Zaciski bezgwintowe i złącza elektryczne

Przypomnijmy, że norma PN-EN 61210:2010 - wersja angielska Osprzęt połączeniowy -- Złączki wsuwkowe płaskie do elektrycznych przewodów miedzianych -- Wymagania bezpieczeństwa podaje wymagania i badania dotyczące nieizolowanych złączek wsuwkowych płaskich, stosownych w połączeniach wbudowanych lub stanowiących integralną część wyposażenia lub zespołu, albo występujących jako samodzielne wyroby przeznaczone do łączenia miedzianych przewodów giętkich lub przewodów sztywnych skręcanych. W normie tej ustalono ponadto nominalne wymiary złączek wsuwkowych płaskich oraz podano zalecane przekroje przewodów, odpowiednie do łączenia.

Rozdział 15.2 zawiera natomiast szereg następujących definicji:

• zaciski bezgwintowe oznaczają części wymagane do połączeń w obwodach elektrycznych w sposób mechaniczny, bez użycia elementów gwintowych

• złącza stałe oznaczają złącza przewidziane do wyłącznie jednorazowego wykonania tą samą żyłą (np. przez owinięcie lub zaciśnięcie)

• złącza rozłączalne oznaczają złącza umożliwiające wielokrotne łączenie i rozłączanie zestawów przyłączeniowych lub żył (chociażby wsuwki, nasuwki lub niektóre zaciski sprężynowe)  

• zestawy przyłączeniowe oznaczają żyły wyposażone w części pomocnicze, zwykle przez złącze stałe

• żyły nieprzygotowane oznaczają żyły bez specjalnego przygotowania, które nie mają części pomocniczych. Jednak ich izolacja może być zdjęta w celu odsłonięcia żyły

Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że termin „specjalne przygotowanie” obejmuje dodatkowe oblutowanie włókien żyły, stosowanie końcówek kablowych (oczek), uformowanie oczek itp., ale nie obejmuje określonego ukształtowania żyły w celu jej wprowadzenia do zacisku ani skręcenia żyły wielodrutowej w celu zapobiegania rozszczepieniu się jej końca. Ponadto spojenie polegające na ogrzaniu ocynowanych włókien giętkiej żyły bez dodatkowego oblutowania nie jest uważane za specjalne przygotowanie.

• prąd probierczy oznacza natężenie prądu przypisane przez wytwórcę dla danego zacisku lub złącza. Jeżeli zaciski są częścią jakiegoś zespołu, prądem probierczym powinien być prąd znamionowy tego zespołu

Niniejsza norma określa, że części zacisków lub złączy, przeznaczone do przewodzenia prądu, powinny być wykonane z jednego z następujących materiałów:

• miedzi;
• stopu zawierającego co najmniej 58 % miedzi w przypadku części uzyskanych przez obróbkę plastyczną na zimno lub co najmniej 50 % miedzi w przypadku innej obróbki;
• innego metalu odpornego na korozję w stopniu nie mniejszym niż miedź i o właściwościach mechanicznych co najmniej równorzędnych.

W dalszej treści norma stwierdza, że zaciski i złącza powinny zaciskać żyłę z dostatecznym dociskiem, nie powodując nadmiernego jej uszkodzenia. Ponadto żyłę należy zacisnąć między powierzchniami metalowymi. Jednak w zaciskach do obwodów o natężeniu znamionowym prądu nieprzekraczającym 2 A jedna z powierzchni może być niemetaliczna, jeżeli spełnione są wymagania według punku 15.3.5 omówionego poniżej. Zaciski przekłuwające izolację są zaś dopuszczalne tylko do tworzenia połączenia odgałęźnego w obwodach SELV opraw oświetleniowych lub jako złącza stałe, niewymienialne w innych oprawach oświetleniowych. Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że żyły uważa się za nadmiernie uszkodzone, jeżeli wykazują głębokie lub ostre wgniecenia.

W punkcie 15.3.3 niniejsza norma określa, żezaciski powinny być tak skonstruowane, aby po właściwym wprowadzeniu żyły do zacisku dalsze wsuwanie jej końca było uniemożliwione przez ogranicznik. Z kolei w punkcie 15.3.4 czytamy, że zaciski inne niż do zestawów przyłączeniowych powinny być dostosowane do „żył nieprzygotowanych” (patrz 15.2.5). Zgodność z wymaganiami według punktów 15.3.2, 15.3.3 i 15.3.4 sprawdza się przez oględziny zacisków lub złączy po połączeniu z właściwymi żyłami i po wykonaniu próby nagrzewania według podpunktów 15.5.2.2 lub 15.6.3.2.

Złącza elektryczne powinny być tak wykonane, aby docisk potrzebny do zapewnienia dobrej prze- wodności nie był przenoszony przez materiały izolacyjne inne niż ceramiczne, czystą mikę lub inne o równo- rzędnych cechach charakterystycznych, jeżeli części metaliczne nie odznaczają się sprężystością dostateczną do skompensowania ewentualnego skurczu materiału izolacyjnego (patrz Rysunki 17 i 18).

 W dalszej treści norma stwierdza, że powinno być oczywiste, w jaki sposób wykonywać przyłączenie i odłączenie żyły od zacisków rozłączalnych ze stykiem sprężynującym. Z kolei odłączenie żyły powinno wymagać działania innego niż wyciągnięcie żyły i powinno być takie, że można wy- konać ręcznie lub za pomocą zwykłego, powszechnie dostępnego urządzenia. Natomiast zaciski do przyłączania kilku żył za pomocą uchwytów sprężynujących powinny zaciskać każdą żyłę oddzielnie. W zaciskach przeznaczonych do złączy rozłączalnych powinno być możliwe odłączanie żył łącznie lub oddzielnie.

W punkcie 15.3.8 niniejsza norma określa, żezaciski powinny być odpowiednio zamocowane do wyposażenia lub kostki zaciskowej albo w inny sposób ustalający właściwe ich położenie. Zaciski zaś nie powinny ulec obluzowaniu podczas przyłączania i rozłączania żył. Zgodność w powyższym zakresie sprawdza się przez oględziny oraz, jeśli są wątpliwości, wykonanie próby mechanicznej według omówionych  niżej punktów 15.5.1 lub 15.6.2. Podczas próby zaciski nie powinny , przy tym, ulec obluzowaniu ani uszkodzeniom niekorzystnie wpływających na dalsze użytkowanie. Ponadto powyższe warunki stosuje się nie tylko w odniesieniu do zacisków zamocowanych do wyposażenia, lecz również do zacisków dostarczonych oddzielnie. Pokrycie masą zalewową bez innych środków unieruchomienia nie jest, przy tym, wystarczające. Do mocowania zacisków, które nie są poddawane działaniu siły skręcającej podczas normalnego użytkowania, mogą być użyte żywice samoutwardzalne.

Z kolei w punkcie 15.3.9 czytamy, że zaciski i złącza powinny wytrzymywać naprężenia mechaniczne, elektryczne i cieplne występujące podczas normalnego użytkowania. Zgodność w powyższym zakresie  sprawdza się przez wykonanie badań, odpowiednio, według rozdziałów 15.5 i 15.6. Wreszcie producenci powinni określić rozmiar żyły lub zakres rozmiarów, dla których zacisk jest przewidziany, i rodzaj żyły, na przykład jednodrutowa lub wielodrutowa.

Przygotowania próbek

W punkcie 15.4.1 norma określa, że przed badaniami zacisków lub złączy zamocowanych na stałe w oprawach oświetleniowych należy wykonać, jeżeli to właściwe, badanie odporności na wnikanie pyłu i wilgoci według Działu 9.

Żyły probiercze

W normie czytamy, że badania należy wykonać z zastosowaniem żył miedzianych o typach i wymiarach zalecanych przez producenta. Jeżeli zaś jest podany zakres wymiarów żył, do prób należy wybrać najmniejszą i największą.

Zaciski wielożyłowe

Z kolei zaciski bezgwintowe dostosowane do jednoczesnego przyłączenia kilku żył należy badać z liczbą żył wskazaną w danych dostarczonych przez producenta.

Zaciski wielotorowe

W punkcie 15.4.4 niniejsza norma określa, że każdy zacisk w grupie zacisków lub w listwie zaciskowej, np. kostka zaciskowa na stateczniku, może być użyty jako oddzielna próbka.

Liczność próbki

Z kolei w punkcie 15.4.5 czytamy, że badania opisane poniżej w rozdziałach 15.5 do 15.6 wykonuje się na czterech zaciskach lub złączach. Co najmniej trzy zaciski powinny przy tym spełniać wymagania. Jeżeli jeden zacisk nie spełnia wymagań, są badane następne cztery zaciski, z których już wszystkie powinny spełniać wymagania. Autorzy normy wskazali także, że badanie opisane w podpunkcie 15.6.3.2 wykonuje się na dziesięciu zaciskach.

Próby mechaniczne

W powyższym zakresie omawiany dokument stwierdza jedynie, że zaciski i złącza powinny mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną, zgodność w tym przypadku sprawdza się zaś przez wykonanie badań według omówionych niżej podpunktów 15.5.1.1 i 15.5.1.2 niniejszej normy.

Przypomnijmy zatem, że wytrzymałość materiałów to dziedzina wiedzy inżynierskiej, część inżynierii mechanicznej, zajmująca się analitycznym i eksperymentalnym badaniem zjawisk zachodzących w materiałach konstrukcyjnych i konstrukcjach poddanych obciążeniom zewnętrznym. Obciążenia takie wywołują w materiale siły wewnętrzne, które mogą być opisywane przez naprężenia oraz wywołują deformacje materiału, których miarą są odkształcenia. Zależność pomiędzy naprężeniami i odkształceniami dla małych odkształceń opisuje prawo Hooke’a. Podstawowym zadaniem obliczeniowym jest w wytrzymałości materiałów określenie stanu wytężenia materiału. Charakterystykę wytrzymałości danego produktu poznaje się analizując kartę technologiczną. Wyroby otrzymane z określonego materiału w konsekwencji będą posiadały te same charakterystyki. W przypadku tworzyw sztucznych powyższa reguła nie zawsze obowiązuje. Proces przetwarzania tworzyw metodą wtrysku powoduje zmiany wytrzymałościowe w produkcie końcowym. Punkt wtrysku, naprężenia podczas stygnięcia, nierównomierny rozkład wsadu, dodatków itd., są zmiennymi, które najbardziej wpływają na końcową charakterystykę mechaniczną produktu.

Niniejsza norma określa, że wytrzymałość mechaniczną zacisków lub złączy sprawdza się na komplecie czterech zacisków. Jeżeli nie wszystkie zaciski w oprawie oświetleniowej są tej samej konstrukcji, próbie poddaje się jeden komplet czterech zacisków każdego typu. Ponadto próba powinna być stosowana tylko do urządzeń, na których użytkownik może pracować, aby zakończyć montaż oprawy oświetleniowej przed przekazaniem do eksploatacji.

W podpunkcie 15.5.1.1.1 niniejsza norma określa, że w przypadku zacisków sprężynowych (patrz Rysunek 18) próbę wykonuje się z zastosowaniem jednodrutowej żyły miedzianej o wielkości lub wielkościach określonych przez wytwórcę. Natomiast jeżeli określono zakres żył, do prób wybiera się żyły o najmniejszym i największym przekroju. Z czterech zacisków dwa o najmniejszym przekroju, a dwie pozostałe próbki są badane z żyłami o największym przekroju. Żyły te przyłącza się i odłącza z każdego zacisku pięć razy. W normie wskazano, że do pierwszych czterech przyłączeń używa się za każdym razem nowych żył. Do piątego przyłączenia używa się zaś tej samej żyły co w połączeniu czwartym i zaciska się ją w tym samym miejscu. Za każdym razem wsuwa się żyłę do zacisków jak najdalej do oporu. Z kolei jeżeli zacisk jest odpowiedni do żył wielodrutowych, przeprowadza się dodatkową próbę z jedną sztywną żyłą miedzianą wielodrutową. Jeżeli jednak określono zakres żył, do próby wybiera się żyły o najmniejszym   i największym przekroju. Każdą żyłę tylko raz przyłącza się do i odłącza od odpowiedniego zacisku użytego do próby z żyłami jednodrutowymi. Po ostatnim przyłączeniu każdą żyłę poddaje się próbie naciągu siłą 4 N.

Z kolei w podpunkcie 15.5.1.1.2 czytamy, że złącza kołkowe lub nasuwkowe i typu konektorowego również poddaje się próbie naciągu siłą 4 N. Siłę przykłada się bez szarpnięć, przez 1 min, w kierunku przeciwnym do użytego przy wprowadzeniu żyły lub zestawu przyłączeniowego. Podczas próby żyła lub zestaw przyłączeniowy nie powinny wysunąć się z zacisku i ani zacisk, ani żyła, ani zestaw przyłączeniowy nie powinny doznać zmian wpływających niekorzystnie na ich dalsze użytkowanie. Maksymalna siła do przyłączenia lub wprowadzenia żyły, lub zestawu przyłączeniowego, nie powinna przekroczyć 50 N, a w przypadku złączy kołkowych lub nasuwkowych i typu konektorowego siła do rozłączenia nie powinna przekroczyć tej wartości.

Złącza stałe

W zakresie złączy stałych niniejsza norma określa, że  połączenie powinno być pozostać całkowicie skuteczne podczas przyłożenia siły wyciągającej 20 N, przez  1 minutę, działającej w kierunku przeciwnym do użytego przy wprowadzeniu żył. W niektórych przypadkach można użyć specjalnego narzędzia do prawidłowego przyłożenia siły. Autorzy normy wskazali także, że zaciski wielożyłowe są badane z podaną wyżej siłą przykładaną kolejno do każdej żyły.

Próby elektryczne

Norma stwierdza, że zaciski i złącza powinny mieć odpowiednie właściwości elektryczne, a zgodność w tym przypadku sprawdza się przez wykonanie badań według podpunktów 15.5.2.1 i 15.5.2.2 niniejszej normy.

Próba rezystancji zestyku

W podpunkcie 15.5.2.1 niniejsza norma określa, że właściwości elektryczne zacisków lub złączy sprawdza się na komplecie złożonym z czterech zacisków. Jeżeli nie wszystkie zaciski w oprawie oświetleniowej są tej samej konstrukcji, próbie poddaje się jeden komplet czterech zacisków każdego typu.

Z kolei w podpunkcie 15.5.2.1.1 czytamy, że w przypadku zacisków sprężynowych opisane badanie według podpunktu 15.5.2.1.3 wykonuje się na czterech nieizolowanych żyłach miedzianych jednodrutowych. Natomiast jeżeli określono zakres żył, dwa zaciski są badane z żyłami o przekroju najmniejszym, a dwa pozostałe zaciski z żyłami o największym przekroju.

Z kolei w przypadku złączy kołkowych lub nasuwkowych i typu konektorowego próbę wykonuje się z ze- stawami przyłączeniowymi.

Wspomniany już wyżej podpunkt 15.5.2.1.3 określa badanie, w ramach którego każdy zacisk z jego żyłą obciąża się prądem probierczym - przemiennym lub stałym i po 1 godzinie nadal przy prądzie probierczym mierzy się spadek napięcia na zacisku. Z kolei punkty pomiarowe są umieszczone możliwie jak najbliżej miejsca zestyku, na którym mierzy się spadek napięcia. Zmierzony spadek napięcia nie powinien natomiast przekraczać 15 mV. Spadek napięcia dla każdego połączenia lub zestyku rozpatruje się oddzielnie, na przykład połączenie żyły ze złączem typu konektorowego rozpatrywane jest oddzielnie od połączenia złącza konektorowego/kołkowego. Wreszcie łączny spadek napięcia na dwóch nierozdzielnych połączeniach, gdy są mierzone razem, nie powinien przekraczać dwukrotnej wartości podanej w tym podrozdziale.

Próby nagrzewania

Podpunkt 15.5.2.2.1 niniejszej normy opisuje badanie, w którym zaciski (lub złącza) o natężeniu znamionowym prądu do 6 A włącznie poddaje się, bez obciążenia prądem, próbie starzenia składającej się z 25 cykli. Każdy cykl obejmuje 30 minut w temperaturze T ±5 °C lub 100 °C ±5 °C, zależnie od tego, która jest większa, po czym następuje okres ostygnięcia do temperatury między 15 °C a 30 °C. Zaciski lub złącza o natężeniu znamionowym prądu przekraczającym niż 6 A poddaje się próbie starzenia składającej się z 100 takich cykli.

Zarazem autorzy normy zwrócili uwagę, że temperatura T jest cechowaną maksymalną znamionową temperaturą dla elementów cechowanych T, takich jak oprawki lampowe.

Z kolei według podpunktu 15.5.2.2.2 niniejszej normy, spadek napięcia mierzy się ponownie na każdym zacisku:

• po cyklach 10. i 25. w przypadku zacisków o prądzie znamionowym do 6 A włącznie;
• po cyklach 50. i 100. cyklu w przypadku zacisków o prądzie znamionowym większym niż 6 A.

W normie czytamy ponadto, że jeżeli spadek napięcia na wszystkich zaciskach w obu przypadkach nie przekracza więcej niż o 50 % pomiarów spadku napięcia na tym samym zacisku badanym według punktu 15.6.1 niniejszej normy (o czym więcej w kolejnym artykule cyklu) lub jeżeli wzrost spadku napięcia jest mniejszy niż 2 mV, zaciski spełniają to wymaganie. Jeżeli zaś spadek napięcia na jakimkolwiek zacisku przekracza 22,5 mV, zaciski odrzuca się. Natomiast w przypadku, jeżeli na jednym z zacisków spadek napięcia przekracza więcej niż o 50 %, z minimum 2 mV, spadek napięcia zmierzony na tym samym zacisku badanym według punktu 15.6.1 niniejszej normy, lecz nie przekracza 22,5 mV, to wtedy cztery nowe zaciski poddaje się nowej próbie starzenia składającej się, odpowiednio do prądu znamionowego, z 25 lub 100 cykli, również bez obciążenia prądem. Po cyklach 10. i 25. lub 50. i 100. - odpowiednio do prądu znamionowego - mierzy się ponownie spadki napięcia. Na żadnym zacisku spadek nie powinien przekroczyć 22,5 mV. Wreszcie całkowity spadek napięcia na dwóch nierozdzielnych połączeniach, gdy są mierzone razem, nie powinien przekroczyć dwukrotnie wartości podanych w tym podrozdziale.

Wreszciejeżeli zacisk jest tak zaprojektowany, że żyła jest dociskana do powierzchni z materiału izolacyjnego, powierzchnia ta nie powinna ulec odkształceniu podczas powyższych prób nagrzewania. Zgodność w tym przypadku sprawdza się przez oględziny.