando interruptores especiais que possuem contatos adicionais.
Materiais
Os interruptores anteriores eram feitos de porcelana na versão de superfície e operavam como um interruptor rotativo com um mecanismo rotativo. Posteriormente, foram utilizadas baquelita e ebonita mais duráveis . Hoje eles são feitos de plásticos modernos , como policarbonato ou ABS resistente ao fogo. Alguns interruptores também podem ser fabricados a partir de outros plásticos como poliamida, polipropileno ou pvc, mas principalmente limitados a interruptores montados em fio (como interruptores noturnos) principalmente devido ao peso reduzido, e a maioria desses interruptores não são usados em dispositivos de alta potência (principalmente abajures de mesa, ventiladores de mesa, alguns rádios) principalmente de até 2 amperes. Em alguns casos, especialmente em hospitais e outras instalações públicas, as partes expostas dos interruptores de luz são feitas de materiais antimicrobianos, como cobre , para controle de infecção .
Veja também
Referências
links externos
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