M12 sriegio vandeniui atsparios jungtys atitinka IP55 standartą lauko valdymo korpusų montavimui

Prieš trejus metus gavau panikos apimtą skambutį iš saulės elektrinės operatoriaus Dziangsu provincijoje. Jo SCADA sistema išsijungė per liūtį. Vienos iš jungiamųjų dėžių valdymo korpusas praleido vandenį, o viduje esantys M8 jungčių mazgai sugedo. Po keturiasdešimt aštuonių valandų prastovos, šešių žmonių aptarnavimo komandos ir reikšmingos baudos iš tinklo operatoriaus jis uždavė man klausimą, kurį nuo tada girdžiu įvairiais būdais: „Kaip užtikrinti, kad tai niekada nepasikartotų?“ Atsakymas, kaip jam paaiškinau tada ir kaip paaiškinsiu šiame straipsnyje, slypi ne tik tinkamo korpuso IP apsaugos lygio pasirinkime, bet ir supratime, kaip jungties specifikacijos, ypač M12 srieginės vandeniui atsparios jungtys, sąveikauja su bendra sistemos konstrukcija, montavimo praktika ir priežiūros protokolais.

Padirbėjęs su pramoninės automatikos montuotojais ir elektros rangovais dešimtyse lauko instaliacijų – saulės elektrinių, vėjo turbinų valdymo dėžių, šviesoforų spintų, lauko apšvietimo valdymo sistemų ir vandens valymo įrenginių korpusų – susidariau aiškų vaizdą, kur M12 jungčių specifikacijos yra teisingai suprantamos, o kur jos sistemingai neteisingai interpretuojamos. Geros žinios yra tai, kad M12 jungtys, atitinkančios IEC 61076-2-101 standartą, yra vieni patikimiausių sujungimo komponentų, skirtų pramoniniam naudojimui lauke. Blogos žinios yra tai, kad „atitinka IP55“ duomenų lape automatiškai nereiškia, kad „išliks penkerius metus pakelės spintoje Guangdongo provincijoje taifūno sezono metu“, jei jungtis nėra tinkamai nurodyta, sumontuota ir prižiūrima.

Šiame straipsnyje apžvelgsiu techninį standartą, apibrėžiantį M12 jungties veikimą, paaiškinsiu, ką praktiškai reiškia IP55 ir aukštesni įvertinimai, pateiksiu pasirinkimo sistemą, atsižvelgiant į realias įrengimo sąlygas, ir pasidalinsiu tuo, ko išmokau iš gedimų, įskaitant saulės jėgainės jungiamąją dėžę, kuri ir pradėjo šią diskusiją.

Kodėl jūsų lauko gaubto nuotėkis iš tikrųjų gali būti jungties problema

Pradėsiu nuo dažno klaidingo supratimo, su kuriuo susiduriu beveik kiekvienoje pomirtinėje korpuso vandens patekimo gedimų analizėje: manymas, kad sugedo pats korpusas. Daugeliu atvejų, kai tiriu, korpuso tarpinė yra nepažeista. Tikrasis vandens patekimo taškas yra kabelio įėjimo taškuose – konkrečiai jungties ir korpuso sąsajoje bei jungties ir įrenginio sąsajoje. Būtent todėl teisingai parinkta ir sumontuota jungtis dažnai yra svarbiausias viso korpuso mazgo sandarumo elementas.

Kai lankiausi tame saulės energijos ūkyje Dziangsu valstijoje, pati jungimo dėžutė buvo IP65 apsaugos klasės. Tarpinė aplink dureles buvo nepažeista. Kondensato drenažo anga buvo švari. Tačiau kabelių riebokšliai, pro kuriuos lauko kabeliai ėjo į dėžutę, buvo standartiniai nailono kabelių riebokšliai be papildomų sandarinimo poveržlių, o iš anksto išlietos jutiklių kabelių jungtys buvo įdėtos į skydinėje montuojamą lizdą tik su paprastu O žiedo sandarikliu. Taifūno metu vėjo nešamas lietus dėl kapiliarinio veikimo pateko į skydinėje montuojamas lizdus, ​​o iš ten – į korpuso vidų. Pats korpusas buvo tvarkingas. Silpnoji grandis buvo jungtys.

Šis modelis kartojasi skirtingų tipų įrenginiuose. Tą patį gedimo režimą mačiau šviesoforų spintose Fudžiano provincijoje (kur musoniniai lietūs sukuria nuolatinę didelę drėgmę), vandens valymo įrenginių valdymo dėžutėse Šandongo provincijoje (kur dėl temperatūros svyravimų susidarantis kondensatas susijungia su vandens purslų poveikiu) ir elektromobilių įkrovimo stotelių korpusuose Džedziango provincijoje (kur plovimas slėgiu sukelia trumpalaikį aukšto slėgio vandens poveikį). Visais atvejais pirmasis gedimo taškas buvo jungtis, o ne korpusas.

IEC 61076-2-101 supratimas: standartas, apibrėžiantis M12 veikimą

Jei nurodote M12 jungtis, skirtas naudoti lauke, turite suprasti, ką iš tikrųjų apima IEC 61076-2-101 standartas ir, ne mažiau svarbu, ko jis negarantuoja. Šis standartas, anksčiau pavadintas „Elektroninės įrangos jungtys. 2-101 dalis: Apvalios jungtys. Detali M12 jungčių su sriegine fiksacija specifikacija“, yra pagrindinis dokumentas, apibrėžiantis pramoninės automatikos ir valdymo programose naudojamų M12 jungčių mechaninius matmenis, kontaktų išdėstymą ir našumo reikalavimus.

Standartas apibrėžia kelias pagrindines charakteristikas, kurias pirkimų komandos ir inžinieriai turi atidžiai įvertinti. Pirma, jame nurodomas fiksavimo mechanizmas: M12 jungtys naudoja varžtais fiksuojamą konstrukciją su išoriniu sriegiu jungties korpuse, kuris įsukamas į vidinį srieginį skydelio skylę, arba bajoneto tipo stūmimo fiksavimo mechanizmu. Varžtais fiksuojamas variantas yra tai, ką dauguma žmonių turi omenyje sakydami „M12 srieginė jungtis“, ir tai yra konstrukcija, kuri užtikrina patikimiausią sandarumą lauko aplinkoje. Varžtais fiksuojamas metalo-metalo arba metalo-polimero sandarinimas, atsparus vibracijos sukeltam atsipalaidavimui – tai yra esminis reikalavimas bet kokioje srityje, kurioje yra terminiai ciklai arba mechaninė vibracija.

Antra, standartas apibrėžia kontaktų išdėstymą. Pramoniniams jutikliams ir vykdikliams dažniausiai naudojamos A kodavimo (4 kontaktų nuolatinės srovės jutikliams ir maitinimui), B kodavimo (5 kontaktų „Fieldbus Foundation“ ir „Profibus“) ir D kodavimo (4 kontaktų „100M Ethernet“) jungtys. Lauko korpusų taikymams, susijusiems su energijos ir signalų paskirstymu, plačiausiai naudojama A kodavimo 4 kontaktų konfigūracija, paprastai skirta iki 250 V kintamosios srovės arba 250 V nuolatinės srovės ir 4 A nuolatinės srovės vienam kontaktui. X kodavimo jungtys (8 kontaktų, naudojamos gigabito Ethernet) tampa vis dažnesnės išmaniųjų korpusų taikymo srityse, kur kartu su maitinimu reikalingas greitas duomenų perdavimas.

Trečia, ir tai svarbiausia lauko sąlygomis taikomam IP55 atsparumo lygiui: IEC 61076-2-101 apibrėžia nominalų IP apsaugos lygį, pagrįstą jungties konstrukcija ir sandarinimo konstrukcija. Tačiau standarte nurodomos bandymo sąlygos – paprastai atliekamos kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis su švariomis jungtimis ir nurodytomis sukimo momento vertėmis – kurios nebūtinai atspindi realias lauko įrengimo sąlygas praėjus šešiems mėnesiams po to, kai jungtis buvo veikiama UV spinduliuotės, terminio ciklavimo ir mechaninių įtempių, atsirandančių montuojant lauke.

Pastarasis punktas yra labai svarbus. Kai gamintojas teigia, kad „IP67 klasė pagal IEC 61076-2-101“, iš tikrųjų jis teigia, kad nauja, švari jungtis, tinkamai surinkta pagal jų montavimo instrukcijas, išlaikė IP67 bandymą laboratorinėmis sąlygomis. Jungties veikimas po dvejų metų lauko sąlygomis visiškai priklauso nuo veiksnių, nepatenkančių į standarto taikymo sritį: korpuso medžiagos atsparumo UV spinduliams, jungties korpuso ir tvirtinimo plokštės šiluminio plėtimosi neatitikimo, varžtų fiksavimo mechanizmo sukimo momento palaikymo ir kabelio spaustuko konstrukcijos kokybės, kuri neleidžia kabeliui ištraukiant perduoti įtempio sandarikliui.

IP55, IP67 ir IP69K: ką šie skaičiai iš tikrųjų reiškia jūsų instaliacijai

IP (apsaugos nuo įsiskverbimo) reitingų sistema apibrėžta IEC 60529 ir pateikia standartizuotą būdą apibūdinti elektros gaubtų apsaugos nuo kietų objektų ir skysčių lygį. Reitingą sudaro du skaitmenys: pirmasis rodo apsaugą nuo kietų objektų (0–6), o antrasis – apsaugą nuo skysčių (0–9K).

Lauko valdymo korpusų jungčių taikymuose dažniausiai sutinkami trys apsaugos lygiai: IP55, IP67 ir IP69K. Norint tinkamai pasirinkti, labai svarbu suprasti, ką kiekvienas apsaugos lygis garantuoja, o ko negarantuoja.

IP55 reiškia, kad jungtis yra apsaugota nuo riboto dulkių patekimo („5“ įvertinimas: „apsaugota nuo dulkių“ – dulkių patekimas nėra visiškai apsaugotas, tačiau jų nepatenka pakankamai, kad trukdytų tinkamam veikimui) ir apsaugota nuo vandens patekimo vandens srovėmis iš bet kurios krypties („5“ po „x“ reiškia apsaugą nuo skysčių). IPX5 vandens srovės bandymui naudojamas antgalis su 6,3 mm anga, purškiantis vandenį 12,5 litro per minutę srautu, esant 30 kPa slėgiui, iš 3 metrų atstumo. Tai imituoja lietų ar taškymąsi vandenyje, bet neimituoja panardinimo ar plovimo aukšto slėgio srove.

IP67 reiškia, kad jungtis yra visiškai apsaugota nuo dulkių patekimo („6“: „atspari dulkėms“) ir apsaugota nuo laikino panardinimo į vandenį nuo 15 cm iki 1 metro gylyje. IPX7 bandymas apima bandinio panardinimą į vandenį 1 metro gylyje 30 minučių. Šis įvertinimas tinka jungtims, kurios gali būti laikinai užlietos arba atsitiktinai panardintos, tačiau neatsižvelgiama į aukštos temperatūros vandens ar aukšto slėgio vandens poveikį.

IP69K yra aukščiausias apsaugos įvertinimas IEC 60529 sistemoje ir iš pradžių buvo sukurtas maisto perdirbimo įrangai, kuriai reikalingas dažnas plovimas aukšto slėgio ir aukštos temperatūros srove. IP69K bandymas atliekamas purškiant 116–145 PSI (8–10 MPa) slėgiu vandeniu iš keturių kampų (0, 30, 60, 90 laipsnių), esant 14–16 litrų per minutę srautui, o vandens temperatūrai – 80 °C. Lauko korpusams IP69K paprastai nurodomas tik tose vietose, kur jungtys bus plaunamos slėgiu reguliariai valant įrangą, pavyzdžiui, maisto ir gėrimų perdirbimo gamyklose arba nuotekų valymo įrenginiuose, kur korpusų higiena yra labai svarbi.

Praktiškai tipinei lauko valdymo spintelei ne maisto perdirbimo aplinkoje IP55 paprastai pakanka standartiniam lietaus ir purslų poveikiui, o IP67 tampa aktualus, jei montavimas atliekamas potvynių pavojaus zonoje, žemės lygyje ar žemiau, arba vietoje, kur vandens telkinių susidarymas aplink korpuso pagrindą yra žinoma rizika. Sprendimas tarp IP55 ir IP67 turėtų būti priimamas atlikus konkrečios vietos rizikos vertinimą, kuriame atsižvelgiama į vietinius kritulių modelius, korpuso montavimo aukštį, drenažo sąlygas aplink montavimo vietą ir jungties gedimo pasekmes bendram sistemos veikimui.

Praktinis M12 jungčių, skirtų lauko korpusams, pasirinkimo kontrolinis sąrašas

Peržiūrėjęs dešimtis specifikacijų lapų ir montavimo vadovų, pagrindinius vertinimo kriterijus sudėjau į praktinį kontrolinį sąrašą, kurį rekomenduoju kiekvienam inžinieriui, projektuojančiam M12 jungtis, skirtas naudoti lauke. Tai nepakeičia išsamios inžinerinės peržiūros, tačiau tai yra atspirties taškas, apimantis dažniausiai nepastebimus veiksnius.

Pirmiausia patikrinkite, ar kodavimas ir kontaktų išdėstymas atitinka jūsų taikymą. Kaip minėta anksčiau, A kodavimo 4 kontaktų jungtis yra labiausiai paplitusi maitinimo ir nuolatinės srovės signalų taikymuose. B kodavimo 5 kontaktų jungtis naudojama lauko magistralės protokolams. D kodavimo 4 kontaktų jungtis palaiko 100 Mbps Ethernet. X kodavimo 8 kontaktų jungtis palaiko gigabitinį Ethernet. Neteisingo kodo tipo naudojimas gali sukelti mechaninį nesuderinamumą jungiamojoje sąsajoje, dėl kurio montuotojai gali būti priversti naudoti adapterius arba, dar blogiau, modifikuoti jungtį lauke – abu šie veiksniai pablogina sandarumo savybes.

Antra, patikrinkite, ar korpuso medžiaga tinka jūsų montavimo aplinkai. Dažniausios M12 jungčių korpusų medžiagos yra poliamidas (PA, paprastai vadinamas nailonu) ir nerūdijantis plienas. Poliamido korpusai yra lengvi, ekonomiški ir pasižymi geru cheminiu atsparumu daugumai pramoninių tirpiklių ir alyvų. Tačiau PA laikui bėgant, veikiamas tiesioginių saulės spindulių, yra jautrus UV spindulių degradacijai, dėl kurios po 3–5 metų lauko poveikio sandarinimo srityje gali atsirasti įtrūkimų ir trapumas. Ilgalaikiam lauko montavimui pasirinkite UV spinduliams stabilų PA arba nerūdijančio plieno (AISI 303 arba 316) korpusus. Nerūdijančio plieno jungtys yra gana brangios – paprastai 3–5 kartus brangesnės nei PA – tačiau ilgesnis tarnavimo laikas UV spindulių veikiamoje aplinkoje dažnai pateisina investiciją.

Trečia, įvertinkite kabelio spaustuko konstrukciją. Kabelio įvado taškas dažnai yra silpniausia M12 jungties mazgo grandis. Jungtys su integruotais kabelio spaustukais, kuriuose naudojamas suspaudimo jungtis arba spyruoklinis spaustuko mechanizmas, užtikrina geresnį kabelio ištraukimo atsparumą ir geresnį sandarumą kabelio įvado taške nei jungtys su paprastais įtempimo mažinimo antgaliais. Tai ypač svarbu lauko instaliacijose, kur kabeliai yra veikiami terminių ciklų, vėjo sukelto judėjimo ir galimo mechaninio įtempimo dėl atsitiktinio kabelio užsikabinimo.

Ketvirta, patikrinkite darbinės temperatūros diapazoną. Standartinės M12 jungtys su PA korpusais paprastai veikia nuo -25 °C iki +85 °C. Platesnio temperatūros diapazono versijos (paprastai nuo -40 °C iki +105 °C) naudoja skirtingas korpuso medžiagas ir sandarinimo junginius ir yra tinkamos montuoti klimato sąlygomis, kuriose vyrauja dideli temperatūros svyravimai, arba korpusuose, kurie montuojami tiesioginiuose saulės spinduliuose, kur vidinė temperatūra gali viršyti aplinkos temperatūrą 15–20 °C. Centrinės Kinijos lauko spintose, kur vasaros temperatūra gali siekti 40 °C aplinkos, o tamsių spalvų korpusų, esančių tiesioginiuose saulės spinduliuose, vidinė temperatūra gali siekti 60 °C ar aukštesnę, jungčių su išplėstu temperatūros diapazonu nurodymas nėra neprivalomas – tai būtina.

Kaip patikrinti sertifikavimo dokumentus prieš perkant

Šis žingsnis praleidžiamas dažniau nei turėtų būti, ir tai yra daugelio mano tirtų jungčių gedimų pagrindinė priežastis. Pirkimų komandos priima duomenų lapo teiginį „IP67 įvertinimas pagal IEC 61076-2-101“ kaip pakankamą kvalifikaciją, neprašydamos tikrosios bandymo ataskaitos ar sertifikato. Tai klaida, nes duomenų lapo teiginys yra rinkodaros pareiškimas, o ne kokybės užtikrinimo dokumentas.

Kai vertinu naujo M12 jungčių tiekėjo kvalifikaciją, prašau trijų dokumentų: akredituotos trečiosios šalies laboratorijos (pvz., TUV, UL arba lygiavertės IEC 60529 akredituotos bandymų įstaigos) bandymų ataskaitos, patvirtinančios, kad IP apsaugos klasė buvo patikrinta standartinėmis bandymų sąlygomis; gamintojo pateiktų gamybos kokybės kontrolės duomenų, rodančių, kad 100 % jungčių yra patikrinamos dėl sandarumo gamybos metu (ne tik atliekant pirmojo gaminio patikrą); ir korpuso medžiagos duomenų lapo, patvirtinančio, kad medžiagos sudėtyje yra UV stabilizavimo priedas.

Šio straipsnio pradžioje minėto saulės energijos parko jungiamosios dėžutės gedimo atveju jungčių tiekėjo duomenų lape buvo nurodyta IP67 atsparumo klasė. Bandymų ataskaitoje nurodyta, kad IP67 atitikimas buvo patikrintas – tačiau tai buvo atlikta su trimis jungtimis, išbandytomis idealiomis laboratorinėmis sąlygomis, naujomis. Nebuvo jokių gamybos bandymų duomenų, UV senėjimo duomenų ir mechaninio ištraukimo bandymų duomenų. Po dvejų metų lauko poveikio silikoninė sandarinimo tarpinė skydelio tvirtinimo lizde pradėjo irti dėl UV spindulių poveikio, o efektyvus sandarinimas pablogėjo nuo IP67 iki maždaug IP54. Taifūnas nesukėlė naujo gedimo – jis atskleidė jau egzistavusį irimą, kuris kaupėsi mėnesius.

Įrengimo praktika, lemianti našumą lauke

Net ir geriausia M12 jungtis gali sugesti, jei nebus tinkamai sumontuota. Noriu pabrėžti dažniausiai pasitaikančias montavimo klaidas ir ką daryti vietoj jų.

Pirmoji ir dažniausia klaida yra neteisingas varžtų fiksavimo mechanizmo sukimo momentas. Standartas IEC 61076-2-101 nurodo rekomenduojamą priveržimo sukimo momentą – paprastai nuo 0,4 iki 0,6 Nm M12 srieginėms jungtims – kuris subalansuoja mechaninį fiksavimo efektyvumą ir sandarinimo sąsajos pažeidimo riziką. Nepakankamas sukimo momentas sukuria mechaniškai nestabilų sandariklį, kuris gali atsilaisvinti dėl vibracijos. Per didelis sukimo momentas gali suspausti ir pažeisti sandarinimo žiedą arba tarpinę, o tai visam laikui pablogina sandarinimo savybes. Praktiškai rekomenduoju naudoti sukimo momento raktą arba sukimo momentą ribojantį atsuktuvą, nustatytą pagal gamintojo nurodytą sukimo momento vertę, o ne pasikliauti „ranka priveržta plius ketvirtis apsisukimo“.

Antra dažna klaida – netinkamas skydelio tvirtinimo gylis. Kai M12 jungtis montuojama skydelyje į korpuso sienelę, korpuso sienelės storis turi įtakos jungties sriegio įkibimo gyliui. Jei skydelis per plonas, sriegio įkibimas gali būti nepakankamas, kad atlaikytų vardinę ištraukimo jėgą. Jei skydelis per storas, jungties korpusas gali įsmukti dar prieš sandarinimo paviršiui visiškai prisiliečiant prie korpuso paviršiaus. Dauguma gamintojų nurodo minimalų ir maksimalų skydelio storio diapazoną savo skydelio tvirtinimo lizdams – standartinėms versijoms paprastai nuo 1,5 mm iki 4 mm. Naudojant skydelio storį, viršijantį šį diapazoną, nepasitarus su gamintoju, gali atsirasti sandariklio gedimas, kuris nematomas montuojant ir tampa pastebimas tik po pirmosios liūties.

Trečia klaida – netinkamo kabelio tipo naudojimas. M12 jungtys skirtos naudoti su tam tikrais kabelių skersmenimis ir konstrukcijomis. Naudojant kabelį, kurio išorinis skersmuo yra mažesnis nei jungties kabelio spaustuko diapazonas, spaustukas bus laisvas ir neužtikrins tinkamo sandarumo ar įtempimo mažinimo. Naudojant per didelį kabelį, jis netiks arba reikės per didelės jėgos, kuri gali pažeisti jungties korpusą arba kabelio apvalkalą surinkimo metu. Visada patikrinkite jungties gamintojo nurodytą kabelio skersmens diapazoną ir įsitikinkite, kad jūsų lauko kabelio konstrukcija (viengyslis ir daugiagyslis, PVC ir PUR apvalkalas, ekranuotas ir neekranuotas) atitinka jungties konstrukciją.

Priežiūros protokolai, kurie prailgina jungčių tarnavimo laiką

Lauko valdymo skydų montavimui rekomenduoju parengti prevencinės priežiūros protokolą, kuris apimtų periodišką visų M12 jungčių patikrinimą. Dažnis priklauso nuo įrengimo vietos aplinkos sąlygų, tačiau daugumai lauko skydų subtropinio arba musoninio klimato regionuose patartina atlikti metinę apžiūrą sausuoju metų laiku.

Patikrinimo kontroliniame sąraše turėtų būti vizualiai patikrintas jungties korpusas, ar nėra UV spindulių poveikio požymių (įtrūkimų, kreidos, spalvos pakitimų), patikrinta, ar varžtų fiksavimo mechanizmas vis dar yra priveržtas nurodytu sukimo momentu (naudojant sukimo momento raktą, o ne liečiant), patikrinta kabelio įvado vieta, ar nėra apvalkalo pažeidimo ar drėgmės prasiskverbimo išilgai kabelio požymių, ir patikrinta, ar skydelio tipo jungčių sandarinimo paviršius yra švarus ir be šiukšlių, seno sandariklio ar korozijos produktų, kurie galėtų pažeisti sandarinimo sąsają.

Vienas praktiškas patarimas dėl priežiūros: prieš surinkdami M12 jungčių sandarinimo paviršių užtepkite ploną silikoninio dielektrinio tepalo sluoksnį. Tai atlieka dvejopą funkciją. Pirma, tai sukuria papildomą barjerą nuo drėgmės patekimo į sandarinimo sąsają. Antra, surinkimo metu jis veikia kaip tepalas, todėl lengviau pasiekti tinkamą sukimo momentą nesukeliant papildomos įtampos sandarinimo elementams. Naudokite specialiai elektros jungtims sukurtą dielektrinį tepalą – standartinis automobilių tepalas gali pažeisti kai kurias korpuso medžiagas ir laikui bėgant pažeisti guminius sandarinimo elementus.

Vidinės nuorodos:
PCT-211 DIN bėgelio įspaudžiamų laidų gnybtų blokas — J-Guang Electronics
Visas gaminių asortimentas — J-Guang pramoniniai elektroniniai komponentai

Išorinės nuorodos: IEC 61076-2-101 jungties standartas · UL 94 atsparumas liepsnai · RoHS direktyva 2011/65/ES · ISO 9227 druskos purškimo bandymas · J-Guang produktų katalogas