Připojování vodičů

Úloha č.4
PŘIPOJOVÁNÍ VODIČŮ
1.OBJASNĚNÍ PROBLEMATIKY
1.1. Rozdělení spojů
Elektrický obvod je ve své podstatě a z teoretického pohledu velmi jednoduchý objekt. Zdroj, spotřebič a
ekvipotenciální propojení mezi nimi. V rámci tohoto cvičení bude naše pozornost zaměřena. na body, v nichž
jsou kovové vodiče, zajišťující ono ekvipotenciální propojení, připojené ke spotřebiči či zdroji, nebo v nichž
jsou kratší úseky delšího vedení vzájemně spojeny. Máme na mysli mechanický a tím též elektrický spoj dvou
kovových častí, z nichž alespoň jednu tvoří vodič vedení. Tyto spoje svými vlastnostmi značně ovlivňují
kvalitu, spolehlivost a životnost elektrického obvodu, i když v jednoduchém teoretickém např.spolehlivostním
modelu se s tím vůbec nepočítá. To je jeden z důležitých rozdílů mezi teoretickým a praktickým pohledem na
elektrický obvod.
Spotřebič není zpravidla připojen ke zdroji natrvalo, ale může být v libovolný okamžik odpojen a opět
připojen. Mezi něj a zdroj je vřazován přístroj (vypínač, stykač,jistič, odpojovač apod.), který tuto činnost
zajistí. Spojení či rozpojení obvodu je pak realizováno kovovými částmi, zvanými elektrické kontakty, které
tvoří samostatnou kapitolu problematiky elektrických přístrojů. Jsou navrženy tak, aby zajišťovaly snadné,
rychlé a mnohonásobně opakovatelné spojení a rozpojení elektrického obvodu. To je jejich funkční poslání.
Takové spoje nemáme v rámci této úlohy na mysli.
Zcela opačným případem jsou spoje nerozebíratelné. Vzniknou pájením (měkkým, tvrdým),
svařováním nebo lisováním za studena (dnes preferovaným a stale rozšiřovaným), případně snýtováním.
Takto je proveden např. spoj mezi koncem vodiče a kabelovým okem, mechanicky pevný spoj dvou dílčích
častí vedení (třeba podzemního kabelu) nebo spoj mezi fázovými cívkami vinutí elektrického stroje spod.
Třetí skupinou spojů, velmi pestrou a obsáhlou, jsou spoje rozebíratelné. Jejich hlavním posláním je
zajistit kvalitní a trvalé propojení obvodu, přičemž mohou být snadno a nedestruktivně rozpojeny a znovu
obnoveny. Ve srovnaní s kontakty elektrických spínačů se ovšem nepředpokládá časté a mžikové spojovaní a
rozpojovaní a ani to, že jeden i druhý pochod bude realizován pod napětím. Spoje tohoto typu jsou nejčastější
a setkáváme se s nimi zejména v místě připojení nejrůznějších elektrických předmětů. Tak je tomu u
rozvaděčů, u bytových a průmyslových rozvodů, u vnitřní elektrické instalace strojů a vozidel atd. Konečně i
výše zmíněné vypínače a stykače, jakož i všechny jistící prvky, jsou připojované tímto způsobem. Této
skupině spojů se budeme věnovat podrobněji.
Shrneme-li uvedené poznatky, můžeme kovové spoje v elektrických obvodech rozdělit takto:
Pozn.
Jsme si vědomi, že spojení či rozpojení elektrického obvodu zajišťují často také polovodičové spínací prvky.
Ty ovšem nebyly začleněny do uvedeného přehledu jen proto, že se u nich nejedná o styk dvou kovů, což má
rozhodující praktický význam.
1.2. Připojovací prvky pro rozebíratelné spoje
Podstata všech rozpojitelných spojů je velmi jednoduchá. Kovové části jsou udržovány ve
vzájemném mechanickém styku a tím též elektrickém kontaktu vnějším tlakem. Ten je vždy
vyvozen nějakým pružným prvkem. Aby ovšem tlak mezi spojujícími se částmi mohl vzniknout a
mohl být trvale udržován, musí se tyto části nacházet uvnitř nějaké objímky, která potřebné
sevření umožní. Takové objímce říkáme nejčastěji svorka. Umožňuje připojit vodič k
elektrickému přístroji nebo propojit dva či více vodičů mezi sebou. Její konstrukční řešení je
rozmanité a určuje i samotné rozdělení rozebíratelných spojů.
Připojovacími jednotkami jsou:
- šroubové svorky,
- bezšroubové svorky,
- upínací jednotky prorážející izolaci,
- nasunovací svorky,
- ploché násuvné spoje.
1.2.1. Šroubové svorky
Jsou stále velmi rozšířeným připojovacím zařízením, mají největší rozsah pokud jde o
velikost připojovaného vodiče, a tím i rozsah proudový. Dosud jsou to hlavně svorky šroubové,
kterými se připojují pomocí kabelových ok a vodivých pásů nevýkonnější energetická zařízení.
Podle konstrukce je můžeme rozdělit do těchto podskupin:
Zdířkové svorky (obr.1)
Vodič se nachází v dutině klasické objímky, je stlačován dříkem šroubu přímo nebo
prostřednictvím mezilehlé části.
Obr.l. Zdířkové svorky. V-prostor pro vodič, 1-část přístroje s vybráním pro svorku,
2- pevná část, 3-upevňovací objímka.
Hlavičkové svorky (obr.2)
Tlak na vodič je vyvozen hlavou
šroubu
bud'
přímo
,
nebo
prostřednictvím mezilehlé části,
kterou
může
být
podložka,
příložka nebo díl zabraňující
vysmeknutí vodiče.
Obr.2. Hlavičkové svorky.
V-prostor pro vodič,
1-pevná (základní) část
svorky,
2-podložka nebo příložka,
3-díl zabraňující vysmeknutí
vodiče.
Svorníkové svorky (obr.3)
Od hlavičkových svorek se liší tím, že funkci šroubu zde zastává svorník a tlak na vodič je
vyvozován maticí. Tlak může být přenášen přímo, je-li matice vhodně tvarově přizpůsobena, nebo
prostřednictvím podložky, příložky či dílu, který zabraňuje vysmeknutí vodiče.
Obr.3. Svorníkové svorky. V-prostor
pro vodič, 1-pevná část, 2-podložka
nebo příložka, 3-díl zabraňující
vysmeknutí vodiče, 4-svorník.
Plášťové svorky (obr.4)
Sestávají ze svorníku poměrně velkého průměru a vnější matice, která je často jednostranně
uzavřena, může však být i průchozí. Svorník je proříznut za účelem uložení vodiče. Tlak na
vodič vytváří matice ponejvíce ve svém středu prostřednictvím vloženého kovového dílu. Tlak
může být vyvozen i plochou jejího vnějšího mezikruží.
Obr.4. Plášťové svorky. V-prostor pro vodič, 1-pevná část, 2-uzavřená plášťová matice, 3vnitřní tlačný díl, 4-část přístroje s vybráním pro svorku, 5-průchozí plášťová
matice.
Příložkové svorky (obr.5)
Vodič
je
svírán
mezi
pevnou částí svorky a příložkou
pomocí dvou nebo více šroubů či
svorníků s maticemi.
Obr.5. Příložkové svorky. Vprostor pro vodič, 1-příložka, pevná část, 3-šroub nebo svorník.
Sevření kabelových ok a pásů (obr.6)
Jedná se o klasická spojení dvou plochých částí šroubem nebo svorníkem. V případě pásů
může být šroubů (svorníků) více. Materiálem pásu bývá často hliník. U těchto spojů je nezbytné
použít pružnou podložku, pod kterou je třeba ještě umístit běžnou podložku tuhou. Pásy spojené
přeplátováním tvoří rozebíratelný spoji v obvodech s největšími proudy.
Obr.6. Šroubové spojení kabelového
oka nebo pásu s pásem. 1-pevná část,
2-kabelové oko nebo pás, 3-pružná
podložka, 4-svorník.
1.2.2. Bezšroubové svorky
Umožňují odpojitelné připojení vodičů a jejich upevnění jinými prostředky než jsou šrouby
nebo matice. Přitom stačí konce vodičů pouze odizolovat, s jejich zvláštní úpravou se nepočítá.
Svorka musí být konstrukčně navržena tak, aby odpojení vodiče nebylo možné jeho pouhým
vytažením. Je dovoleno použít univerzálního nástroje nebo vhodného zařízení, které je součástí
svorky k jejímu uvolnění při zasouvání nebo vytahování vodiče. Tři základní principy konstrukce
těchto svorek zachycuje obr.7.
Obr.7. Příklady konstrukčního řešení bezšroubových svorek: a) s nepřímým tlakem, b) s přímým
tlakem, c) s uvolňovacím prvkem.
1.2.3. Upínací jednotky prorážející izolaci (Obr.8)
Toto připojovací zařízení, označované IPCD (insulation piercing connecting devices), umožňuje
připojit izolované neupravené vodiče tím, že prorazí, prořízne či jinak znehodnotí funkci izolace v
místě kontaktu s vodičem. Podle provedení může být připojen jeden nebo i více vodičů.
Obr.8. Příklad upínací jednotky
prorážející izolaci.
1-tělo svorky
2-spojovací
kovový
můstek,
Jednotky IPCD mají také
rozdílné provedení podle toho, kolik vodičů mohou připojit, jaké typy vodičů to mohou být (plné,
slaněné, ohebné) a o jakou izolaci vodiče se jedná. Jedno konstrukční řešení vhodné pro
silnoproudé spoje zachycuje obr.8
1.2.4. Nasunovací svorky
Jsou určeny k vzájemnému spojení dvou nebo více měděných vodičů o průměru 0,5 m2až 16
mm2, přičemž celkový průřez spojených vodičů může být max. 35 mm2. Používají se v obvodech
s napětím do 1000 V st a rozpojitelný spoj vzniká tím, že se na odizolované konce vodičů svorka
nasouvá, lépe řečeno natáčí šroubovitým pohybem. Z toho plyne i označení TOCD (twist-on
connecting device). Na konce vodičů se svorka natáčí většinou ručně. Konstrukce svorky je zřejmá
z obr.9. Izolační těleso ve tvaru dutého komolého kuželu má na plášti vnitřní kuželovité dutiny
vytvořenou šroubovitou drážku, která se uplatňuje při natáčení svorky na konce vodičů. Ty se
vzájemně zkrucují a současně se svým vnějším obvodem zařezávají do drážky a vnikají tak do
svorky, podobně jako šroub do matice. Při vhodné délce odizolovaných konců vodičů vnikne do
spodní rozšířené části svorky i začátek izolace vodičů, čímž je vyloučena možnost dotknout se
obnažených konců. Za účelem lepšího vnikáni
vodičů a jejich dokonalého propojení je uvnitř
svorky ještě kovové pero. Vzdáleně připomíná
ocelovou pružinu, je ovšem vytvořeno z drátu
čtvercového profilu, takže dobře zapadá do drážky
svorky. Svou vnitřní hranou se pak zařezává do
vodičů a zlepšuje jejich spojení.
Obr.9. Nasunovací svorka včetně spojených vodičů.
1-
tvrdý termoplastický plášť, 2-kovové pero, 3hluboká vstupní část s vnitřním otvorem, 4-vnitřní
závit na vstupu do svorky
1.2.5. Ploché násuvné spoje
Pojmem plochý násuvný spoj se označuje sestava tvořená pružnou kovovou dutinkou a
plochým tuhým kolíkem (obr.10), který lze do dutinky zasunout. Tím vznikne trvalé mechanické a
elektrické spojení mezi vnitřními plochami dutinky a vnějšími plochami kolíku, jak je patrné z obr. l
l . Při vytažení kolíku je spoj rozpojen. Aby ovšem nežádoucí rozpojení nenastalo např. jen tahem
vodiče, je násuvný spoj vybaven zarážkou, která zajišťuje vzájemnou polohu obou součástek při
jejich úplném zasunutí. Jde o vyhloubení, důlek nebo otvor v kolíku, do něhož zapadá výstupek na
dutince.
Obr.10. Konstrukční řešení kolíku a dutinky plochého násuvného spoje. w jmenovitá šířka kolíku, 1lůžko pro zalisování jádra vodiče, 2-praporky pro uchopení vodiče vně izolace.
Důležitým průvodním znakem násuvného spoje je způsob připojení vodiče. Jedná se o
lisovaný spoj (též zamačkávaný nebo svíraný), vytvořený tlakem pomocí speciálních lisovacích
kleští, jinak řečeno též zamačkávacích či krimpovacích kleští. Spojení vodiče se součástkou
nastává v lůžku pro vodič, které se nachází mezi dvěma křidélky (obr. 10). Ty se při lisování
ohnou a těsně přimáčknou k odizolovanému konci vodiče. Vodič je pak sevřen ve vytvořené
tuhé kovové objímce.Vzniká pevný nerozpojitelný spoj, k čemuž významně přispívá rýhování
lůžka pro vodič. Během zamačkávání vodiče do lůžka jsou totiž jednotlivé drátky , případně
vnější vrstvy vodivé žíly zatlačeny do rýh, takže vzrůst odolnosti proti vytažení vodiče je
zajištěn.
Dutinky a kolíky jsou většinou určené pro spojení s izolovanými vodiči. Proto bývají
vybaveny ještě druhým párem praporků, které slouží k obejmutí izolace vodiče. Tím je vlastní
lisovaný spoj odlehčen od mechanického tahu.
Ploché násuvné spoje (flat quick-connect terminations - FQCT) se rozdělují do čtyř
velikostních tříd: 2,8; 4,8; 6,3 a 9,5 mm. Kritériem dělení je velikost kolíku, přesněji řečeno
šířka jeho ploché aktivní části v mm. Kolíky mají též definovanou tloušťku, která se šířkou
kolíku vytváří tyto kombinace: 2,8x0,5; 2,8x0,8; 4,8x0,5; 4,8x0,8; 6,3x0,8; 9,5x1,2 mm. V
rámci každé z těchto tříd jsou vyráběny dutinky i kolíky různých typů s ohledem na velikost
vodiče, který lze připojit. Souvislost mezi velikostí připojitelných vodičů a šířkou kolíku je
podle IEC 1210 zachycena v tab. 1. Je třeba jí rozumnět takto: ne každý díl FQCT, např. o
velikosti 6,3 mm, je vhodný pro připojení libovolně silného vodiče (0,5 až 6 mm2), ale vyrábí se
takový typ, který zahrnuje možnost připojit vodiče 0,5 mm2, jiný typ pak zahrnuje možnost
připojit vodiče 1,5 mm2 atd. Většinou každý tento typ umožňuje připojit vodiče dvou až tří
sousedních průřezů (např. 1,0 až 2,5 mm2). Poněvadž násuvné spoje jsou celkem univerzálním
kontaktním systémem a vyhovují často i požadavkům slaboproudé techniky, vyrábějí se i takové
typy FQCT, které umožňují připojovat vodiče již od 0,05 mm2. Zpravidla se připojují vodiče
vícedrátové; u vodičů jednodrátových je připojitelnost omezena průřezem 2,5 mm2. Přesnou
informaci o připojitelnosti vodičů pro ten který typ součástky musí poskytnout vždy výrobce.
Tabulka 1.
Průřez vodiče (mm2)
Jmenovitá šířka kolíku (mm)
0,5
2,8/4,8/6,3
0,75
2,8/4,8/6,3
1,0
2,8/4,8/6,3
1,5
4,8/6,3
2,5
4,8/6,3
4,0
6,3/9,5
6,0
6,3/9,5
Materiálem plochých násuvných spojů je obvykle mosaz a cínová bronz, méně často ocel.
Povrch kovů bývá pocínován, poniklován, postříbřen a někdy dokonce i pozlacen. Ocel bývá
nejčastěji poniklováná, měděné slitiny nemusí být ochráněny vůbec. Na materiálu a jeho
povrchovém zušlechtění závisí použitelná provozní teplota takto:
-
holá mosaz nebo bronz .................. 90°C
-
pocínovaná mosaz nebo bronz ......... 110°C
-
postříbřená mosaz nebo bronz ......... 130°C
-
poniklovaná ocel .........................
250°C
Použití plochých násuvných spojů není omezeno jen na spojení dvou či více vodičů, jak
může vyplývat z dosud uvedeného popisu spojovacích dutinek a kolíků. Spíše naopak. Častěji se
vyskytují ve funkci připojovací jednotky u nejrůznějších přístrojů a spotřebičů, u nichž je
připojovacím bodem právě plochý kolík. Zde se jedná o integrovaný nebo též přístrojový kolík
vyráběný v různých tvarech, jak ukazuje obr. 11. Tímto řešením se dnes často nahrazují dříve
hojně používané šroubové svorky.
Obr.11.
Různé tvary přístrojových kolíků. Typy a) až d) obsahují otvor pro šroub, provedení
e), f) je určeno pro zapájení do desky plošných spojů.
Rozebíratelný spoj, vytvořený dosud popsaným plochým kolíkem a dutinkou, má jistou
nevýhodu, která je patrně zřejmá, i když nebyla vyslovena. Není izolován vůči vnějšímu dotyku. Tento
nedostatek můžeme odstranit, použijeme-li jednu z těchto třech možností:
-
převlečnou izolační trubičku,
-
izolační návleky nebo izolační
kryty,
-
izolované dutinky a kolíky.
Obr.12. Ochranné izolační kryty pro
násuvný spoj.
a) izolační návlek na dutinku resp. kolík,
b) izolační kryt na spoj dutinka - kolík
První možnost je nejjednodušší a současně nejlevnější a není třeba ji blíže objasňovat. Jako výhodná se
jeví trubička smrštitelná. Druhou možnost osvětluje obr.12. Izolační návlek pro dutinku i kolík je v tomto
konstrukčním řešení tvarově stejný. Přizpůsobeny jsou jen rozměry obdélníkového profilu tak aby díly
mohly být do sebe zasunuty. Na dutinku i kolík se nasouvají zezadu, tzn. že musí být nasunuty na vodič
před vytvořením lisovaného spoje. Funkce izolačního krytu je zřejmá z obrázku.
Izolované ploché dutinky a kolíky tvoří samostatný soubor výrobků v rámci plochých násuvných
spojů. Jejich povrch je zčásti nebo zcela opatřen těsným izolačním pláštěm (vždy s výjimkou plochého
nože kolíku), takže při jejich spojení není obnažena žádná kovová část spoje. Zalisováni vodivé žíly do
kovového lůžka, jakož i sevření izolace vodiče se realizuje přes izolační plášť součástky. To přináší tyto
dvě skutečnosti: materiál izolačního pláště musí vykazovat dobrou tuhost a k vytvoření lisovaného spoje
je třeba použít speciální lisovací nářadí. Lisovací kleště pro neizolované násuvné spoje použít nelze.
1.3. Vodiče a nástroje
1.3.1. Vodiče
V rámci této úlohy máme zájem se zabývat jen takovými rozpojitelnými spoji, které lze realizovat a
zkoušet v laboratoři katedry. Je zřejmé, že to mohou být, posuzováno v zorném úhlu celé silnoproudé a
rozvodné techniky, jen spoje "nízkoproudové". Nad tímto omezením není třeba truchlit. Spíše naopak.
Dostáváme se totiž k pestřejší a zajímavější paletě spojů, s nimiž se v běžném životě i profesní činnosti
setkáváme nejčastěji.
Z uvedeného omezení plynou tyto skutečnosti:
- Používané vodiče jsou měděné. U nás dosud ještě používané A1 vodiče menších průřezů nejsou
perspektivní a nebudeme s nimi v této úloze počítat.
- Největší průřez vodičů uvažujeme 35 mm2. Tento rozsah pozůstává z následujících jmenovitých
velikostí průřezu: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35 mm2.
- Vodivá žíla má vždy kruhový průřez a podle jejího provedení rozeznáváme vodiče:
- tuhé plné (jednodrátové)
- tuhé slaněné (vícedrátové, zpravidla sedmidrátové)
- ohebné (vícedrátové, složené z většího počtu tenkých drátků).
- Izolace vodičů je dimenzovaná na nízké napětí (1000 Vst resp. 1500 Vss) a bývá většinou
celoplastová (nejčastěji z PVC), což je výhodné při jejím odstraňování na koncích vodičů.
- Konce vodičů nemusí být upravovány, tzn. propájeny nebo ukončeny kabelovým okem, háčkem,
kolíkem příp. zpevněny koncovou dutinkou.
Pro zlepšení kvality spoje realizovaného vícedrátovými vodiči pomocí šroubových svorek, zejména
svorek zdířkového typu, u nichž dřík šroubu vniká do vodiče, se dobře uplatní žílové koncové trubičky
(dutinky), které se na odizolované konce vodičů nalisují tlakem pomocí speciálních kleští. Tím se vodič
zpevní, podobně jako při propájení. Při utahování šroubu se pak jednotlivé drátky nemohou rozestupovat a
spoj je pevnější. Tyto trubičky se vyrábějí z mědi, jsou většinou pocínované, mají velmi jednoduchý tvar
(obr.13) a jsou bud' neizolované, nebo zčásti izolované.
Obr.13. Koncová žílové dutinka. a) neizolovaná,
b) izolovaná: 1-kovová trubička, 2-izolační kroužek.
1.3.2. Nástroje
Moderní technologie rozebíratelných spojů v silových obvodech je charakterizovaná těmito
znaky:
- zaváděním nových připojovacích jednotek (násuvné spoje, TOCD, IPCD),
- preferováním lisovaného spoje,
- výrazným rozvojem a nasazením speciálních nástrojů,
- vývojem a uplatňováním nových materiálů, pomůcek a přípravků,
- používáním nových (rychlejších a méně destruktivních) postupů, při odstraňování izolace
jednotlivých vodičů i plášťů kabelů.
Věnujme nyní pozornost dvěma nejčastěji se vyskytujícím, a tím též nedůležitějším
technologickým postupům. Jedná se o odizolování vodičů s plastovou izolací a o spojování vodičů s
částmi kontaktního systému lisováním (svíráním či zamačkáváním). V obou případech jsou k dispozici
speciální nástroje.
Pro odizolování konců vodičů se používají většinou ruční odizolování (stripovací) kleště
jednoduchého nebo složitějšího provedení. Kleště jednoduchého provedení mají polokruhovité
břity se středovým otvorem, který se zhruba shoduje s průměrem vodivé žíly. Stlačením kleští je
tedy izolace radiálně proříznuta bez poškození vodivého jádra a může být odstraněna (stáhnuta)
vytažením vodiče z kleští. Zcela běžně bývají kleště vybaveny více břity s různými otvory tak, aby
byly použitelné u několika různě silných vodičů. U dokonalejšího provedení kleští je vodič
nejdříve čelistmi uchopen, načež je izolace proříznuta a ještě z konce vodiče stažena. Po uvolnění
kleští získáme tedy vodič s holým koncem. Kleště mohou mít také zařízení pro nastavení délky
odizolování. Ruční odizolování kleště se používají běžně do průřezu vodiče 6 mm2 a celý rozsah
0,5 až 6 mm2 může pokrýt jeden nástroj. Nabízeny jsou i kleště pro rozsah 6 až 16 mm2.
Pro silnější vodiče (zhruba od 10 mm2), jakož i pro pláště kabelů jsou k dispozici
odizolování nástroje rozličných konstrukcí. Jednoduchý a často používaný ruční odizolování
nástroj je řešen ve tvaru rukojeti, která na jednom svém konci unáší malý vysouvatelný nožík a
proti němu vodicí lištu tvaru V. Po uložení vodiče (kabelu) mezi lištu a čepel následuje otáčení
rukojetí v rovině kolmé k ose vodiče, čímž čepel, je-li správně nastavena, prořízne radiálně izolaci
až těsně k samotnému povrchu vodivé žíly. Potom lze ještě podélným tahem směrem ke konci
vodiče izolační plášť podélně rozříznout. Pak je možné izolaci snadno svléknout. Pro produktivní
způsob odstraňování izolace z konců vodičů (např. při výrobě kabelových svazků, rozvaděčů
apod.) jsou na trhu k dispozici odizolování stroje, které kontinuálně zaváděný vodič odměří,
odizolují a odstříhnou.
Pokud jde o vytvoření lisovaného spoje vodiče s částí kontaktního systému je situace
podstatně komplikovanější i když připojovací rozsah vodičů je v tomto případě většinou omezen
průřezem 6 mm2. Je to dáno těmito skutečnostmi:
- kromě zalisování vodiče do lůžka kontaktní části je třeba ještě přimáčknout praporky k
izolaci vodiče ,
- kontaktní systémy, využívající tohoto spojení s vodičem, se vyrábějí v různých
velikostech,
- v případě násuvných spojů jsou vedle neizolovaných dutinek a kolíků též tyto díly v
izolovaném provedení.
2.OVĚŘOVÁNÍ KVALITY ROZEBÍRATELNÝCH SPOJŮ
Aby výše popsané prvky a jimi vytvořené spoje obstály v náročné praxi být jejich funkce
bezpečná a spolehlivá.To lze posoudit jedině prověřením vlastností,které musí vykazovat.Těch je
ovšem požehnaně takže není možné se všemi zabývat prakticky v rámci tohoto cvičení.Uveďme si
alespoň jejich heslovitý přehled.
2.1.Požadované vlastnosti připojovacích jednotek
Všeobecně požadované vlastnosti zahrnující všechny skupiny připojovacích jednotek jsou:
Značení,
připojování vodičů,
konstrukce,
ochrana před úrazem elektrickým proudem,
odolnost proti stárnutí a vlhkosti,
izolační odpor a elektrická odolnost,
oteplení,
odolnost proti teplu a
odolnost proti nadměrnému teplu a ohni.
2.2. Ověřování kvality spojů
Popíšeme si podrobněji kontrolní měřicí metody, umožňující posoudit kvalitu připojovacích
jednotek a jimi vytvořených spojů z hlediska elektrického a mechanického. Vybrané zkoušky patří k
nejdůležitějším a jsou časově nenáročné, což je důležité, mají-li být realizovány v laboratorním cvičení. Z
důvodů pedagogických budou jednotlivé zkoušky provedeny povětšině s jedním zkoušeným vzorkem a
nikoliv s tím předepsaným počtem,uvedeným v normách, který se u jednotlivých připojovacích prvků i
jednotlivých zkoušek těchto prvků liší a je většinou vyšší než všeobecně stanovený minimální počet 3.
Zkoušky týka jící se připojovacích prvků kromě FQCT
2.2.1. Zkouška oteplení
Hodnocený spoj, vytvořený definovaným způsobem, se nachází v obvodu, kterým protéká střídavý
proud podle tab.2. Tím se teplota spoje zvyšuje, až dosáhne maximální, ustálené hodnoty, jejíž rozdíl s
teplotou okolí je žádaná velikost oteplení ∆ϑ. Ustálený stav nastane, nezvýší-li se ϑ o 1 K za hodinu.
Teplotu lze měřit jemnými termočlánky, připravenými a umístěnými tak, aby nevznikly nezanedbatelné
chyby měření. Teplota spoje i teplota okolí jsou sledovány průběžně. Okolní teplota se musí udržovat v
rozmezí (20±5)°C resp. (T±2)°C podle toho, je-li jmenovitá teplota připojovacího prvku do 40°C nebo vyšší.
Vyhovující svorky jsou ty, jejichž části vedoucí proud dosahují ∆ϑ ≤ 45 K.
Tabulka 2
Jmenov. připojovací
0,5
průřez v mm2
0,75
1,0
1,5
2,5
4
6
10
16
25
Zkušební proud v A
9
13,5
17,5
24
32
41
57
76
101 125
6
35
Jestliže podstata zkoušky mohla být sdělena jednoduše, s připojením svorek je to složitější.
Výjimkou je jen délka připojovacích vodičů. Je bud' 1 m nebo 2 m podle toho, je-li průřez vodiče (daný
velikostí svorky) do 10 mm2 nebo větší. Jinak každý druh připojovací jednotky vyžaduje specifický přístup,
odvozený z její konstrukce. Jde např. o různě velké utahovací momenty u různých typů šroubových
svorek pro stejný průřez vodiče, o příp. ohledy na typ vodičů (tuhý, ohebný), o počty vodičů, o volbu
vhodných průřezů atd. Popisovat tyto specifické požadavky by bylo náročné a málo užitečné.
Vhodnějším řešením bude sdělit potřebné údaje, týkající se konkrétní svorky, vybrané k měření, až v
laboratoři katedry.
2.2.2. Měření úbytku napětí
Vedle velikosti oteplení je úbytek napětí druhým nedůležitějším kritériem pro hodnocení elektrické kvalit
vodičem a připojovací jednotkou. Změřit napětí je velmi jednoduchý, rychlý a přesný úkon. Patrně z tohoto důvodu
hodnocení stavu kontaktu po aplikované procedůře teplotních nebo proudových cyklů. Tak je tomu u bezšroubových
TOCD. Vystavit spoje periodicky proměnnému působení zvýšené teploty či zvýšeného proudu nebo proměnn
současném trvalém zvýšení teploty, má společný důvod. Jde o vytvoření náročných podmínek, při nichž, zásluho
roztažnosti použitých materiálů, může nastat např. úbytek sevření vodiče, a tím ztráta elektrické kvality spoje.
Nejjednodušší proces, spojený s ohřevem spoje a následným měřením DU, se vyžaduje u
bezšroubových svorek. Spojem protéká střídavý proud po dobu 1 h, načež se při jeho nezměněné
velikosti zjistí úbytek napětí. Neměl by překročit 15 mV. Velikost proudu stanoví předmětová norma.
Zkouška se provede současně se dvěma skupinami stejných svorek, přičemž k jedné z nich se připojí
vodiče nejmenšího průřezu, k druhé pak vodiče největšího připojitelného průřezu
2.2.3. Kontrola sevření a neporušenosti vodiče v důsledku jeho připojení
Připojovací prvky musí být navrženy a vyrobeny tak, aby sevření vodiče bylo trvalé a
dostatečné i při jeho vychylování do stran, a to bez jeho nepřiměřeného poškození. Ke kontrole
slouží zařízení, uvedené na obr. 14.
Vodič o délce (H+75)mm je horním koncem připojen v testované svorce, spodním koncem
je provlečen průchodkou a zatížen závažím. Délka H, velikost otvoru průchodky a hmotnost závaží
jsou předepsány. Zařízení způsobuje periodické stranové vytáčení vodiče při jeho současném
napnutí tíhou závaží. Deska s průchodkou se otáčí v horizontální rovině rychlostí (10±2) min.-1 po
dobu 15 min. V otvoru průchodky musí vodič hladce klouzat, aby při otáčení desky nebyl
zkrucován. Zkouška je úspěšná, pokud vodič ze svorky nevyklouzne nebo se v její blízkostí
nezlomí (nepřetrhne), příp. se nepoškodí do té míry, že by nemohl být dále použit.
Připojovací jednotky s daným jmenovitým připojovacím průřezem je třeba zkoušet s
vodiči nejmenšího a největšího připojitelného průřezu. Jedná-li se o šroubovou svorku, musí být
utažení šroubu nebo matice provedeno předepsaným kroutícím momentem.
Obr.14.Princip
zařízení
pro
zkoušku
sevření
a
neporušenosti vodiče
1-kontrolovaná svorka,
2-upínací přípravek,
3-otočná deska,
4-průchodka,
5-závaží.
2.2.4. Kontrola upevnění vodiče
Jedná se o zkoušku tahem, jejímž cílem je ověřit,
zda svorka dokáže dostatečně pevně a spolehlivě sevřít
vodiče těch velikostí, pro které je specifikována. Jedná-li se
o svorku šroubovou, je třeba opět dodržet předepsaný
utahovací moment. Při zkoušce působíme na vodič plynulou
tahovou silou (bez trhání) ve směru jeho osy po dobu 1
minuty. Zkouška je úspěšná, pokud vodič ze svorky
nevyklouzne. Velikost síly pro připojovací prvky kromě
TOCD uvádí tab.3.
Tabulka 3
Průřez v mm2
0,5
0,75
1,0
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
Síla v tahu v N
30
30
35
40
50
60
80
90
100
135
190
Zkoušky týkající se plochých násuvných spojů
2.2.5. Zkouška oteplení prvků FQCT
Podstatu zkoušky lze popsat stejně, jak bylo uvedeno v bodě 2.2.1. Rozdílná, a to nižší je
velikost proudu, uvedená v tab.4., nižší je též povolená velikost oteplení. Ta je 30 K.
Tabulka 4
Průřez v mm2
0,5
0,75 1,0
1,5
2,5
4
6
Zkušební proud v A
4
5,5
12
15
18
20
7,5
Zaměříme-li se na zkoušení dutinek, musíme začít u zkušební sestavy nakreslené na obr.15.Dutinky jsou
propojené vodičem největšího připojitelného průřezu o délce 178 mm (7"). Na oba odizolované konce
vodiče musí být dutinky nalisovány nejdéle do 1 h po odstranění izolace. Zkušební sestavy dutinek se
zapojují do serie a podle norem IEC jich má být šest.Při našem skromnějším přístupu vystačíme s jednou
sestavou,která bude do obvodu zapojena podle Obr.16.Teplota bude měřena termočlánky umístěnými do
oblasti lůžka pro vodič,jak znázorňuje Obr.17.
Obr.15. Zkušební sestava dutinek
Obr.16. Zapojení zkušební sestavy při zkoušce oteplení. 1-základová deska přípravku, 2-svorníky s
oboustrannými kolíky, 3-zkušební sestava dutinek, 4-termočlánky, 5-pomocné sestavy dutinek, 6-přívod
ke zdroji proudu
Obr.17. Umístění termočlánků. A-oblast
jejich kontaktování,1-zkušební
kolík,2-dutinka,3-vodič
1.2.6. Měření úbytků napětí u prvků FQCT
Podle dosud používaných norem ČSN se el. vlastnosti násuvných spojů nehodnotí podle
oteplení ∆ϑ, ale podle úbytků napětí ∆U. Přitom způsob provedení zkoušky je v podstatě shodný s výše
popsaným způsobem měření ∆ϑ, nebereme-li v úvahu skutečnost, že se úbytek napětí měří až po
dvoudenní expozici kontaktů v prostředí solné mlhy. Jinak normalizované sestavy, jejich počet i
zapojení, jakož i přípravek s oboustrannými kolíky zůstávají v platnosti. Jen místo termočlánků jsou
připojené potenciálové vodiče pro snímání napětí a dutinky jsou propojené vodičem nejmenšího
připojitelného průřezu. Schéma pracoviště je na obr.18. Velikost zkušebního proudu je normalizovaná a
závisí na jmenovité velikostí násuvného spoje (šířce kolíku) a na rozmezí připojitelného průřezu
vodiče.Je uvedena v tab.5. Proud je dodáván střídavým zdrojem, jehož napětí naprázdno nesmí
přestoupit 6 V. Měřením získáme dva úbytky napětí ∆U1,(přesněji řečeno ∆U11 a ∆U12 ) a úbytek ∆U2,
kde ∆U1 je úbytek napětí na styku kolík-dutinka, ∆U2 je součet úbytků napětí na dvou lisovaných
spojích dutinky s vodičem a úbytku napětí na vodiči samotném.Úbytek na vodiči se zpravidla určí
výpočtem pomocí tab.6. Při předepsaném zkušebním proudu by neměl úbytek ∆U, překročit 10 mV a
úbytek na obou lisovaných spojích by neměl překročit 20 mV.
Jak je z uvedeného jistě zřejmé, má měření úbytků napětí jistou výhodu ve srovnání s
měřením ∆ϑ. Umožňuje totiž posoudit odděleně elektrické vlastnosti obou existujících a sériově
zapojených spojů.
Obr.8. Měření úbytků napětí u plochých násuvných spojů. 1-zkušební sestava dutinek, 2-kolík
Velikost
spoje
Připojitelný průřez vodičů
v mm2
Proud v A
0,25 - 0,5
0,5 - 1,0
0,75 - 1,0
0,5 - 1,0
0,75 - 1.0
1,0 - 1,5
1,5 - 2,5
4,0 - 6,0
2
4
6
4
6
10
16
25
2,8
2,8
2,8
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
Tab.5.Velikost proudu při měření ∆U
Průřez v mm2
Odpor v mΩ
0,5
0,75
1
1,5
2,5
4
6
4
3
2
1,2
0,75
Tab.6.Odpor vodičů délky l = 180 mm
2.2.7. Zkouška odolnosti v tahu lisovaného spoje
K vytvoření lisovaného spoje dutinky či kolíku s vodičem je třeba použít doporučený typ
vodiče a vhodnou velikost lisovacích (zamačkávacích) kleští, nejlépe podle návodu výrobce
násuvného spoje. Protože se zkouška týká jen samotného dílu plochého spoje s jádrem vodiče,
musí být vyloučena z činnosti ta jeho část, která slouží k zachycení izolace vodiče. U daného typu
FQCT je třeba zkoušku realizovat se všemi připojitelnými průřezy vodičů.
Provedení samotné zkoušky je velmi jednoduché. Vodič se snažíme vytáhnout ze
zalisovaného spoje plynule působící silou, jejíž velikost závisí na průřezu vodiče a je uvedená v
tab.7. Síla působí po dobu 1 min. a může být vyvozena strojem na zkoušení pevnosti v tahu, běžně
zvaným trhačka. Zkouška je úspěšná, neprojeví-li se mechanické uvolnění spoje.
Tabulka 7
Průřez vodiče v mm2 0,5
0,75
1,0
1,5
2,5
4
6
Tahová síla v N
84
108
150
230
310
360
56
3. ZADÁNÍ ÚKOLU
a) Osvojte si prakticky funkci a použití odizolovacích a štípacích kleští, jakož i momentového
utahovacího nástroje a lisovacích kleští pro koncové žílové dutinky.Počáteční instrukci
provede učitel.
b) Připojte ohebný vodič s neupraveným koncem a s koncem opatřeným žílovou dutinkou k
vybranému typu šroubové svorky a výsledek porovnejte.
c) Proveďte kontrolu upevnění vodiče u vybraného druhu šroubové svorky způsobem popsaným v
podkap. 2.2.4.
d) Ověřte elektrickou kvalitu plochých násuvných dutinek měřením úbytků napětí podle 2.2.6.
e) Realizujte zkoušku odolnosti v tahu vlastnoručně provedeného lisovaného spoje u vybraného
typu plochého násuvného kolíku dle bodu 2.2.7.
f) Proveďte zkoušku oteplení bezšroubové svorky,vyrobené pro připojování tuhých měděných
vodičů průřezu 1,5 mm2.Podmínky zkoušky jsou uvedené v podkap.2.2.1 a je třeba je
dodržet.Průběh oteplení bude zaznamenán na liniovém zapisovači.