Conexiones sin soldadura en sistemas de alarma cableados.

Conexiones sin soldadura en sistemas de alarma cableados

Los sistemas de alarma contra incendios y de seguridad utilizan una gran cantidad de conexiones eléctricas, tanto desmontables como permanentes, tanto permanentes como temporales. Una parte importante del costo de instalación de un sistema de alarma por cable es el costo de instalar y conectar componentes al sistema mediante conectores eléctricos y juntas electromecánicas de piezas y conjuntos. Y la mayoría de los daños en el sistema suelen ser causados por conexiones eléctricas de mala calidad. Al fin y al cabo, como dicen todos los electricistas e ingenieros electrónicos, sólo puede haber dos fallos en su negocio: no hay contacto donde debería estar y hay contacto donde no debería estar.

Si en los componentes de los sistemas de alarma una parte importante de todas las conexiones entre componentes de radio son conexiones soldadas, entonces la construcción de los sistemas se lleva a cabo, en su mayor parte, utilizando conexiones sin calefacción, sin soldadura o, en otras palabras, conexiones frías. Estas conexiones se realizan a temperatura ambiente, sin calentar los materiales componentes. En este caso, los cables pelados destinados a las conexiones se presionan entre sí con tal fuerza que se garantiza la mayor área de contacto posible de las superficies de contacto, mientras que los propios conductores están sujetos a deformación. Como es sabido, el principal requisito para este tipo de conexiones es que tengan una conductividad máxima y constante en el tiempo. Para cumplir con estos requisitos, se deben cumplir una serie de condiciones:

utilizar materiales con la conductividad requerida para los conectores;
garantizar las dimensiones máximas de las superficies de contacto;
asegurar la limpieza y resistencia a la corrosión de estas superficies;
proporcionar fuerzas de contacto adecuadas.

Como ya se señaló, el uso de una gran cantidad de conexiones sin soldadura en los sistemas de alarma conduce a una disminución de la confiabilidad operativa de dichos sistemas. La conexión de conductores es un elemento integral, pero muy vulnerable, de los sistemas de alarma por cable. Por lo tanto, la tarea principal en el campo del diseño y producción de componentes de sistemas de alarma contra incendios y de seguridad y, en particular, elementos de sus conexiones externas es el uso de nuevas soluciones técnicas que conduzcan a una mayor confiabilidad de dichas conexiones.

Se pueden distinguir al menos tres grupos de conexiones sin soldadura, que se utilizan ampliamente en la construcción de bucles de alarma:

conectar conductores entre sí, cuando es necesario conectar varios conductores en un circuito, o cables con conexión de conductores por pares, así como conectar barras colectoras, etc.;
conexiones de conductores con elementos instalados en placas de circuito impreso: así es como se garantiza la conexión de los bucles de alarma a los paneles de control y a algunos detectores;
Conexiones mediante las cuales se puede unir mecánica y eléctricamente un cable a un elemento de conexión, como por ejemplo un contacto de base de detector enchufable.

La forma tradicional y, podría decirse, imposible de erradicar de garantizar el contacto entre los conductores en un circuito de alarma es torcer los extremos de los cables sin el aislamiento (Fig. 1). Dado que existe una fuerza de compresión relativamente pequeña por unidad de superficie de los conductores en contacto y el voltaje en los bucles de alarma contra incendios no supera los 30 V, dichas conexiones no proporcionan un contacto de alta calidad durante mucho tiempo. Las superficies oxidantes de los conductores estañados son especialmente susceptibles a la corrosión.

La calidad del contacto eléctrico en los giros se puede mejorar utilizando abrazaderas aislantes de conexión (PIC), casquillos metálicos especiales con una rosca cónica interna y un revestimiento aislante externo. El mejor rendimiento se consigue con el EPI que contiene una punta de plástico, dentro de la cual se presiona una espiral cónica de bronce fosforoso. Dicho PPE, que se muestra en la Figura 2, se enrolla en el sentido de las agujas del reloj en una torsión de dos o más conductores, tanto de un solo núcleo como trenzados. Por un lado, permite aumentar la fuerza de compresión de los conductores y, por otro lado, una espiral cónica, al cortar los conductores, destruye la capa de óxido, pero debido a la baja fuerza de compresión, la calidad de dicho conductor se ve perjudicada. La conexión es inferior a las conexiones realizadas con terminales de tornillo. Para un uso normal del EPI, es necesario elegir la talla correcta y limpiar el equipo de protección Fig. 1 conductores a una longitud tal que todas las partes expuestas de estos conductores queden dentro del revestimiento aislante (Fig. 3).


Fig.1	Figura 2	Figura 3

Conectores de tornillo no menos tradicionales se utilizan ampliamente en cajas de distribución. Con tales conexiones, se produce una fuerza de compresión cuando se aprieta el tornillo debido a la presencia de fuerza de rosca. Para garantizar una reducción de la resistencia de contacto, es necesario que las superficies de contacto no sean lisas. También hay que recordar que al apretar el tornillo se produce una deformación plástica en el alambre, y esto no termina inmediatamente después de atornillar el tornillo. El flujo del material del alambre continúa lentamente (especialmente con fluctuaciones de temperatura), lo que puede provocar una conexión floja. También se sabe que la fluidez del estaño es mucho mayor que la del cobre. Por eso no se recomienda estañar los conductores, especialmente los trenzados, antes de instalarlos en terminales de tornillo. Al diseñar terminales eléctricos, es necesario cumplir estrictamente con los requisitos reglamentarios internacionales, en particular, IEC 60999199, NFPA 72 [2, 3]. Por lo tanto, los ejemplos mostrados en la Figura 4 (Figura A.5.4.6(a) NFPA72) con conexiones eléctricas de tornillo correctas e incorrectas en bucles de alarma muestran claramente errores típicos en la instalación de conexiones eléctricas. Es una lástima que no existan ejemplos de este tipo en el conjunto de normas rusas para la instalación de sistemas de alarma y extinción de incendios.

Conexiones sin soldadura en sistemas de alarma cableados.

Las regletas de terminales roscados han demostrado su eficacia tanto en ingeniería eléctrica como en circuitos de señalización de baja corriente. Se fabrican para diferentes secciones de conductores. Cada contacto de carril es una funda metálica recubierta de plástico duro o flexible, donde los extremos de los conductores pelados se sujetan mediante dos tornillos. Las regletas de terminales permiten tanto su división como combinación en el número requerido de grupos de contactos. En la Figura 5 se muestra un ejemplo de una caja de distribución con regletas de terminales para bucles de alarma. En el centro de esta caja hay un contacto de manipulación: cuando se abre el cuerpo de la caja, el contacto se abre. La desventaja de estas conexiones es que el conductor queda atrapado entre superficies fijas y giratorias, lo que puede provocar cortes en conductores trenzados finos.

Los bloques de terminales en los que el conductor está sujetado por dos placas bajo presión pueden mejorar la calidad de las conexiones eléctricas. En la Figura 6 se muestra un ejemplo del uso de dichos bloques de terminales en una caja de distribución.


Fig.5	Fig.6

El segundo grupo de conexiones eléctricas proporciona la conexión de conductores a elementos instalados en placas de circuito impreso. En este grupo predominan los bloques de terminales con conectores de tornillo, que se sueldan en placas de circuito impreso, así como los combinados: conectores de tornillo y enchufables. Estos últimos tienen una ventaja evidente cuando hay un gran número de conductores conectados. Si, al diseñar una placa de circuito impreso para un producto, dichos bloques se combinan en pares en grupos de 6 contactos, durante el mantenimiento o reparación, un grupo de bloques de terminales con conductores conectados a ellos se puede desconectar de la placa de circuito impreso como un Conector normal. En las Figuras 7 y 8 se presentan ejemplos de conectores de tornillo y combinados utilizados en paneles de control de incendios. Es obvio que los conectores combinados presentados en la Figura 8 tienen ventajas obvias sobre el modelo anterior, que se manifiestan durante la instalación y desmontaje de los bloques.

Fig.7

Fig.8

Una conexión eléctrica de tornillo típica es un conector en el que se presiona un conductor contra una superficie eléctricamente conductora mediante una tuerca cuadrada. Estos conectores se utilizan tanto en cajas de distribución (Fig. 9) como en detectores de incendios (Fig. 10) [4]. En tales dispositivos, los conductores del bucle de alarma se sujetan entre el conductor de la placa de circuito impreso y una tuerca cuadrada. La dirección del movimiento de las tuercas cuadradas está garantizada por nichos en el cuerpo de plástico del dispositivo.

En los puntos de conexión de los detectores de incendios se observa una variedad particular de conectores de contacto eléctrico, tanto extraíbles como no extraíbles. Ninguna de las normas actuales que proporcionan definiciones y términos básicos en alarmas contra incendios, ni la ucraniana DSTU 2273, ni la rusa
GOST R53325, ni la europea EN 541, ISO 72401, ISO 84213, contienen nombres ni definiciones para las Partes de un detector removible. Por otro lado, DSTU EN 547 utiliza los conceptos “base” y “cabezal de detector”, pero sin definiciones. Considero posible proponer las siguientes definiciones:

parte activa— una parte integral y removible de un detector de incendios que puede separarse de la base para inspección, mantenimiento o reemplazo;
base — una parte integral y removible de un detector de incendios que se utiliza para la fijación mecánica de la instalación de la parte activa y sirve para coordinarla y conectarla eléctricamente al circuito de alarma contra incendios. Un detector de incendios no puede contener una base si el montaje, la adaptación y la conexión al bucle se realizan directamente sobre ella.

En las bases de los detectores extraíbles, se utilizan varias conexiones roscadas para conectar los conductores del bucle a los contactos de la base, que, a su vez, proporcionan una conexión desmontable a la parte activa.


Figura 9	Figura 10	Figura 11

Inicialmente se ofrecía una única base para varios detectores de humo, que se hicieron desmontables. Fue sobre esta base que se produjeron los primeros detectores de incendios en Obninsk y Saratov, Vinnitsa y Chernivtsi.

Para conectar los conductores del cable a los contactos de la base, se utilizaron arandelas simples instaladas debajo de la cabeza del tornillo o arandelas cuadradas con una «probóscide» doblada sobre el borde del contacto. Se suponía que esta «probóscide» evitaría que la arandela girara al conectar conductores y elementos del circuito de alarma contra incendios. A menudo, dicha arandela estaba hecha de un material diferente y más duradero que los contactos de la base. Estos materiales no siempre eran electroquímicamente compatibles, lo que provocaba corrosión de los metales. En la Figura 11 se puede ver el aspecto de dicha base después de varios años de almacenamiento en un armario de oficina.

La solución técnica según la patente de invención UA85211 y el modelo de utilidad RU67783 permite mejorar la calidad de la conexión eléctrica del conductor del bucle de alarma contra incendios con el contacto base. La Figura 12 muestra el contacto de base de un detector de incendios extraíble con un limitador, que está hecho de material de contacto de base como una de las soluciones de las patentes anteriores. La Figura 13 muestra una sección transversal de dicho contacto a lo largo de la línea AA. El conductor del cable se sujeta con un conector roscado entre el contacto base y la arandela cuadrada. El limitador, hecho en el contacto de la base, proporciona limitación de espacio para el conductor del cable y también limita el giro de la arandela cuadrada.

Otra solución técnica para conectores de tornillo según estas patentes se implementó en el diseño de la siguiente base del detector de incendios, que se muestra en la Figura 14. Este producto implementa dos invenciones más bajo las patentes UA83277 y UA87554, así como también bajo las patentes RU2317620 y RU23164941. El primero de ellos permite reducir significativamente el consumo de metales no ferrosos utilizados en los contactos básicos debido a la forma del pétalo de contacto. La segunda invención permite no solo reducir el peso de la base, sino también crear una nueva base para un detector de incendios de dos puntos (Fig. 15), lo que es posible cuando se utilizan contactos de base en forma de palo. En este caso, el agujero en el centro de la base se expande significativamente y permite que el sensor superior del detector de dos puntos pase a través de él sin obstáculos.


Fig. 14	Fig. 15

La invención según las patentes UA43096 y RU67784 también está dedicada al problema de mejorar la calidad de la base de contacto del conductor de conexión eléctrica. Esta solución técnica se implementa en un nuevo diseño de la base del detector de incendios, que se presenta en la Figura 16. En este diseño, el conductor del cable se sujeta entre el contacto de la base y la tuerca cuadrada. La base en sí contiene un quinto y, si es necesario, un sexto terminal de tornillo adicional, que le permite eliminar conexiones torcidas de conductores y elementos de cable.


Figura 16	Figura 17

En los últimos años, en los mercados de detectores de incendios, ha habido una tendencia creciente a utilizar bases de detectores de incendios con conexión sin tornillos de conductores y elementos de bucle de alarma. Un ejemplo son las soluciones técnicas para patentes de invención RU2314612 y RU2314613, implementadas en las bases de datos que se presentan en las Figuras 17 y 18, respectivamente.

Para conectar el conductor del cable al contacto de la primera base, debe usar una herramienta especial, una palanca, para doblar el resorte de plástico en la base e insertar el conductor desnudo en el espacio formado entre el contacto de metal y el plástico. primavera. Esta conexión no se puede considerar confiable, ya que la fuerza de sujeción durante el funcionamiento disminuirá significativamente cuando el conductor se presione contra el plástico, especialmente a temperaturas de funcionamiento elevadas.


Fig. 18	Fig. 19

La base presentada en la Figura 18 también tiene varias desventajas importantes:

rango estrecho de valores de área de sección transversal de los conductores utilizados;
la flexión de los conductores de el cable insertado en dicha abrazadera sin tornillos se realiza entre las placas de plástico y metal;
los terminales de los elementos y los conductores del bucle de alarma se extienden hacia la parte activa, interfiriendo con la alta contacto eléctrico de calidad entre la base y la parte activa del detector de incendios.

Las soluciones técnicas para las patentes mencionadas se convirtieron en un análogo y prototipo de una nueva invención patentada en las oficinas de patentes de Rusia y Ucrania.

La peculiaridad de esta invención es que la propia abrazadera, mostrada en la Figura 19, consta de sólo tres partes:
1 – contacto plano;
2 – base aislante;
Palanca de 3 formas.

Sobre el contacto plano 1 (Fig.20), mediante el método de estampado, se realizan elementos 4 para sujetar el contacto 1 en la base aislante 2, así como el elemento 5 para la conexión eléctrica del contacto 1. En la base aislante 2, que es Como se muestra en la Fig. 21, hay una ranura 6 para ingresar a los conductores eléctricos 16 con
aislamiento previamente pelado. La ranura 7 se utiliza para colocar en ella el eje 8 de la palanca figurada 3 (Fig. 22).


Fig. 20	Fig. 21	Figura 22	Figura 23

Los elementos 9 están diseñados para una fijación confiable del contacto 1 en el plano 11 de la base 2. Es necesaria una ranura adicional 10 para la rotación de la curva en forma de U 14 en el eje en él 8 contacto en forma 3. El canal en forma de L 12 con el pestillo 13 se usa para colocar y fijar el mango 15 de la palanca en forma 3.

La abrazadera funciona de la siguiente manera.En el estado inicial, cuando el mango 15 de la palanca perfilada 3 es perpendicular al plano de contacto 1, el codo 14 en forma de U en el eje 8 abre el canal 6 para introducir conductores. Después de introducir los conductores hasta el tope, se fijan. Después de girar la palanca con forma 3 alrededor de su eje 8 y fijar la manija 15 en el canal en forma de L usando el pestillo 13, la curva en forma de U presiona los conductores contra el contacto plano 1. La abrazadera en el estado de fijación de los conductores 16 se muestra en la Figura 23.

Como toda nueva solución, esta abrazadera ha sido probada según los requisitos técnicos impuestos por los documentos reglamentarios pertinentes, en particular la norma internacional [7], para este tipo de conexión. Se diseñaron y fabricaron configuraciones de prueba especiales (Fig. 24 y Fig. 25) para verificar los parámetros de sujeción reales.


Fig.24	Figura 25

En la primera configuración de prueba, que se muestra en la Figura 24, Se comprobaron las fuerzas de sujeción estáticas. Para secciones seleccionadas utilizadas en conductores de alarma contra incendios, específicamente hasta 1,5 mm2, la fuerza se proporciona al menos 40 N de acuerdo con el documento reglamentario especificado.

La segunda instalación se utilizó para probar efectos dinámicos con un conductor giratorio. Para una tensión dada del conductor y un ángulo de «ataque», la abrazadera proporciona al menos 150 revoluciones a una velocidad de (10±2) min 1. No todas las abrazaderas de tornillo pueden resistir tal prueba, ya que debido a la marcada diferencia en Debido a las fuerzas aplicadas al conductor en la abrazadera de tornillo, podría romperse. La versión propuesta sin abrazadera roscada no presenta este inconveniente, lo que se confirma mediante pruebas adecuadas.


Fig.26	Fig.27

La magnitud de la resistencia de transición en la conexión eléctrica de un contacto plano con un conductor cilíndrico presionado contra el plano de contacto en un punto depende de la fuerza de compresión. La teoría de la conexión eléctrica establece que la resistencia a la contracción es inversamente proporcional a la raíz cúbica de la fuerza de compresión. Esto significa que para que la resistencia del contacto del punto de transición se duplique, por ejemplo, de 0,01 ohmios a 0,02 ohmios, es necesario que la fuerza de compresión disminuya en un factor de OCHO, es decir de 40 N a 5 N. Dado que la carrera con la fuerza de la palanca es proporcional a esta fuerza, resulta obvio que con una fuerza de compresión estática, la resistencia del contacto prácticamente no aumentará notablemente incluso durante el funcionamiento a largo plazo. de la abrazadera.

Hasta la fecha se ha diseñado una base para detector de incendios utilizando la abrazadera sin tornillos indicada. El diseño transversal de la base se muestra en la Figura 26, y su fotografía en la Figura 27.

Literatura:

1. Frolikh Ya. Conexiones sin soldadura en electrónica, trans. con húngaro M.:Energía, 1978. – P. 11.
2. GOST R 51686.1 2000 (IEC 60999 1 99) Dispositivos de conexión. Requisitos de seguridad para terminales de contacto. Requisitos para terminales con y sin tornillos para conexión de conductores de cobre con sección nominal de 0,2 a 35 mm2.
3. NFPA 72 Código Nacional de Alarmas de Incendio Edición 2002.
4. Bakanov V. Formas de resolver problemas en los circuitos de alarma contra incendios. //F+S: Tecnologías de seguridad y protección contra incendios. – 2009. – N° 4 (40). – Pág. 54.
5. Nada mal I. Elemento básico //Cámara oculta. –2004. – N° 2 (22). – Pág. 22.
6. Maslov I. ¿Contacto? ¡Hay contacto! Por cuanto tiempo… //BDI. – 2005. – N° 1 (58). -CON. 17.7. GOST R 50043/3 2000 (IEC 60998 2 2 91) Dispositivos de conexión para circuitos de bajo voltaje para fines domésticos y similares. Parte 2 2. Requisitos adicionales para abrazaderas de contacto sin tornillos para conectar conductores de cobre.

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B. Bakanov, diseñador jefe de la empresa privada «Arton»