Lors de la conception de panneaux de contrôle électrique et de systèmes d'automatisation, le modeste bornier joue un rôle crucial en assurant des connexions fiables. Mais avec les innombrables options disponibles, la sélection de blocs de jonction montés sur rail DIN qui répondent parfaitement aux exigences de votre application peut s'avérer difficile. Ce guide complet vous expliquera tout ce que vous devez savoir pour prendre des décisions éclairées concernant vos besoins en matière de connexion électrique.
Comprendre les borniers pour rail DIN et leurs applications
Qu'est-ce qu'un bornier pour rail DIN ?
Les blocs de jonction pour rail DIN sont des connecteurs électriques modulaires montés sur des rails métalliques normalisés. Ils fournissent des points de connexion sûrs pour les fils dans les armoires électriques, créant ainsi des systèmes de câblage organisés et accessibles. Ces composants servent de points de jonction où les conducteurs peuvent être connectés, déconnectés et organisés de manière systématique.
Le terme "DIN" lui-même vient de Deutsche Institut für Normung (Institut allemand de normalisation), signifiant l'adhésion à un ensemble de normes qui ont vu le jour en Allemagne dans les années 1920 et ont été adoptées à l'échelle mondiale à partir des années 1950.
Applications et industries courantes
Les blocs de jonction montés sur rail DIN sont largement utilisés dans de nombreux secteurs d'activité :
- Automatisation industrielle et systèmes de contrôle
- Systèmes de gestion des bâtiments (GTB)
- Équipement de CVC
- Panneaux de distribution d'énergie
- Applications ferroviaires
- Construction de machines
- Systèmes de contrôle des processus
- Installations d'énergie renouvelable
- Télécommunications
- Secteur de l'énergie
- Transport
- Ingénierie marine et offshore
Principaux avantages des systèmes de montage sur rail DIN
La popularité des systèmes de rails DIN tient à plusieurs avantages :
- Sécurité renforcée : Fabriqués à partir de matériaux isolants robustes, les blocs de jonction constituent une interface sûre entre les composants et les sections de câblage, évitant tout contact accidentel avec des pièces sous tension.
- Méthode de montage standardisée pour tous les fabricants
- Installation et retrait faciles sans outils
- Utilisation efficace de l'espace du panneau
- Expansion et reconfiguration simplifiées
- Amélioration de l'organisation et de l'accessibilité
- Réduction du temps de maintenance
- Fiabilité accrue grâce à des connexions sécurisées
Facteurs essentiels à prendre en compte lors de la sélection des borniers
Valeurs nominales de tension et de courant
L'une des premières considérations lors de la sélection des blocs de jonction est leur capacité électrique :
- Tension nominale : Typiquement de 300V à 1000V
- Courant nominal (Ampacité) : Généralement entre 5A et 150A en fonction de la taille et de la conception.
- Exigences en matière de protection contre les surtensions : Pour les applications avec pointes de tension
- Applications en courant alternatif (AC) ou en courant continu (DC) : Certains blocs sont optimisés pour des types de courant spécifiques
Sélectionnez toujours des blocs de jonction dont les valeurs nominales dépassent les exigences de votre application d'au moins 20% afin de garantir des marges de sécurité et de tenir compte des changements potentiels du système. Pour les valeurs nominales de courant, une bonne pratique largement acceptée consiste à appliquer une marge de sécurité de 150% du courant maximal anticipé du système.
La tension nominale est fondamentalement influencée par la rigidité diélectrique du matériau isolant et par les distances physiques de séparation - en particulier, le pas (espacement centre à centre entre les bornes) et les lignes de fuite et distances d'isolement prévues dans le bloc.
Compatibilité des tailles de fils
Les borniers s'adaptent à des gammes spécifiques de calibres de fils :
- Blocs miniatures : 22-14 AWG
- Blocs à usage moyen : 20-10 AWG
- Blocs robustes : 12-4 AWG ou plus
Veillez à ce que le bornier choisi puisse accueillir en toute sécurité les conducteurs les plus petits et les plus gros de votre système. Tenez compte de la compatibilité entre les fils multibrins et les fils rigides, ainsi que de toute exigence particulière concernant les conducteurs ferromés ou étamés.
L'inadéquation de la taille ou du type de fil avec les capacités spécifiées du bornier peut entraîner des connexions lâches, une résistance de contact élevée, un fonctionnement intermittent, voire un arrachement complet du fil sous une contrainte minimale.
Types de borniers (à vis, à ressort, IDC, etc.)
La méthode de connexion a un impact significatif sur le temps d'installation, la fiabilité et les besoins de maintenance :
- Type à vis : Traditionnel et largement utilisé ; fiable mais nécessite un couple de serrage adéquat. Les avantages sont une force de serrage élevée et la possibilité d'utiliser des fils de grande taille, mais ils peuvent se desserrer sous l'effet des vibrations s'ils ne sont pas correctement serrés.
- Pince à ressort (pince à cage) : Installation plus rapide, résistant aux vibrations, sans entretien. Les colliers à ressort offrent une excellente résistance aux vibrations et aux chocs, car la pression constante exercée par le ressort s'ajuste automatiquement pour compenser les déformations mineures du fil ou les changements dus aux fluctuations de température.
- Push-in (PIT) : Connexion rapide sans outil, conception peu encombrante. Les bornes à enfoncer permettent l'insertion directe de fils rigides ou annelés sans outil, ce qui réduit le temps d'installation de 40% par rapport aux bornes à ressort.
- Déplacement de l'isolant (IDC) : Terminaison rapide sans dénudage. La technologie IDC élimine le besoin de dénuder les fils, ce qui réduit considérablement le temps total consacré à la préparation des fils.
- Connexion par boulon (bornes à goujon) : Pour les applications à courant élevé nécessitant une pression de contact maximale. Elles créent une connexion exceptionnellement robuste et sûre, offrant une très grande résistance au desserrage causé par les vibrations, les chocs ou les contraintes mécaniques.
- Borniers enfichables : Ils présentent une conception modulaire avec des composants de prise et de fiche séparés, ce qui permet de connecter et de déconnecter rapidement des harnais de câblage entiers. Idéal pour les applications nécessitant une maintenance fréquente ou le remplacement de composants.
Sélectionnez la technologie de connexion en fonction des exigences de votre application en matière de résistance aux vibrations, de fiabilité de la connexion et de fréquence de maintenance.
Contraintes d'espace et exigences de montage
L'espace disponible sur les panneaux est souvent limité :
- Tenir compte du pas (largeur) du bornier - de 3,5 mm à 20 mm
- Évaluer les options d'empilement pour les blocs à plusieurs niveaux (à un niveau, à deux niveaux ou à trois niveaux).
- Tenir compte de l'espace accessoire (crochets d'extrémité, séparateurs, cavaliers).
- Planifier l'expansion et les modifications futures
- Tenir compte de l'orientation et de l'accessibilité du câblage
Les blocs de jonction miniatures et les micro-bornes sont spécialement conçus pour s'adapter aux boîtiers étroits ou aux machines compactes où les blocs de jonction de taille standard ne seraient pas pratiques. Ils peuvent être montés sur des profils de rail DIN plus petits, tels que le rail NS 15, en plus du rail NS 35 standard.
Options de borniers spécialisés pour des applications spécifiques
Bornes de terre et de protection
Les blocs de jonction de terre se distinguent par leur couleur vert-jaune et leurs conceptions spécialisées pour les connexions de protection de la terre :
- Ils comportent souvent des surfaces métalliques plus grandes pour un meilleur contact électrique
- Peut offrir des connexions directes métal-rail pour une meilleure mise à la terre
- Disponible avec des capacités d'essai spéciales pour la vérification de la sécurité
Ces blocs sont spécifiquement conçus pour assurer une connexion électrique sûre et fiable entre un circuit ou un équipement et la terre, généralement en connectant mécaniquement et électriquement le fil de terre entrant au rail DIN lui-même.
Blocs terminaux à fusibles
Ils intègrent des porte-fusibles directement dans le bornier :
- Assurer la protection des circuits à l'intérieur du système terminal
- Disponible pour différents types de fusibles (verre, céramique, automobile)
- Peut inclure des indicateurs de fusibles grillés (souvent des DEL).
- Certains modèles permettent de remplacer les fusibles sans débrancher les fils.
La conception des blocs de jonction à fusible comprend souvent une section articulée, un levier pivotant ou un capuchon à vis qui permet d'accéder facilement au fusible pour l'inspecter ou le remplacer.
Blocs terminaux multi-niveaux
Lorsque l'espace est limité, les conceptions à plusieurs niveaux maximisent la densité des connexions :
- Double niveau : Deux circuits indépendants dans la même empreinte
- Triple niveau : Trois niveaux de connexion pour une densité maximale
- Possibilité de combiner différents types de circuits (alimentation, signal, terre)
- Tenir compte de l'accessibilité pour les essais et la maintenance
Si les blocs à plusieurs niveaux offrent des avantages évidents en termes de densité de connexion, ils peuvent également poser des problèmes pratiques d'accessibilité pour le câblage des niveaux inférieurs et pour les essais ou le dépannage ultérieurs.
Bornes de déconnexion et bornes à couteau
Pour les circuits nécessitant des capacités d'isolation :
- Les blocs de déconnexion des couteaux permettent d'interrompre le circuit pour les tests
- Les bornes de point de test permettent d'accéder aux mesures sans déconnexion
- Les combinaisons fusibles-déconnecteurs offrent protection et isolation
- Envisager des systèmes de ponts enfichables pour une déconnexion groupée
Ces blocs de jonction permettent d'interrompre ou de tester les circuits électriques de manière sûre et pratique, sans qu'il soit nécessaire de retirer ou de perturber physiquement le câblage connecté. Ils sont particulièrement importants dans les systèmes de contrôle des processus, l'automatisation industrielle et les applications d'utilité publique où un étalonnage ou un test régulier est nécessaire.
Blocs de jonction capteurs/actionneurs
Spécialisé dans le câblage efficace de capteurs et d'actionneurs :
- Fournir plusieurs niveaux de potentiel distincts (alimentation, terre, signal)
- Les profils sont souvent étroits pour un câblage à haute densité.
- Peut inclure des indicateurs LED pour montrer l'état du signal
- Utiliser des éléments codés en couleur pour faciliter l'identification des potentiels.
L'une des principales caractéristiques de leur conception est leur capacité à regrouper plusieurs points de connexion dans un seul boîtier compact, idéal pour les capteurs de proximité à 3 fils, les capteurs photoélectriques ou les petits actionneurs.
Bornes de distribution d'énergie
Conçu pour simplifier et centraliser la distribution de l'énergie :
- Capacité de transport de courant élevée
- Peut avoir des bornes d'entrée doubles pour des installations d'alimentation redondantes.
- Fournir plusieurs points de sortie pour la distribution de l'énergie
- Minimiser l'encombrement du câblage et réduire les points de défaillance potentiels
Borniers de thermocouple
Spécialement conçu pour les circuits de mesure de la température :
- Pièces conductrices internes fabriquées à partir d'alliages de qualité thermocouple
- Empêcher l'introduction de CEM thermiques indésirables aux points de terminaison
- Peut inclure des connecteurs de thermocouple miniature intégrés.
- Code couleur et marquage du type de thermocouple (K, J, T, etc.)
Considérations environnementales pour le choix du bornier
Températures nominales et dissipation de la chaleur
Les borniers doivent résister à l'environnement d'exploitation :
- Blocs standard typiquement conçus pour une température de -30°C à +85°C
- Variantes haute température disponibles jusqu'à +125°C
- Considérer la production de chaleur à partir du flux de courant
- Tenir compte de l'augmentation de la température de l'enceinte et de la ventilation
- Évaluer la stabilité thermique des matériaux plastiques
Les matériaux du boîtier (généralement des polyamides comme le PA66) ont des limites de température spécifiques. Si la température de fonctionnement réelle dépasse la limite supérieure spécifiée pour le matériau, le boîtier en plastique peut se ramollir, se déformer ou se dégrader, compromettant ainsi les propriétés d'isolation et la résistance mécanique.
Résistance aux vibrations
Dans les environnements où il y a du mouvement ou des vibrations :
- Les bornes à ressort offrent une résistance supérieure aux vibrations
- Envisager des blocs avec des fonctions de verrouillage ou des conceptions anti-vibration.
- Évaluer les performances historiques d'applications similaires
- Recherchez les certifications d'essais de vibrations par des tiers
Le choix de la technologie de connexion a un impact important sur la capacité d'un bloc de jonction à résister aux vibrations et aux chocs. Les technologies à ressort (pince à ressort, push-in) offrent généralement une excellente résistance aux vibrations, tandis que les technologies à vis peuvent être susceptibles de se desserrer, à moins qu'elles ne soient spécifiquement conçues avec des caractéristiques anti-vibration.
Protection contre l'humidité et la poussière (classe IP)
Pour les environnements difficiles :
- Les blocs de jonction standard offrent une protection de base IP20 (sécurité des doigts).
- Variantes spéciales disponibles pour IP67 (étanche à la poussière et à l'eau)
- Envisager des revêtements conformes ou des conceptions encapsulées pour les conditions extrêmes
- Évaluer la résistance des matériaux à des produits chimiques ou à des contaminants spécifiques
Bien que les blocs de jonction sur rail DIN ne se voient généralement pas attribuer un indice de protection IP (puisqu'il s'agit de composants destinés à être installés dans un boîtier de protection), l'indice de protection IP global du boîtier est essentiel pour assurer leur protection dans des environnements humides ou mouillés.
Accessoires de borniers et composants complémentaires
Plaques d'extrémité et supports
Indispensable pour sécuriser les assemblages de blocs de jonction :
- Les supports d'extrémité empêchent le déplacement du bloc sur le rail
- Des plaques de séparation séparent les différents niveaux de tension
- Les couvercles d'extrémité protègent les parties conductrices exposées
- Envisager des options de code couleur pour l'organisation visuelle
Systèmes de marquage et étiquettes
Une identification claire est cruciale pour une maintenance sûre :
- Marqueurs à impression directe pour une identification permanente
- Supports de marquage encliquetables pour un étiquetage remplaçable
- Systèmes d'impression en une seule fois pour une documentation cohérente
- Envisager des systèmes de marquage générés par logiciel pour les installations complexes
Jumpers et connexions croisées
Simplifier les connexions communes entre les terminaux :
- Sauts à pas fixe pour les blocs adjacents
- Cavaliers à pas variable pour les connexions non adjacentes
- Peignes de pontage multipolaires pour la connexion de circuits multiples
- Ponts isolés pour différents niveaux de tension
Accessoires de test
Faciliter la vérification et le dépannage des systèmes :
- Fiches de test pour mesurer sans déconnecter
- Adaptateurs de test pour la connexion des instruments
- Modules avec points de test intégrés
- Tenir compte des exigences de sécurité pour les essais en conditions réelles
Normes et compatibilité des rails DIN
Types de rail DIN
Il existe plusieurs types de rails DIN, le TS35 étant le plus courant :
- Rail Top Hat (TS35/IEC/EN 60715 - 35×7,5 et 35×15) : Le type le plus répandu dans le monde. Il présente un profil symétrique ressemblant à un chapeau et mesure 35 mm de large. Il est disponible en profondeur standard (7,5 mm) et en chapeau profond (15 mm).
- Rail de type G (TS32/EN 50035) : Profil asymétrique d'une largeur typique de 32 mm. Il est utilisé pour le montage de composants électriques plus grands et plus lourds.
- Rails de type C (EN 50024) : Ils présentent une section transversale en forme de C et sont disponibles en différentes hauteurs (C20, C30, C40, C50). Leur utilisation a diminué au profit des rails TS35.
- Rails miniatures (TS15/EN 50045) : Une version plus petite du rail TS35 avec une largeur de 15 mm, idéale pour les applications où l'espace est limité.
Veillez à ce que vos blocs de jonction soient compatibles avec votre type de rail DIN spécifique afin d'éviter tout problème d'installation.
Matériau et finition des rails DIN
Les rails DIN sont généralement fabriqués à partir de matériaux offrant une bonne résistance mécanique et une bonne résistance à la corrosion :
- Acier (acier au carbone laminé à froid) : Le plus courant, il offre une résistance et une rigidité excellentes.
- Aluminium : Plus léger que l'acier, il présente une bonne résistance à la corrosion.
- Acier inoxydable : Pour les environnements difficiles et corrosifs.
- Finitions de surface : Les rails en acier sont généralement recouverts d'une couche protectrice de zinc ou d'une passivation au chromate.
Guide étape par étape pour choisir le bon bornier
Déterminer les besoins en électricité
Commencez par vos besoins fondamentaux en électricité :
- Liste des exigences maximales en matière de tension et de courant
- Identifier les types et les tailles de fils à terminer
- Déterminer l'espacement requis pour l'isolation de la tension
- Tenir compte des exigences particulières (hautes températures, vibrations)
- Évaluer les besoins en matière de protection des circuits (avec ou sans fusible)
Mesurer l'espace disponible
Optimisez la disposition de votre panneau :
- Mesurer la longueur du rail DIN disponible
- Calculer la quantité et l'espacement des bornes nécessaires
- Tenir compte des accessoires et de leur encombrement
- Permettre une expansion future (typiquement 20%)
- Vérifier la profondeur de l'armoire pour l'acheminement des fils
Évaluation des méthodes de connexion
Choisir la bonne technologie de terminaison :
- Évaluer le niveau de compétence de l'installateur et les outils disponibles
- Tenir compte de la fréquence d'entretien et de l'accessibilité
- Évaluer les problèmes de vibration et de mouvement
- Peser le temps d'installation par rapport à la fiabilité de la connexion
- Prise en compte des conditions environnementales affectant les connexions
Prise en compte des besoins d'expansion futurs
Prévoir les besoins de demain :
- Réserve d'espace pour des blocs de jonction supplémentaires
- Standardisation des types de blocs pour la gestion des stocks
- Documenter minutieusement en vue de modifications ultérieures
- Envisager des systèmes modulaires qui s'adaptent aux changements
- Mettre en place une capacité de réserve pour les besoins imprévus
Normes et certifications
Les borniers doivent être conformes aux différentes normes internationales et régionales :
- Normes CEI : IEC 60947-7-1 (blocs de jonction standard), IEC 60947-7-2 (blocs de jonction de terre), IEC 60947-7-3 (blocs de jonction à fusible).
- Normes UL : UL 1059 (blocs de jonction), UL 486A-486B (connecteurs de fils)
- Normes CSA : Série CSA C22.2 pour les marchés canadiens
Les certifications clés à rechercher :
- Marquage CE : Pour la conformité avec l'Espace économique européen
- Marque de composant reconnu par UL (marque RU) : Composant évalué par UL pour une utilisation dans des systèmes plus importants.
- Marque certifiée CSA : conforme aux normes de sécurité canadiennes
- Marquage ATEX et IECEx : Pour les équipements en atmosphères potentiellement explosives
Principaux fabricants et considérations de qualité
Principales marques de borniers
Plusieurs fabricants ont acquis une réputation de qualité :
- Phoenix Contact
- VIOX ELECTRIC
- Wago
- ABB
- Schneider Electric
- Rockwell Automation
- TE Connectivity
Les certifications de qualité à rechercher
Vérifier le respect des normes en vigueur :
- Homologations UL/CSA pour les installations en Amérique du Nord
- Certifications IEC/EN pour les applications internationales
- Certifications spécifiques à l'industrie (marine, ferroviaire, antidéflagrant)
- Certifications du système de gestion de la qualité (ISO 9001)
- Conformité aux normes environnementales (RoHS, REACH)
Considérations relatives au coût et à la qualité
Trouver un équilibre entre les contraintes budgétaires et les exigences de performance :
- Prendre en compte le coût total de la propriété, et pas seulement le prix d'achat
- Évaluer les économies de main-d'œuvre réalisées grâce à une installation plus facile
- Prendre en compte les coûts des temps d'arrêt dus à des défaillances potentielles
- Évaluer la disponibilité des pièces de rechange et l'assistance à long terme
- Prendre en compte les avantages de la standardisation entre les projets
Erreurs courantes à éviter lors de la sélection des blocs terminaux
Oubli de la chute de tension
De longs parcours de petits conducteurs peuvent créer des chutes de tension importantes :
- Calculer la chute de tension pour les circuits critiques
- Envisager d'augmenter la taille des blocs de jonction pour la distribution d'énergie
- Utiliser des cavaliers en cuivre plutôt qu'en nickel pour une meilleure conductivité
- Mettre en place des groupes de terminaux d'alimentation et de contrôle séparés
- Contrôler la température comme indicateur de mauvaises connexions
Ignorer la production de chaleur
Les problèmes thermiques peuvent entraîner une défaillance prématurée :
- Prévoir un espacement adéquat entre les blocs à courant élevé
- Tenir compte des facteurs de déclassement pour les températures élevées
- Utiliser des blocs plus grands pour les applications à courant élevé, même si la taille du fil permet d'utiliser des blocs plus petits.
- Mettre en place une ventilation adéquate autour des groupes de terminaux
- Envisager l'imagerie thermique lors de la mise en service
Espacement et disposition inadéquats
L'organisation logique permet d'éviter les erreurs :
- Regroupement des bornes par fonction et par niveau de tension
- Utiliser des plaques de séparation entre les différents systèmes de tension
- Maintenir des distances minimales pour un fonctionnement sûr
- Positionner les blocs à courant élevé pour minimiser l'impact thermique sur les circuits sensibles
- Prévoir un espace suffisant pour le pliage et l'acheminement des fils.
Considérations relatives à l'entretien et au remplacement
Signes de défaillance du bornier
Soyez à l'affût des indicateurs de problèmes potentiels :
- Décoloration ou fonte des composants en plastique
- Connexions lâches nécessitant des resserrages fréquents
- Marques d'arc ou de brûlure visibles
- Fluctuations de tension inexpliquées
- Chauffage excessif en fonctionnement normal
Procédures d'inspection
Mettre en place des contrôles réguliers :
- Vérifier le couple de serrage des raccords à vis
- Vérifier s'il y a des signes de surchauffe ou de décoloration
- Confirmation de la sécurité du montage sur rail DIN
- Inspecter les points d'entrée des fils pour vérifier qu'ils ne sont pas endommagés
- Tester les connexions critiques pour vérifier la chute de tension
Possibilités de mise à niveau
Envisager des améliorations lors de l'entretien :
- Remplacer les bornes à vis vieillissantes par des alternatives sans entretien
- Mise en place d'un code couleur pour améliorer la sécurité
- Ajouter des points de test pour faciliter le dépannage
- Passer à des matériaux à température plus élevée, le cas échéant
- Mettre en place de meilleurs systèmes d'étiquetage
Conclusion
La sélection des blocs de jonction montés sur rail DIN appropriés implique un examen minutieux des exigences électriques, des conditions environnementales, des contraintes d'espace et des besoins de maintenance à long terme. En évaluant méthodiquement chaque facteur décrit dans ce guide, vous pouvez concevoir des systèmes électriques efficaces et fiables qui fonctionnent bien tout au long de leur cycle de vie. N'oubliez pas qu'investir du temps dans la sélection de blocs de jonction appropriés est rentable car l'installation est plus rapide, la maintenance est réduite et la fiabilité du système est améliorée.
Consultez toujours les spécifications du fabricant pour votre application spécifique et envisagez de travailler avec des fournisseurs qui peuvent fournir une assistance technique pour les installations complexes. En adoptant la bonne approche pour sélectionner les blocs de jonction montés sur rail DIN, vous créerez des systèmes électriques non seulement fonctionnels, mais aussi optimisés en termes de performances, de sécurité et de facilité de maintenance.
