Казалось бы, что может быть проще, чем клеммное соединение? Тем не менее, от параметров клеммных колодок зависит надежность, долговечность и эффективность работы всевозможных систем. Причем для клеммников важны не только электрические параметры, но и простота установки, а также обслуживания. Разнообразие клеммных колодок на рынке огромно. Как в нем не заблудиться, и пойдет речь в статье.
Соединение двух проводов может быть осуществлено скруткой, обжимом, пайкой, сваркой и с помощью клемм. Скрутка проводов — наиболее старый способ. Применительно к силовым проводам он широко использовался в нашей стране до 90-х годов XX века. Современные Правила устройства электроустановок (ПУЭ) запрещают использование простой скрутки в электропроводке. На скрутку должен одеваться пластмассовый колпачок с пружиной, обеспечивающей надежную фиксацию и более плотный прижим проводов друг к другу. Для обеспечения лучшего контакта колпачок заполнялся специальным гелем, предотвращающим окисление проводов. Тем не менее, даже в таком модернизированном варианте скрутка проигрывает как по надежности, так и по сопротивлению контакта другим способам соединения проводов.
Для особо ответственных соединений применяется сварка проводов или их пайка. Но для сварки требуется громоздкое оборудование и особые условия, которые не всегда есть, особенно при ремонте ранее проложенной проводки. Для пайки силовых проводов требуется много припоя и относительно большие затраты рабочего времени, так что пайка в этом случае является слишком дорогим удовольствием. Обжим проводов позволяет получить надежное соединение с высокими электрическими характеристиками. Но этот процесс требует высокой культуры производства. Достаточно допустить небольшую погрешность, и провод не закрепится прочно в гильзе. Поэтому все большее распространение получает использование клеммных колодок.
Клеммами называются устройства для соединения проводов, как правило, зажимные. Клеммная колодка — это электроустановочное изделие, предназначенное для соединения проводов, состоящее из двух или больше металлических контактов с узлами крепления к ним проводов в диэлектрическом корпусе. Жаргонно клеммные колодки называют клеммниками. И, хотя оба названия тождественны друг другу, часто слово «клеммная колодка» относят к устройствам большого размера, а «клеммник» — малого.
Использование клеммных колодок в электротехнике насчитывает уже больше века. Но, если раньше клеммники использовались в ограниченных случаях, например, для параллельного соединения нескольких линий электропитания или для подключения светильника к электросети, то теперь клеммники в значительной степени заменили скрутку. Сейчас идет процесс частичного вытеснения клеммниками паяных соединений. По сравнению с пайкой клеммники нередко оказываются более дешевым и экологичным (не используются флюс и припой) способом соединения. При этом по надежности современные клеммники влотную приближаются к пайке.
Способы закрепления провода
По способу закрепления провода клеммники классифицируют следующим образом:
С винтовым зажимом — контакт провода с клеммником осуществляется под давлением, которое обеспечивает закрученный винт.
С пружинным зажимом (нажимные) — контакт обеспечивается без винтов, защелкиванием пружин. Современным вариантом таких клемм являются так называемые самозажимные, автоматически фиксирующие провода, введенные в них.
С ножевым зажимом — соединение осуществляется с помощью токопроводящего ножа, который разрезает изоляцию и упирается в проводящую жилу.
К преимуществам винтовых клеммников можно отнести возможность плотного электрического контакта большой площади между проводом и клеммником. Это достигается благодаря большой силе прижима. Кроме этого, из винтового клеммника при необходимости можно быстро вынуть зажатый провод.
Тем не менее, у этого типа клеммников есть значительные недостатки. Присоединение проводов требует определенной сноровки и некоторого промежутка времени, большего, чем у пружинных клеммников. Прижим может ослабнуть в результате вибрации. Наконец, винты, используемые в клеммнике, имеют нехорошее свойство иногда выпадать из устройства, будучи сильно выкрученными. Впрочем, эти проблемы решаемы. Например, в винтовых клеммниках производства российской компании «ПЛКСистемы» используются специальные меры по предотвращению ослаблению соединения в результате вибрации. Также в клеммниках, выпускаемых этой компанией, используются специальные винты, которые не выпадут из устройства, даже если их полностью вывинтить.
Пружинные клеммники позволяют быстро соединить провода, качество соединения при соблюдении инструкции практически не зависит от человеческого фактора, то есть от сноровки монтера. Как правило, пружинные клеммники устойчивы к действию вибраций. Недостатками пружинных клеммников по сравнению с винтовыми являются более высокая стоимость и меньший допустимый длительный ток.
Многоразовый самозажимной клеммник Wago
Большой популярностью сейчас пользуются самозажимные клеммники, лидером в этом сегменте рынка является немецкая компания Wago. В таких устройствах провод зажимается автоматически, как только он вводится в клеммник. Бывают самозажимные клеммники одноразовые и многоразовые. Одноразовые клеммники не имеют положения, в котором они высвобождают ранее зажатый провод. В принципе, провод из такого клеммника можно извлечь, если потянуть за него и начать вращать жилы относительно клеммника. Но при этом сила прижима в клеммнике уменьшится, так что провод, который будет вставлен на место извлеченного, будет зажат уже не так сильно, со всеми вытекающими последствиями. Многоразовые самозажимные клеммники обычно имеют специальную ручку, повернув которую, можно освободить автоматически зажатый провод, и делать это можно много раз без ущерба для клеммника. В некоторых многоразовых самозажимных клеммниках вместо указанной ручки есть отверстие в корпусе, куда нужно вставить электротехническую отвертку и нажать на нее, чтобы высвободить провод.
В литературе часто можно встретить термин «ножевые клеммы», обозначающий тип разъема, который часто используется в автомобильном оборудовании и ряде других применений. Его не следует путать с термином «клеммники с ножевым зажимом» — это совершенно разные устройства.
Клеммники с ножевым зажимом встречаются реже, чем клеммники других типов. В сильноточных системах они чаще всего используются для подключения к «нулевому» проводу, который нельзя разрезать по соображениям безопасности. В последнее время на рынке стали появляться клеммники с ножевым зажимом для других применений в сильноточной технике, они позволяют соединять провода еще быстрее, чем пружинные. Кроме этого, клеммники с ножевым зажимом обладают повышенной электробезопасностью, так как их конструкция исключает ситуацию, когда из клеммника выступает участок провода, с которого снята изоляция.
Клеммная колодка с ножевым зажимом Scotchlock производства компании 3M
Для слаботочной техники используются одноразовые клеммники с ножевым зажимом типа Scotchlok производства компании 3M, позволяющие быстро соединить несколько проводов, просто надавив на клеммник специальным инструментом, вместо которого пригодны плоскогубцы.
Виды соединения
Единой классификации клеммников по виду соединения не существует. В литературе можно встретить разные варианты такой классификации, некоторые из них отражают субъективный взгляд на важность тех или иных типов клеммников.
Проходной клеммник Legrand
По мнению автора, наиболее логичной представляется следующая классификация используемых в электротехнике клеммников по виду соединения:
Проходные — соединяют провода, подходящие с разных сторон клеммника.
Кросс-модули — параллельное соединение нескольких линий.
Концевые — соединяют провода, входящие с одной стороны клеммника.
Барьерный клеммник KLS
Барьерные — с одной стороны перемычки клеммы, с другой стороны — соединение на пайке (в том числе с печатной монтажной платой).
Разъемные — с одной стороны перемычки клеммное соединение, с другой — разъем.
Материалы
Контакты в клеммниках обычно изготавливают из меди или ее сплавов. Для повышения площади контакта материал, из которого изготовлены токопроводящие детали, должен быть более мягким. Поэтому поверхность медного контакта в качественных клеммах лудят, то есть покрывают слоем олова или его сплавами. Чистое олово практически не применяют из-за известного эффекта образования микроигл на его поверхности. Чаще всего используют сплав, состоящий из 60% олова и 40% свинца. Более дорогой вариант, который при этом более качественный и экологичный — покрытие контактов сплавом олова и ванадия.
В пружинных клеммниках провод прижимается к луженой токопроводящей пластине из меди. Для прижима используется пружина из упругого материала. Наилучший вариант — хромоникелевая сталь.
Для изготовления диэлектрических частей корпуса клеммной колодки обычно используется пластик или, реже, фарфор. Важнейшим требованием для материала, из которого изготовлен клеммник, является огнестойкость. При ухудшении контакта по тем или иным причинам, даже если нет искрения, возможен нагрев клеммника и даже его возгорание. Наилучший вариант — самозатухающий пластик, который не поддерживает горение. Есть даже специальный пластик получивший название «клеммный полиамид», который используется в винтовых клеммниках французской компании Legrand и некоторых других производителей.
Окисление и контактная коррозия металлов
Из-за окисления поверхности медных и алюминиевых проводов происходит увеличение сопротивления контакта. В тех случаях, когда требуется обеспечить очень низкое сопротивление, контакты клеммника покрывают специальной пастой, которая снимает оксидную пленку с проводов и предотвращает последующее окисление. Многие модели клеммников поставляются с уже нанесенной на контакты пастой.
Когда в клеммнике соприкасаются провод и контакты из разных материалов, в ряде случаев может возникнуть электрохимическая (контактная) коррозия, которая в длительной перспективе не только увеличит сопротивление соединения, но и приведет к снижению прочности крепления проводов в клеммнике. Наиболее сильно она проявляется при контакте меди и алюминия. При соприкосновении меди или алюминия с луженой поверхностью контактная коррозия практически не наблюдается.
Во избежание контактной коррозии следует неукоснительно соблюдать требования инструкции к клеммнику в части того, провода из какого металла допускается соединять. Если соединяемые провода соприкасаются внутри клеммника, они должны быть изготовлены из одного металла.
Допустимый длительный ток
Поскольку место соединения двух проводов обладает отличным от нуля сопротивлением, на нем выделяется тепло. Чем больше ток, тем сильнее нагрев. Для клеммников нормируется допустимый длительный ток, при превышении которого произойдет нагрев клеммной колодки выше определенной температуры. Следует иметь в виду, что допустимый длительный ток указан для случая, когда соблюдены все требования инструкции по использованию клеммника. Если клеммник используется для соединения проводов с сечением, выходящим за допустимые пределы или изготовленных из металла, не рекомендуемого производителем, то реальное значение допустимого длительного тока снижается. По соображениям безопасности лучше выбрать клеммник с допустимым длительным током, превышающим максимальное кратковременное значение тока в подключенной через него нагрузке. Также следует предусмотреть запас по току в случае увеличения нагрузки в будущем.
Алексей Васильев
