Ce reprezintă un conector de mare capacitate și unde se utilizează pentru conectivitate industrială

În aplicațiile industriale se utilizează o gamă largă de conectori pentru preluarea energiei electrice, a semnalelor senzorilor și a datelor de control de pe cabluri prin joncțiunile acestora, și transportarea acestora în afara și în interiorul componentelor de automatizare. Ceea ce constituie un conector de mare capacitate (uneori abreviat HDC în denumirile produselor de conectare) depinde de aplicație... deci este oarecum relativ. Acestea fiind spuse, există o diferență clară între conectorii industriali consolidați și acei conectori RJ și IEC pentru lucrări ușoare care se găsesc în aplicațiile de automatizare interioară care implică Ethernet de bază și alimentare redusă.

Conectorii de mare capacitate pot avea robustețe generală mai mare, precum și protecție sporită împotriva pătrunderii, inflamabilitate redusă, temperatură de operare ridicată, interblocaje, ecranare la împământare sau pur și simplu o conexiune mai fiabilă cu blocare pozitivă.

Presgarniturile de mare capacitate în comparație cu conectorii

Presgarniturile (uneori numite și presetupe) sunt în mare parte componente mecanice care înconjoară cablurile în timp ce acestea trec prin orificiile panourilor de control industrial, precum și ale altor carcase, altor conectori și altor corpuri de control fabricate din tablă și plastic dur. Presgarniturile au trei scopuri. Acestea:

• Fixează cablul
• Previn uzura prin frecare a cablului și alte tipuri de uzură
• Asigură o etanșare în jurul secțiunii de cablu pentru a proteja împotriva pătrunderii umezelii și a sifonării în carcasă

Felul în care presgarniturile ancorează cablurile previne deteriorarea contactelor electrice în cazul în care cablul este tras sau deranjat în alt mod. De asemenea, presgarniturile previn frecarea mantalelor cablurilor de marginile ascuțite ale orificiilor din carcasă, deoarece corpurile presetupelor umplu zona din jurul acestor margini, formând o pâlnie. În lipsa presgarniturilor, cablurile supuse chiar și celei mai mici mișcări ar putea fi tăiate rapid de marginile ascuțite ale orificiilor din carcasă, până când izolația exterioară este complet tăiată... iar miezurile cablurilor se scurtcircuitează.

În contrast cu aceste presgarnituri (care înconjoară cablurile), există conectori pentru terminațiile cablurilor – și care, în general, permit o deconectare și reconectare mai simplă, precum și îmbinarea mai multor componente și secțiuni de cablu. În mod obișnuit, variațiile de mare capacitate ale acestor conectori includ una sau mai multe caracteristici de robustețe.

Conectorii de cablu de mare capacitate pot fi prevăzuți cu protecție la intrarea cablului sub forma unei presgarnituri universale, unei cleme de cablu sau a unui dispozitiv de etanșare și anti-răsucire. Indiferent de forma mecanică, acestea fixează cablul și îl împiedică să iasă din terminale. De asemenea, protecția la intrarea cablurilor poate să prevină uzura cablurilor, la fel ca și presgarniturile independente. Rețineți că inserțiile lamelare (presetupe cu mai multe degete) sunt comune pe conectorii moderat de robuști, deși trebuie să fie strânse în mod regulat pentru a asigura protecție la pătrundere. Presetupele cu o etanșare continuă care se fixează în jurul cablului sunt adesea o alegere mai fiabilă pentru aplicațiile de mare capacitate.

Capacul de pe unii conectori de cablu de mare capacitate cuprinde conductorii electrici ai fișei, asigurând în același timp izolație și protecție împotriva pătrunderii – precum și un manșon sau o pârghie de blocare sau de prindere pentru ținerea fixată a jumătăților conectorului.

La mulți conectori de cablu de mare capacitate, inserția tip tată include pini tată, precum și șuruburi sau terminale de sertizare în locurile în care miezurile firelor conductoare intră în contact cu pinii. În astfel de conectori, inserția mamă include socluri complementare, precum și prize sau terminale de sertizare în locurile în care miezurile firelor conductoare intră în contact cu soclurile.

Carcasele consolidate ale conectorilor de cablu de mare capacitate reprezintă, probabil, cea mai vizibilă caracteristică a acestora – incluzând adesea izolație și protecție împotriva pătrunderii. Accesoriile pot include capace de protecție suplimentare și ghidaje pentru codurile pinilor.

Figura 1: conectorii din seria Han® includ mai multe caracteristici complementare pentru a rezista la condiții de mediu destul de dure. (Sursă imagine: Harting)

Codurile IP pentru protecția împotriva pătrunderii pentru conectorii de mare capacitate

De asemenea, este destul de obișnuit pentru conectorii de mare capacitate să ofere protecție împotriva pătrunderii lichidelor și a particulelor solide. Protecția la pătrundere a conectorilor este evaluată folosind aceleași coduri de protecție la pătrundere (IP) ca și cele utilizate pentru carcase. Prima cifră a unui cod IP indică protecția împotriva obiectelor solide, cu valori cuprinse între 0 (care indică lipsa de protecție) și 6 – care indică o construcție complet etanșată împotriva prafului. A doua cifră a codului IP indică protecția împotriva lichidelor, cu valori cuprinse între 0 (fără protecție) și 8 (pentru protecție continuă împotriva apei la o adâncime de 1 m) sau chiar 9K – ce indică protecția împotriva jeturilor de înaltă presiune. De exemplu, un conector cu grad de protecție IP67 rezistă la pătrunderea prafului și la scufundarea temporară în apă.

Variații brevetate ale conectorilor – de ce sunt atât de frecvente?

Din cauza dependenței puternice a conectorilor de mare capacitate de închiderea mecanică și de caracteristicile de etanșare, multe dintre opțiunile de pe piața actuală sunt fie modele brevetate, fie variații ale conectorilor specifice aplicațiilor. De exemplu, întregi industrii au standardizat conectorii dreptunghiulari de mare capacitate pentru conexiuni de putere și control din seria Harting Han. De fapt, această marcă comercială de conectori este uneori considerată, în general, sinonimă cu termenul de conector de mare capacitate.

Figura 2: conectorii din seria Han (cu patru și 26 de pini) sunt oarecum un standard în industrie – îndeplinind diverse cerințe de conectivitate de date și de alimentare de la 50 la 5.000 V și de la 3 la 200 A. Configurațiile de blocare includ un Han-Easy Lock cu o singură pârghie pentru operare ușoară cu o singură mână și un Han-Easy Lock cu două pârghii – pentru blocare mai fiabilă, etanșeitate mai mare la presiune și utilizarea cu conexiuni între cabluri. O altă opțiune robustă este blocarea cu șuruburi pentru o etanșeitate maximă la presiune și risc redus de utilizare neautorizată. (Sursă imagine: Harting)

Conectorii din seria Han au pini dispuși sub un capac dreptunghiular care se potrivesc cu soclurile corespunzătoare dintr-o carcasă dreptunghiulară. În general, conectorii sunt echipați cu pârghii de blocare pentru a permite personalului de instalare să închidă cu ușurință și în siguranță conectorul – asigurându-se că acesta nu poate fi desfăcut... chiar și atunci când sunt aplicate sarcini de tensiune considerabilă.

Capacele (carcasele de acoperire a conectorilor cu fixare cu șuruburi) sunt cele mai frecvente pe terminațiile cablurilor de alimentare; acestea sunt disponibile în configurații cu intrare de sus și cu intrare laterală. Carcasele pot fi montate cu șuruburi, pe suprafață sau pe pereți despărțitori pentru a asigura o conexiune la instrumente sau la utilaje. Alternativ, carcasele pot termina cablurile pentru conexiuni între cabluri. De obicei, capacele și carcasele sunt fabricate din aliaj turnat în matriță ... dar sunt comune și carcasele din oțel inoxidabil și plastic. Unii producători oferă conectori configurabili care pot fi grupați în interiorul unui singur capac sau al unei singure carcase. Acest lucru poate permite un număr mai mare de pini în toate modulele distincte. Astfel de conectori sunt disponibili sub mărcile Molex GWconnect HDC și TE Connectivity HDC.

Conectorii de cablu consolidați pentru cablurile de date și pentru cablurile de semnal ale senzorilor sunt ușor diferiți. Aici, conectorii din seria M sunt în top. Aceștia sunt conectori robuști care se utilizează în diverse conexiuni de date (inclusiv cele bazate pe Ethernet), precum și la transmisii de energie electrică. Conectorii robuști din seria M sunt cel mai des utilizați în aplicațiile rețelelor industriale care implică PROFINET, fieldbus și Ethernet industrial pentru conectarea senzorilor, comutatoarelor și PLC-urilor.

După cum s-a menționat în articolele anterioare de la DigiKey, conectorii din seria M constau în conectori rotunzi tip mamă și tată, cu manșoane standard cu filet metric care învelesc și protejează pinii și soclurile interne. Dimensiunile standard includ conectori M5 de 5 mm, M8 de 8 mm, M12 de 12 mm, M16 de 16 mm și M23 de 23 mm. Manșonul filetat asigură o conexiune foarte robustă și fiabilă, care nu poate fi desprinsă cu ușurință și care asigură o conexiune electrică foarte fiabilă, reducând la minimum semnalele intermitente. De asemenea, manșonul oferă conectorilor din seria M un nivel ridicat de protecție la pătrundere care, în multe cazuri, poate permite chiar utilizarea acestora în medii de spălare și medii corozive. Conectorii cu cele mai comune dimensiuni sunt conectorii M8 și M12, cu doi, trei, patru, cinci, opt sau 12 pini. În mod obișnuit, conectorii cu trei sau patru pini din seria M deservesc senzorii și sursele de alimentare; conectorii cu patru sau opt pini din seria M deservesc dispozitivele Ethernet și PROFINET; iar conectorii cu patru sau cinci pini din seria M deservesc dispozitivele de automatizare Fieldbus, CAN bus și DeviceNet.

Figura 3: conectorii din seria M sunt fabricați din aluminiu de înaltă rezistență și sunt prevăzuți cu un șurub cu clichet pentru cuplarea rapidă și sigură a cablurilor cu o singură mână. (Sursă imagine: LEMO)

Conexiunile de date utilizate în aplicațiile industriale includ Ethernet, ModbusTCP/IP, EtherCAT, Ethernet/IP și Profinet ... precum și diverse formate brevetate. Conectorii RJ reprezintă standardul pentru toate implementările Ethernet, dar nu oferă protecție la pătrundere și nu sunt deosebit de rezistenți. Deși există o clapetă din plastic pe partea elementului tată care se fixează în soclu (pentru a ține fixate jumătățile conectorului), aceasta este destul de delicată... și permite fișelor să iasă din priză chiar și la o tragere moderată. De aceea, conectorii din seria M sunt o opțiune mai bună pentru cazurile în care o instalație automatizată este supusă la mișcare și la abuzuri accidentale.

Totuși, mai trebuie menționat un lucru aici. În timp ce conectorii standard din seria M reprezintă o opțiune adecvată pentru conectorii industriali, obținerea unei conexiuni fiabile (și a nivelului nominal de protecție la pătrundere) depinde de strângerea corectă a filetului conectorului de către tehnician. Unii furnizori de conectori au încercat să abordeze chiar și acest potențial punct de eșec prin vânzarea de conectori cu fixare prin împingere care se blochează automat. Poate că cei mai cunoscuți dintre aceștia sunt conectorii din seria de conectori Brad Molex, care înlocuiesc direct conectorii standard M12. Aceștia înlocuiesc manșonul filetat cu un mecanism fiabil cu blocare prin împingere ... astfel încât simpla apăsare a jumătăților de conector împreună asigură o blocare perfectă și o conexiune fiabilă, fără riscul de semnale intermitente sau deconectare. Acești conectori sunt disponibili în diverse configurații și includ conectori cu împingere și tragere cu protecție IP65.

Figura 4: conectorii Ultra-Lock sunt o opțiune de blocare prin apăsare, cu garnituri inelare care asigură conexiuni protejate împotriva utilizării necorespunzătoare și împotriva pătrunderii IP69K. (Sursă imagine: MOLEX)

De asemenea, atunci când sunt utilizați pentru aplicații Ethernet, conectorii din seria M și Molex Brad pot să transporte energie folosind standardele Power over Ethernet (PoE) în trei configurații – Alternative A, Alternative B și 4PPoE – pentru a accepta diferite niveluri de lățime de bandă și capacitate de alimentare.

Conectori de alimentare IEC pentru cerințe de mare putere

Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) definește diverse standarde pentru conectorii de alimentare utilizați în aplicații casnice, comerciale și industriale. De exemplu, IEC 60320 acoperă conectorii fără blocare cu tensiuni și curenți de până la 250 V și, respectiv, 16 A. Printre acestea se numără cuploarele C13/C14 mari, dar neconsolidate, precum și cuploarele C19/C20 mai mari, comune pe echipamentele electronice pentru aplicații industriale, inclusiv sursele de alimentare pentru calculatoare și carcasele pentru servere. Aceste cuploare nu sunt considerate în mod normal a fi conectori de mare capacitate.

În schimb, conectorii de blocare IEC 60309 sunt consolidați – și sunt destinați utilizării pe cabluri industriale care transmit tensiuni și curenți de până la 1.000 V și, respectiv, 800 A. Toți conectorii de blocare IEC 60309 oferă un anumit grad de protecție împotriva pătrunderii, configurațiile standard oferind protecție împotriva stropirii IP44, împotriva apei IP67 sau împotriva jeturilor și împotriva apei IP66/67.

De asemenea, standardul permite prize de curent interblocate: conectorii cu această caracteristică nu permit alimentarea cu energie decât dacă sunt cuplate cu o fișă... iar fișa nu poate fi scoasă decât după oprirea alimentării. Următoarea codificare pe culori indică intervalul de tensiune și de frecvență admisibil pentru conector.

• Culoarea galbenă indică faptul că conectorul de alimentare IEC 60309 este adecvat pentru a transporta între 100 și 130 V la 50 sau 60 Hz.
• Culoarea albastră indică faptul că conectorul de alimentare IEC 60309 este adecvat pentru a transporta între 200 și 250 V la 50 sau 60 Hz.
• Culoarea roșie indică faptul că conectorul de alimentare IEC 60309 este adecvat pentru a transporta între 380 și 480 V la 50 sau 60 Hz ... adesea într-o configurație trifazată.

Figura 5: acest conector de mare capacitate cu cod de culoare roșie îndeplinește standardul IEC 60309 pentru alimentarea de la 380 până la 480 V. (Sursă imagine: Wikimedia Commons)

Concluzie

Conectorii de mare capacitate trebuie să îndeplinească diverse cerințe. Va trebui conectorul să reziste la strivire în urma unor sarcini de impact – sau la desfacere? Este necesară protecția împotriva pătrunderii prafului sau a apei? La ce temperaturi va trebui să reziste conectorul? Conectorul de mare capacitate va fi instalat în medii în care inflamabilitatea reprezintă o problemă?

Numărul de pini și tensiunea și curentul pe care trebuie să le transporte aceștia trebuie, de asemenea, luate în considerare – împreună cu direcția de intrare a cablului și nivelul de protecție al acestuia. Utilajele automatizate care supun cablurile și conectorii acestora la mișcare trebuie prevăzute cu presetupe adecvate și cleme pentru cabluri ... iar adăugarea dispozitivelor anti-răsucire ar fi, de asemenea, utilă.

Pentru sarcini electrice relativ mici, dar care funcționează în medii dure, conectorii din seria M și derivatele lor sunt adesea alegeri potrivite. Pentru sarcini electrice mai mari, conectorii dreptunghiulari pot fi o soluție mai bună... mai ales că pot fi configurați pentru a îndeplini aproape orice cerință complexă, cu diferite direcții de intrare a cablurilor, opțiuni de montare și, în general, construcții modulare. Altfel, pentru conexiuni simple de alimentare cu energie electrică la o sursă de curent alternativ monofazată sau trifazată, conectorii industriali cu blocare IEC 60309 sunt principala (dacă nu chiar singura) alegere.