Как выбрать клеммные колодки для монтажа на DIN-рейку

При проектировании электрических панелей управления и систем автоматизации скромный клеммный блок играет решающую роль в обеспечении надежных соединений. Но при наличии бесчисленного множества вариантов выбор клеммных колодок для монтажа на DIN-рейку, идеально соответствующих требованиям вашего приложения, может оказаться непростой задачей. В этом исчерпывающем руководстве вы узнаете все, что необходимо знать для принятия обоснованных решений по выбору электрических соединений.

Клеммные блоки для DIN-рейки и их применение

Что такое клеммные колодки для DIN-рейки?

Клеммная колодка VIOX

Клеммные блоки для DIN-рейки - это модульные электрические разъемы, устанавливаемые на стандартные металлические рейки. Они обеспечивают надежные точки соединения проводов в электрических шкафах, создавая организованные и доступные системы электропроводки. Эти компоненты служат точками соединения, где проводники могут быть подключены, отключены и систематизированы.

Сам термин "DIN" происходит от Deutsche Institut für Normung (Немецкий институт стандартизации), обозначая приверженность набору стандартов, которые были разработаны в Германии в 1920-х годах и получили глобальное распространение с 1950-х годов.

Общие области применения и отрасли промышленности

Клеммные блоки, установленные на DIN-рейку, находят широкое применение во многих отраслях промышленности:

• Промышленная автоматизация и системы управления
• Системы управления зданием (BMS)
• Оборудование для ОВКВ
• Панели распределения питания
• Применение на железной дороге
• Машиностроение
• Системы управления технологическими процессами
• Установки по производству возобновляемых источников энергии
• Телекоммуникации
• Энергетический сектор
• Транспорт
• Морская и оффшорная техника

Основные преимущества систем крепления на DIN-рейку

Популярность систем на DIN-рейке обусловлена рядом преимуществ:

• Повышенная безопасность: Клеммные блоки, изготовленные из прочных изоляционных материалов, обеспечивают безопасное взаимодействие между компонентами и участками проводки, предотвращая случайный контакт с токоведущими частями.
• Стандартизированный способ крепления у разных производителей
• Простая установка и снятие без инструментов
• Эффективное использование пространства панели
• Упрощенное расширение и изменение конфигурации
• Улучшенная организация и доступность
• Сокращение времени на техническое обслуживание
• Повышенная надежность благодаря безопасным соединениям

Существенные факторы, которые необходимо учитывать при выборе клеммных колодок

Номинальные значения напряжения и тока

Одним из первых моментов при выборе клеммных колодок является их электрическая мощность:

• Номинальное напряжение: Обычно в диапазоне от 300 до 1000 В
• Номинальный ток (амплитуда): Обычно от 5A до 150A в зависимости от размера и конструкции
• Требования к защите от перенапряжения: Для приложений со скачками напряжения
• Применение переменного и постоянного тока: Некоторые блоки оптимизированы для определенных типов тока

Всегда выбирайте клеммные блоки с номиналами, превышающими требования вашего приложения как минимум на 20%, чтобы обеспечить запас прочности и учесть возможные изменения в системе. Для номиналов по току общепринятой лучшей практикой является применение запаса прочности в 150% от максимального предполагаемого тока системы.

Номинальное напряжение в значительной степени зависит от диэлектрической прочности изоляционного материала и физических расстояний между клеммами - в частности, от шага (межосевого расстояния между клеммами) и расстояний между клеммами и зазорами, предусмотренных в блоке.

Совместимость размеров проводов

Клеммные блоки рассчитаны на определенные диапазоны калибров проводов:

• Миниатюрные блоки: 22-14 AWG
• Средние блоки: 20-10 AWG
• Прочные блоки: 12-4 AWG или больше

Убедитесь, что выбранный вами клеммный блок может надежно удерживать как самые маленькие, так и самые большие проводники в вашей системе. Учитывайте совместимость многожильных и одножильных проводов, а также особые требования к феррулированным или луженым проводникам.

Несоответствие размера или типа провода указанным возможностям клеммной колодки может привести к неплотному соединению, высокому сопротивлению контактов, прерывистой работе или даже полному выдергиванию провода при минимальных нагрузках.

Типы клеммных колодок (винтовые, пружинные, IDC и т.д.)

Способ подключения существенно влияет на время установки, надежность и требования к обслуживанию:

• Винтовой тип: Традиционные и широко используемые; надежные, но требуют надлежащего момента затяжки. К преимуществам относятся высокая сила зажима и пригодность для больших проводов, но они могут ослабнуть при вибрации, если не затянуть их должным образом.
• Пружинный зажим (Cage Clamp): Более быстрый монтаж, виброустойчивость, отсутствие необходимости в обслуживании. Пружинные зажимы обеспечивают превосходную устойчивость к вибрациям и ударам, поскольку постоянное давление, оказываемое пружиной, автоматически регулируется, чтобы компенсировать незначительную деформацию проволоки или изменения, вызванные колебаниями температуры.
• Вставной (PIT): Быстрое соединение без инструментов, компактная конструкция. Клеммы Push-in позволяют напрямую вставлять одножильные или феррулированные провода без инструментов, что позволяет сократить время монтажа на 40% по сравнению с пружинными клеммами.
• Вытеснение изоляции (IDC): Быстрая заделка без снятия изоляции. Технология IDC исключает необходимость зачистки проводов, что значительно сокращает общее время, затрачиваемое на подготовку проводов.
• Болтовое соединение (шпилечные клеммы): Для сильноточных применений, требующих максимального контактного давления. Они создают исключительно прочное и надежное соединение, обеспечивая очень высокую устойчивость к ослаблению, вызванному вибрацией, ударами или механическими нагрузками.
• Съемные клеммные блоки: Модульная конструкция с отдельными штекерами и розетками, позволяющая быстро подключать и отключать целые жгуты проводов. Идеально подходят для приложений, требующих частого обслуживания или замены компонентов.

Выберите технологию соединения, исходя из требований к виброустойчивости, надежности соединения и частоте обслуживания.

Ограничения пространства и требования к монтажу

Место на панели часто бывает ограничено:

• Учитывайте шаг (ширину) клеммной колодки - от 3,5 мм до 20 мм.
• Оцените варианты укладки многоуровневых блоков (одноуровневые, двухуровневые или трехуровневые)
• Учет вспомогательного пространства (концевые скобки, разделители, перемычки)
• План расширения и будущих модификаций
• Продумайте ориентацию и доступность проводки

Миниатюрные и микроклеммные блоки специально разработаны для установки в тесные шкафы или компактное оборудование, где клеммные блоки стандартного размера были бы непрактичны. Их можно устанавливать на DIN-рейку меньшего размера, например NS 15, в дополнение к стандартной NS 35.

Специализированные варианты клеммных колодок для особых применений

Клеммные колодки заземления и заземления

Клеммные блоки заземления имеют отличительную зелено-желтую окраску и специальную конструкцию для защитного заземления:

• Часто имеют большую металлическую поверхность для лучшего электрического контакта
• Возможно прямое соединение металла с рельсом для улучшения заземления
• Возможность проведения специальных испытаний для проверки безопасности

Эти блоки специально разработаны для обеспечения безопасного и надежного электрического соединения цепи или оборудования с землей (заземлением), обычно путем механического и электрического соединения входящего провода заземления с самой DIN-рейкой.

Клеммные блоки с предохранителями

В них держатели предохранителей встроены непосредственно в клеммную колодку:

• Обеспечьте защиту цепи в системе терминалов
• Доступен для различных типов предохранителей (стеклянных, керамических, автомобильных)
• Может включать индикаторы перегорания предохранителей (часто светодиодные).
• Некоторые конструкции позволяют заменять предохранители без отсоединения проводов

Конструкция клеммных колодок с предохранителями часто включает откидную секцию, поворотный рычаг или завинчивающуюся крышку, которая обеспечивает легкий доступ к предохранителю для осмотра или замены.

Многоуровневые клеммные блоки

В условиях ограниченного пространства многоуровневые конструкции обеспечивают максимальную плотность соединений:

• Двухуровневый: Два независимых контура на одной площади
• Трехуровневый: Три уровня соединения для максимальной плотности
• Можно комбинировать различные типы цепей (питание, сигнал, земля).
• Учитывайте доступность для тестирования и обслуживания

Хотя многоуровневые блоки имеют очевидные преимущества с точки зрения плотности соединений, они также могут создавать практические проблемы, связанные с доступностью для подключения нижних уровней и последующего тестирования или устранения неисправностей.

Разъемные и ножевые клеммные колодки

Для схем, требующих изоляции:

• Блоки ножевых разъединителей позволяют прерывать цепь для тестирования
• Клеммы контрольной точки обеспечивают доступ к измерениям без отключения
• Комбинации предохранителей и разъединителей обеспечивают защиту и изоляцию
• Рассмотрите возможность использования подключаемых мостовых систем для группового отключения

Эти клеммные блоки обеспечивают безопасное и удобное прерывание или тестирование электрических цепей без необходимости физического удаления или нарушения подключенной проводки. Они особенно важны в системах управления технологическими процессами, промышленной автоматизации и коммунальных системах, где требуется регулярная калибровка или тестирование.

Клеммные колодки датчиков/актуаторов

Специализируется на эффективном подключении датчиков и исполнительных механизмов:

• Обеспечивают несколько различных уровней потенциала (питание, земля, сигнал)
• Часто имеют узкие профили для прокладки проводов высокой плотности
• Может включать светодиодные индикаторы для отображения состояния сигнала
• Используйте элементы с цветовой кодировкой для легкой идентификации потенциалов

Ключевой особенностью конструкции является возможность объединения нескольких точек подключения в компактном едином корпусе, что идеально подходит для 3-проводных датчиков приближения, фотоэлектрических датчиков или небольших исполнительных механизмов.

Клеммные блоки распределения питания

Распределительный блок UKK

Предназначен для упрощения и централизации распределения электроэнергии:

• Высокая токопроводящая способность
• Может иметь двойные входные клеммы для резервного питания
• Обеспечивают несколько точек выхода для распределения энергии
• Сведите к минимуму беспорядок в проводах и уменьшите количество потенциальных точек отказа

Клеммные блоки для термопар

Специально разработан для схем измерения температуры:

• Внутренние проводящие части изготовлены из сплавов с термопарой
• Предотвращение наведения нежелательной тепловой ЭДС в точках заделки
• Может включать встроенные миниатюрные разъемы для термопар
• Цветная маркировка и обозначение типа термопары (K, J, T и т.д.)

Экологические соображения при выборе клеммной колодки

Номинальные температуры и тепловыделение

Клеммные блоки должны выдерживать условия эксплуатации:

• Стандартные блоки обычно рассчитаны на температуру от -30°C до +85°C
• Доступны высокотемпературные варианты для температуры до +125°C
• Рассмотрим выделение тепла при протекании тока
• Учет повышения температуры в шкафу и вентиляции
• Оцените пластиковые материалы на предмет термостойкости

Материалы корпуса (как правило, полиамиды, например PA66) имеют определенные температурные пределы. Если фактическая рабочая температура превышает указанный верхний предел, пластиковый корпус может размягчиться, деформироваться или разрушиться, ухудшив изоляционные свойства и механическую прочность.

Устойчивость к вибрации

В среде с движением или вибрацией:

• Клеммы с пружинными зажимами обеспечивают превосходную виброустойчивость
• Рассмотрите блоки с функцией блокировки или антивибрационной конструкцией
• Оцените историческую производительность в аналогичных приложениях
• Обратите внимание на сертификаты сторонних организаций по тестированию на вибрацию

Выбор технологии соединения оказывает огромное влияние на способность клеммной колодки противостоять вибрации и ударам. Пружинные технологии (пружинные зажимы, push-in), как правило, обеспечивают отличную виброустойчивость, в то время как винтовые зажимы могут быть подвержены ослаблению, если они специально не разработаны с антивибрационными функциями.

Защита от влаги и пыли (классы IP)

Для жестких условий эксплуатации:

• Стандартные клеммные блоки обеспечивают базовую защиту IP20 (защита от пальцев)
• Доступны специальные варианты для IP67 (пыле- и водонепроницаемость)
• Рассмотрите возможность использования конформных покрытий или герметичных конструкций для экстремальных условий
• Оценка устойчивости материала к определенным химическим веществам или загрязнителям

Хотя отдельным клеммным колодкам на DIN-рейке обычно не присваивается степень защиты IP (поскольку они являются компонентами, предназначенными для установки в защитном корпусе), общая степень защиты IP корпуса имеет решающее значение для их защиты во влажной или мокрой среде.

Аксессуары и дополнительные компоненты для клеммных колодок

Торцевые пластины и кронштейны

Необходимы для фиксации узлов клеммных колодок:

• Торцевые кронштейны предотвращают перемещение блока по рельсу
• Перегородки разделяют разные уровни напряжения
• Торцевые крышки защищают открытые проводящие части
• Рассмотрите варианты цветовой кодировки для визуальной организации

Системы маркировки и этикетки

Четкая идентификация имеет решающее значение для безопасного обслуживания:

• Маркеры с прямой печатью для постоянной идентификации
• Защелкивающиеся держатели для маркеров для сменной маркировки
• Системы, печатающие один раз, для последовательного документирования
• Рассмотрите системы маркировки с программным обеспечением для сложных установок

Перемычки и перекрестные соединения

Упрощение общих соединений между клеммами:

• Перемычки с фиксированным шагом для смежных блоков
• Перемычки с переменным шагом для не смежных соединений
• Многополюсные перемычки для соединения нескольких цепей
• Изолированные перемычки для различных уровней напряжения

Принадлежности для тестирования

Содействие в проверке и устранении неисправностей системы:

• Контрольные штекеры для измерения без отсоединения
• Адаптеры для подключения приборов
• Модули со встроенными контрольными точками
• Учитывайте требования безопасности при проведении испытаний в реальном времени

Стандарты DIN-рейки и совместимость

Типы DIN-рейки

Существует несколько типов DIN-рейки, наиболее распространенной является TS35:

• Рельс Top Hat Rail (TS35/IEC/EN 60715 - 35×7,5 и 35×15): Наиболее распространенный тип, используемый во всем мире. Имеет симметричный профиль, напоминающий шляпу, и ширину 35 мм. Выпускается в вариантах со стандартной глубиной (7,5 мм) и глубокой шляпой (15 мм).
• Рельс типа G (TS32/EN 50035): Имеет асимметричный профиль и, как правило, ширину 32 мм. Используется для монтажа более крупных и тяжелых электрических компонентов.
• Рельсы С-типа (EN 50024): Имеют С-образное сечение и бывают разной высоты (C20, C30, C40, C50). Их использование сократилось с появлением рельсов TS35.
• Миниатюрные рельсы (TS15/EN 50045): Уменьшенная версия рельса TS35 шириной 15 мм, идеально подходящая для применения в условиях ограниченного пространства.

Во избежание проблем с установкой убедитесь, что ваши клеммные блоки совместимы с конкретным типом DIN-рейки.

Материал и отделка DIN-рейки

DIN-рейки обычно изготавливаются из материалов, обладающих хорошей механической прочностью и устойчивостью к коррозии:

• Сталь (холоднокатаная углеродистая сталь): Наиболее распространенная, обеспечивает отличную прочность и жесткость.
• Алюминий: Легче стали и обладает хорошей коррозионной стойкостью.
• Нержавеющая сталь: Для жестких, агрессивных сред.
• Отделка поверхности: Стальные рельсы обычно имеют защитное цинковое покрытие или хроматную пассивацию.

Пошаговое руководство по выбору подходящей клеммной колодки

Определение потребностей в электричестве

Начните с основных потребностей в электричестве:

• Перечислите требования к максимальному напряжению и току
• Определите типы и размеры проводов, подлежащих заделке
• Определите необходимое расстояние для изоляции напряжения
• Учитывайте особые требования (высокая температура, вибрация)
• Оцените необходимость защиты цепи (с предохранителем или без него)

Измерение доступного пространства

Оптимизируйте расположение панелей:

• Измерьте доступную длину DIN-рейки
• Рассчитайте необходимое количество клемм и расстояние между ними
• Учитывайте аксессуары и требования к занимаемому ими пространству
• Возможность будущего расширения (обычно 20%)
• Убедитесь в наличии свободного пространства в глубине шкафа для прокладки проводов

Оценка методов подключения

Выберите правильную технологию заделки:

• Оцените уровень квалификации монтажника и имеющиеся инструменты
• Учитывайте частоту технического обслуживания и доступность
• Оценка проблем, связанных с вибрацией и движением
• Соизмеряйте время установки с надежностью соединения
• Учет условий окружающей среды, влияющих на соединения

Учет будущих потребностей в расширении

Планируйте завтрашние потребности:

• Резервное место для дополнительных клеммных блоков
• Стандартизация типов блоков для управления запасами
• Тщательно документируйте для будущих модификаций
• Рассмотрите модульные системы, позволяющие вносить изменения
• Создайте резервные мощности для удовлетворения непредвиденных потребностей

Стандарты и сертификаты

Клеммные блоки должны соответствовать различным международным и региональным стандартам:

• Стандарты IEC: IEC 60947-7-1 (стандартные клеммные блоки), IEC 60947-7-2 (клеммные блоки с заземлением), IEC 60947-7-3 (клеммные блоки с предохранителем)
• Стандарты UL: UL 1059 (клеммные блоки), UL 486A-486B (проводные разъемы)
• Стандарты CSA: Серия CSA C22.2 для канадских рынков

Ключевые сертификаты, на которые следует обратить внимание:

• Маркировка CE: Для соответствия требованиям Европейской экономической зоны
• Знак признанного UL компонента (знак RU): Компонент, оцененный UL для использования в больших системах
• Знак CSA Certified: соответствует канадским стандартам безопасности
• Маркировка ATEX и IECEx: Для оборудования в потенциально взрывоопасных средах

Лучшие производители и соображения по поводу качества

Ведущие бренды клеммных колодок

Некоторые производители зарекомендовали себя с лучшей стороны:

• Феникс Контакт
• ВИОКС ЭЛЕКТРИК
• Ваго
• ABB
• Schneider Electric
• Rockwell Automation
• TE Connectivity

Сертификаты качества, на которые следует обратить внимание

Проверьте соблюдение соответствующих стандартов:

• Сертификаты UL/CSA для установки в Северной Америке
• Сертификаты IEC/EN для международных применений
• Сертификаты для конкретных отраслей промышленности (морские, железнодорожные, взрывозащищенные)
• Сертификация системы менеджмента качества (ISO 9001)
• Соответствие экологическим стандартам (RoHS, REACH)

Соотношение цены и качества

Сбалансируйте бюджетные ограничения с требованиями к производительности:

• Учитывайте общую стоимость владения, а не только цену покупки
• Оцените экономию трудозатрат благодаря более простой установке
• Учитывайте затраты на простои из-за потенциальных отказов
• Оценка наличия запасных частей и долгосрочной поддержки
• Учитывайте преимущества стандартизации в разных проектах

Общие ошибки, которых следует избегать при выборе клеммных колодок

Не обращая внимания на падение напряжения

Длинные отрезки небольших проводников могут создавать значительное падение напряжения:

• Рассчитайте падение напряжения для критических цепей
• Рассмотрите возможность увеличения размеров клеммных блоков для распределения питания
• Используйте медные перемычки вместо никелевых для лучшей проводимости
• Реализуйте отдельные группы клемм питания и управления
• Контролируйте температуру как индикатор плохого соединения

Игнорирование выделения тепла

Тепловые проблемы могут привести к преждевременному выходу из строя:

• Обеспечьте достаточное расстояние между сильноточными блоками
• Учитывайте понижающие коэффициенты для повышенных температур
• Используйте большие блоки для сильноточных приложений, даже если размер провода позволяет использовать меньшие блоки
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию вокруг терминальных групп
• Рассмотрите возможность тепловизионного обследования при вводе в эксплуатацию

Неправильная расстановка и расположение

Логическая организация предотвращает ошибки:

• Группируйте клеммы по функциям и уровню напряжения
• Используйте разделительные пластины между системами разного напряжения
• Соблюдайте минимальные расстояния для безопасной работы
• Расположите сильноточные блоки так, чтобы минимизировать тепловое воздействие на чувствительные схемы
• Обеспечьте достаточное пространство для сгибания и прокладки проволоки

Техническое обслуживание и замена

Признаки неисправности клеммной колодки

Следите за индикаторами потенциальных проблем:

• Обесцвечивание или плавление пластиковых деталей
• Ослабленные соединения, требующие частой подтяжки
• Видимые следы дуги или горения
• Необъяснимые колебания напряжения
• Чрезмерный нагрев при нормальной работе

Процедуры проверки

Проводите регулярные проверки:

• Проверьте правильность момента затяжки резьбовых соединений
• Проверьте, нет ли признаков перегрева или обесцвечивания
• Убедитесь в надежности крепления на DIN-рейку
• Осмотрите места ввода проводов на предмет повреждений
• Проверьте критические соединения на падение напряжения

Возможности модернизации

Рассмотрите возможность усовершенствований во время технического обслуживания:

• Замените устаревшие винтовые клеммы на не требующие обслуживания альтернативы
• Внедрите цветовую маркировку для повышения безопасности
• Добавьте контрольные точки для облегчения поиска неисправностей
• При необходимости перейдите на более высокотемпературные материалы
• Внедрение более совершенных систем маркировки

Заключение

При выборе подходящих клеммных блоков для монтажа на DIN-рейку необходимо тщательно учитывать электрические требования, условия окружающей среды, ограниченное пространство и потребности в долгосрочном обслуживании. Методично оценивая каждый фактор, описанный в данном руководстве, вы сможете разработать эффективные, надежные электрические системы, которые будут хорошо работать на протяжении всего срока службы. Помните, что вложение времени в правильный выбор клеммных колодок окупается за счет более быстрого монтажа, сокращения объема технического обслуживания и повышения надежности системы.

Всегда обращайтесь к спецификациям производителя для конкретного применения, а также сотрудничайте с поставщиками, которые могут обеспечить техническую поддержку при сложных установках. При правильном подходе к выбору клеммных колодок для монтажа на DIN-рейку вы создадите электрические системы, которые будут не только функциональными, но и оптимизированными с точки зрения производительности, безопасности и удобства обслуживания.

Связанные

Как правильно выбрать клеммный блок для вашего электропроекта

Как правильно выбрать клеммный блок UKK: Исчерпывающее руководство