Вкратце:

• Клеммная колодка с винтовым креплением для печатных плат с шагом 5,0 мм заполняет пробел между компактными схемами управления и сильноточными промышленными распределительными устройствами, позволяя использовать проводники сечением от 14 AWG до 10 AWG без специального инструмента.
• Номинальный ток 150 А зависит от проводимости латунного сплава и правильного момента затяжки винта, а не только от физических размеров, и ошибки при монтаже на месте остаются основной причиной преждевременного выхода из строя.
• Винтовые зажимы превосходят пружинные клеммы при работе с электродвигателями, поскольку вибрация вызывает усталость пружин, в то время как винтовые соединения сохраняют контактное сопротивление при циклической нагрузке 5g при правильном затяжке.
• Для глобального распространения необходима двойная сертификация по стандартам UL 1059 и IEC 60947-7-1, однако клеммные колодки, имеющие только сертификат CE, могут быть отклонены в североамериканских системах 480 В, где местные нормы требуют наличия маркировки признанных компонентов.
• Ускоренные испытания на долговечность в соответствии с протоколами IEC 60068-2-6 по вибрации и термическому циклированию показывают, что основным видом отказа в компрессорных помещениях и наружных панелях управления двигателями является ослабление винтов, а не деградация материала.

Когда вы открываете панель управления двигателем на любом промышленном предприятии, секция распределения питания часто выглядит как стена из зеленых и серых блоков, установленных на DIN-рейке. Инженеры выбирают эти клеммные колодки, ориентируясь на номинальный ток и шаг резьбы, не особо задумываясь. Это ошибка. Категория с шагом резьбы 5,0 мм занимает особую нишу в винтовых клеммных колодках для печатных плат, находясь между тесным расстоянием в 3,5 мм в сигнальной проводке и расстоянием в 7,5 мм или 10 мм в высоковольтном распределении. Это оптимальный вариант для распределения питания, поскольку он подходит для проводов достаточного сечения, пропускающих значительный ток, сохраняя при этом форм-фактор для монтажа на печатную плату, который предпочитают разработчики систем управления. Заявленная производителями, такими как Ningbo J-Guang Electronics, номинальная мощность в 150 А не случайна. Она отражает выбор материалов, геометрию винтов и предположения о теплоотводе, которые перестают работать, если условия установки отклоняются от условий испытаний. Я годами наблюдал, как команды по закупкам выбирают клеммные колодки, основываясь на цене за полюс, игнорируя полевые условия, которые определяют, прослужат ли эти полюса пять лет или пять месяцев. Разрыв между рейтингами в каталоге и реальными показателями является причиной большинства сбоев в дистрибуции.

Почему шаг 5,0 мм является оптимальным решением для промышленного распределения?

Шаг проводников 5,0 мм стал компромиссным решением. Меньшие шаги не позволяют использовать провода необходимого сечения или плотности тока для распределения питания. Большие шаги приводят к нерациональному использованию площади печатной платы и увеличению общей площади панели управления. Для производителей, ориентированных на системы управления промышленными двигателями, системы автоматизации зданий и инверторы для возобновляемой энергетики, шаг 5,0 мм представляет собой баланс между требованиями к электрическому зазору и механической плотностью. Расстояния утечки и зазоры при таком шаге достаточны для систем с напряжением менее 1000 В. МЕК 60947-7-1 когда основной материал имеет соответствующие характеристики, именно поэтому данный стандарт специально рассматривает клеммные колодки для промышленного оборудования с номинальным напряжением до 1000 В.

Совместимость с проводами сечением от 14AWG до 10AWG без модификации инструмента.

Одно из практических преимуществ шага клемм 5,0 мм заключается в широком диапазоне проводов, которые он вмещает, не требуя от монтажника замены обжимных матриц или длины зачистки. Одна серия клеммных блоков может работать с проводниками 14AWG для управляющих сигналов и проводниками 10AWG для силовых фидеров. Это важно в цеху. Если электрику необходимо подключить комбинированную панель с сигнальной и силовой проводкой, использование одного семейства клеммных блоков сокращает затраты на инструменты и обучение. Механизм винтового зажима в типичном Клеммная колодка с винтовым креплением для печатных плат с шагом 5,0 мм Используется конструкция с поднимающейся клеткой, которая приподнимает проводник над токосъемной планкой по мере затягивания винта. Эта конструкция подходит для одножильных, многожильных и проводников с наконечниками без переходных вставок, поэтому шаг 5,0 мм преобладает в проектах модернизации, где существующие типы проводов непредсказуемы.

IEC 60947-7-1 Требования к утечке тока и зазорам при напряжении 1000 В

Просачивание и зазор — это не абстрактные понятия. При напряжении 1000 В пробой между соседними полюсами может разрушить всю печатную плату. Шаг 5,0 мм обеспечивает приблизительно 5 мм воздушного зазора между проводящими частями, что соответствует требованиям к зазору для категории перенапряжения III при 1000 В в чистой среде. Расстояние просачивания вдоль пластиковой поверхности больше, потому что геометрия клеммной колодки включает барьеры или канавки, которые заставляют путь утечки двигаться зигзагом. Именно поэтому производители указывают степень загрязнения 2 или 3 в зависимости от конструкции корпуса. Я видел панели, установленные на сельскохозяйственных объектах, где накопление пыли уменьшило эффективное расстояние просачивания за два года, вызвав сбои в работе, которые не были предусмотрены в первоначальной конструкции. Стандарт предполагает контролируемую среду. Реальность редко соответствует этому.

Номинальная сила тока 150 А: Материаловедение, лежащее в основе этих характеристик.

Номинальный ток 150 А — это не рекомендация. Это тепловой предел, рассчитанный при определенных условиях: температура окружающей среды 40°C, однослойная установка и отсутствие соседних источников тепла. Изменение любого из этих параметров приводит к снижению реальной мощности. Токопроводящая шина внутри клеммной колодки обычно изготавливается из латуни или медного сплава, и разница в проводимости имеет значение. Латунный сплав с содержанием меди 60% обладает примерно 75% проводимости чистой меди. При токе 150 А этот 25% дефицит приводит к дополнительному джоулевому нагреву внутри клеммной колодки, где тепло не может легко рассеиваться. Сам винт часто изготавливается из стали с цинковым покрытием, что является тепловым узким местом, поскольку сталь плохо проводит тепло по сравнению с медью. Повышение температуры в точке контакта между проводом и токопроводящей шиной является причиной отказов. Стандарты IEEE Для оборудования распределения электроэнергии предоставляются дополнительные рекомендации по тепловому регулированию и расчетам плотности тока, дополняющие технические условия на материалы IEC.

Проводимость и механическая деформация латунных и медных тел

Латунь доминирует в производстве клеммных блоков, потому что она хорошо поддается обработке, устойчива к коррозии и дешевле меди. Компромисс заключается в проводимости. При непрерывной нагрузке 150 А латунный токопроводящий стержень с поперечным сечением 2,5 мм будет нагреваться сильнее, чем эквивалентный медный стержень. Разница не катастрофична, но накапливается. В панели с пятьюдесятью клеммными блоками, работающими на почти номинальном токе, совокупная тепловая нагрузка может повысить внутреннюю температуру окружающей среды на 15 °C и более, фактически снижая номинальную мощность каждого блока одновременно. Медные токопроводящие стержни выпускаются в премиум-сериях, но они стоят дороже и требуют никелирования для предотвращения окисления. Деформация под действием крутящего момента винта — еще один фактор. Латунь деформируется при меньшем крутящем моменте, чем медь, а это значит, что чрезмерное затягивание деформирует резьбовое соединение и через шесть месяцев создает неплотное соединение. Мне приходилось разбирать вышедшие из строя клеммные блоки, где латунная резьба была явно раздавлена. Монтажник использовал тот же крутящий момент, что и для блоков со стальным корпусом. Материал не прощает такого предположения.

Технические характеристики момента затяжки винтов и ошибки при монтаже на месте.

Наиболее распространенная причина поломки винтовых клеммных колодок — недостаточный или избыточный крутящий момент. Недостаточный крутящий момент приводит к зазору между проводником и токопроводящей шиной. Контактное сопротивление возрастает, локальный нагрев ускоряет окисление, и в конечном итоге соединение разрушается из-за теплового разгона. Избыточный крутящий момент приводит к срыву резьбы, деформации проводника или растрескиванию корпуса. Указанный в техническом описании крутящий момент обычно составляет от 0,5 до 0,8 Нм для колодок с шагом резьбы 5,0 мм. Большинство электриков не имеют динамометрической отвертки, откалиброванной в ньютон-метрах. Они затягивают до тех пор, пока не почувствуют, что затянуто. По результатам моих неофициальных опросов ремонтных бригад, это субъективное суждение ошибочно примерно в одной трети случаев. Частота ошибок при монтаже на месте — это грязный секрет индустрии клеммных колодок. Производители предполагают идеальную установку. Сборщики панелей знают лучше.

Винтовой зажим против пружинного зажима: компромисс между вибрацией

Пружинные клеммы с вставным креплением устанавливаются быстрее. В этом и заключается их главное преимущество. Вы зачищаете провод и вставляете его. Никакой отвертки, никаких проблем с моментом затяжки, никакой срыва резьбы. Компромисс заключается в пропускной способности по току и виброустойчивости. Пружинные контакты основаны на постоянной механической силе, прикладываемой формованным зажимом из пружинной стали. Эта сила достаточна для статических установок в климатически контролируемых помещениях. В промышленных панелях управления двигателями вибрация является врагом. Компрессоры, насосы и конвейеры генерируют непрерывную вибрацию, которая со временем приводит к усталости пружинной стали. Сила контакта снижается. Сопротивление контакта возрастает. В конечном итоге соединение выходит из строя. Винтовое крепление поддерживает силу контакта за счет механического сжатия проводника относительно токопроводящей шины. Правильно затянутое винтовое соединение не ослабевает при вибрации 5g, потому что трение в резьбовом соединении превышает силу вибрационного смещения. Это не теория. Именно поэтому в компрессорных помещениях до сих пор почти исключительно используются винтовые клеммы.

Экономия времени на подключение и снижение текущей пропускной способности.

Клемма с вставным креплением экономит примерно 8 секунд на провод по сравнению с винтовой клеммой. В панели с 200 клеммами это составляет 27 минут работы. Для производителей панелей с большим объемом производства экономия трудозатрат реальна. Но пропускная способность по току ниже. Пружинные контакты имеют ограниченную площадь контакта по сравнению с широкой поверхностью сжатия винтового зажима. При токе 150 А площадь контакта пружины должна быть непрактично большой, чтобы поддерживать безопасную плотность тока. По этой причине большинство клемм с вставным креплением рассчитаны максимум на 32 или 41 А. Шаг 5,0 мм с номинальным током 150 А практически недоступен в варианте с вставным креплением. Физические законы этого не позволяют. Пружина должна быть настолько большой, что корпус больше не будет соответствовать зазору 5,0 мм. Именно поэтому распределение электроэнергии при таком уровне тока остается прерогативой винтовых зажимов.

Применение в электродвигателях: почему винтовые зажимы выдерживают вибрацию 5g

Панели управления электродвигателями подвергаются наихудшему воздействию вибрации в промышленных электроустановках. Двигатель мощностью 50 лошадиных сил, работающий со скоростью 1800 об/мин, генерирует основную вибрацию с частотой 30 Гц, а также гармоники, возникающие из-за износа подшипников и дисбаланса ремня. НЕТ Стандарты для центров управления двигателями учитывают это, устанавливая требования к виброустойчивости, которые затем преобразуются в критерии выбора клеммной колодки. Винтовая клеммная колодка с шагом 5,0 мм и надлежащей защитой от натяжения проводов может выдерживать синусоидальную вибрацию 5g. МЕК 60068-2-6 Испытания проводятся потому, что сила зажима статическая и не зависит от упругой усталостной прочности. Пружинные клеммы, напротив, подвергаются циклическим нагрузкам на сам пружинный элемент. Каждый цикл вибрации микроскопически нагружает и разгружает пружину. За более чем миллион циклов, которые двигатель совершает за несколько недель работы, пружина отжигается или трескается. Отказ происходит не сразу. Это медленная деградация, которая проявляется в виде периодических скачков контактного сопротивления, затем нагрева, а затем и сгорания. Винтовая клемма не имеет пружины, подверженной усталости. В этом ее принципиальное преимущество при работе с электродвигателями.

Требования к сертификации для экспорта продукции глобального распределения электроэнергии

Экспорт оборудования для распределения электроэнергии требует прохождения через сложный лабиринт требований к сертификации, которые различаются в зависимости от региона и области применения. Клеммная колодка является компонентом, а не конечным продуктом, но она должна иметь соответствующую маркировку, иначе вся сборка не пройдет проверку. Для глобального рынка двумя основными системами сертификации являются UL 1059 для Северной Америки и IEC 60947-7-1 для остального мира. Они не взаимозаменяемы. Клеммная колодка, сертифицированная по стандартам IEC, не автоматически соответствует требованиям UL, и наоборот. Протоколы испытаний различаются по подготовке проводов, продолжительности циклов тока и требованиям к огнестойкости. Двойная сертификация возможна, но дорогостояща. Производитель оплачивает две программы испытаний, два заводских аудита и постоянные сборы за надзор в обе организации. Для такой компании, как Ningbo J-Guang Electronics, решение о получении двойной сертификации зависит от структуры экспорта. Если целевой рынок в основном европейский и юго-восточноазиатский, может быть достаточно только сертификации IEC. Если планируется дистрибуция в Северной Америке, признание UL является обязательным.

UL 1059 против IEC 60947-7-1: стоимость и сроки двойной сертификации

Он UL 1059 Стандарт для клеммных блоков требует проведения испытаний на повышение температуры при токе, в 1,2 раза превышающем номинальный, в течение определенного времени, а также испытания на диэлектрическую прочность при напряжении 2200 В в течение 1 минуты. При подготовке проводов используются определенные типы проводников, которые могут не соответствовать гибкому многожильному проводу, распространенному в европейских установках. Стандарт IEC 60947-7-1 использует аналогичную логику испытаний, но другие типы проводов и параметры продолжительности. Процесс двойной сертификации обычно занимает от 12 до 16 недель, если оба агентства одновременно тестируют одно и то же семейство продукции. Стоимость первоначальной сертификации составляет примерно от 15 000 до 25 000 долларов США за серию продукции, плюс ежегодные сборы за надзор в размере от 3 000 до 5 000 долларов США за отметку. Для производителя клеммных блоков с широким ассортиментом продукции такая структура затрат вынуждает принимать стратегические решения о том, какие серии сертифицировать. Серия с шагом 5,0 мм и номинальным током 150 А является приоритетной для двойной сертификации, поскольку она ориентирована на промышленное распределение электроэнергии, где глобальный спрос наиболее высок, а нормативные барьеры наиболее строгие.

Клеммные колодки сертифицированы только по стандарту CE, существует риск несоответствия требованиям для североамериканского рынка (480 В).

Наличие только маркировки CE не гарантирует доступ на рынок Северной Америки. Тем не менее, я до сих пор вижу, как европейские производители электрощитов пытаются экспортировать клеммные колодки, имеющие только маркировку CE, в США и Канаду, предполагая, что маркировка CE имеет взаимное признание. Это не так. В Северной Америке стандартными являются промышленные системы на 480 В. Местные электротехнические нормы требуют, чтобы компоненты были внесены в список или признаны Национально признанной испытательной лабораторией (NRTL), как правило, UL или CSA. Клеммная колодка, имеющая только маркировку CE, будет отклонена уполномоченным органом (AHJ) во время проверки. Затем производителю электрощитов приходится либо заменять клеммные колодки, либо запрашивать полевую оценку, что обходится дороже, чем предварительная сертификация, и приводит к задержкам проекта. Я был свидетелем того, как эта ошибка стоила европейскому производителю контракта на 2 миллиона долларов, потому что клеммные колодки прибыли на объект, а инспектор отказался их принять. Маркировка CE — это не глобальный паспорт. Это региональное подтверждение соответствия с определенной областью действия. Покупатели клеммных колодок, работающие по всему миру, должны проверить наличие маркировки перед размещением заказа.

Вибрационные и термические циклы: ускоренные испытания на долговечность.

Лабораторные испытания не воспроизводят реальность, но могут предсказывать виды отказов, если протоколы испытаний выбраны разумно. Для клеммных блоков в системах промышленного распределения электроэнергии наиболее важными ускоренными испытаниями являются вибрационные и термические циклические испытания. Вибрационные испытания проводятся в соответствии со стандартом IEC 60068-2-6, который определяет синусоидальные вибрационные колебания от 5 Гц до 150 Гц при заданных уровнях ускорения. Термические циклические испытания чередуют высокие и низкие температуры, обычно от -40°C до +85°C для промышленных изделий, с выдержкой, позволяющей материалам достичь теплового равновесия. Сочетание этих испытаний выявляет виды отказов, которые не обнаруживаются при испытаниях с одним воздействием. Клеммный блок, прошедший вибрационное испытание при комнатной температуре, может выйти из строя при той же вибрации при 85°C, поскольку пластиковый корпус размягчается, а резьбовое соединение ослабевает.

Протокол испытаний на вибрацию IEC 60068-2-6 и данные из реальных условий эксплуатации компрессорной станции

Протокол испытаний IEC 60068-2-6 является базовым, а не максимальным. В реальных компрессорных помещениях условия испытаний часто превосходят стандартные. Поршневой компрессор в холодильной установке может создавать пиковые вибрации до 10g на монтажной панели, сконцентрированные на определенных частотах, зависящих от скорости вращения компрессора и расположения цилиндров. Клеммные колодки, установленные на той же конструкционной стали, ощущают эту вибрацию через раму панели. Данные, полученные на холодильных установках, показывают, что винтовые клеммные колодки с шагом 5,0 мм и надлежащей защитой от натяжения проводов имеют менее 1% отказов за пять лет. Пружинные клеммные колодки в тех же условиях показывают от 8% до 12% отказов за тот же период. Разница заключается не в стандартном испытании, а в запасе между стандартным испытанием и реальными условиями. Винтовое крепление обеспечивает этот запас. Пружинные клеммы — нет.

Виды отказов при термическом циклировании: от ослабления винтов до контактного сопротивления.

Термоциклирование приводит к выходу из строя из-за дифференциального теплового расширения. Стальной винт, латунный токопроводящий стержень и медный проводник расширяются с разной скоростью при изменении температуры. В правильно затянутом соединении упругое сжатие материалов компенсирует это дифференциальное расширение. При недостаточном затяжке термоциклирования термоциклы вызывают микроперемещения между проводником и токопроводящим стержнем. Контактная поверхность окисляется. Контактное сопротивление увеличивается. Соединение нагревается сильнее в следующем цикле. Процесс ускоряется. В ходе испытаний на термоциклирование плохо затянутое соединение может достичь 150% от своего начального контактного сопротивления в течение 500 циклов. Правильно затянутое соединение показывает увеличение менее чем на 10% после 1000 циклов. Режим отказа предсказуем. Предотвращение также предсказуемо: правильный момент затяжки и правильная подготовка провода. Проблема в том, что предсказание не гарантирует выполнения на заводе.

Как выбрать клеммные колодки для модернизации панели управления двигателем.

Проекты модернизации накладывают ограничения, которых нет у новых конструкций. Длина существующих проводов фиксирована. Размеры вырезов в панели фиксированы. Время простоя измеряется в часах, а не в днях. При выборе клеммных колодок для модернизации панели управления двигателем первым ограничением является совместимость размеров. Если существующие клеммные колодки имеют шаг 5,0 мм, замена должна соответствовать им, иначе изменится компоновка печатной платы. Вторым ограничением является сечение проводов. Существующие проводники могут быть 10AWG или 12AWG, и замена должна принимать их без переподключения. Третьим ограничением является номинальная мощность по току. Модернизация не может снижать номинальную мощность. Если в оригинальной панели использовались клеммные колодки на 150 А для питающих цепей, замена должна соответствовать этой мощности. Четвертым ограничением является сертификация. Если панель находится на регулируемом предприятии, заменяемые клеммные колодки должны иметь ту же маркировку, что и оригинальные. Производители панелей также должны убедиться, что сборка печатной платы соответствует требованиям. IPC-A-610 Стандарты приемлемости для паяных соединений и монтажа компонентов имеют первостепенное значение, поскольку надежность клеммной колодки зависит от надежности печатной платы, на которую она крепится. Клеммная колодка с винтовым креплением для печатных плат с шагом 5,0 мм, рассчитанная на ток 150 А и имеющая двойную сертификацию, часто является единственным вариантом, удовлетворяющим всем четырем требованиям одновременно. Именно поэтому она является стандартным товаром на складе дистрибьюторов, обслуживающих рынок промышленного обслуживания.

Часто задаваемые вопросы

Каков максимальный диаметр провода для клеммной колодки с шагом 5,0 мм?

Большинство винтовых клеммных блоков для печатных плат с шагом 5,0 мм рассчитаны на провода сечением до 10 AWG (6 мм²). Некоторые серии с удлиненными корпусами подходят для проводов сечением 8 AWG (10 мм²), но стандартный диапазон составляет от 14 AWG до 10 AWG. Для уточнения диапазона проводов обратитесь к технической документации.

Можно ли использовать наконечники с винтовыми клеммными колодками?

Да. Наконечники улучшают качество соединения многожильных проводников и предотвращают их расхождение. Винтовой зажимной механизм в большинстве клеммных блоков с шагом 5,0 мм предназначен для установки проводников с наконечниками без доработок. Диаметр наконечника должен соответствовать диапазону проводов клеммной колодки.

Почему мой клеммный блок сильно нагревается при токе 80 А, хотя он рассчитан на 150 А?

Номинальный ток 150 А рассчитан на определенные условия: температура окружающей среды 40°C, однослойный монтаж и правильный момент затяжки. Если панель плотно заполнена, температура окружающей среды выше или момент затяжки неправильный, реальная мощность снижается. Измерьте температуру термопарой в точке контакта. Если она превышает 45°C по сравнению с температурой окружающей среды, проверьте условия монтажа, прежде чем обвинять изделие.

Нужна ли мне двойная сертификация для экспорта в Мексику?

Мексика признает как стандарты NOM, так и международные стандарты. Для промышленного оборудования требуется сертификация NOM, но клеммная колодка с сертификатом UL часто может использоваться в качестве признанного компонента в сертифицированном по стандарту NOM изделии. Конкретные требования зависят от категории конечного продукта. Для получения точных рекомендаций обратитесь в местный орган по сертификации.

Какую динамометрическую отвертку следует использовать для клеммных колодок с шагом 5,0 мм?

Для работы подойдет откалиброванная динамометрическая отвертка с диапазоном крутящего момента от 0,1 до 1,0 Нм. Типичные характеристики: от 0,5 до 0,8 Нм. Не используйте шуруповерт с муфтой скольжения, если муфта не откалибрована и не проверена, поскольку вибрация от шуруповерта может ослабить соседние клеммы.

Справочные данные о продукции

Клеммные колодки, описанные в этой статье, можно приобрести в компании Ningbo J-Guang Electronics. Клеммная колодка для печатных плат с винтовым креплением 301-5.0 Серия включает в себя клеммы с шагом 5,0 мм, номинальным током 150 А и винтовыми зажимами, подходящие для промышленного распределения электроэнергии. Полный ассортимент продукции, включая альтернативные варианты шага клемм и номинального тока, можно найти на сайте. каталог продукции.