Техническая информация о металлических деталях соединительных клеммных колодок

Материалы для изготовления электрических клеммных зажимов

Обычные материалы для изготовления электрических клеммных зажимов: латунь, сталь, нержавеющая сталь и никель.

Их выбор для соединительной колодки определяется тремя основными факторами:

• сопротивлением движению электрического тока, «удельным сопротивлением», при различных рабочих температурах;

• изменением механического сопротивления в зависимости от температуры; это критически важный параметр для клеммных зажимов, используемых при высокой и очень высокой температуре;

• стоимостью сырья и его переработки.

Удельное сопротивление току

Любой электрический клеммный зажим, через который проходит электрический ток, нагревается за счет эффекта Джоуля. Чем больше текущее сечение, тем ниже сопротивление. Чем больше расстояние между зажимными винтами проводов, тем больше будет сопротивление. Это логическое правило является основой для разработки конструкции клеммных зажимов. Вторым параметром является удельное сопротивление, выраженное в Ом∙м, которое сильно варьируется в зависимости от материалов. Величиной, обратной удельному сопротивлению, является удельная электропроводность, выраженная в сименс/м, которая также иногда указывается по сравнению с медью (в % от IACS (Международный стандарт на отожженную медь)). Можно отметить, что удельная электропроводность нержавеющей стали более чем в 12 раз ниже, чем у латуни.

Другой характеристикой этих металлов является увеличение их удельного сопротивления при повышении температуры. Этот параметр необходимо тщательно рассчитывать при проектировании поперечного сечения клеммного зажима, используемого при высокой рабочей температуре.

Таблица удельного сопротивления и удельной электропроводности основных металлов, используемых в соединителях, при температуре 20° C

Максимальное изменение предела прочности на растяжение в зависимости от температуры

Сравнение изменений предела прочности на растяжение меди, латуни UZ34Pb2, стали SPCC, нержавеющей стали AISI 304 и никеля 201 в соответствии с максимальной температурой воздействия, поддерживаемой в течение 90 минут (в % от значения, измеренного при комнатной температуре)

Медь и сталь постепенно теряют механическую прочность, сохраняя лишь около 50% при температуре около 900° C. Латунь остается относительно стабильной, но достигает точки плавления непосредственно перед температурой 900° C. Нержавеющая сталь 304 и никель 201 не демонстрируют существенных изменений механической прочности до 900° C.

Окисление металлов в зависимости от температуры

Внешний вид образцов из латуни, никелированной латуни, никелированной стали, нержавеющей стали AISI 304 и никеля 201 после выдержки в течение одного часа при различных температурах в электрической печи в окисляющей среде

Оксидные слои становятся неприемлемыми для меди и латуни при 400° C, стали при 500° C, а также для нержавеющей стали AISI 304 при 900° C. Отсутствие значительного оксидного слоя у никеля 201

Стоимость сырья (По сравнению с низкоуглеродистой холоднокатаной сталью типа SPCC)

Способы зажима провода

В зависимости от размера соединительных колодок на этих клеммных зажимах используются винты M3, M3.5, M4, M5 и M6. Их особенности:

• производство: очень небольшой вес используемого материала, очень низкие производственные потери. Следовательно, это самый экологически ответственный клеммный зажим;

• использование винтов с невыпадающей и охватывающей квадратной шайбой позволяет уложить внутри каждого клеммного зажима по 2 провода, даже с немного разными размерами, что не повлияет на качество затяжки;

• эластичное воздействие прижимной шайбы также обеспечивает хорошую устойчивость к ослаблению из-за вибрации;

• такой тип клеммного зажима позволяет вставлять в него жесткие или скрученные провода, вилкообразные проушины, петлевые проушины и кабельные наконечники;

• кабельный наконечник находится на виду, что дает возможность без помех наблюдать за правильностью вставки проводов;

• очень эффективная затяжка жестких или гибких проводов, а прочность на отрыв значительно выше, чем указано в стандарте;

• токопроводящая часть клеммного зажима может быть изготовлена из никелированной стали, необработанной или никелированной латуни, чистого никеля или даже нержавеющей стали;

• тем не менее, небольшое сечение прохождения тока делает их очень чувствительными к нагреву за счет эффекта Джоуля, особенно если они изготовлены из никелированной или нержавеющей стали.

Эта система является наиболее распространенной и традиционно используется на керамических клеммных колодках более 100 лет. Такие клеммные зажимы изготовлены из экструдированных особым образом латунных стержней CUZn40Pb2 с требуемым профилем под каждый размер.

Состав латуни (60% меди) важен для обеспечения низкого удельного электрического сопротивления и для предотвращения хрупкости материала, которая появляется при слишком высоких уровнях цинка.

Они имеют дополнительную толщину в области резьбового отверстия, что обеспечивает достаточную длину резьбы, чтобы выдерживать усилия затяжки, требуемые стандартами, а толщина стенки вокруг центрального отверстия также должна быть достаточной для предотвращения растрескивания трубки при затягивании винта.

Однако их изготовление из металла, отличного от латуни (нержавеющая сталь, сталь) — очень сложный и дорогостоящий процесс.

По причине размягчения латуни при высоких температурах их нельзя использовать на клеммных колодках для высокой температуры.

Из-за веса металла, необходимого для такого исполнения, они становятся очень дорогими для использования с проводами сечением более 16 мм².

Эти клеммные зажимы также ограничены по сортаменту проводов, которые могут быть эффективно затянуты, потому что ход прижимного винта ограничен круглым сечением отверстия — винт быстро блокируется между стенками.

В отличие от деталей, изготовленных из стержня, этот тип производства, хотя и дорогой с точки зрения используемого оборудования, снижает потери металла. Он особенно экономичен на больших сечениях (более 16 мм²). Его также можно использовать для изготовления клеммных зажимов из никелированной стали, нержавеющей стали или никеля. Это предпочтительный метод для изготовления клеммных зажимов, устойчивых к температурам до 750° C. Поскольку отверстие для провода имеет прямоугольную форму, у зажимного винта появляется большая длина хода зажима, что увеличивает диапазон допустимого сортамента проводов.

Предназначенная для моделей с большим поперечным сечением, эта система сочетает корпус из нержавеющей стали или никеля с винтами с цилиндрической головкой под внутренний шестигранник. Никелевый пружинный лист распределяет давление. Поскольку риск разрезания жил отсутствует, рекомендуется использовать гибкие или сверхгибкие провода классов 5 и 6. Гибкость прижимной пластины обеспечивает оптимальный зажим, независимо от расширений, вызванных температурой. Эти модели выдерживают постоянную температуру 750° C и пиковую температуру 950° C

Такие клеммные зажимы используются на высокотемпературных клеммных колодках, поскольку их можно с легкостью изготовить из нержавеющей стали. Они позволяют располагать два провода под одной и той же подкладкой и подходят для широкого диапазона сортамента проводов. Пружинная шайба, расположенная между головкой винта и подкладкой, обеспечивает непрерывность зажима даже при высоких температурах и на медных проводах. Однако из-за низкой электропроводности нержавеющей стали клеммные зажимы имеют тенденцию нагреваться намного сильнее, чем клеммы из латуни или никеля, что ограничивает максимальный ток, который они могут выдержать.

Если такое ограничение интенсивности является предельным, рекомендуется использовать модели с клеммными зажимами из чистого никеля, но с упругой шайбой из нержавеющей стали. Чтобы избежать разрезания провода кромкой подкладки, на ней может быть предусмотрен выступ, предотвращающий разрезание.

Ослабление винтов клеммной колодки вследствие повышения температуры

Для клеммных зажимов, которые должны выдерживать высокие температуры, влияние температуры является критически важным параметром, который недостаточно учтен в действующих стандартах. Наиболее критическим моментом является ослабление клеммных зажимов. Этот фактор способствует увеличению сопротивления контакта между клеммным зажимом и проводом, что приводит к локальному нагреву вплоть до воспламенения находящихся рядом горючих материалов. Такое ослабление имеет четыре причины:

• Деформация клеммного зажима при его расширении ослабляет затяжку. Такая деформация, как правило, обратима, когда температура падает, и может быть компенсирована за счет упругости клеммного зажима или пружины, расположенной между зажимным винтом и проводом.

• Деформация клеммного зажима за счет изменения кристаллической структуры металла, аналогичного отжигу. Такой вид деформаций, как правило, является необратимым.

• Деформация медного провода, который становится вязким под действием нагрева. Такая деформация, как правило, необратима, но ее можно избежать, используя провода, стойкие к нагреву, например из никеля.

• Ослабление зажимного винта в результате последовательных циклов нагрева и охлаждения между различными материалами.

Существуют два решения, которые можно реализовать отдельно или совместно.

1. Вставить упругую металлическую деталь между винтом и проводом.

2. Использовать систему автоматической блокировки винтов, вызванной деформацией клеммного зажима при затяжке.

Среднее изменение момента затяжки винтов клеммной колодки после короткого* максимума температуры. Момент затяжки при 20° C принимается за 100% (клеммные зажимы затягиваются на стальном стержне с максимально допустимым для клеммного зажима номинальным диаметром)

При температуре выше 600° C нельзя использовать винты из никелированной стали, даже в течение короткого времени, потому что окисление винта приводит к его блокировке. При более высоких температурах можно использовать только винты из нержавеющей стали или никеля, которые сохраняют работоспособность, что позволяет, при необходимости, их снять и заменить.

Среднее изменение момента затяжки винтов клеммной колодки после длительного воздействия температуры 230° C. За 100% принято усилие затяжки при температуре 20° C. (Клеммные зажимы затягиваются на стальном стержне с максимально допустимым для клеммного зажима номинальным диаметром.)

Винты из никелированной стали, используемые на стальных или латунных клеммных зажимах, выдерживают постоянную температуру 230° C без блокировки и без аномального окисления

Среднее изменение момента затяжки винтов клеммной колодки после длительного воздействия температуры 300° C. За 100% принято усилие затяжки при температуре 20° C. (клеммные зажимы затягиваются на стальном стержне с максимально допустимым для клеммного зажима номинальным диаметром)

На клеммных зажимах из латуни или никелированной стали, используемых при постоянной температуре выше 300° C, мы не рекомендуем использовать винты из никелированной стали по причине ослабления момента затяжки.

Усилие выдергивания провода из установленного положения и сопротивление ослаблению под действием вибрации

Устойчивость к вибрации — это важный параметр для клеммных колодок, особенно если они установлены на грузовых автомобилях, в поездах или рядом с двигателем. Чтобы проверить действенность устойчивости клеммных зажимов к непредусмотренному ослаблению, их подвергли циклам переменных синусоидальных колебательных последовательностей длительностью 10 минут, охватывающих диапазон 1,7—5 Гц, с переменными ускорениями 0,3—2,6 G в течение 48 часов. Затем усилия выдергивания из установленного положения были измерены снова.

Испытания на отрыв

Испытания на устойчивость к вибрации

Изоляционные промежутки и расстояния утечки

Расстояния утечки измеряются по поверхности изоляции между двумя проводами разной полярности или между проводом и землей. Минимальные значения расстояний утечки, установленные стандартами, зависят, среди прочего, от рабочего напряжения электрической сети, возможных перенапряжений в сети и конкретной сферы применения.

В случае утечки, измеряемой на поверхности изолятора, важными являются характеристики используемого изолятора, поскольку они позволяют более или менее легко создавать электрические пути путем формирования токопроводящих дорожек. Это происходит из-за поверхностного сгорания под действием электрического тока, в присутствии воды, выделяющейся из пластмасс, а также по причине загрязнения поверхности, из-за которого оставшиеся атомы углерода становятся таким же количеством точек для прохождения тока. Поэтому пластмассы классифицируются в соответствии с этой особенностью.

На английском языке она называется CTI (Comparative Tracking Index, показатель стойкости к пробою), а на французском — «Indice de Résistance au courant de Cheminement» (IRC). Это максимальное напряжение, измеряемое в вольтах, при котором материал выдерживает 50 капель загрязненной воды без повреждения изолятора. Повреждение изолятора (трекинг) определяется, как формирование токопроводящих путей по причине электростатического напряжения, влажности и загрязнения. Самым высоким классом сопротивления току поверхностной утечки (трекинга) является класс 600V. Поэтому этот класс допускает формирование наименьшего расстояния утечки. Керамика и полиамид PA66 имеют класс CTI 600.

Воздушный зазор

Расстояния по воздуху (зазоры) — это самые короткие расстояния, измеренные по прямой линии в воздухе между двумя проводами с разным напряжением или между проводом и землей. Они представляют собой путь, по которому во время перенапряжения в воздухе возникает электрическая дуга.

RoHS и REACH

RoHS (Директива ЕС по ограничению вредных веществ): материалы, используемые в соединительных колодках, соответствуют Директиве ЕС 2015/863, Приложение II с поправками к Директиве 2011/65.

Сертификаты, выданные аккредитованной независимой лабораторией, доступны по запросу.

REACH (технический регламент ЕС «Порядок государственной регистрации, экспертизы и лицензирования химических веществ»): материалы, используемые в соединительных колодках, соответствуют Директивам ЕС REACH, согласно Директиве от июня 2017 г., добавляющей 173 вещества SVHC (Особо опасные вещества) из списка, опубликованного ECHA 12 января 2017 г., применяемого по Директиве REACH 1907/2006. Сертификаты, выданные аккредитованной независимой лабораторией, доступны по запросу.

С содержанием галогенов и без содержания галогенов

Согласно Международной электрохимической комиссии (стандарт IEC 61249-2-21 «Ограниченное использование галогена, предназначенного для электронных схем»), чтобы вещество можно было отнести к категории «не содержащее галогенов», оно должно содержать менее 900 ч/млн хлора или брома и менее 1500 ч/млн галогенов.

Галогеновые элементы — это любой из шести неметаллических элементов, которые составляют группу 17 (группа VIIa) периодической таблицы. Это фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), а также редкие и недавно обнаруженные элементы астат (At) и теннессин (Ts). Наиболее распространенными являются хлор и фтор, содержащиеся в ПВХ, тефлоне и его производных, а также бром, используемый в пластмассах в качестве пламезадерживающей добавки. Недостаток этих продуктов состоит в выделении токсичных паров при возгорании. Помимо риска для людей, они также выделяют агрессивные газы, вредные для электротехнического и электронного оборудования. Среди антипиренов, используемых в пластмассах, полихлорированные бифенилы (ПХБ) и полибромированные бифенилы (ПББ) оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду и людей из-за своей стойкости, токсичности и способности к биоаккумуляции.

При воздействии экстремальных термических напряжений, которые могут возникнуть во время пожара, бромосодержащие антипирены (БСА) могут образовывать галогенизированные диоксины и фураны.

ПББ и ПБДЭ (полибромированные дифенилэфиры) в настоящее время запрещены в Европе Директивами WEEE (Директива ЕС об отходах электрического и электронного оборудования) и RoHS.

Материалы предоставлены https://ultimheat.com/