Technické informace o kovových částech připojovacích svorkovnic: blogový článek THERMOELEMENT

Mezi běžné materiály používané k výrobě elektrických svorek patří mosaz, ocel, nerezová ocel a nikl.

• odolnost proti pohybu elektrického proudu, „specifický odpor“, při různých provozních teplotách;
• změna mechanické odolnosti v závislosti na teplotě; Toto je kritický parametr pro svorky používané při vysokých a velmi vysokých teplotách;
• náklady na suroviny a jejich zpracování.

Specifická odolnost vůči proudu

Jakákoli elektrická svorka, která vede elektrický proud, se zahřeje v důsledku Jouleova jevu. Čím větší je průřez proudu, tím nižší je odpor. Čím větší je vzdálenost mezi šrouby drátové svorky, tím větší bude odpor. Toto logické pravidlo je základem pro návrh svorek. Druhým parametrem je měrný odpor, vyjádřený v Ohm∙m, který se velmi liší v závislosti na materiálech. Převrácená hodnota měrného odporu je vodivost, vyjádřená v siemens/m, která se také někdy uvádí ve srovnání s mědí (jako % IACS (International Annealed Copper Standard)). Lze poznamenat, že specifická elektrická vodivost nerezové oceli je více než 12krát nižší než u mosazi.

Další charakteristikou těchto kovů je, že jejich odpor se zvyšuje s rostoucí teplotou. Tento parametr je nutné pečlivě vypočítat při návrhu průřezu svorkovnice použité při vysoké provozní teplotě.

Tabulka měrného odporu a vodivosti hlavních kovů používaných v konektorech při 20°C

Nerezová ocel AISI 304

Specifický odpor ρ při 20° C, (10−8 Ohm∙m)

Specifická vodivost σ, při 20 °C, v 106 Siemens/m

Specifická vodivost v % IACS (International Annealed Copper Standard)

Maximální změna pevnosti v tahu s teplotou

Porovnání změn pevnosti v tahu mědi, mosazi UZ34Pb2, oceli SPCC, nerezové oceli AISI 304 a niklu 201 podle maximální expoziční teploty udržované po dobu 90 minut (v % hodnoty naměřené při pokojové teplotě)

Měď a ocel postupně ztrácejí mechanickou pevnost, při teplotě asi 50 °C si zadržují jen asi 900 %. Mosaz zůstává relativně stabilní, ale svého bodu tání dosahuje těsně před 900 °C. Nerezová ocel 304 a nikl 201 nevykazují do 900 °C žádnou významnou změnu mechanické pevnosti.

Oxidace kovů v závislosti na teplotě

Vzhled vzorků z mosazi, poniklované mosazi, poniklované oceli, nerezové oceli AISI 304 a niklu 201 po hodinovém držení při různých teplotách v elektrické peci v oxidačním prostředí

Oxidové vrstvy jsou nepřijatelné pro měď a mosaz při 400 °C, ocel při 500 °C a pro nerezovou ocel AISI 304 při 900 °C. Absence významné oxidové vrstvy pro nikl 201

Náklady na surovinu (ve srovnání s nízkouhlíkovou ocelí válcovanou za studena typu SPCC)

Nízkouhlíková ocel válcovaná za studena typu SPCC

Nerezová ocel třídy 304

Způsoby upínání drátu

Šroubové svorkovnice vybavené čtyřhrannou podložkou s drážkou (používané hlavně pro svorkovnice PA66 a některé keramické svorkovnice)

V závislosti na velikosti připojovacích bloků používají tyto svorky šrouby M3, M3.5, M4, M5 a M6. Jejich vlastnosti:

• výroba: velmi nízká hmotnost použitého materiálu, velmi nízké výrobní ztráty. Proto je to nejekologičtější svorková svorka;
• použití šroubů s uchycenou a uzavírací čtvercovou podložkou umožňuje položit 2 vodiče do každé svorkovnice, dokonce i s mírně odlišnými rozměry, což neovlivní kvalitu utažení;
• Elastické působení tlakové myčky také poskytuje dobrou odolnost proti uvolnění v důsledku vibrací;
• Tento typ svorkovnice umožňuje vkládat do ní tuhé nebo kroucené vodiče, vidlicovitá oka, smyčková oka a kabelová oka;
• špička kabelu je viditelná, což umožňuje bez rušení pozorovat, zda jsou vodiče správně vloženy;
• velmi účinné utažení pevných nebo ohebných drátů a pevnost v tahu je výrazně vyšší, než je uvedeno v normě;
• vodivá část svorkovnice může být vyrobena z poniklované oceli, surové nebo poniklované mosazi, čistého niklu nebo i nerezové oceli;
• Malý průřez toku proudu je však činí velmi citlivými na zahřívání vlivem Jouleova jevu, zvláště pokud jsou vyrobeny z poniklované nebo nerezové oceli.

Extrudované mosazné svorky opatřené přímým upínacím šroubem (používá se pouze na keramických svorkovnicích)

Tento systém je nejběžnější a na keramických svorkovnicích se tradičně používá již více než 100 let. Tyto svorky jsou vyrobeny ze speciálně extrudovaných mosazných tyčí CUZn40Pb2 s požadovaným profilem pro každou velikost.

Složení mosazi (60 % mědi) je důležité pro zajištění nízkého elektrického odporu a pro zabránění křehnutí materiálu, ke kterému dochází při příliš vysokých hladinách zinku.

Mají extra tloušťku v oblasti závitového otvoru, aby bylo zajištěno, že závity jsou dostatečně dlouhé, aby vydržely utahovací síly požadované normami, a tloušťka stěny kolem středového otvoru musí být také dostatečná, aby zabránila prasknutí trubky při utahování šroubu.

Jejich výroba z jiného kovu než z mosazi (nerez, ocel) je však velmi složitý a nákladný proces.

Kvůli měknutí mosazi při vysokých teplotách je nelze použít na vysokoteplotní svorkovnice.

Vzhledem k hmotnosti kovu potřebného pro tento design je použití s ​​dráty většími než 16 mm² velmi nákladné.

Tyto svorky jsou také omezeny rozsahem drátů, které lze efektivně utáhnout, protože dráha upínacího šroubu je omezena kruhovým průřezem otvoru – šroub se rychle zablokuje mezi stěnami.

Lisované svorkovnice s přímým šroubovým upínáním (používané na keramických svorkovnicích s velkými průřezy nebo pro provoz ve velmi vysokých teplotách)

Na rozdíl od dílů vyrobených z tyče tento typ výroby, i když je nákladný z hlediska použitého zařízení, snižuje ztráty kovu. Je zvláště hospodárný pro velké průřezy (více než 16 mm²). Může být také použit pro výrobu svorek z poniklované oceli, nerezové oceli nebo niklu. Toto je preferovaný způsob výroby svorek, které odolávají teplotám až 750 °C. Protože otvor drátu je obdélníkový, má upínací šroub delší upínací zdvih, což zvyšuje rozsah přijatelných průřezů drátu.

Lisované svorkovnice s upínacím šroubem a přítlačnou deskou (používané na keramických svorkovnicích s velkými průřezy nebo pro práci v podmínkách velmi vysokých teplot)

Určeno pro modely s velkými průřezyTento systém kombinuje nerezové nebo niklové tělo se šrouby s vnitřním šestihranem. Niklový pružinový plech distribuuje tlak. Protože nehrozí přeříznutí drátů, doporučuje se použít ohebné nebo super ohebné dráty třídy 5 a 6. Pružnost přítlačné desky zajišťuje optimální upnutí bez ohledu na roztažnost způsobenou teplotou. Tyto modely vydrží stálou teplotu 750 °C a špičkovou teplotu 950 °C.

Šroub s podložkou a šroub s podložkou a bezpečnostním jazýčkem (používá se na keramických spojovacích blocích)

Tyto svorkovnice se používají na vysokoteplotních svorkovnicích, protože je lze snadno vyrobit z nerezové oceli. Umožňují umístění dvou vodičů pod stejnou vložkou a jsou vhodné pro širokou škálu průřezů vodičů. Pružinová podložka umístěná mezi hlavou šroubu a výstelkou zajišťuje kontinuitu upnutí i při vysokých teplotách a na měděných drátech. Avšak kvůli nízké elektrické vodivosti nerezové oceli mají svorky tendenci být mnohem teplejší než mosazné nebo niklové svorky, což omezuje maximální proud, který mohou zvládnout.

Pokud je toto omezení intenzity extrémní, doporučuje se použít modely s čistě niklovými svorkami, ale s elastickou podložkou z nerezové oceli. Aby se zabránilo přeříznutí drátu okrajem vložky, může být na něm vytvořen výstupek, který zabrání přeříznutí.

Povolení šroubů svorkovnice v důsledku zvýšení teploty

U svorek, které musí odolávat vysokým teplotám, je vliv teploty kritickým parametrem, který není v současných normách dostatečně zohledněn. Nejkritičtějším bodem je uvolnění svorek. Tento faktor přispívá ke zvýšení kontaktního odporu mezi svorkou a vodičem, což vede k místnímu zahřívání až vznícení blízkých hořlavých materiálů. Toto oslabení má čtyři důvody:

• Deformace svorky při jejím roztahování oslabuje utažení. Taková deformace je obvykle vratná při poklesu teploty a může být kompenzována elasticitou svorky nebo pružinou umístěnou mezi upínacím šroubem a drátem.
• Deformace svorky v důsledku změny krystalové struktury kovu, podobná žíhání. Tento typ deformace je obvykle nevratný.
• Deformace měděného drátu, který se vlivem tepla stává viskózním. Taková deformace je obvykle nevratná, ale lze se jí vyhnout použitím tepelně odolných drátů, jako je nikl.
• Povolení upínacího šroubu následkem po sobě jdoucích cyklů ohřevu a chlazení mezi různými materiály.

Existují dvě řešení, která lze implementovat samostatně nebo společně.

1. Mezi šroub a drát vložte pružný kovový kus.
2. Použijte automatický systém zajištění šroubů způsobený deformací svorky při utahování.

Průměrná změna utahovacího momentu šroubů svorkovnice po krátké* teplotní špičce. Utahovací moment při 20°C se bere jako 100% (svorky jsou utaženy na ocelové tyči s maximálním jmenovitým průměrem přípustným pro svorku)

Při teplotách nad 600°C se nesmí používat šrouby z poniklované oceli, a to ani krátkodobě, protože oxidace šroubu způsobí jeho zablokování. Při vyšších teplotách lze použít pouze nerezové nebo niklové šrouby, které zůstávají funkční a lze je v případě potřeby vyjmout a vyměnit.

Průměrná změna utahovacího momentu šroubů svorkovnice po delším vystavení teplotě 230°C. Utahovací síla při teplotě 100°C je brána jako 20%.

Poniklované ocelové šrouby používané na ocelových nebo mosazných svorkách odolávají konstantní teplotě 230 °C bez aretace a bez abnormální oxidace

Průměrná změna utahovacího momentu šroubů svorkovnice po delším vystavení teplotě 300°C. Utahovací síla při teplotě 100°C je brána jako 20%.

Pro mosazné nebo poniklované ocelové svorky používané při trvalých teplotách nad 300 °C nedoporučujeme používat poniklované ocelové šrouby kvůli sníženému utahovacímu momentu.

Síla vytažení drátu a odolnost proti uvolnění při vibracích

Odolnost proti vibracím – Toto je důležitý parametr pro svorkovnice, zejména pokud jsou instalovány na nákladních vozidlech, vlacích nebo v blízkosti motoru. Aby se otestovala účinnost odolnosti svorek proti nechtěnému uvolnění, byly tyto svorky podrobeny 10minutovým cyklům střídavých sinusových oscilačních sekvencí pokrývajících rozsah 1,7 až 5 Hz s proměnlivými zrychleními 0,3 až 2,6 G po dobu 48 hodin. Poté byly znovu změřeny vytahovací síly z nastavené polohy.

Slupovací testy

Testy odolnosti proti vibracím

Izolační vůle a povrchové cesty

Povrchové vzdálenosti se měří po povrchu izolace mezi dvěma vodiči různé polarity nebo mezi vodičem a zemí. Minimální hodnoty povrchových cest stanovené normami závisí mimo jiné na provozním napětí elektrické sítě, případných přepětích v síti a konkrétní oblasti použití.

V případě úniku měřeného na povrchu izolátoru jsou důležité vlastnosti použitého izolátoru, protože umožňují vytvoření elektrických cest více či méně snadno vytvořením vodivých drah. Je to způsobeno povrchovým spalováním působením elektrického proudu, za přítomnosti vody uvolněné z plastů a také povrchovou kontaminací, kvůli které se zbývající atomy uhlíku stávají stejným počtem bodů pro průchod proudu. Proto jsou plasty klasifikovány podle tohoto znaku.

V angličtině se nazývá CTI (Comparative Tracking Index, míra odolnosti proti zhroucení) a ve francouzštině se nazývá „Indice de Résistance au courant de Cheminement“ (IRC). Jedná se o maximální napětí měřené ve voltech, při kterém materiál odolá 50 kapkám kontaminované vody, aniž by došlo k poškození izolantu. Poškození izolátoru (tracking) je definováno jako vytvoření vodivých cest v důsledku elektrostatického namáhání, vlhkosti a znečištění. Nejvyšší třída odolnosti proti povrchovému svodovému (sledovacímu) proudu je třída 600V. Proto tato třída umožňuje vytvoření nejmenší povrchové cesty. Keramika a polyamid PA66 mají třídu CTI 600.

Vzduchová mezera

Vzdálenosti jsou nejkratší vzdálenosti měřené v přímé linii ve vzduchu mezi dvěma vodiči různých napětí nebo mezi vodičem a zemí. Představují dráhu, po které vzniká elektrický oblouk ve vzduchu při přepětí.

RoHS a REACH

RoHS (směrnice o omezení nebezpečných látek): Materiály použité v konektorových blocích jsou v souladu se směrnicí EU 2015/863, příloha II ve znění směrnice 2011/65.

Certifikáty vydané akreditovanou nezávislou laboratoří jsou k dispozici na vyžádání.

REACH (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals): Materiály použité v konektorových blocích jsou v souladu se směrnicemi EU REACH podle směrnice z června 2017 přidáním 173 látek SVHC (látky vzbuzující velmi velké obavy) ze seznamu zveřejněného agenturou ECHA dne 12. ledna 2017, použitelného podle směrnice REACH 1907/2006. Certifikáty vydané akreditovanou nezávislou laboratoří jsou k dispozici na vyžádání.

S halogeny a bez nich

Podle Mezinárodní elektrochemické komise (IEC 61249-2-21 „Omezené použití halogenu určeného pro elektronické obvody“), aby mohla být látka klasifikována jako „bezhalogenová“, musí obsahovat méně než 900 ppm chloru nebo bromu a méně než 1500 ppm halogenů.

Halogenové prvky — kterýkoli ze šesti nekovových prvků, které tvoří skupinu 17 (skupina VIIa) periodické tabulky prvků. Jedná se o fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), jód (I) a také vzácné a nedávno objevené prvky astat (At) a tennessin (Ts). Nejběžnější jsou chlór a fluor, které se nacházejí v PVC, teflonu a jeho derivátech, a brom, používaný v plastech jako přísada zpomalující hoření. Nevýhodou těchto produktů je, že při zapálení uvolňují toxické výpary. Kromě rizika pro lidi vypouštějí také agresivní plyny, které jsou škodlivé pro elektrická a elektronická zařízení. Z retardérů hoření používaných v plastech mají polychlorované bifenyly (PCB) a polybromované bifenyly (PBB) nepříznivé účinky na životní prostředí a člověka kvůli své perzistenci, toxicitě a bioakumulaci.

Při vystavení extrémnímu tepelnému namáhání, ke kterému může dojít během požáru, mohou bromované zpomalovače hoření (BSA) vytvářet halogenované dioxiny a furany.

PBB a PBDE (polybromované difenylethery) jsou v současnosti v Evropě zakázány směrnicí WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) a směrnicí RoHS.