Клеммы

Клеммы: классификация, конструкция, применение и стандарты

Клемма (клеммник, клеммный зажим) – это электроустановочное изделие, предназначенное для создания надежного, разъемного или неразъемного, электрического и механического соединения проводников между собой или с различными элементами электрооборудования, шинами, приборами. Основная функция – обеспечение стабильного электрического контакта с заданным переходным сопротивлением, механической прочности соединения и, во многих случаях, безопасности от случайного прикосновения к токоведущим частям.

Классификация клемм по назначению и конструкции

Клеммы классифицируются по множеству признаков: назначению, способу монтажа, конструкции зажимного механизма, материалу, номинальным параметрам.

1. По способу монтажа и месту установки

• Монтажные (установочные) клеммные колодки: Предназначены для монтажа на DIN-рейку, монтажную плату (PCB) или непосредственно на поверхность. Наиболее распространенный тип в распределительных щитах, шкафах управления, боксах.
• Проходные клеммы (барьеры): Имеют изолирующий барьер между точками подключения. Крепятся на шасси или панель винтами. Широко применяются в промышленной автоматике, силовых цепях.
• Винтовые зажимы на аппаратуре: Интегрированы непосредственно в корпуса автоматических выключателей, УЗО, пускателей, счетчиков, розеток.
• Клеммы для печатных плат (PCB terminals): Предназначены для пайки или запрессовки в плату, служат интерфейсом для подключения внешних проводов.
• Кабельные наконечники и гильзы: Не являются клеммами в чистом виде, но служат для оконцевания жил проводов с целью улучшения контакта при подключении к винтовым зажимам. Бывают втулочные, штыревые, вилочные, кольцевые.

2. По типу зажимного механизма

• Винтовой зажим: Классический и самый распространенный тип. Контакт создается за счет прижатия проводника винтом к токоведущей шине или гильзе. Требует периодической проверки и подтяжки из-за возможного ослабления контакта (особенно для алюминия и многопроволочных жил). Различают зажимы с прямым прижимом, с прижимной пластиной (пластина распределяет давление) и с желобом (для предотвращения выдавливания жилы).
• Пружинный зажим (самозажимной): Контакт обеспечивается силой упругой деформации пружины (обычно из высококачественной стали). Не требует обслуживания. Бывают рычажковые (lever-release) и push-in (вставка проводника до щелчка). Обеспечивают постоянное давление на провод, компенсируя температурные деформации. Идеальны для многопроволочных жил.
• Ножевой (протыкающий) зажим: Используется для быстрого подключения изолированных проводов без предварительной зачистки. Острый контактный нож прорезает изоляцию и входит в жилу. Применяется в низковольтных сетях (телефония, слаботочные системы, освещение).
• Флажковый (крючковый) зажим: Разновидность винтового, где провод фиксируется под специальный флажок (пластину). Упрощает монтаж.
• Болтовое соединение: Используется для мощных силовых шин и кабелей большого сечения. Часто требует применения двух болтов для равномерного прижима.

Материалы и ключевые технические параметры

Качество клеммы определяется материалами токоведущих частей, изоляции и их геометрией.

Токоведущие части (контакт, шина):

• Медь (Cu) и медные сплавы (латунь, бронза): Наиболее распространены. Латунь (сплав меди с цинком) обладает высокой механической прочностью и упругостью, что важно для пружинных зажимов. Для винтовых зажимов часто используется луженая медь или латунь для защиты от окисления.
• Алюминий (Al): Применяется реже из-за высокой склонности к окислению и ползучести. Требует специальных мер (антиоксидантная паста, периодическая подтяжка).
• Биметаллические вставки: Используются для соединения медных и алюминиевых проводников, предотвращая гальваническую коррозию.

Изоляционный корпус:

• Полиамид (PA 6.6, Nylon): Высокая механическая прочность, стойкость к вибрации, самозатухающий.
• Поликарбонат (PC): Высокая ударная вязкость, хорошие диэлектрические свойства.
• Полипропилен (PP): Химически стойкий, но менее прочный при повышенных температурах.
• Термореактивные пластики (фенолформальдегид): Высокая термостойкость, не плавятся.

Основные технические параметры:

• Номинальное напряжение (U_n): Максимальное длительно допустимое рабочее напряжение (например, 400 В, 600 В, 1000 В).
• Номинальный ток (I_n): Максимальный длительный ток, который клемма может проводить без превышения допустимой температуры. Зависит от сечения подключаемого провода.
• Номинальное сечение подключаемого проводника: Указывается в мм². Для одной клеммы часто указывается диапазон (например, 0.2 – 4 мм² или 16 – 95 мм²).
• Класс защиты (IP): Для клемм, устанавливаемых в корпуса.
• Момент затяжки: Для винтовых клемм – критически важный параметр, обеспечивающий оптимальное контактное давление.
• Степень горючести изоляции (UL 94): V0, V1, V2 – указывает на способность к самозатуханию.

Таблица: Сравнение основных типов зажимов

Тип зажима	Принцип действия	Преимущества	Недостатки	Типовое применение
Винтовой	Механическое прижатие винтом	Высокая надежность, универсальность, возможность повторного подключения, высокие токи	Требует обслуживания (подтяжки), риск повреждения жилы при перетяжке, низкая скорость монтажа	Силовые распределительные щиты, электроустановочные изделия, промышленное оборудование
Пружинный (рычажковый)	Постоянное давление пружины	Высокая скорость монтажа, не требует обслуживания, постоянное контактное давление, идеален для гибких жил	Ограниченный ток (обычно до ~100 А), более высокая стоимость, требует специального инструмента для группового монтажа	Щиты освещения, модульное оборудование, слаботочные системы, жилищное строительство
Пружинный (Push-in)	Фиксация проводника внутренней пружиной при вставке	Максимальная скорость монтажа	Сложность извлечения провода без специального инструмента, ограничения по сечению и типу жилы (чаще однопроволочная)	Модульные устройства (УЗО, дифавтоматы), клеммники для освещения
Ножевой	Протыкание изоляции контактным ножом	Очень высокая скорость монтажа, не требует зачистки	Одноразовое соединение, низкие токи, невысокая механическая прочность	Телефонные и сетевые кросс-панели, системы сигнализации, подключение датчиков

Специализированные виды клемм

1. Силовые клеммы

Предназначены для соединения кабелей большого сечения (от 16 мм² до 1000 мм² и более). Имеют массивную конструкцию, часто из луженой меди, два или более болтовых соединения для равномерного прижима. Могут включать встроенные элементы для контроля (например, отверстие для термопары) и маркировки. Часто используются с кабельными наконечниками.

2. Клеммы заземления

Имеют характерную желто-зеленую окраску изоляции. Отличаются конструкцией, рассчитанной на подключение нескольких проводников заземления/нулевых проводников к общей шине. Могут быть выполнены в виде шин с множеством точек подключения.

3. Разъемные (проходные) и барьерные клеммные колодки

Имеют изолирующие перегородки (барьеры) между соседними полюсами, что повышает безопасность и предотвращает перекрытие. Используются в цепях с высоким напряжением или там, где возможны брызги, проводящая пыль.

4. Клеммы с предохранителем (fusible terminals)

Интегрируют в один корпус клемму и держатель предохранителя. Позволяют организовать защиту ответвлений цепи непосредственно на клеммной колодке.

5. Клеммы с диодными или резисторными вставками

Используются в цепях управления и сигнализации для согласования уровней напряжения, индикации или защиты входов/выходов программируемых контроллеров (ПЛК).

Нормативная база и стандарты

Качество и безопасность клемм регламентируется национальными и международными стандартами.

• ГОСТ Р МЭК 60947-7-1/-2/-3/-4: Низковольтная коммутационная аппаратура. Клеммные колодки для медных и алюминиевых проводников.
• ГОСТ 30849.1-2002 (МЭК 60998-1): Соединительные устройства для низковольтных цепей бытового и аналогичного назначения.
• IEC/EN 60947-7-1, -2, -3, -4: Международные и европейские стандарты для клеммных колодок.
• IEC/EN 60664-1: Согласование изоляции, определяющее требования к расстояниям утечки и воздушным зазорам.
• UL 1059, UL 486A-B: Стандарты Underwriters Laboratories (США) для клеммных колодок и соединений проводов.

Стандарты определяют требования к электрическим, механическим, термическим характеристикам, стойкости к воздействию окружающей среды (влагостойкость, коррозионная стойкость), а также методы испытаний (на нагрев, механическую прочность, стойкость к электрической дуге).

Правила выбора и монтажа

Критерии выбора:

1. Номинальный ток и напряжение: Должны быть равны или превышать параметры цепи с запасом не менее 20%.
2. Сечение и тип проводника: Клемма должна соответствовать минимальному и максимальному сечению, а также типу жилы (однопроволочная, многопроволочная, гибкая). Для гибких жил предпочтительны пружинные зажимы или обязательное использование наконечников под винт.
3. Климатические условия и класс защиты: Для влажных, пыльных или взрывоопасных зон требуются клеммы с соответствующим исполнением (повышенная трекинг-стойкость, герметичные корпуса).
4. Способ монтажа: Определяется конструкцией щита или шкафа (DIN-рейка, монтажная плата, панель).
5. Количество полюсов и шаг: Шаг (расстояние между центрами соседних полюсов) определяет компактность и электрическую прочность изоляции.
6. Материал: Для соединения алюминиевых проводов или алюминия с медью – только специализированные клеммы с антиоксидантной пастой или биметаллические вставки.

Правила монтажа:

• Перед подключением провод должен быть зачищен на рекомендуемую длину. Не допускаются надрезы жилы, остатки изоляции в зажиме.
• Для винтовых зажимов необходимо соблюдать момент затяжки, указанный производителем. Использование динамометрической отвертки – оптимальная практика.
• Направление ввода провода должно соответствовать конструкции клеммы (часто сверху вниз).
• В один зажим, как правило, допускается подключение только одного проводника на один контактный пункт, если иное не оговорено производителем.
• Обязательна маркировка всех клемм и проводов в соответствии со схемой.
• После монтажа необходимо проверить механическую прочность крепления (особенно на DIN-рейке) и отсутствие видимых дефектов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему греется винтовая клемма?

Нагрев свидетельствует о повышенном переходном сопротивлении в месте контакта. Причины: недостаточный момент затяжки (ослабленный контакт), перетяжка (деформация жилы, особенно алюминиевой), окисление контактных поверхностей (для алюминия или нелуженой меди), использование клеммы не по номиналу (малое сечение контакта для протекающего тока), подключение двух разнородных проводников (медь+алюминий) без специальных мер.

2. Можно ли соединять медный и алюминиевый провод в одной клемме?

Прямое соединение недопустимо из-за гальванической коррозии (электрохимическая пара) и разницы в коэффициентах температурного расширения. Необходимо использовать: 1) специальные клеммы с биметаллической вставкой и антиоксидантной пастой; 2) соединение через переходную шайбу или шину; 3) болтовое соединение с стальной оцинкованной шайбой, где медь и алюминий не контактируют напрямую.

3. Что лучше: винтовые или пружинные (WAGO) клеммы?

Однозначного ответа нет, выбор зависит от применения. Винтовые: проверенная временем технология, высокие номинальные токи, ремонтопригодность, но требуют квалификации и обслуживания. Пружинные: высокая скорость монтажа, постоянное давление, не требуют обслуживания, идеальны для вибрирующих установок и гибких жил, но, как правило, дороже и имеют ограничения по максимальному току. Для статических силовых цепей с большими токами часто выбирают винтовые, для цепей освещения, управления с большим количеством соединений – пружинные.

4. Нужно ли обжимать многопроволочную (гибкую) жилу перед затяжкой в винтовой клемме?

Да, обязательно. Без оконцевания гильзованным наконечником (НШВИ, НКИ и т.п.) отдельные проволоки жилы под давлением винта деформируются неравномерно, часть из них может быть перебита, контакт ослабнет со временем, возможен нагрев и отгорание. Пружинные клеммы часто допускают подключение гибких жил без наконечников.

5. Как часто нужно подтягивать винтовые соединения в щите?

Для медных проводников – рекомендуется профилактическая проверка и подтяжка через 6-12 месяцев после первого ввода в эксплуатацию (период «усадки»), затем в соответствии с графиком технического обслуживания (раз в несколько лет). Для алюминиевых проводников – проверка и подтяжка обязательны чаще, не реже раза в год, из-за свойств ползучести алюминия. Критически важно подтягивать после любых значительных тепловых циклов (короткое замыкание, длительная перегрузка).

6. Что такое момент затяжки и почему он важен?

Момент затяжки – это вращающее усилие, прикладываемое к винту, измеряемое в Ньютон-метрах (Н·м). Недостаточный момент ведет к слабому контакту и перегреву. Превышение момента ведет к срыву резьбы, деформации жилы, разрушению корпуса клеммы или самого винта. Каждый производитель для каждой серии клемм указывает точное значение, которое необходимо соблюдать с помощью динамометрического инструмента.

7. Чем отличается клеммная колодка от клеммной шины (сборной шины)?

Клеммная колодка представляет собой ряд изолированных друг от друга контактных групп. Клеммная шина (например, шина заземления PE или нулевая N) – это общая токоведущая шина (медная или латунная), к которой через множество отдельных точек можно подключить несколько проводников. Шина обеспечивает электрическое соединение всех подключенных к ней проводов между собой.