Kostki zaciskowe - co należy wiedzieć

Kostki zaciskowe, stanowiące dobrze znany element wyposażenia skrzynki narzędziowej każdego inżyniera zajmującego się złączami, od lat używane są w licznych zastosowaniach do wykonywania półtrwałych, bezpiecznych połączeń przewodów. Kostki zaciskowe, zwane również zaciskami przyłączeniowymi, złączami zaciskowymi lub zaciskami śrubowymi, składają się z modułowej obudowy oraz izolowanego korpusu, łączącego ze sobą dwa lub więcej przewodów. Dzięki półtrwałemu charakterowi połączeń, kostki zaciskowe ułatwiają procesy kontroli i naprawy w terenie. Mimo prostoty dobrze jest dysponować podstawową wiedzą o kostkach zaciskowych i ich specyfikacjach, zanim dokona się wyboru konkretnego elementu. W niniejszym artykule omówimy tematy dotyczące najpopularniejszych typów kostek zaciskowych, kluczowe kwestie elektryczne i mechaniczne, a także inne szczegóły, które mogą być pomocne dla inżynierów w tym procesie.

Najczęstsze konfiguracje

Montaż na płytce drukowanej, listwy barierowe oraz przepusty to trzy najczęściej stosowane w projektach typy kostek zaciskowych. Poniższa tabela przedstawia te trzy różne typy, ich podstawowe zasady działania, sposoby montażu oraz konfiguracje.

Istotne specyfikacje elektryczne

Ponieważ uwzględniono tylko najpopularniejsze typy kostek zaciskowych, na etapie projektowania należy wziąć pod uwagę szereg istotnych specyfikacji elektrycznych. Są to między innymi:

Prąd znamionowy: ogólnie rzecz biorąc, najważniejszą specyfikacją w projektach dotyczących kostek zaciskowych jest wartość prądu znamionowego. Zależy ona od trzech kwestii: przewodności zacisków, pola przekroju poprzecznego oraz odpowiedniego wzrostu temperatury. Podczas doboru kostki zaciskowej zaleca się, aby wartość prądu znamionowego modułu wynosiła co najmniej 150% spodziewanego maksymalnego prądu w układzie. Jeżeli kostka zaciskowa nie zostanie prawidłowo dobrana i będzie eksploatowana przy zbyt dużym natężeniu prądu, jej przegrzanie i uszkodzenie może spowodować krytyczne problemy związane z bezpieczeństwem.

Napięcie znamionowe: napięcie znamionowe kostki zaciskowej częściowo uzależnione jest od rastra i wytrzymałości dielektrycznej jej obudowy. Podobnie jak w przypadku prądu znamionowego, napięcie znamionowe kostki zaciskowej musi być wyższe niż maksymalne napięcie układu, przy czym dodatkowo należy uwzględnić potencjalne udary napięciowe, które mogłyby uszkodzić połączenia.

Liczba biegunów: liczba biegunów to popularny sposób wyrażenia liczby poszczególnych obwodów znajdujących się w kostce zaciskowej. Specyfikacja ta rozciąga się od pojedynczego bieguna do aż 24 biegunów.

Raster: określany jako odległość pomiędzy osiami sąsiadujących biegunów, raster jest wyznaczany na podstawie ogólnych wartości znamionowych kostki zaciskowej, przy uwzględnieniu takich czynników jak droga upływu, napięcie, prąd oraz prześwit. Przykładami popularnych rastrów mogą być: 2,54mm, 3,81mm, 5,0mm i inne.

Rozmiar i typ przewodu: w Ameryce Północnej specyfikacje kostek zaciskowych podawane są w jednostkach AWG (American Wire Gauge) i określają rozmiar lub przekrój przewodu, jaki moduł może przyjąć, zapewniając fizyczne dopasowanie przewodów do obudowy. Na szczęście większość kostek zaciskowych pozwala na pewną tolerancję w tym zakresie, umożliwiającą umieszczenie w nich przewodów o różnych zakresach rozmiarów, jak np. 18-4 lub 24-12 AWG. W zależności od wybranego typu modułu, oprócz przekroju przewodu należy uwzględnić także jego typ. Przewody plecione lub wielożyłowe są idealne do zacisków śrubowych, natomiast przewody jednożyłowe często stosowane są w połączeniu z kostkami zaciskowymi typu wciskanego (push-in).

Istotne specyfikacje mechaniczne

Kolejnym punktem na liście są specyfikacje mechaniczne, dotyczące powierzchni zajmowanej przez kostkę zaciskową, jej orientacji i dostępności jej połączeń w ramach konstrukcji. Do istotnych czynników mechanicznych zaliczają się:

Orientacja wejścia przewodu: orientacja pozioma (90°), pionowa (180°) i pod kątem 45° to trzy najpopularniejsze orientacje kostek zaciskowych. Decyzja zależna będzie od układu projektu oraz tego, która z orientacji zapewni najlepsze dopasowanie i dostępność połączeń.

Ilustracja 1: typowe orientacje kostek zaciskowych (źródło ilustracji: Same Sky)

Metoda zabezpieczania przewodów: podobnie jak w przypadku orientacji, istnieją trzy popularne metody zabezpieczania przewodów w kostkach zaciskowych: zacisk śrubowy, przycisk lub wciskanie. Wszystkie trzy nazwy stosunkowo wiernie obrazują sposób połączenia. Elementem zacisku śrubowego lub śrubowej kostki zaciskowej jest wkręt, który po dokręceniu mocuje zacisk zabezpieczający połączenie przewodu z żyłą. Przyciski po naciśnięciu otwierają zacisk, umożliwiając wsunięcie przewodu, a po zwolnieniu zamykają zacisk na przewodzie. Dzięki wciskanym kostkom zaciskowym (push-in) przewody można wprowadzić bezpośrednio do obudowy, tworząc połączenie bez śrub lub przycisków otwierających zacisk.

Ilustracja 2: typowe metody zabezpieczania przewodów (źródło ilustracji: Same Sky)

Łączone lub jednoczęściowe: kostki zaciskowe mogą występować w obudowach łączonych ze sobą lub jednoczęściowych. Zazwyczaj dostępne w wersji 2- lub 3-biegunowej, łączone ze sobą kostki zaciskowe umożliwiają inżynierom szybkie uzyskanie różnej liczby biegunów lub łączenie ze sobą tego samego typu modułu w różnych kolorach. Kostki zaciskowe do szyn DIN działają w podobny sposób, poprzez wsuwanie poszczególnych jednostek na metalową szynę. Są one następnie zakańczane kompatybilnym kołpakiem końcowym w celu ochrony obudowy na skrajnych jednostkach, po uzyskaniu pożądanej konfiguracji i liczby biegunów. Nie jest zatem niczym zaskakującym, że jednoczęściowe kostki zaciskowe zawierają wszystkie bieguny w jednym module, co w zależności od wymagań projektowych zapewnia im większą sztywność i wytrzymałość.

Ilustracja 3: łączone ze sobą i jednoczęściowe kostki zaciskowe (źródło ilustracji: Same Sky)

Metoda przewód-obudowa: gdy zachodzi konieczność częstego podłączania i odłączania głównego połączenia, dobrym rozwiązaniem będą wtykowe kostki zaciskowe. Zasada ich działania opiera się na umieszczeniu przewodów w modułowej wtyczce, łączonej ze stałym gniazdem na płytce drukowanej, a to z kolei ułatwia rozłączanie bez konieczności manipulacji przy poszczególnych przewodach.

Ilustracja 4: połączenia wtykowo-gniazdowe we wtykowej kostce zaciskowej (źródło ilustracji: Same Sky)

Parametry bezpieczeństwa i zagadnienia dodatkowe

Głównymi instytucjami zajmującymi się bezpieczeństwem i certyfikacją kostek zaciskowych są UL oraz IEC. Na arkuszach danych kostek zaciskowych wyszczególniane są bardzo często różniące się wartościami standardy bezpieczeństwa UL i/lub IEC. Wynika to z faktu, że każda z agencji stosuje inną normę do badań, dlatego dla inżynierów ważna jest znajomość całościowych wymagań wobec bezpieczeństwa systemu, która z kolei umożliwi im dobór kostek zaciskowych zgodnych z wymaganiami.

W przypadku wielu projektów jest to kwestia rozważana na samym końcu, jednak odpowiedni dobór kolorystyki obudowy lub przycisków kostki zaciskowej może przynieść korzyści. Dzięki dobraniu unikatowych kolorów kostek zaciskowych, inżynierowie mogą usprawnić łączenie punktów w złożonych systemach i uniknąć nieprawidłowych połączeń.

Wreszcie, w środowiskach czy zastosowaniach, gdzie występują ekstremalne temperatury, dobrym wyborem będą zaciski o wyższych parametrach znamionowych temperatury.

Podsumowanie

Dzięki zrozumieniu kluczowych specyfikacji elektrycznych i mechanicznych oraz różnych typów modułów, inżynierowie są w stanie lepiej sprostać wymaganiom wynikającym z różnorodności połączeń instalacji elektrycznych. Aby uprościć proces doboru, firma Same Sky oferuje inżynierom linię kostek zaciskowych w szerokim asortymencie kolorów i konfiguracji.