Элементы изоляции клеммных колодок

Как только были введены в эксплуатацию клеммные колодки, а это начало 20-го века единственным материалом, который использовался в них в качестве изоляционного, была керамика. Чуть позже на уровне с керамикой применяли и полиамиды. Обусловлено это тем, что на то время аналогичных материалов, которые могли бы на таком же уровне выполнять функцию изолятора, и обладать хорошей механической прочностью не было. При этом указанные виды сырья для колодок были доступными, и их было удобно отливать в форме. Термическая устойчивость даже не была первоочередным параметром, на который обращали внимание.

На сегодняшний день керамика как изоляционный материал значительно уступает место полимерам. В современных установках керамику все чаще используют только в случаях, когда устойчивость к чрезмерной температурной нагрузке и прочность на удар стоят на первом месте. Данных требований используя термопласты поддержать не удастся, да и реактопласты не поддержат должный уровень термо- и ударопрочности.

В стандартной документации колодок описывается несколько случаев использования пластиков данного вида. Применяемая маркировка Т200 недостаточна для керамических материалов.

Хотя в стандартах работы с электрическими элементами и оборудованием и указаны некоторые исключения для испытания изоляции из керамики, там не указаны различия между разными видами керамического сырья. А характеристики изоляции в условиях высокой термической нагрузки и вовсе игнорируются. Это же самое и относится к термической устойчивости металлов, которые применяют в производстве зажимов клемм.


Элементы изоляции клеммных колодок


Усовершенствованное оборудование направлено на подачу более высоких температур, чем было ранее. Новые машины работают при температурной нагрузке превышающей 200 °С. Стандарты термической устойчивости проводов: NFC 3270, IEC 60331, EN 50200, DIN VDE 0472, часть 814, BS 8434-2, BS 6387 A, B, C, S и т. д.

Указанные стандарты характеризуются различными значениями устойчивости к высоким температурам. Начинаются от 650°С через 30 минут работы и от 850°С через 180 минут.

Те данные, которые указаны в стандартах о разности температур, для металлов недостаточны. Например, говорится, что стандарт EN 60730-1 в §14-1, 200° C на никелированных латунных выводах 6.35 и 230° C для клемм из латуни без покрытия; 400° C для стали и т. д. Информации о температуре для никелевого материала нет.

С целью максимально точной оценки возможностей клемм с керамической изоляцией наши специалисты посчитали нужным предоставить нашим клиентам и просто читателям соответствующую техническую информацию.

Характеристики технического и механического характера для колодок из керамики

Разные варианты видов керамики, которые используются для изготовления клемм и электроизоляционных деталей могут иметь значительные отличия в составе. Они по-разному изготавливаются и зависимо от температуры обладают разными свойствами изоляции. Электроизоляционные характеристики керамики для клемм не имеют большого значения. Все керамические материалы, применяемые для клемм, обладают стандартным показателем стойкости к токопробою и негорючие. Это категория керамики, относящаяся к высокому классу сопротивления поверхностным токам.

Утвержденный стандарт данного типа керамики — IEC (EN) 60672.

Керамика группы С100

В качестве компонентов основного состава данного типа керамики используются кварц, полевой шпат и каолин. Керамику группы С100 можно сравнить с декоративным и бытовым фарфором.

Фарфор С111

Представляет собой прессованный фарфор содержащий кремний. Фарфор имеет открытую пористость. Уровень сжатия материала определяет электрическую прочность. Пористость в процессе обработки убирают способом глазурования.

Он характеризуется отличными свойствами электроизоляции в условиях комнатной температуры (1011 Ом∙м при 30° C), при воздействии температуры в 200°С изоляционные свойства также неплохие — (106 Ом∙м). показатель удельного сопротивления значительно снижается при воздействии термической нагрузки в 300°С и более.

Данный материал является самым старым керамическим материалом. Он очень был востребован еще в конце XIX века, его тогда в основном использовали для изготовления оснований выключателей, патронов для лампочек, фиксаторов проводки, клеммных колодок. Благодаря эмалированному покрытию фарфор отлично чистится.

Формы для литья обычно имеют несложную конструкцию и их можно легко создать на простейшем оборудовании. Несмотря на то, что данный материал благополучно применяется при температурах до 200°С, при более высоких термических нагрузках его использовать опасно, так как резко снижаются свойства изолирования.

Фарфор С110

Данный тип фарфора относится к пластифицированным материалам, которые можно обрабатывать способом литья под высоким давлением. В его характеристики входит высочайшая электрическая устойчивость — 20 кВ/мм. Из-за того, что фарфор группы С110 не имеет пористой структуры, его не обязательно покрывать эмалью. Эмалированное покрытие может применяться лишь, когда необходима лёгкая очистка.

Свойства изоляции данного материала сравнимы с фарфором С111. Уровень удельного сопротивления также значительно снижается при температурах от 300°С.

Стеатитовая керамика категории С200

Стеатит отличается от фарфоровых материалов тем, что в нем содержится высокий уровень окиси магния. В процентном соотношении это больше на 30%. У стеатита довольно высокие свойства электроизоляции. Он отлично выдерживает высокую термическую нагрузку, сохраняя стабильные показатели при температурах вплоть до 1000°С.

Обрабатывать данный материал можно сухим или полусухим прессованием, экструзией, литьем. Его также производят с помощью литья под высоким давлением, пластифицированными формами. При производстве стеатитовой керамики допустимы жесткие допуски.

Материал поддают обжигу при температуре до 1400°С. В итоге кристаллизационного процесса, плавления и растворения в процессе остеклования получается стеатит. Для получения чистой поверхности, которая легко очищается стеатиты можно даже глазуровать.

Стеатит С210 в обыденности еще называют «стеатит низкой частоты» в резких случаях используется при производстве колодок. Его можно получить путем прессования полусухого типа. Данному типу стеатита необходима эмаль, т.к. его пористость составляет в среднем 0,7%. Но, он отлично способен сохранять терплоизоляцию даже при температурной подаче свыше 600°С.

Стеатит C220 называют «нормальным» — характеризуется нулевым уровнем пористости. В его состав входит 1-2% Na2O и от 3 до 6% оксида алюминия и шихтового материала. Как и в случае стеатита группы С210 удельное сопротивление C220 равно 1010 Ом∙м при 30° C, 107 Ом∙м при 200° C и 103 Ом∙м при 600° C.


Элементы изоляции клеммных колодок


Стеатит C221 относят к «высокочастотным стеатитам» характеризуется нулевой пористостью и имеет в своем составе в отличие от С220 7% окиси бария. Характеризуется высоким уровнем свойств электрической изоляции в условиях комнатной температуры (1011 Ом•м), ему присущи лучшие показатели удельного сопротивления при температуре свыше 600°С : 100 000 Ом∙м. Эти показатели в тысячу раз выше сравнительно с фарфором. Данный материал можно производить способом литья. Необходимые характеристики при таком виде производства максимально точные. Исходя из этого, делаем вывод, что данный материал является идеальным для применения в клеммных колодках, которые в свою очередь должны эксплуатироваться при высокой температуре. Стеатит С 221 может применяться как необработанным, так и с эмалированным покрытием в случаях необходимости. 

Керамика категории С600

Тип керамики С610 содержит алюминий, ее еще называют муллит. В ее составе очень мало щелочи, а вот окиси алюминия содержится до 60%, около 40% в составе занимает кремниевый диоксид. Материал непористый. Характеризуется хорошими показателями термической устойчивости и электроизоляции даже при температурах выше 600°С. Обладает хорошей устойчивостью к перепадам температуры, к повреждениям механического характера и имеет низкий коэффициент расширения. Благодаря таким данным керамика С610 отлично подходит для производства изоляторов и элементов защиты температурных датчиков. По причине затруднений при литьевом производстве данный материал не используют для клеммных колодок.

Максимальные температуры для керамики, применяемой в клеммных колодках

Керамика электротехнического пользования способна отлично эксплуатироваться при температурах до1400°С, до 1700°С, а иногда и выше зависимо от характеристик того или иного типа керамического материала. В применении керамики для клемм важной характеристикой является даже не температурная выдержка, а сопротивлении изоляции.

Стандарт IEC 60998 указывает на минимальные значения изоляционного сопротивления  5 МОм между частями, которые размещены под высоким напряжением и между частями, которые контактируют с землей (плата для монтажа).

Показатели изоляционного сопротивления зависят от:

  • Показателя плотности материала изоляции на самом тонком его участке;

  • Температурной нагрузки.

Под самыми слабыми местами подразумеваются участки, где расположены крепежные винты и электрозажимы клемм, керамика в данном случае будет необходима для обеспечения:

  •  минимальной толщины стенки 1,2 мм для клемм до 250 В;

  • минимальной толщины стенки 2 мм для клемм до 450 В;

  • минимальной толщины стенки 3 мм для клемм до 750 В.

Исходя из указанных значений, а также беря во внимание изменение показателей удельного сопротивления керамического материала, рекомендованы такие пределы значений:

  • Керамике С111— 250°C;

  • Керамике С110 — 300°C;

  • Стеатитовой керамике С220 — 550°C;

  • Стеатитовой керамике С221 — 650°C.

С целью безопасного применения предельные показатели подбираются так, чтобы температура была установлена на 100°С ниже пороговых значений в 5 МОм (для стенки толщиной 2 мм).


Элементы изоляции клеммных колодок


Свойства электрических и механических особенностей пластиков, применяемых в производстве колодок

В качестве пластиков для изготовления клемм обычно применяют полиамиды категории PA66. Данные пластики используют из-за многих ограничений по отношению применения данного материала.

К самому главному ограничению, к которому могут подвергать колодку относится плохая затяжка проводки, подводящая к высокому сопротивления контакта. Это может вызвать перегревание зажима, и пластиковый материал опоры может расплавиться. Полиамиды категории PA66 способны обеспечить высокий уровень стойкости к перегревам. Данную категорию пластика необходимо использовать в работах без надзора на основе стандарта технических требований EN 60335-1, § 30-2-3-1.

Материалы, применяемые для производства колодок, имеют GWFI 960° C, тогда как в условиях стандартизации указана температура не ниже 850°С. Данный вид пластика характеризуется высокой устойчивостью к пробоям тока. Полиамиды категории PA66 обладают самым высоким классом устойчивости к пробою тока.

Немаловажной характеристикой, которой должны обладать корпуса клемм является устойчивость к деформированию под высокой температурой. В соответствии с ISO 75 данный пластик характеризуется особенно высокой деформационной теплостойкостью, равной 282° C при нагрузке 1,8 Мпа.

Термическая устойчивость к деформациям ISO 75-2

Это самый важный параметр для оценивания возможности пластика выдержать нарастание температуры без потерь уровня прочности механического характера. Данное требование должно обязательно соблюдаться для некоторых объектов и необходимо в коммерческой стандартизации.

Для подбора оптимального материала при производстве пластиковых колодок проводились испытания с нагрузкой 1,8МПа, приложенной в центре ширины 10 мм на образце размерами 80 x 10 x 4 мм (метод Af).

Толщину 4 миллиметра выбрали в качестве стандартного значения, которое самое приближенное к плотностям, используемым для клеммных колодок. Температуру повышали на 2° в течение 1 минуты. Конечные цифры температурного подъема зарегистрированы при достижении значений деформации 0,34 миллиметра.

Деформационная теплостойкость под нагрузкой в соответствии с ISO 75

Максимально допустимую температуру клемной колодки определяют на основе механической прочности элемента, который служит опорой зажиму клемм. Важно учитывать при этом эффект Джоуля. Максимальные показатели нагрева, требуемые стандартом EN 60998 или EN 60947, составляет 45°C.

Механическую прочность пластика определяют методом испытаний, которые обычно проводят по стандарту IEC 60695- 10-2.

Примечание. Для керамических клеммных колодок это испытание, очевидно, не используется, и сопротивление при комнатной температуре будет определяться максимальной термостойкостью металлических деталей.

Проверка воспламеняемости в соответствии с UL94

Испытание на воспламеняемость пластмасс соединительных колодок предназначено для проверки того, что их случайное возгорание не распространится далее, а погаснет само. Класс, который обычно требуют сертификационные лаборатории — UL94-VO, а для некоторых особых случаев — самый высокий класс UL94-5V.



Возврат к списку


.