Як вибрати клемні колодки для монтажу на DIN-рейку

При проектуванні електричних панелей керування та систем автоматизації скромна клемна колодка відіграє вирішальну роль у забезпеченні надійних з'єднань. Але серед незліченної кількості варіантів вибору клемних колодок, що монтуються на DIN-рейку, які ідеально відповідають вимогам вашої програми, може бути непросто. У цьому вичерпному посібнику ви знайдете все, що вам потрібно знати для прийняття обґрунтованих рішень щодо електричних з'єднань.

Розуміння клемних колодок DIN-рейки та їх застосування

Що таке клемні колодки DIN-рейки?

Клемна колодка VIOX

Клемні колодки на DIN-рейку - це модульні електричні роз'єми, встановлені на стандартизованих металевих рейках. Вони забезпечують надійне з'єднання проводів в електричних шафах, створюючи організовані та доступні системи проводки. Ці компоненти служать точками з'єднання, де провідники можуть бути з'єднані, роз'єднані і систематизовані.

Сам термін "DIN" походить від Deutsche Institut für Normung (Німецький інститут стандартизації), що означає дотримання набору стандартів, які виникли в Німеччині в 1920-х роках і набули глобального поширення з 1950-х років.

Поширені сфери застосування та галузі

Клемні колодки, встановлені на DIN-рейку, знаходять широке застосування в багатьох галузях промисловості:

• Промислова автоматизація та системи управління
• Системи управління будівлею (BMS)
• Опалювально-вентиляційне обладнання
• Панелі розподілу електроенергії
• Застосування на залізниці
• Машинобудування
• Системи управління технологічними процесами
• Установки для відновлюваної енергетики
• Телекомунікації
• Енергетичний сектор
• Транспортування
• Морське та шельфове машинобудування

Основні переваги систем кріплення на DIN-рейку

Популярність систем DIN-рейок обумовлена кількома перевагами:

• Підвищена безпека: Виготовлені з міцних ізоляційних матеріалів, клемні колодки забезпечують безпечний інтерфейс між компонентами та ділянками проводки, запобігаючи випадковому контакту з частинами, що знаходяться під напругою.
• Стандартизований спосіб монтажу для всіх виробників
• Легке встановлення та зняття без інструментів
• Ефективне використання простору панелі
• Спрощене розширення та реконфігурація
• Покращена організація та доступність
• Скорочення часу на технічне обслуговування
• Підвищена надійність завдяки захищеним з'єднанням

Основні фактори, які слід враховувати при виборі клемних колодок

Номінальні значення напруги та струму

Одне з перших міркувань при виборі клемних колодок - це їхня електрична ємність:

• Номінальна напруга: Зазвичай від 300В до 1000В
• Номінальний струм (сила струму): Зазвичай від 5А до 150А залежно від розміру та конструкції
• Вимоги до захисту від перенапруги: Для застосувань зі стрибками напруги
• Застосування для змінного та постійного струму: Деякі блоки оптимізовані для певних типів струму

Завжди вибирайте клемні колодки з номіналами, що перевищують вимоги вашої системи щонайменше на 20%, щоб забезпечити запас міцності та врахувати потенційні зміни в системі. Для поточних номінальних значень загальноприйнятою найкращою практикою є застосування запасу міцності в 150% від максимального очікуваного струму системи.

На номінальну напругу суттєво впливає діелектрична міцність ізоляційного матеріалу та фізична відстань між клемами, зокрема, крок (міжцентрова відстань між клемами), а також розраховані в блоці відстані протікання та зазори.

Сумісність розмірів проводів

Клемні колодки підходять для певних діапазонів калібру проводів:

• Мініатюрні блоки: 22-14 AWG
• Блоки для середніх навантажень: 20-10 AWG
• Надміцні блоки: 12-4 AWG або більше

Переконайтеся, що обрана вами клемна колодка може надійно утримувати як найменші, так і найбільші провідники у вашій системі. Враховуйте сумісність багатожильних і одножильних проводів, а також будь-які особливі вимоги до гофрованих або луджених провідників.

Невідповідність розміру або типу дроту зазначеним можливостям клемної колодки може призвести до ослаблення з'єднань, високого опору контактів, переривчастої роботи або навіть повного висмикування дроту при мінімальному напруженні.

Типи клемних блоків (гвинтові, пружинні, IDC тощо)

Спосіб підключення суттєво впливає на час встановлення, надійність та вимоги до обслуговування:

• Гвинтові: Традиційний і широко використовуваний; надійний, але вимагає належного моменту затягування. Перевагами є висока сила затискання і придатність для великих проводів, але вони можуть ослабнути від вібрації, якщо не затягнути їх належним чином.
• Пружинний затискач (Cage Clamp): Швидший монтаж, вібростійкий, не потребує обслуговування. Пружинні затискачі забезпечують відмінну стійкість до вібрації та ударів, оскільки постійний тиск, який чинить пружина, автоматично регулюється, щоб компенсувати незначні деформації дроту або зміни, викликані коливаннями температури.
• Push-in (PIT): Швидке з'єднання без інструментів, компактна конструкція. Вставні клеми дозволяють безпосередньо вставляти одножильні або гофровані дроти без інструментів, забезпечуючи до 40% менше часу на встановлення порівняно з пружинними клемами.
• Зсув ізоляції (IDC): Швидке закінчення без зняття ізоляції. Технологія IDC усуває необхідність зачистки дроту, значно скорочуючи загальний час, витрачений на підготовку дроту.
• Болтове з'єднання (шпилькові клеми): Для сильнострумових застосувань, що вимагають максимального контактного тиску. Вони створюють надзвичайно міцне і надійне з'єднання, що забезпечує дуже високу стійкість до розхитування, спричиненого вібрацією, ударами або механічними навантаженнями.
• З'єднувальні клемні колодки: Мають модульну конструкцію з окремими компонентами штекера та розетки, що дозволяє швидко під'єднувати та від'єднувати цілі джгути проводів. Ідеально підходять для застосувань, що вимагають частого обслуговування або заміни компонентів.

Виберіть технологію з'єднання, виходячи з вимог вашого застосування до вібростійкості, надійності з'єднання та частоти технічного обслуговування.

Обмеження простору та вимоги до монтажу

Простір панелей часто є преміальним:

• Враховуйте крок (ширину) клемної колодки - від 3,5 мм до 20 мм
• Оцініть варіанти укладання багаторівневих блоків (однорівневі, дворівневі або трирівневі)
• Враховуйте простір для аксесуарів (торцеві кронштейни, роздільники, перемички)
• План розширення та майбутніх модифікацій
• Враховуйте орієнтацію та доступність для проводки

Мініатюрні та мікро клемні колодки спеціально розроблені для встановлення у вузькі корпуси або компактне обладнання, де використання стандартних клемних колодок було б недоцільним. Їх можна встановлювати на менші профілі DIN-рейки, наприклад, на рейку NS 15, а також на стандартну рейку NS 35.

Спеціалізовані варіанти клеммних колодок для конкретних застосувань

Клемні колодки заземлення та занулення

Клемні колодки заземлення мають характерне зелено-жовте забарвлення та спеціальну конструкцію для підключення захисного заземлення:

• Часто включають більші металеві поверхні для кращого електричного контакту
• Може пропонувати прямі з'єднання металу з рейкою для покращеного заземлення
• Доступний зі спеціальними можливостями тестування для перевірки безпеки

Ці блоки спеціально розроблені для забезпечення безпечного і надійного електричного з'єднання ланцюга або частини обладнання із заземленням (землею), як правило, шляхом механічного та електричного з'єднання вхідного дроту заземлення з самою DIN-рейкою.

Клемні колодки з плавким запобіжником

Вони включають тримачі запобіжників безпосередньо в клемну колодку:

• Забезпечити захист ланцюга в клемній системі
• Доступні для різних типів запобіжників (скляні, керамічні, автомобільні)
• Може містити індикатори перегорання запобіжників (часто світлодіодні)
• Деякі конструкції дозволяють замінити запобіжник без від'єднання проводів

Конструкція клемних колодок з плавким запобіжником часто включає шарнірну секцію, поворотний важіль або гвинтову кришку, що забезпечує легкий доступ до запобіжника для перевірки або заміни.

Багаторівневі клемні колодки

Коли простір обмежений, багаторівневі конструкції максимізують щільність з'єднань:

• Дворівневий: Дві незалежні схеми на одній площі
• Потрійний рівень: Три рівні з'єднання для максимальної щільності
• Можна комбінувати різні типи ланцюгів (силовий, сигнальний, заземлення)
• Враховуйте доступність для тестування та обслуговування

Хоча багаторівневі блоки мають явні переваги з точки зору щільності з'єднань, вони також можуть створювати практичні проблеми з доступом до проводки нижніх рівнів, а також для подальшого тестування або усунення несправностей.

Роз'ємні та клемні колодки з ножовими кромками

Для схем, що потребують ізоляції:

• Блоки роз'єднання ножів дозволяють переривати ланцюг для тестування
• Термінали тестових точок забезпечують доступ до вимірювань без відключення
• Комбінації запобіжник-роз'єднувач забезпечують захист та ізоляцію
• Розглянемо вставні мостові системи для групового відключення

Ці клемні колодки забезпечують безпечне та зручне переривання або тестування електричних ланцюгів без необхідності фізичного від'єднання або пошкодження підключеної проводки. Вони особливо важливі в системах керування технологічними процесами, промисловій автоматизації та комунальному господарстві, де потрібне регулярне калібрування або тестування.

Клемні колодки датчиків/приводів

Спеціалізований для ефективного підключення датчиків і виконавчих механізмів:

• Забезпечити кілька різних рівнів потенціалу (живлення, заземлення, сигнал)
• Часто мають вузькі профілі для високої щільності проводки
• Може включати світлодіодні індикатори для відображення стану сигналу
• Використовуйте елементи з кольоровим кодуванням для легкої ідентифікації потенціалів

Ключовою конструктивною особливістю є можливість об'єднання декількох точок підключення в компактному корпусі, що ідеально підходить для 3-провідних датчиків наближення, фотоелектричних датчиків або невеликих виконавчих пристроїв.

Розподільні клемні колодки

Розподільчий блок UKK

Призначений для спрощення та централізації розподілу електроенергії:

• Висока струмова пропускна здатність
• Може мати подвійні вхідні клеми для резервного живлення
• Забезпечте кілька вихідних точок для розподілу живлення
• Мінімізація безладу в проводці та зменшення потенційних точок несправностей

Клемні колодки для термопар

Спеціально розроблений для ланцюгів вимірювання температури:

• Внутрішні струмопровідні частини з термопарних сплавів
• Запобігання виникненню небажаних теплових ЕРС в точках замикання
• Може містити вбудовані мініатюрні роз'єми для термопар
• Кольорове маркування та позначення типу термопари (K, J, T і т.д.)

Екологічні міркування при виборі клеммної колодки

Температурні характеристики та розсіювання тепла

Клемні колодки повинні витримувати робоче середовище:

• Стандартні блоки зазвичай розраховані на температуру від -30°C до +85°C
• Доступні високотемпературні варіанти для роботи до +125°C
• Розглянемо генерацію тепла від протікання струму
• Враховуйте підвищення температури корпусу та вентиляцію
• Оцініть пластикові матеріали на температурну стійкість

Матеріали корпусу (зазвичай поліаміди, такі як PA66) мають певні температурні обмеження. Якщо фактична робоча температура перевищує зазначену верхню межу матеріалу, пластиковий корпус може розм'якшитись, деформуватись або зруйнуватись, що призведе до погіршення ізоляційних властивостей та механічної міцності.

Вібростійкість

У середовищах з рухом або вібрацією:

• Клеми з пружинними затискачами забезпечують чудову вібростійкість
• Розгляньте блоки з функцією блокування або антивібраційною конструкцією
• Оцініть історичні показники в аналогічних додатках
• Шукайте сторонні сертифікати тестування на вібрацію

Вибір технології з'єднання має значний вплив на здатність клемної колодки витримувати вібрацію та удари. Технології на основі пружин (пружинний затискач, push-in), як правило, забезпечують відмінну вібростійкість, в той час як гвинтові затискачі можуть бути схильні до ослаблення, якщо вони спеціально не розроблені з антивібраційними функціями.

Захист від вологи та пилу (ступінь захисту IP)

Для суворих умов експлуатації:

• Стандартні клемні колодки мають базовий захист IP20 (безпечний для пальців)
• Доступні спеціальні варіанти для IP67 (пило- та водонепроникні)
• Розгляньте конформні покриття або інкапсульовані конструкції для екстремальних умов
• Оцініть стійкість матеріалу до конкретних хімічних речовин або забруднювачів

Хоча окремим клемним колодкам на DIN-рейці зазвичай не присвоюється ступінь захисту IP (оскільки вони є компонентами, призначеними для встановлення в захисному корпусі), загальний ступінь захисту IP корпусу має вирішальне значення для їхнього захисту у вологому або мокрому середовищі.

Аксесуари для клемних блоків та додаткові компоненти

Торцеві панелі та кронштейни

Необхідні для фіксації клемних блоків:

• Торцеві кронштейни запобігають переміщенню блоку по рейці
• Перегородки розділяють різні рівні напруги
• Торцеві кришки захищають відкриті струмопровідні частини
• Розглянемо варіанти кольорового кодування для візуальної організації

Системи маркування та етикетки

Чітка ідентифікація має вирішальне значення для безпечного обслуговування:

• Маркери прямого друку для постійної ідентифікації
• Закріплювані тримачі маркерів для змінних етикеток
• Системи одноразового друку для послідовного документування
• Розглянемо програмні системи маркування для складних інсталяцій

Перемички та перехресні з'єднання

Спрощення загальних з'єднань між терміналами:

• Перемички з фіксованим кроком для суміжних блоків
• Перемички зі змінним кроком для несуміжних з'єднань
• Багатополюсні перемички для з'єднання декількох ланцюгів
• Ізольовані перемички для різних рівнів напруги

Аксесуари для тестування

Спрощення перевірки системи та усунення несправностей:

• Випробувальні штекери для вимірювання без відключення
• Тестові адаптери для підключення приладів
• Модулі з вбудованими тестовими точками
• Розглянемо вимоги безпеки для тестування в реальному часі

Стандарти DIN-рейки та сумісність

Типи DIN-рейок

Існує кілька типів DIN-рейок, найпоширенішою з яких є TS35:

• Top Hat Rail (TS35/IEC/EN 60715 - 35×7,5 і 35×15): Найпоширеніший тип, що використовується у всьому світі. Має симетричний профіль, що нагадує капелюх, і має ширину 35 мм. Доступні у версіях зі стандартною глибиною (7,5 мм) та глибоким капелюшком (15 мм).
• G-Type Rail (TS32/EN 50035): Має асиметричний профіль і зазвичай має ширину 32 мм. Використовується для монтажу більших і важчих електричних компонентів.
• Рейки С-типу (EN 50024): Мають С-подібний поперечний переріз і бувають різної висоти (C20, C30, C40, C50). Їх використання зменшилося, оскільки рейки TS35 стали більш домінуючими.
• Мініатюрні рейки (TS15/EN 50045): Зменшена версія рейки TS35 шириною 15 мм, ідеально підходить для застосування в умовах обмеженого простору.

Переконайтеся, що ваші клемні колодки сумісні з певним типом DIN-рейки, щоб уникнути проблем з установкою.

Матеріал і обробка DIN-рейки

DIN-рейки, як правило, виготовляються з матеріалів, які мають хорошу механічну міцність і стійкість до корозії:

• Сталь (холоднокатана вуглецева сталь): Найпоширеніший матеріал, забезпечує відмінну міцність і жорсткість.
• Алюміній: Легший за сталь і має хорошу корозійну стійкість.
• Нержавіюча сталь: Для суворих, агресивних середовищ.
• Обробка поверхні: Сталеві рейки зазвичай мають захисне цинкове покриття або хроматне пасивування.

Покрокове керівництво по вибору правильної клемної колодки

Визначення електричних вимог

Почніть з ваших основних потреб в електроенергії:

• Перелічіть максимальні вимоги до напруги та струму
• Визначте типи та розміри проводів, що підлягають термінації
• Визначте необхідну відстань для ізоляції напруги
• Враховуйте особливі вимоги (висока температура, вібрація)
• Оцініть потреби в захисті ланцюга (з плавким або неплавким запобіжником)

Вимірювання доступного простору

Оптимізуйте розташування панелей:

• Виміряйте доступну довжину DIN-рейки
• Розрахуйте необхідну кількість клем та відстань між ними
• Враховуйте аксесуари та їхню потребу в просторі
• Дозволити майбутнє розширення (зазвичай 20%)
• Перевірте глибину шафи для прокладання дротів

Оцінка методів підключення

Виберіть правильну технологію термінації:

• Оцініть рівень кваліфікації інсталятора та наявні інструменти
• Враховуйте частоту та доступність технічного обслуговування
• Оцініть проблеми з вібрацією та переміщенням
• Зважте час встановлення та надійність з'єднання
• Фактор умов навколишнього середовища, що впливають на з'єднання

Розгляд майбутніх потреб у розширенні

Плануйте вимоги завтрашнього дня:

• Резервне місце для додаткових клемних блоків
• Стандартизувати типи блоків для управління запасами
• Ретельно задокументуйте майбутні зміни
• Розгляньте модульні системи, які адаптуються до змін
• Створіть резервну потужність для непередбачуваних потреб

Стандарти та сертифікація

Клемні колодки повинні відповідати різним міжнародним і регіональним стандартам:

• Стандарти IEC: IEC 60947-7-1 (стандартні клемні колодки), IEC 60947-7-2 (клемні колодки із заземленням), IEC 60947-7-3 (клемні колодки з плавким запобіжником)
• Стандарти UL: UL 1059 (клемні колодки), UL 486A-486B (дротові з'єднувачі)
• Стандарти CSA: Серія CSA C22.2 для канадських ринків

Ключові сертифікати, на які слід звернути увагу:

• Маркування CE: Для відповідності вимогам Європейського економічного простору
• Знак визнаного компонента UL (знак RU): Компонент, оцінений UL для використання у великих системах
• Сертифікований знак CSA: відповідає канадським стандартам безпеки
• Маркування ATEX та IECEx: Для обладнання в потенційно вибухонебезпечних середовищах

Найкращі виробники та міркування щодо якості

Провідні бренди клемних колодок

Деякі виробники мають добру репутацію завдяки своїй якості:

• Phoenix Contact
• VIOX ELECTRIC
• Ваґо!
• ABB
• Schneider Electric
• Rockwell Automation
• TE Connectivity

Сертифікати якості, на які слід звернути увагу

Перевірте дотримання відповідних стандартів:

• Схвалення UL/CSA для установок у Північній Америці
• Сертифікати IEC/EN для міжнародного застосування
• Галузеві сертифікати (морські, залізничні, вибухозахищені)
• Сертифікація системи управління якістю (ISO 9001)
• Відповідність екологічним стандартам (RoHS, REACH)

Міркування щодо вартості та якості

Збалансувати бюджетні обмеження з вимогами до продуктивності:

• Враховуйте загальну вартість володіння, а не лише ціну придбання
• Оцініть економію робочої сили завдяки спрощеній установці
• Враховуйте вартість простою від потенційних збоїв
• Оцініть наявність запасних частин та довгострокову підтримку
• Розглянемо переваги стандартизації в різних проектах

Типові помилки, яких слід уникати при виборі клемних колодок

Погляд на падіння напруги

Довгі відрізки тонких провідників можуть створювати значні падіння напруги:

• Розрахунок падіння напруги для критичних ланцюгів
• Розгляньте можливість збільшення розмірів клемних блоків для розподілу живлення
• Використовуйте мідні перемички замість нікелевих для кращої провідності
• Реалізуйте окремі силові та керуючі клемні групи
• Відстежуйте температуру як індикатор поганих з'єднань

Ігнорування виробництва тепла

Проблеми з теплом можуть призвести до передчасного виходу з ладу:

• Забезпечте достатню відстань між сильнострумовими блоками
• Розглянемо понижуючі коефіцієнти для підвищених температур
• Використовуйте більші блоки для сильнострумових застосувань, навіть якщо розмір дроту дозволяє використовувати менші
• Забезпечити належну вентиляцію навколо клемних груп
• Враховуйте тепловізійне зображення під час введення в експлуатацію

Неправильні відстані та розташування

Логічна організація запобігає помилкам:

• Згрупуйте клеми за функціями та рівнем напруги
• Використовуйте розділові пластини між різними системами напруги
• Дотримуйтесь мінімальних зазорів для безпечної роботи
• Розміщення сильнострумових блоків для мінімізації теплового впливу на чутливі ланцюги
• Забезпечте достатній простір для згинання та прокладання дроту

Міркування щодо технічного обслуговування та заміни

Ознаки несправності клемної колодки

Слідкуйте за індикаторами потенційних проблем:

• Зміна кольору або плавлення пластикових компонентів
• Ослаблені з'єднання, що потребують частого підтягування
• Видимі сліди дуги або горіння
• Незрозумілі коливання напруги
• Надмірне нагрівання під час нормальної роботи

Процедури перевірки

Впроваджуйте регулярні перевірки:

• Перевірте належний момент затягування гвинтових з'єднань
• Перевірте, чи немає ознак перегріву або зміни кольору
• Перевірте надійність кріплення до DIN-рейки
• Перевірте місця входу проводів на наявність пошкоджень
• Перевірте критичні з'єднання на падіння напруги

Можливості оновлення

Подумайте про вдосконалення під час обслуговування:

• Замініть застарілі гвинтові клеми на альтернативи, що не потребують обслуговування
• Впровадити кольорове кодування для підвищення безпеки
• Додайте тестові точки для полегшення пошуку та усунення несправностей
• За необхідності перейдіть на більш високотемпературні матеріали
• Впроваджувати кращі системи маркування

Висновок

Вибір правильних клемних колодок для встановлення на DIN-рейку передбачає ретельне врахування електричних вимог, умов навколишнього середовища, обмеженого простору та потреб у довгостроковому технічному обслуговуванні. Методично оцінюючи кожен фактор, описаний в цьому посібнику, ви зможете спроектувати ефективні, надійні електричні системи, які будуть добре працювати протягом усього життєвого циклу. Пам'ятайте, що інвестиції в правильний вибір клемних колодок приносять дивіденди завдяки швидшому монтажу, зменшенню витрат на технічне обслуговування та підвищенню надійності системи.

Завжди звертайтеся до специфікацій виробника для вашого конкретного застосування і розгляньте можливість співпраці з постачальниками, які можуть надати технічну підтримку для складних інсталяцій. При правильному підході до вибору клемних колодок для монтажу на DIN-рейку ви створите електричні системи, які будуть не тільки функціональними, але й оптимізованими з точки зору продуктивності, безпеки та ремонтопридатності.

Пов'язане

Як вибрати правильну клемну колодку для вашого електричного проекту

Як правильно вибрати клему UKK: Вичерпний посібник