Электрический соединитель

Разъём XLR с ключом, обеспечивающим совпадение контактов

Разобранный тройник. Видны штыри его вилки, к которым прикреплены пластины, образующие скобы, в которые входят штыри электроприборов

Электри́ческий соедини́тель (разъём) — электротехническое устройство, предназначенное для механического соединения и разъединения электрических цепей^[1]. Обычно состоит из двух или более частей: вилки (той части соединителя, из которой выступают штыри (штыревые контакты)) и соответствующей ей розетки (той части соединителя, в которой находятся углубления для штырей (гнездовые контакты)).

ГОСТ IEC 60050-151-2014, введённый в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 октября 2015 года приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2014 г. № 1741-ст, даёт другое определение розетке и вилке.

Штепсельная розетка — соединитель, присоединенный к аппарату или к конструктивному элементу, или к подобному. Примечание — контактные элементы штепсельной розетки могут быть гнездовыми контактами, штыревыми контактами или и теми и другими. Назван розеткой по аналогии с круглым элементом декора, крепящемся на стене или потолке. Сам же декор получил название от слова «роза». В дальнейшем розеткой стали называть любые аналогичные устройства, не обязательно электрические.

Штепсельная вилка — соединитель, присоединённый к кабелю. Гнездо — источник электропитания; вилка — потребитель: в разомкнутом состоянии на вилке соединения не должно быть напряжения.

В профессиональной деятельности и в быту часто говорят «разъём», «штекер» (от нем. Stecker «вилка»). Иногда вилку и розетку называют соответственно словами «папа» и «мама» (англ. «male» и «female» соответственно), особенно если обе части соединителя не закреплены на монтажной поверхности. Эти названия не являются официально признанными терминами (то есть такое словоупотребление ненормативно), однако часто используются электронщиками.

Устройство

Электрическое соединение совершается путём создания электрического контакта между проводниками. Число контактов определяется назначением разъёма и может составлять от одного до нескольких тысяч. Конструктивно электрический соединитель состоит, как правило, из двух частей: вилочной (вилки) и розеточной (розетки). Каждая из частей в свою очередь обычно состоит из корпуса и изолятора с контакт-деталями.

Корпус соединителя бывает разборным и неразборным; изготавливаются корпуса из пластика, резины, керамики, металла и других материалов. Изолятор — деталь вилки или розетки, расположенная внутри корпуса и предназначенная для механического крепления контакт-деталей и электрической изоляции их друг от друга. Изготавливается из пластика или керамики. В неразборных корпусных частях соединителя изолятор обычно отсутствует.

Контакт-деталь — деталь, соприкасающаяся с другой при сочленении частей электрического соединителя для образования электрического контакта. Изготавливается из металла с хорошей электропроводностью (сплавов алюминия или меди) и часто покрывается драгоценными металлами (серебро, золото, платина) для предотвращения окисления. Часть контакт-детали, к которой присоединяются металлические жилы провода или кабеля, называется хвостовиком электрического соединителя. По способу соединения с жилами провода различают хвостовики для пайки, сварки, обжимки и накрутки. Для закрепления экрана кабеля к кожуху или корпусу электрического соединителя служит деталь под названием экранный зажим.

Кабельный зажим — деталь на монтажной стороне части соединителя, обеспечивающая защиту хвостовиков электрического соединителя от механических усилий. В соединителях, использующихся на неподвижных устройствах и агрегатах, кабель в корпус соединителя может вводиться через круглое отверстие. Кабель соединителя, установленного на подвижных частях устройств и агрегатов, может подвергаться изгибам и натяжениям, что может привести к повреждению жил кабеля в месте присоединения к контакт-деталям или повреждению самих хвостовиков. Чтобы этого не произошло, соединители оснащают специальным кабельным зажимом, либо устройством защиты от натяжения и скручивания, либо и тем и другим одновременно. Соединитель, предназначенный для работы в пыльной и влажной среде дополнительно оснащается уплотнителем (прокладкой) и заглушкой — деталью, предназначенной для защиты контакт-деталей и изолятора от механических и климатических воздействий.

Для исключения возможности ошибочного соединения большинство разъёмов выполняют с ориентирующими элементами, на профессиональном жаргоне часто называемыми «ключами».

Ориентирующий элемент — это направляющие в форме разных выступов и пазов, обеспечивающие при сочленении взаимную ориентацию частей электрического соединителя. Ориентирующие элементы предназначены, как правило, для того, чтобы каждый контакт одной части соединителя соединился с предназначенным ему ответным контактом другой при сочленении.

Соединитель представляет собой, как правило, парное устройство: часть «папа» (англ. male plug; по ГОСТ — вилочная часть) содержит штыревые контакты (штыри); «мама» (англ. female plug; по ГОСТ — розеточная часть) содержит гнездовые контакты^[1]. Штыревые и гнездовые контакты, соприкасающиеся при образовании электрического контакта, совместно именуются контакт-деталями^[2]. Штыревая контакт-деталь предназначена для ввода в гнездовую и электрического контактирования с ней по своей внешней рабочей поверхности, а гнездовая — со штыревой по своей внутренней рабочей поверхности. Гнездовая контакт-деталь обычно представляет собой одну или две пружинящие пластины. При сочленении соединителя штырь касается пластин, которые, изгибаясь, охватывают его, обеспечивая постоянный электрический контакт.

Существуют и соединители, содержащие в одной части как штыревые, так и гнездовые контакты. В русскоязычной технической и справочной литературе такие соединители называются гибридами электрического соединителя. В англоязычной литературе такие разъёмы называют гермафроди́тными (англ. hermaphroditic) или беспо́лыми (англ. genderless, sexless).

Значительное распространение имеют разъёмы, в которых отсутствуют контактные штыри и, соответственно, обхватывающие их контакты. Вместо штырей используются контактные площадки, которые выглядят равнозначно с обеих сторон разъёма (например, у разъёма USB или у процессоров фирмы «Intel» семейства Core).

В советской технической литературе была однозначно принята классификация по признаку «розетка-гнездо-штекер» с возможным дополнительным уточнением типа и самих контактов «папа» или «мама».

Таким образом, учитывая обе эти классификации, получается четыре группы разъёмов:

часть, располагаемая на основной (неподвижной) части устройства:

гнездо «мама»;
гнездо «папа»;

часть, располагаемая на подвижной части (кабеле):

штекер «мама»;
штекер «папа».

Классификация

В подавляющем большинстве стран мира, как и в России, используются розетки типа С с круглыми отверстиями. Однако, не во всем мире такая форма розеток. В некоторых странах вид розеток отличается. Также иногда варьируется стандарт напряжения.

Напряжение и частота. 220/50, 220/60, 110/50, 110/60

Типы вилок

Типы штепселей

В зависимости от области использования и типа оборудования разъёмы классифицируются по:

назначению (сигнальные, питающие, аудио, видео, компьютерные и прочие);
напряжению (низковольтные, высоковольтные);
силе тока (слаботочные, сильноточные);
диапазону частот проходящего через них тока (на переменный ток (англ. АC), на постоянный ток (англ. DC); низкочастотные, высокочастотные);
методу монтажа (на панель, на провод, на шасси);
способу подключения провода к контакту (винтовая клемма, обжим, пайка);
защищённости от внешней среды (для оценки которой чаще всего используется система IP. Самая высокая степень защиты — IP68).

Общие характеристики:

число контактов;
допустимое напряжение и ток;
контактное давление;
контактное сопротивление;
электрическая прочность;
сопротивление межконтактной изоляции;
диапазон рабочих частот;
габариты;
допустимые климатические и механические условия эксплуатации;
гарантированное количество циклов коммутации.

Существуют по классификации и материалам, применяемым в розетках, латунные и бронзовые. Самые распространённые — латунные по внутреннему составу^[3]. Розетки существуют в исполнениях для скрытой установки (встраиваемые) и для открытой (накладные).

На сегодняшний день используется огромное число типов соединителей (разъёмов). Вот лишь некоторые их распространённые типы:

разъёмы IEC, служащие для подключения питания напряжением до 250 вольт по спецификации IEC 60320 (ранее IEC 320): C13/C14, C15/C16, C19/C20 и прочие;
разъёмы BNC — разъёмы с байонетной фиксацией, служащие для подключения коаксиального кабеля диаметром до 8 мм;
разъёмы TRS/TRRS или «jack» («джек», «мини-джек» и «микро-джек») — разъёмы диаметром 6,35 (1/4″), 3,5 или 2,5 мм. Применение:
- передача аудиосигнала в различной технике:
  - профессиональное музыкальное оборудование: микшерные пульты, электрогитары и гитарные усилители, электронные ударные установки;
  - наушники профессионального и любительского уровня, микрофоны, гарнитуры к телефонам, рациям и т. п.;
  - звуковые карты компьютеров;
  - акустические системы, используемые преимущественно для компьютеров и мультимедийной техники;
  - портативная техника: плееры, видеокамеры, мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты;
- передача других сигналов:
  - синхронизаторы для профессиональных студийных фотографических вспышек;
  - подключение ИК-приёмника для ПДУ;
разъёмы RCA (в просторечии — «тюльпаны»), служащие для подключения бытовой аудио- и видеотехники;
разъёмы XLR, используемые для подключения профессиональной аудио, видео и световой аппаратуры;
разъёмы SCART, используемые для подключения видеотехники (передача команд и аналоговых и цифровых данных между телевизорами и источниками видеосигналов типа проигрывателей: видеомагнитофон, DVD-проигрыватель);
разъёмы RJ («registered jack») — малогабаритные пластмассовые разъёмы прямоугольной формы, используемые для соединения телекоммуникационного оборудования;
разъёмы D-sub — несколько компактных соединителей, служащих для передачи слаботочных сигналов;
микроразъёмы ленточного типа — соединители, разработанные фирмой «Centronics» и использующиеся в следующих интерфейсах:
- интерфейс, служащий для подключения устройств к шине цифровых измерительных приборов. Описан в международном стандарте IEEE 488;
- параллельный интерфейс, служащий для подключения периферийных устройств (принтера, сканера и прочих) к персональному компьютеру. Описан в международном стандарте IEEE 1284-B;
- интерфейс SCSI-1 (50-контактный соединитель);
- интерфейс для подключения телефона (50-контактный соединитель RJ21);
- интерфейс USB;
- интерфейс IEEE 1394, служащий для подключения различных устройств к шине компьютера. Различные фирмы называют интерфейс по‑разному:
  - Apple — FireWire;
  - Sony — i.LINK;
  - Yamaha — mLAN;
  - TI — Lynx;
  - Creative — SB1394.

Энциклопедический словарь содержит перевод нем. stecker в двух равноценных статьях: «штеккер»^[4] и «штекер»^[5].

Силовые розетки

Цепочка различных штепселей

Розетка типа F (Schuko)

Имеют, в зависимости от типа, от двух до пяти отверстий, в которых находятся контакты под напряжением. Розетки специального назначения могут иметь и большее количество контактов.

Силовые розетки бывают как для однофазной, так и для трёхфазной сети, различных степеней защиты, также с различными механизмами защиты от случайного проникновения («защита от детей»). Также применяются в переносных удлинителях и разветвителях.

В большинстве силовых розеток 220/380 В для обеспечения контакта используется упругость полоски из малоупругого контактного металла, обычно латуни, а в дешевых розетках из стали (то есть плоская пружина). Малая упругость материала и большие нагрузки на изгиб в плоской пружине (см. закон Гука) при частом включении/выключении приводят со временем к тому, что плоская пружина теряет упругость, контакт становится хуже, что приводит к излишнему нагреву или контакт совсем пропадает и розетка перестаёт функционировать. Более надёжные розетки, в которых упругая винтовая пружина, через прижимную пластину, прижимает штырь вилки к контактной пластине розетки, или контакты дополнительно усилены пружиной.

Розетки с основой из керамики считаются менее пожароопасны, чем пластмассовые. В настоящее время в подавляющем большинстве в качестве основы применяются термопласты, например PC (поликарбонат), которые отличаются стойкостью к высоким температурам и не поддерживают горение.

В России распространены типы C («советская», двухполюсная) и F («евро», трёхполюсная). При этом тип C допустим только в жилых зданиях, а в новых зданиях розетки должны устанавливаться только тип F, а установленные постепенно меняться на тип F.

По типу проводки розетки бывают открытыми (для открытой проводки; также называемые накладными) и закрытыми (для скрытой проводки; также называемые встраиваемыми).

По степени пылевлагозащищенности:

Смотри таблицу степеней защиты IP

Кроме того, розетки имеют ряд параметров: максимальный ток, максимальное напряжение, надёжность и т. п. Практически все розетки обычной бытовой однофазной сети напряжением 220 В выпускаются с запасом до 250 В.

Электрические розетки часто оборудуются защитными приспособлениями^[6]: шторками (внутри, открываются только при одновременном воздействии на обе шторки, и в рекламе утверждается что ребенок не сможет вставить один гвоздь) и крышками (снаружи, защищают розетку от внешних воздействий).

С 2018 года рекомендацией МЧС России был утвержден современный метод защиты розеток от искрения, перегрева и возникновения огня, для этого в монтированный в стене подрозетник необходимо установить противопожарную пластину, которая в случае выделения избыточного тепла, искрения или возникновения открытого огня выделяет огнетушащее вещество (перфтор - 2-метил-3-пентанон) разрушая на химическом уровне процесс горения.

Сигнальные (информационные) розетки

Вилка ВПВ-1 с розеткой РПВ-1 для абонентской радиоточки

В СССР для подключения радиоточек использовались розетки стандарта, похожего на стандарт для силовых розеток. Для того, чтобы отличать эту розетку от силовой, на ней делалась надпись «радио» (соответствующая надпись была и на вилке). Однако в связи со случаями включения радиоточек в розетку 220В, для установки радиоточек стали применять розетки РПВ-1 и РПВ-2 (для скрытой проводки), похожие на переходную розетку A/C.

Телефонные розетки

Слаботочные розетки, для подключения кабеля проводных и беспроводных телефонных аппаратов к телефонной сети. Ответная часть розетки — штекер, предназначенный для оконцовки кабеля (монтажа разъёма на конец кабеля) Существует несколько стандартов:

RJ-9 (P4C4). Разъёмы RJ-9 (P4C4) Используются для соединения телефонных аппаратов с телефонными трубками (микротелефонный). RJ расшифровывается, как Registered Jack^[7].
RJ-11 (P6C4, Р6С2). Разъёмы RJ-11 (P6C4, Р6С2) чаще всего используются в телефонии для коммутации телефонных аппаратов с телефонной линией (линейный). Разумеется, что штекеры обоих стандартов разъёмов (RJ-9 и RJ-11), несовместимы друг с другом: сделано это специально во избежание путаницы.
TAE (немецкий и французский стандарт).
РТШК-4 (розетка телефонная штепсельная с конденсатором) — советский стандарт 1980-х годов, перенятый из Польши (4 широких контакта + ключ). До заимствования данного типа розетки телефон нужно было подключать неразъёмным способом, с помощью специальной отводной коробки^[8]. Все розетки РТШК в помещении должны были включаться в цепочку, при отключении всех аппаратов из которой линия замыкалась конденсатором ёмкостью 1 мкФ. Это было нужно персоналу телефонной станции для проверки линии и на время поступления вызова создавало эффект занятой линии для звонящего человека. Конденсатор устанавливался обычно в одну, самую последнюю, розетку. На данный момент такой разъём устарел, используется разве что в старых домах, а потому розетки и вилки данного стандарта как правило выпускаются совмещёнными с разъёмом RJ-11 (см. фото).

Штекеры стандарта RJ
Штекер стандарта TAE
Совмещённая телефонная розетка, включающая в себя разъёмы РТШК-4 и RJ-11
Совмещённая телефонная вилка, включающая в себя разъёмы РТШК-4 и RJ-11
Штекеры RJ-11 и РТШК-4, соединённые телефонным проводом
RJ-9 для подключения трубки и гарнитуры к IP-телефону

Розетки для звуковых сигналов

Розетки коаксиальных линий

Розетки для компьютерных сетей

Конструкция старых типов локальных сетей, на коаксиальном кабеле, была такова, что исключала наличие настенных розеток (см. 10BASE5, 10BASE2). Возможность использовать настенные розетки пришла с распространением локальных сетей на витой дифференциальной паре проводов (см. 10BASE-T, 100BASE-T4, 100BASE-TX). Такие розетки называют RJ-45 или, более правильно, «8P8C» — 8 посадочных мест с 8 же контактами. Современные розетки этого типа выполняются либо накладными (обычно параллелепипед с одним или несколькими отверстиями в торце), либо для встраивания в стену (отдельно, либо в составных изделиях).

В офисных зданиях для упрощения разводки иногда применяют как для телефонов, так и для компьютеров, исключительно розетки 8p8c, которые потом подсоединяются на кросс-панели в серверной комнате либо к компьютерной сети, либо к телефонной сети, исходя из потребностей фирмы. (телефонный разъём RJ-11 входит и корректно фиксируется в разъём RJ-45, при этом 4 контакта RJ-11 соединяются с средними 4 контактами разъёма RJ-45)

Прочие типы розеток

Разнимаемое соединение настолько удобно, что его используют внутри и снаружи многих радиоэлектронных и силовых устройств. Иногда вмещающие части таких соединений тоже называют розетками, а вставляемые — вилками.

Информационные розетки могут быть не только проводными, но и оптическими. Оптические розетки в большинстве случаев используются для передачи дискретных сигналов, как например сигналы компьютерных сетей (FOIRL, 10BASE-F, 10BASE-FL, 100BASE-SX, 100BASE-FX и т. д.) или звуковые сигналы в цифровой форме (TOSLINK).

Конструирование

Создание нового современного соединителя является нелёгкой задачей: разработчик должен рассмотреть, помимо технико-экономических и экологических факторов, ещё и требование намеренной несовместимости. Новый разъём не должен допускать ошибочное включение в имеющиеся в практической эксплуатации прочие виды соединителей, количество которых весьма велико, и разработчик должен иметь представление о каждом из них. Неполное соблюдение этого требования на практике приводит к тому, что, например, вилка разъёма USB типа А подходит к Ethernet-розетке, а значит, рано или поздно может быть в неё подключена по ошибке. Хотя в бытовых условиях эта конкретная ситуация электрически безопасна, тем не менее она порой приводит к недоумению. Опасный пример — подключение радиоточки в осветительную сеть: их вилка и розетка часто были полностью совместимы.

См. также

Низкочастотные разъёмы

Водяная розетка

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 ГОСТ 21962-76. Соединители электрические. Термины и определения.
↑ ГОСТ 14312-79. Контакты электрические. Термины и определения.
↑ ГОСТ 24566-86 «Соединители плоские втычные. Основные размеры, технические требования и методы испытаний»
↑ dic.academic.ru/dic.nsf/es/65461/штеккер // Энциклопедический словарь. 2009.
↑ dic.academic.ru/dic.nsf/es/106467/штекер // Энциклопедический словарь. 2009.
↑ Десять фактов о розетках 220В (неопр.). FORUMHOUSE: Дом и дача. Дата обращения: 3 декабря 2015.
↑ Как самостоятельно подключить телефонную розетку?
↑ Телефонные розетки на www.aboutphone.info (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 января 2019. Архивировано 3 февраля 2017 года.

[gost-1] 1,0 ^1,1 ГОСТ 21962-76. Соединители электрические. Термины и определения.

[2] ГОСТ 14312-79. Контакты электрические. Термины и определения.

[3] ГОСТ 24566-86 «Соединители плоские втычные. Основные размеры, технические требования и методы испытаний»

[4] .academic.ru/dic.nsf/es/65461/штеккер // Энциклопедический словарь. 2009.

[5] .academic.ru/dic.nsf/es/106467/штекер // Энциклопедический словарь. 2009.

[6] Десять фактов о розетках 220В (неопр.). FORUMHOUSE: Дом и дача. Дата обращения: 3 декабря 2015.

[7] Как самостоятельно подключить телефонную розетку?

[8] Телефонные розетки на www.aboutphone.info (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 января 2019. Архивировано 3 февраля 2017 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]